JP2009130189A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、金属ゲート電極に係わり、特に、nMOS(MeTal Oxide Semiconductor)FET(Field−Effect Transistor)、pMOSFETで組成が異なる金属ゲート電極を形成する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to, for example, a metal gate electrode, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device in which a metal gate electrode having a different composition is formed by an nMOS (MeTal Oxide Semiconductor) FET (Field-Effect Transistor) and a pMOSFET.
従来、MOSトランジスタのゲート空乏層を抑制のために、金属ゲート電極が用いられている。FUSI(fully Silicided)ゲートは、現在用いられている半導体装置の製造方法と適合し易く、より好ましい。 Conventionally, a metal gate electrode is used to suppress a gate depletion layer of a MOS transistor. A FUSI (full siliconized) gate is more preferable because it is easily compatible with a currently used method for manufacturing a semiconductor device.
しかし、このFUSIゲートは、仕事関数の制御が難しい。ここで、ゲート絶縁膜であるSiO2にAs、P、Bを導入することにより、FUSIゲートの仕事関数を変える(しきい値を変える)ことは可能である。しかし、この手法によっては、所望の値を得られていない。 However, it is difficult to control the work function of this FUSI gate. Here, it is possible to change the work function of the FUSI gate (change the threshold value) by introducing As, P, and B into SiO 2 that is the gate insulating film. However, a desired value is not obtained by this method.
さらに、ゲートにおけるリーク電流を抑制するため、ゲート絶縁膜として、SiO2に代えて、高誘電体絶縁膜が用いられている。 Further, in order to suppress the leakage current at the gate, a high dielectric insulating film is used as the gate insulating film instead of SiO 2 .
例えば、この高誘電体絶縁膜には、ハフニウム珪酸窒化(HfSiON)膜が用いられる。しかし、ゲート電極の組成(例えば、NixSiy)に対して、しきい値の変化する範囲は、さらに狭くなる。 For example, a hafnium silicate oxynitride (HfSiON) film is used for the high dielectric insulating film. However, the range in which the threshold changes with respect to the composition of the gate electrode (for example, Ni x Si y ) is further reduced.
そこで、従来の半導体装置の製造方法には、FUSIゲートの組成を変え、また組み合わせることで、より所望の値に近いしきい値のFUSIゲートを形成するものがある(例えば、特許文献1参照。)。 Therefore, there is a conventional method of manufacturing a semiconductor device in which a FUSI gate having a threshold value closer to a desired value is formed by changing and combining the composition of the FUSI gate (see, for example, Patent Document 1). ).
ここで、上記従来技術は、ゲート電極層のポリシリコンをシリサイド化させるために、該ポリシリコン上にNiを成膜する。そして、TiNを保護膜として、塩酸と過酸化水素水の混合液により、pMOS構造、nMOS構造にそれぞれに対応して、Niを選択的に除去する。そして、それぞれ加熱処理することにより、ゲート電極層のポリシリコンを、選択的にシリサイド化させる。 Here, in the above prior art, in order to silicide the polysilicon of the gate electrode layer, Ni is deposited on the polysilicon. Then, using TiN as a protective film, Ni is selectively removed by a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution corresponding to the pMOS structure and the nMOS structure, respectively. Then, the polysilicon of the gate electrode layer is selectively silicided by heat treatment.
このように、上記従来技術においては、pMOS構造、nMOS構造にそれぞれに対応して、シリサイド工程を2回実施する必要がある。 Thus, in the above prior art, it is necessary to perform the silicide process twice corresponding to each of the pMOS structure and the nMOS structure.
また、pMOS構造、nMOS構造でFUSIゲートの組成を作り分けた後、必要に応じて、nMOS構造に不純物(Alなど)を拡散、偏析させる場合がある。この場合、pMOS構造上にSiO2やSiNなどの絶縁膜のハードマスクを形成していた。 In addition, after the composition of the FUSI gate is made differently in the pMOS structure and the nMOS structure, impurities (such as Al) may be diffused and segregated in the nMOS structure as necessary. In this case, a hard mask of an insulating film such as SiO 2 or SiN is formed on the pMOS structure.
したがって、上記場合、最終的にマスク材を剥離する工程が必要になる。もしくは、マスク材を残す場合は、絶縁膜を平坦化する工程が必要になる。 Therefore, in the above case, a step of finally peeling the mask material is required. Alternatively, when leaving the mask material, a step of planarizing the insulating film is necessary.
すなわち、既述の従来技術では、pMOSFETとnMOSFETに異なるしきい値を有するFUSIゲートを形成するための工程数が、多いという問題があった。
本発明は、pMOSFETとnMOSFETに異なるしきい値を有するFUSIゲートを形成するための工程数を、削減することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the number of steps for forming FUSI gates having different threshold values for a pMOSFET and an nMOSFET.
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、
第1導電型MOSFETおよびこの第1導電型MOSFETと導電型が異なる第2導電型MOSFETを半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に高誘電体絶縁膜のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第1のゲート電極層を形成するとともに、前記第2導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第2のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上および前記第2のゲート電極層上に、第1の金属含有層を形成し、
前記第1の金属含有層上方に感光性有機膜を含む膜を形成し、
前記第1のゲート電極層上方に位置する前記感光性有機膜を含む膜を選択的に除去することにより、前記第1の金属含有層のうち前記第1のゲート電極層上方に位置する部分を露出させ、
前記感光性有機膜を含む膜上および前記第1の金属含有層上に第2の金属含有層を形成し、
加熱処理により、前記第1の金属含有層および前記第2の金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化するとともに、前記加熱処理により、前記第1の金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化する
ことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes:
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first conductivity type MOSFET and a second conductivity type MOSFET having a conductivity type different from that of the first conductivity type MOSFET are formed on a semiconductor substrate,
Forming a gate insulating film of a high dielectric insulating film on the semiconductor substrate;
A first gate electrode layer including at least one of Si or Ge is formed on the gate insulating film in a gate electrode region in which a gate electrode of the first conductivity type MOSFET is formed, and the second conductivity type MOSFET is Forming a second gate electrode layer containing at least one of Si or Ge on the gate insulating film in the gate electrode region where the gate electrode is formed;
Forming a first metal-containing layer on the first gate electrode layer and the second gate electrode layer;
Forming a film including a photosensitive organic film on the first metal-containing layer;
By selectively removing the film including the photosensitive organic film located above the first gate electrode layer, the portion of the first metal-containing layer located above the first gate electrode layer is removed. To expose
Forming a second metal-containing layer on the film including the photosensitive organic film and on the first metal-containing layer;
The metal contained in the first metal-containing layer and the second metal-containing layer reacts with the second gate electrode layer by heat treatment to alloy the second gate electrode layer. The heat treatment causes the metal contained in the first metal-containing layer to react with the second gate electrode layer to alloy the second gate electrode layer.
本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、
第1導電型MOSFETおよびこの第1導電型MOSFETと導電型が異なる第2導電型MOSFETを半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に高誘電体絶縁膜のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第1のゲート電極層を形成するとともに、前記第2導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第2のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上および前記第2のゲート電極層上に、第1の金属含有層を形成し、
前記第1の金属含有層上方に拡散防止層を形成するとともに、この拡散防止層上に感光性有機膜を形成し、
前記第1のゲート電極層上方に位置する前記感光性有機膜を選択的に除去することにより、前記拡散防止層のうち前記第1のゲート電極層上方に位置する部分を露出させ、
前記拡散防止層の前記部分を除去することにより、前記第1の金属含有層のうち前記第1のゲート電極層上方に位置する部分を露出させ、
前記拡散防止層上方および前記第1の金属含有層上に第2の金属含有層を形成し、
加熱処理により、前記第1の金属含有層および前記第2の金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化するとともに、前記加熱処理により、前記第1の金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化する
ことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to another aspect of the present invention includes:
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first conductivity type MOSFET and a second conductivity type MOSFET having a conductivity type different from that of the first conductivity type MOSFET are formed on a semiconductor substrate,
Forming a gate insulating film of a high dielectric insulating film on the semiconductor substrate;
A first gate electrode layer including at least one of Si or Ge is formed on the gate insulating film in a gate electrode region in which a gate electrode of the first conductivity type MOSFET is formed, and the second conductivity type MOSFET is Forming a second gate electrode layer containing at least one of Si or Ge on the gate insulating film in the gate electrode region where the gate electrode is formed;
Forming a first metal-containing layer on the first gate electrode layer and the second gate electrode layer;
Forming a diffusion prevention layer above the first metal-containing layer, and forming a photosensitive organic film on the diffusion prevention layer;
By selectively removing the photosensitive organic film located above the first gate electrode layer, a portion of the diffusion prevention layer located above the first gate electrode layer is exposed,
Removing the portion of the diffusion preventing layer to expose a portion of the first metal-containing layer located above the first gate electrode layer;
Forming a second metal-containing layer above the diffusion preventing layer and on the first metal-containing layer;
The metal contained in the first metal-containing layer and the second metal-containing layer reacts with the second gate electrode layer by heat treatment to alloy the second gate electrode layer. The heat treatment causes the metal contained in the first metal-containing layer to react with the second gate electrode layer to alloy the second gate electrode layer.
本発明のさらに他の態様に係る半導体装置の製造方法は、
第1導電型MOSFETおよびこの第1導電型MOSFETと導電型が異なる第2導電型MOSFETを半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に高誘電体絶縁膜のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第1のゲート電極層を形成するとともに、前記第2導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第2のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上および前記第2のゲート電極層上に、金属含有層を形成し、
前記金属含有層上方に感光性有機膜を含む膜を形成し、
前記第1のゲート電極層上方に位置する前記感光性有機膜を含む膜を選択的に除去することにより、前記金属含有層のうち前記第2のゲート電極層上方に位置する部分を露出させ、
前記金属含有層の前記部分を薄膜化し、
加熱処理により、前記金属含有層に含有された金属と前記第1のゲート電極層とを反応させて、前記第1のゲート電極層を合金化するとともに、前記加熱処理により、前記金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化する
ことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to still another aspect of the present invention includes:
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first conductivity type MOSFET and a second conductivity type MOSFET having a conductivity type different from that of the first conductivity type MOSFET are formed on a semiconductor substrate,
Forming a gate insulating film of a high dielectric insulating film on the semiconductor substrate;
A first gate electrode layer including at least one of Si or Ge is formed on the gate insulating film in a gate electrode region in which a gate electrode of the first conductivity type MOSFET is formed, and the second conductivity type MOSFET is Forming a second gate electrode layer containing at least one of Si or Ge on the gate insulating film in the gate electrode region where the gate electrode is formed;
Forming a metal-containing layer on the first gate electrode layer and the second gate electrode layer;
Forming a film including a photosensitive organic film on the metal-containing layer;
By selectively removing the film including the photosensitive organic film located above the first gate electrode layer, a portion of the metal-containing layer located above the second gate electrode layer is exposed,
Thinning the portion of the metal-containing layer,
The metal contained in the metal-containing layer is reacted with the first gate electrode layer by heat treatment to alloy the first gate electrode layer, and the metal-containing layer is formed by the heat treatment. The contained metal and the second gate electrode layer are reacted to alloy the second gate electrode layer.
本発明のさらに他の態様に係る半導体装置の製造方法は、
第1導電型MOSFETおよびこの第1導電型MOSFETと導電型が異なる第2導電型MOSFETを半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法であって、
前記第1導電型MOSFETのゲート電極が形成される領域に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む合金からなる第1のゲート電極層を形成するとともに、前記第2導電型MOSFETのゲート電極が形成される領域に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む合金からなり前記第1のゲート電極層と異なる組成を有する第2のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上方および前記第2のゲート電極層上方に、感光性有機膜を含む膜を形成し、
前記第2のゲート電極層上方に位置する前記感光性有機膜を含む膜を選択的に除去することにより、前記第2のゲート電極層を露出させ、
前記第2のゲート電極層上および前記感光性有機膜を含む膜の上に、前記第2のゲート電極層に含有させるための金属を含有する拡散金属含有層を形成し、
加熱処理により、前記拡散金属含有層に含有された金属を前記第2のゲート電極層に含有させ、
前記拡散金属含有層および前記感光性有機膜を含む膜を同時に除去する
ことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to still another aspect of the present invention includes:
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first conductivity type MOSFET and a second conductivity type MOSFET having a conductivity type different from that of the first conductivity type MOSFET are formed on a semiconductor substrate,
A first gate electrode layer made of an alloy containing at least one of Si or Ge is formed in a region where the gate electrode of the first conductivity type MOSFET is formed, and the gate electrode of the second conductivity type MOSFET is formed. A second gate electrode layer made of an alloy containing at least one of Si or Ge and having a composition different from that of the first gate electrode layer,
Forming a film including a photosensitive organic film above the first gate electrode layer and the second gate electrode layer;
Selectively removing the film including the photosensitive organic film located above the second gate electrode layer to expose the second gate electrode layer;
Forming a diffusion metal-containing layer containing a metal for inclusion in the second gate electrode layer on the second gate electrode layer and on the film including the photosensitive organic film;
By heat treatment, the metal contained in the diffusion metal-containing layer is contained in the second gate electrode layer,
The diffusion metal-containing layer and the film including the photosensitive organic film are simultaneously removed.
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、pMOSFETとnMOSFETとの間で異なる、所望のしきい値を得ることができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a desired threshold value that is different between the pMOSFET and the nMOSFET can be obtained.
以下、本発明を適用した各実施例について図面を参照しながら説明する。なお、各実施例においては、簡単のため、LSI中の1組のnMOSFETとpMOSFETを並べて示すが、この配置に限定されない。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, for simplicity, a pair of nMOSFETs and pMOSFETs in an LSI are shown side by side, but the present invention is not limited to this arrangement.
実施例1に係る第1導電型MOSFETおよびこの第1導電型MOSFETと導電型が異なる第2導電型のMOSFETを半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法について説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device in which a first conductivity type MOSFET according to the first embodiment and a second conductivity type MOSFET having a conductivity type different from that of the first conductivity type MOSFET are formed on a semiconductor substrate will be described.
なお、本実施例においては、例えば、第1導電型MOSトランジスタをpMOSFET、第2導電型MOSトランジスタをnMOSFETとし、半導体基板にシリコン基板を選択した場合について説明する。しかし、導電型を逆にした場合も同様に適用が可能である(他の実施例も同様)。 In this embodiment, for example, a case will be described in which the first conductivity type MOS transistor is a pMOSFET, the second conductivity type MOS transistor is an nMOSFET, and a silicon substrate is selected as the semiconductor substrate. However, the same applies to the case where the conductivity type is reversed (the same applies to other embodiments).
図1Aないし図1Iは、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるnMOSFETおよびpMOSFETの領域の断面図である。 1A to 1I are cross-sectional views of nMOSFET and pMOSFET regions in respective steps of the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
先ず、図1Aに示すように、シリコン基板1にトレンチを形成し、そのトレンチにシリコン酸化膜などの絶縁膜を埋め込むことによって、STI(Shallow Trench Isolation)2を形成する。その後、シリコン基板1のpMOSFET領域に不純物を注入し熱拡散することによりnウェルを選択的に形成するとともに、シリコン基板1のnMOSFET領域に不純物を注入し熱拡散することによりpウェルを選択的に形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a trench is formed in the
次に、シリコン基板1上にハフニウム珪酸化膜(HfSiO膜)を形成し、このHfSiO膜中に窒素を添加した後、熱処理を行って、例えば3nm程度の膜厚を有する高誘電体絶縁膜であるハフニウム珪酸窒化膜(HfSiON膜)3に改質する。このHfSiON膜3がゲート絶縁膜(高誘電体絶縁膜)として機能する。
Next, a hafnium silicate film (HfSiO film) is formed on the
すなわち、pMOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域のHfSiON膜(ゲート絶縁膜)3上に、Siを含むゲート電極層であるポリシリコン層4を形成する。同様にして、nMOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域のHfSiON膜(ゲート絶縁膜)3上に、該ゲート電極層と同じ組成を有するゲート電極層であるポリシリコン層4を形成する。なお、ゲート電極層には、poly−Geが含まれる層が選択されてもよい。このポリシリコン層4は、CVD(Chemical Vapor Deposition)により形成され、例えば、100nm程度の膜厚を有する。
That is, the
そして、このポリシリコン層4上にハードマスク材であるSiN膜5を形成する(図1B)。
Then, a
なお、ゲート絶縁膜としては、上記HfSiON膜3の代わりに、Hf、 Zr、Al、Laの少なくとも1つと、Si、O、Nを含む膜を選択してもよい。
As the gate insulating film, instead of the
次に、SiN膜5をハードマスクとして、poly−Si/HfSiONゲートを形成する(図1C)。
Next, a poly-Si / HfSiON gate is formed using the
次に、CVDおよびRIE(Reactive Ion Etching)により側壁SiN51を形成する(図1D)。
Next,
次に、シリコン基板1にソース/ドレイン拡散層を形成した後、サリサイドプロセスを用いてソース/ドレインシリサイドコンタクト(例えば、NiPtSi層、他にもNiSi、PtSi、PdSi、CoSi、TiSiなどでも良い)6を形成する(図1E)。
Next, after a source / drain diffusion layer is formed on the
次に、pMOSFET領域およびnMOSFET領域上に、例えばCVD等により、SiN膜7を成膜する(図1F)。
Next, an
次に、このSiN膜7上に、例えばCVD等により、少なくともポリシリコン層4よりも厚い膜厚でSiO2層8を成膜する(図1G)。
Next, a SiO 2 layer 8 is formed on the
次に、SiN膜をエッチングストッパとしてCMP(chemical Mechanical Polishing)により、SiO2層8を平坦化する(図1H)。 Next, the SiO 2 layer 8 is flattened by CMP (Chemical Mechanical Polishing) using the SiN film as an etching stopper (FIG. 1H).
次に、ポリシリコン層4上のSiN膜7、 SiO2層8を、RIEやCMPによりエッチングし除去する(図1I)。
Next, the
ここで、pMOSFETおよびnMOSFETのゲート電極領域の構成に注目して説明する。図2Aないし図2Dは、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるpMOSFETおよびnMOSFETの領域の要部の断面図である。 Here, a description will be given focusing on the configuration of the gate electrode region of the pMOSFET and the nMOSFET. 2A to 2D are cross-sectional views of main parts of the pMOSFET and nMOSFET regions in each step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
先ず、既述の図1Aないし図1Iの工程により、ゲート絶縁膜であるHfSiON膜3、ゲート電極層であるポリシリコン層4を形成した後(図1I)、希フッ酸処理などにより自然酸化膜等を除去し、ポリシリコン層4上に、第1の金属含有層であるNi膜9をスパッタにより形成する。そして、このNi膜9上に、レジストやポリイミド等の感光性有機膜10を形成する。
First, after forming the
そして、リソグラフィーで、pMOSFET領域のポリシリコン層4上方に位置する感光性有機膜10を選択的に除去する。これにより、Ni膜9のうち、pMOSFET領域のゲート電極層4上方に位置する、部分を露出させる(図2A)。
Then, the photosensitive
なお、感光性有機膜10は、金属の拡散を防止する機能も有する。
The photosensitive
また、第1の金属含有層は、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 The first metal-containing layer is made of any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, La, or Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, instead of Ni. You may make it contain the alloy containing either of La. One or more layers may be stacked.
次に、感光性有機膜10上およびNi膜9上に、第2の金属含有層であるNi膜19をスパッタにより形成する(図2B)。
Next, a
なお、第2の金属含有層は、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Pd、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Pd、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 The second metal-containing layer is made of any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, Pd, and La, or Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, instead of Ni. You may make it contain the alloy containing either Al, Pd, or La. One or more layers may be stacked.
本実施例においては、例えば、第1の金属含有層(Ni膜9)の膜厚と第2の金属含有層(Ni膜19)の膜厚と比が、2:1になるように成膜する。ここで露出された第1の金属含有層(Ni膜9)を選択的に除去して、pMOSFET領域のポリシリコン層4に第2の金属含有層(Ni膜19)を堆積し直すことも可能であるが、ポリシリコンをシリサイド化する場合など、SiやGeを含むゲート電極層と合金化させる際には、ゲート電極上の自然酸化膜の除去や制御が非常に重要になり、本発明のように露出させないようにすることは非常に有効である。
In this embodiment, for example, the film is formed so that the ratio of the film thickness of the first metal-containing layer (Ni film 9) to the film thickness of the second metal-containing layer (Ni film 19) is 2: 1. To do. It is also possible to selectively remove the exposed first metal-containing layer (Ni film 9) and re-deposit the second metal-containing layer (Ni film 19) on the
以上の工程により、pMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層は、nMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層とは、膜厚が異なることとなる。なお、第1の金属含有層と第2の金属含有層の組成が異なる場合は、積層構造が異なることとなる。 Through the above steps, the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the pMOSFET region has a different film thickness from the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the nMOSFET region. In addition, when the compositions of the first metal-containing layer and the second metal-containing layer are different, the laminated structure is different.
次に、例えば、500℃、30秒間、RTA(Rapid Thermal Annealing)を行いポリシリコン層4のシリサイド化(合金化)を行う。これにより、nMOSFET領域のゲート電極としてNi2Si層4aを形成するとともに、pMOSFETのゲート電極としてNi3Si層4bを形成する(図2C)。
Next, for example, RTA (Rapid Thermal Annealing) is performed at 500 ° C. for 30 seconds to silicide (alloy) the
すなわち、加熱処理により、第1、2の金属含有層(Ni膜9、Ni膜19)に含有された金属(Ni)とpMOSFET領域のゲート電極層(ポリシリコン層4)とを反応させて、このゲート電極層を合金化する。さらに、同じ加熱処理により、第2の金属含有層(Ni膜9)に含有された金属(Ni)とnMOSFET領域のゲート電極層(ポリシリコン層4)とを反応させて、このゲート電極層を合金化し、異なる組成のゲート電極を形成する。
That is, the metal (Ni) contained in the first and second metal-containing layers (
なお、pMOSFET領域のゲート電極層の方が、Niが合金化する割合が高いので、nMOSFET領域のゲート電極層の方が、体積が膨張する(図2C)。 Note that since the ratio of Ni alloying is higher in the gate electrode layer in the pMOSFET region, the volume of the gate electrode layer in the nMOSFET region is expanded (FIG. 2C).
ここで、既述のように、nMOSFET領域のゲート電極層上の金属含有層の膜厚よりも、pMOSFET領域のゲート電極層上の金属含有層の膜厚が厚いため、シリサイド化により得られる組成も異なる。 Here, as described above, the film thickness of the metal-containing layer on the gate electrode layer in the pMOSFET region is larger than the film thickness of the metal-containing layer on the gate electrode layer in the nMOSFET region. Is also different.
すなわち、例えば、一方のゲート電極層(本実施例ではpMOSFET領域のゲート電極層)の組成をNiX1SiY1で表し、他方のゲート電極層(本実施例ではnMOSFET領域のゲート電極層)の組成をNiX2SiY2で表す。このとき、各係数X1、X2、Y1、およびY2は、X1/Y1>X2/Y2の関係が成立するものである。 That is, for example, the composition of one gate electrode layer (in this embodiment, the gate electrode layer in the pMOSFET region) is represented by Ni X1 Si Y1 , and the composition of the other gate electrode layer (in this embodiment, the gate electrode layer in the nMOSFET region). Is represented by Ni X2 Si Y2 . At this time, the coefficients X1, X2, Y1, and Y2 satisfy the relationship of X1 / Y1> X2 / Y2.
このように、nMOSFET領域のゲート電極とpMOSFET領域のゲート電極とは、異なる組成を有する。 Thus, the gate electrode in the nMOSFET region and the gate electrode in the pMOSFET region have different compositions.
したがって、この時点で、これらのnMOSFETとpMOSFETとは、しきい値が異なることとなる。 Therefore, at this time, the threshold values of these nMOSFETs and pMOSFETs are different.
次に、SiO2膜8をエッチングストッパとしてCMPにより、平坦化する(図2D)。ただし、必ずしも平坦にする必要はない。 Next, planarization is performed by CMP using the SiO 2 film 8 as an etching stopper (FIG. 2D). However, it is not necessarily flat.
以上のようにして形成されたゲート電極を有するnMOSFET、pMOSFETを配線するための工程について説明する。 A process for wiring the nMOSFET and the pMOSFET having the gate electrode formed as described above will be described.
図3Aないし図3Dは、本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるnMOSFETおよびpMOSFETの領域の断面図である。なお、図3Aが示す工程は、図2Iが示す工程に相当する。 3A to 3D are cross-sectional views of nMOSFET and pMOSFET regions in each step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Note that the process shown in FIG. 3A corresponds to the process shown in FIG.
図2Aないし図2Iの工程によりシリサイド化されたゲート電極(Ni2Si膜4a、Ni3Si層4b)を形成した後(図3A)、RIEにより、SiO2膜8をエッチングする(図3B)。 After forming silicided gate electrodes (Ni 2 Si film 4a, Ni 3 Si layer 4b) by the steps of FIGS. 2A to 2I (FIG. 3A), the SiO 2 film 8 is etched by RIE (FIG. 3B). .
次に、SiH4、NH3等を用いてPCVDによりSiN膜11を成膜する。そして、TEOS等を用いた層間絶縁膜SiO2層14を全面堆積する。そして、この層間絶縁膜SiO2層14を、CMPにより平坦化する(図3C)。
Next, the
次に、ソース・ドレイン領域(NiPtSi層6)、ゲート電極(Ni2Si膜4a、Ni3Si層4b)に繋がるように層間絶縁膜SiO2層14にコンタクト孔を形成し、例えば、W等の金属を充填してプラグ(15)を形成する。そして、ソース・ドレイン領域(NiPtSi層6)、ゲート電極(Ni2Si膜4a、Ni3Si層4b)と他の回路構成とを接続する配線層16(例えば、Al/TiN/Ti層、またはCu/TiN/Ti層、Cu/Ta層、Cu/Ta層など)を形成する(図3D)。この時、Cu配線はダマシン法で形成される。 Next, contact holes are formed in the interlayer insulating film SiO 2 layer 14 so as to be connected to the source / drain regions (NiPtSi layer 6) and the gate electrodes (Ni 2 Si film 4a, Ni 3 Si layer 4b). The plug (15) is formed by filling the metal. Then, a wiring layer 16 (for example, an Al / TiN / Ti layer, or a layer connecting the source / drain region (NiPtSi layer 6), the gate electrode (Ni 2 Si film 4a, Ni 3 Si layer 4b) and another circuit configuration, or Cu / TiN / Ti layer, Cu / Ta layer, Cu / Ta layer, etc.) are formed (FIG. 3D). At this time, the Cu wiring is formed by a damascene method.
以降は、さらに2層目以上の配線工程を行うことにより、LSIが完成することになる。 Thereafter, the LSI is completed by performing the wiring process of the second layer or more.
以上のように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、1回のシリサイド工程で、pMOSFETとnMOSFETとの間で異なる、所望のしきい値を得ることができる。 As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a desired threshold value that differs between the pMOSFET and the nMOSFET can be obtained in one silicide process.
実施例1では、pMOSFETとnMOSFETのしきい値を変更するために、ゲート電極層をシリサイド化する半導体装置の製造方法について述べた。 In the first embodiment, the semiconductor device manufacturing method in which the gate electrode layer is silicided in order to change the threshold values of the pMOSFET and the nMOSFET has been described.
本実施例では、pMOSFETとnMOSFETのしきい値を変更するために、ゲート電極層をシリサイド化する他の半導体装置の製造方法について述べる。 In this embodiment, another method for manufacturing a semiconductor device in which the gate electrode layer is silicided in order to change the threshold values of the pMOSFET and the nMOSFET will be described.
なお、本実施例2の半導体装置の製造方法は、実施例1で説明した図1Aから図1Iまでの工程は同様である。 The manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment is the same as the steps from FIGS. 1A to 1I described in the first embodiment.
以下、pMOSFETおよびnMOSFETのゲート電極領域の構成に注目して説明する。 Hereinafter, description will be made with attention paid to the configuration of the gate electrode region of the pMOSFET and the nMOSFET.
図4Aないし図4Gは、本発明の実施例2に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるpMOSFETおよびnMOSFETの領域の要部の断面図である。なお、図中、実施例1と同じ符号は、実施例1と同様の構成を示す。 4A to 4G are cross-sectional views of main parts of the pMOSFET and nMOSFET regions in each step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same configurations as those in the first embodiment.
先ず、図1Aないし図1Iの工程によりHfSiON膜3、ポリシリコン層4を形成した後、このポリシリコン層4上に、Ni膜9、TiN膜10aを順にスパッタにより形成する。
First, after the
すなわち、pMOSFET領域のゲート電極層およびnMOSFET領域のゲート電極層(ポリシリコン層4)上に、第1の金属含有層であるNi膜9を形成する。
That is, the
さらに、このNi膜9上に、金属の拡散を防止するための拡散防止層であるTiN膜10aを形成する。このTiN膜10a上に、レジストやポリイミド等の感光性有機膜10bを形成する。
Further, a
そして、リソグラフィーで、pMOSFET領域のポリシリコン層4上方に位置する感光性有機膜10bを選択的に除去する。これにより、TiN膜10aのうち、pMOSFET領域のゲート電極層4上方に位置する部分を、露出させる。
Then, the photosensitive
さらに、残存する感光性有機膜10bをマスクとして、過酸化水素水やフッ酸、フッ酸と過酸化水素水の混合液、フッ酸と硝酸の混合液、塩酸、塩酸と過酸化水素水の混合液、塩酸と硝酸の混合液、硫酸、硫酸と過酸化水素水の混合液、アンモニア水、アンモニア水と過酸化水素水の混合液、コリン、コリンと過酸化水素水の混合液、TMAH、TMAHと過酸化水素水の混合液などで、pMOSFET領域のポリシリコン層4上方に位置するTiN膜10aを剥離する。これにより、pMOSFET領域のNi膜9の上面が露出する(図4A)。なお、塩素やフッ素を含有したガスなどによるRIEにより、感光性有機膜10bをマスクとして、該TiN膜10aを除去してもよい。
Further, using the remaining photosensitive
以上の工程により、Ni膜9のうち、pMOSFET領域のゲート電極層4上方に位置する、部分を露出させる。すなわち、該拡散防止膜が選択的に除去される。
Through the above steps, a portion of the
なお、第1の金属含有層は、実施例1と同様に、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 Note that, as in Example 1, the first metal-containing layer was replaced with Ni, and any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, La, or Ni, Co, Pt, Ti , Hf, Zr, Al, or an alloy containing any one of La may be contained. One or more layers may be stacked.
また、拡散防止層は、TiNに代えて、W、WN、TaN、HfN、ZrN、TaC、MoNの何れか、または、TiN、W、WN、TaN、HfN、ZrN、TaC、MoNの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 Further, the diffusion prevention layer is replaced with TiN, and any of W, WN, TaN, HfN, ZrN, TaC, and MoN, or TiN, W, WN, TaN, HfN, ZrN, TaC, and MoN. You may make it contain the alloy containing. One or more layers may be stacked.
次に、感光性有機膜10bを除去した後、TiN膜10a上およびNi膜9上に、第2の金属含有層であるNi膜19をスパッタにより形成する(図4B)。この時、感光性有機膜10bはアッシングや有機溶剤等で除去する。なお、感光性膜にノボラック系の樹脂を含んだレジストなどを用いた場合は、除去することが望ましいが、ポリイミドなどを用いた場合は、必ずしも除去しなくてもよい。
Next, after removing the photosensitive
なお、第2の金属含有層は、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Pd、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Pd、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 The second metal-containing layer is made of any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, Pd, and La, or Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, instead of Ni. You may make it contain the alloy containing either Al, Pd, or La. One or more layers may be stacked.
本実施例においては、例えば、第1の金属含有層(Ni膜9)の膜厚と第2の金属含有層(Ni膜19)の膜厚と比が、2:1になるように成膜する。ここで露出された第1の金属含有層(Ni膜9)を選択的に除去して、pMOSFET領域のポリシリコン層4に第2の金属含有層(Ni膜19)を堆積し直すことも可能であるが、ポリシリコンをシリサイド化する場合など、SiやGeを含むゲート電極層と合金化させる際には、ゲート電極上の自然酸化膜の除去や制御が非常に重要になり、本発明のように露出させないようにすることは非常に有効である。
In this embodiment, for example, the film is formed so that the ratio of the film thickness of the first metal-containing layer (Ni film 9) to the film thickness of the second metal-containing layer (Ni film 19) is 2: 1. To do. It is also possible to selectively remove the exposed first metal-containing layer (Ni film 9) and re-deposit the second metal-containing layer (Ni film 19) on the
以上の工程により、pMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層は、nMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層とは、膜厚が異なることとなる。なお、第1の金属含有層と第2の金属含有層の組成が異なる場合は、積層構造が異なることとなる。 Through the above steps, the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the pMOSFET region has a different film thickness from the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the nMOSFET region. In addition, when the compositions of the first metal-containing layer and the second metal-containing layer are different, the laminated structure is different.
次に、実施例1と同様に、例えば、500℃、30秒間、RTAを行いポリシリコン層4のシリサイド化(合金化)を行う。これにより、nMOSFET領域のゲート電極としてNi2Si層4aを形成するとともに、pMOSFETのゲート電極としてNi3Si層4bを形成する(図4C)。
Next, as in Example 1, for example, RTA is performed at 500 ° C. for 30 seconds to silicide (alloy) the
すなわち、加熱処理により、第1、2の金属含有層(Ni膜9、Ni膜19)に含有された金属(Ni)とpMOSFET領域のゲート電極層(ポリシリコン層4)とを反応させて、このゲート電極層を合金化する。さらに、同じ加熱処理により、第2の金属含有層(Ni膜9)に含有された金属(Ni)とnMOSFET領域のゲート電極層(ポリシリコン層4)とを反応させて、このゲート電極層を合金化し、異なる組成のゲート電極を形成する。
That is, the metal (Ni) contained in the first and second metal-containing layers (
なお、pMOSFET領域のゲート電極層の方が、Niが合金化する割合が高いので、nMOSFET領域のゲート電極層の方が、体積が膨張する(図4C)。 Note that since the ratio of Ni alloying is higher in the gate electrode layer in the pMOSFET region, the volume of the gate electrode layer in the nMOSFET region is expanded (FIG. 4C).
ここで、実施例1と同様に、nMOSFET領域のゲート電極層上の金属含有層の膜厚よりも、pMOSFET領域のゲート電極層上の金属含有層の膜厚が厚いため、シリサイド化により得られる組成も異なる。 Here, as in Example 1, since the thickness of the metal-containing layer on the gate electrode layer in the pMOSFET region is larger than the thickness of the metal-containing layer on the gate electrode layer in the nMOSFET region, it is obtained by silicidation. The composition is also different.
したがって、この時点で、これらのnMOSFETとpMOSFETとは、しきい値が異なることとなる。 Therefore, at this time, the threshold values of these nMOSFETs and pMOSFETs are different.
次に、SiN膜7をエッチングストッパとしてCMPにより、平坦化する(図4D)。ただし、必ずしも平坦にする必要はない。
Next, planarization is performed by CMP using the
以上のようにして形成されたゲート電極を有するnMOSFET、pMOSFETを配線し、LSIを形成するための工程は、実施例1の図3Aないし図3Dと同様である。なお、図3Aが示す工程は、図4Dが示す工程に相当する。 The steps for wiring the nMOSFET and pMOSFET having the gate electrode formed as described above to form an LSI are the same as those in FIGS. 3A to 3D of the first embodiment. Note that the process shown in FIG. 3A corresponds to the process shown in FIG. 4D.
以上のように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、pMOSFETとnMOSFETとの間で異なる、所望のしきい値を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a desired threshold value different between the pMOSFET and the nMOSFET can be obtained.
実施例1、2では、pMOSFETとnMOSFETのしきい値を変更するために、ゲート電極層をシリサイド化する半導体装置の製造方法について述べた。 In the first and second embodiments, the method of manufacturing a semiconductor device in which the gate electrode layer is silicided in order to change the threshold values of the pMOSFET and the nMOSFET has been described.
本実施例3では、pMOSFETとnMOSFETのしきい値を変更するために、ゲート電極層をシリサイド化するさらに他の半導体装置の製造方法について述べる。 In the third embodiment, another method for manufacturing a semiconductor device in which the gate electrode layer is silicided in order to change the threshold values of the pMOSFET and the nMOSFET will be described.
なお、本実施例3の半導体装置の製造方法は、実施例1で説明した図1Aから図1Iまでの工程が同様である。 The manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment is similar to the steps from FIGS. 1A to 1I described in the first embodiment.
以下、pMOSFETおよびnMOSFETのゲート電極領域の構成に注目して説明する。 Hereinafter, description will be made with attention paid to the configuration of the gate electrode region of the pMOSFET and the nMOSFET.
図5Aないし図5Gは、本発明の実施例3に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるpMOSFETおよびnMOSFETの領域の要部の断面図である。なお、図中、実施例1と同じ符号は、実施例1と同様の構成を示す。 5A to 5G are cross-sectional views of main parts of the pMOSFET and nMOSFET regions in each step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same configurations as those in the first embodiment.
先ず、図1Aないし図1Iの工程によりHfSiON膜3、ポリシリコン層4を形成した後、このポリシリコン層4上に、Ni膜9をスパッタにより形成する。
First, after the
すなわち、pMOSFET領域のゲート電極層およびnMOSFET領域のゲート電極層(ポリシリコン層4)上に、第1の金属含有層であるNi膜9を形成する。
That is, the
さらに、このNi膜9上に、レジストやポリイミド等の感光性有機膜10を形成する。
Further, a photosensitive
そして、リソグラフィーで、nMOSFET領域のポリシリコン層4上方に位置する感光性有機膜10を選択的に除去する。これにより、Ni膜9のうち、nMOSFET領域のゲート電極層上方に位置する、部分を露出させる(図5A)。
Then, the photosensitive
なお、第1の金属含有層は、実施例1と同様に、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 Note that, as in Example 1, the first metal-containing layer was replaced with Ni, and any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, La, or Ni, Co, Pt, Ti , Hf, Zr, Al, or an alloy containing any one of La may be contained. One or more layers may be stacked.
次に、感光性有機膜10をマスクとして、RIEにより、Ni膜9の上部を選択的に除去する。これにより、nMOSFET領域のゲート電極層上方に位置するNi膜9を薄膜化する(図5B)。なお、感光性有機膜10を保護膜として、塩酸や塩酸と過酸化水素水の混合液、塩酸や硝酸の混合液、フッ酸やフッ酸と過酸化水素水の混合液、フッ酸と硝酸の混合液、硫酸や硫酸と過酸化水素水の混合液などの酸や酸と酸化剤との混合液により、Ni膜9の上部を選択的に除去するようにしてもよい。
Next, the upper part of the
本実施例においては、例えば、該RIE後のnMOSFET領域の第1の金属含有層(Ni膜9)の膜厚とpMOSFET領域の第1の金属含有層(Ni膜9)の膜厚と比が、2:3になるようにする。 In this embodiment, for example, the ratio between the film thickness of the first metal-containing layer (Ni film 9) in the nMOSFET region after the RIE and the film thickness of the first metal-containing layer (Ni film 9) in the pMOSFET region is 2: 3.
以上の工程により、pMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層は、nMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層とは、膜厚が異なることとなる。 Through the above steps, the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the pMOSFET region has a different film thickness from the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the nMOSFET region.
次に、実施例1と同様に、例えば、500℃、30秒間、RTAを行いポリシリコン層4のシリサイド化(合金化)を行う。これにより、nMOSFET領域のゲート電極としてNi2Si層4aを形成するとともに、pMOSFETのゲート電極としてNi3Si層4bを形成する(図5C)。
Next, as in Example 1, for example, RTA is performed at 500 ° C. for 30 seconds to silicide (alloy) the
すなわち、加熱処理により、第1の金属含有層(Ni膜9)に含有された金属(Ni)とpMOSFET領域のゲート電極層(ポリシリコン層4)とを反応させて、このゲート電極層を合金化する。さらに、同じ加熱処理により、第1の金属含有層(Ni膜9)に含有された金属(Ni)とnMOSFET領域のゲート電極層(ポリシリコン層4)とを反応させて、このゲート電極層を合金化し、異なる組成のゲート電極を形成する。 That is, the metal (Ni) contained in the first metal-containing layer (Ni film 9) is reacted with the gate electrode layer (polysilicon layer 4) in the pMOSFET region by heat treatment, and this gate electrode layer is alloyed. Turn into. Further, by the same heat treatment, the metal (Ni) contained in the first metal-containing layer (Ni film 9) reacts with the gate electrode layer (polysilicon layer 4) in the nMOSFET region, and this gate electrode layer is Alloy to form gate electrodes of different composition.
なお、pMOSFET領域のゲート電極層の方が、Niが合金化する割合が高いので、nMOSFET領域のゲート電極層の方が、体積が膨張する(図5C)。 Note that since the ratio of Ni alloying is higher in the gate electrode layer in the pMOSFET region, the volume of the gate electrode layer in the nMOSFET region is expanded (FIG. 5C).
実施例1と同様に、nMOSFET領域のゲート電極層上の金属含有層の膜厚よりも、pMOSFET領域のゲート電極層上の金属含有層の膜厚が厚いため、シリサイド化により得られる組成も異なる。 Similar to Example 1, since the thickness of the metal-containing layer on the gate electrode layer in the pMOSFET region is larger than the thickness of the metal-containing layer on the gate electrode layer in the nMOSFET region, the composition obtained by silicidation is also different. .
したがって、この時点で、これらのnMOSFETとpMOSFETとは、しきい値が異なることとなる。 Therefore, at this time, the threshold values of these nMOSFETs and pMOSFETs are different.
次に、SiN膜7をエッチングストッパとしてCMPにより、平坦化する(図5D)。ただし、必ずしも平坦にする必要はない。
Next, planarization is performed by CMP using the
以上のようにして形成されたゲート電極を有するnMOSFET、pMOSFETを配線し、LSIを形成するための工程は、実施例1の図3Aないし図3Dと同様である。なお、図3Aが示す工程は、図5Dが示す工程に相当する。 The steps for wiring the nMOSFET and pMOSFET having the gate electrode formed as described above to form an LSI are the same as those in FIGS. 3A to 3D of the first embodiment. Note that the process shown in FIG. 3A corresponds to the process shown in FIG. 5D.
以上のように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、pMOSFETとnMOSFETとの間で異なる、所望のしきい値を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a desired threshold value different between the pMOSFET and the nMOSFET can be obtained.
実施例1ないし3では、pMOSFETとnMOSFETのしきい値を変更するために、ゲート電極層をシリサイド化する半導体装置の製造方法について述べた。 In the first to third embodiments, the method of manufacturing a semiconductor device in which the gate electrode layer is silicided in order to change the threshold values of the pMOSFET and the nMOSFET has been described.
本実施例4では、ゲート電極層をシリサイド化した後、ゲート電極層に金属をさらに含有させることにより、しきい値を変更する半導体装置の製造方法について述べる。 In the fourth embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device will be described in which the threshold value is changed by further incorporating a metal into the gate electrode layer after siliciding the gate electrode layer.
以下、pMOSFETおよびnMOSFETのゲート電極領域の構成に注目して説明する。 Hereinafter, description will be made with attention paid to the configuration of the gate electrode region of the pMOSFET and the nMOSFET.
図6Aないし図6Cは、本発明の実施例4に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるpMOSFETおよびnMOSFETの領域の要部の断面図である。なお、図中、実施例1と同じ符号は、実施例1と同様の構成を示す。 6A to 6C are cross-sectional views of main parts of the pMOSFET and nMOSFET regions in each step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same configurations as those in the first embodiment.
先ず、例えば、既述の実施例1ないし実施例3に記載の工程により、pMOSFETのゲート電極が形成される領域に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む合金からなるゲート電極層(例えばNi3Si層)4bを形成する。同様に、nMOSFETのゲート電極が形成される領域に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む合金からなりゲート電極層4bと異なる組成を有するゲート電極層(例えば、Ni2Si層)4aを形成する。
First, for example, a gate electrode layer (for example, Ni 3 Si) made of an alloy containing at least one of Si and Ge in a region where the gate electrode of the pMOSFET is formed by the process described in the first to third embodiments. Layer) 4b. Similarly, a gate electrode layer (for example, Ni 2 Si layer) 4a made of an alloy containing at least one of Si or Ge and having a composition different from that of the
さらに、ゲート電極層4a上およびゲート電極層4b上に、感光性有機膜20を形成する。
Further, a photosensitive
さらに、リソグラフィーで、ゲート電極層4a上方に位置する感光性有機膜20を選択的に除去することにより、ゲート電極層4aを露出させる(図6A)。
Further, the photosensitive
次に、ゲート電極層4a上および感光性有機膜20上に、拡散金属含有層であるAl膜21をスパッタにより形成する(図6B)。
Next, an
なお、拡散金属含有層は、Alに代えて、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Y、La、Ta、In、Ga、Tl、Wの少なくとも1つの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Y、La、Ta、In、Ga、Tl、Wの少なくとも1つの金属を含む合金、の何れかを含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 Note that the diffusion metal-containing layer is formed of at least one of Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Y, La, Ta, In, Ga, Tl, and W instead of Al, or Ni, Co, You may make it contain either the alloy containing at least 1 metal of Pt, Ti, Hf, Zr, Al, Y, La, Ta, In, Ga, Tl, and W. One or more layers may be stacked.
次に、加熱処理(例えば、500℃で30秒間RTA)により、該拡散金属含有層(Al膜21)に含有された金属Alをゲート絶縁膜3とゲート電極層4aとの界面(すなわち、ゲート絶縁膜とゲート電極との界面)に達するように、ゲート電極層4aに拡散させて偏析させる。
Next, by heat treatment (for example, RTA at 500 ° C. for 30 seconds), the metal Al contained in the diffusion metal-containing layer (Al film 21) is converted into the interface between the
これにより、Alをゲート電極層(Ni2Si膜)4a中に拡散させない場合と比較して、nMOSFETのゲート電極のしきい値をより顕著に変更することができる。 Thereby, the threshold value of the gate electrode of the nMOSFET can be changed more significantly as compared with the case where Al is not diffused into the gate electrode layer (Ni 2 Si film) 4a.
さらに、例えば、硫酸や硫酸と過酸化水素水の混合液(SPM)、硫酸とオゾンの混合液(SOM)、硫酸と過酸化水素水とオゾンの混合液などで、Al膜21および感光性有機膜20を同時に除去する(図6C)。
Further, for example, the
以上のようにして形成されたゲート電極を有するnMOSFET、pMOSFETを配線し、LSIを形成するための工程は、実施例1の図3Aないし図3Dと同様である。なお、図3Aが示す工程は、図6Cが示す工程に相当する。 The steps for wiring the nMOSFET and pMOSFET having the gate electrode formed as described above to form an LSI are the same as those in FIGS. 3A to 3D of the first embodiment. Note that the process shown in FIG. 3A corresponds to the process shown in FIG. 6C.
以上のように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、pMOSFETとnMOSFETとの間で異なる、所望のしきい値を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a desired threshold value different between the pMOSFET and the nMOSFET can be obtained.
実施例4では、ゲート電極層をシリサイド化した後、ゲート電極層に金属をさらに拡散させることにより、しきい値を変更する半導体装置の製造方法について述べた。 In the fourth embodiment, the method for manufacturing a semiconductor device is described in which the threshold value is changed by further diffusing metal into the gate electrode layer after siliciding the gate electrode layer.
本実施例5では、ゲート電極層をシリサイド化した後、ゲート電極層に金属をさらに拡散させることにより、しきい値を変更する他の半導体装置の製造方法について述べる。 In the fifth embodiment, another method of manufacturing a semiconductor device in which the threshold value is changed by further diffusing metal into the gate electrode layer after siliciding the gate electrode layer will be described.
以下、pMOSFETおよびnMOSFETのゲート電極領域の構成に注目して説明する。 Hereinafter, description will be made with attention paid to the configuration of the gate electrode region of the pMOSFET and the nMOSFET.
図7Aないし図7Cは、本発明の実施例5に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるpMOSFETおよびnMOSFETの領域の要部の断面図である。なお、図中、実施例4と同じ符号は、実施例4と同様の構成を示す。 7A to 7C are cross-sectional views of main parts of the pMOSFET and nMOSFET regions in each step of the semiconductor device manufacturing method according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as in the fourth embodiment indicate the same configurations as in the fourth embodiment.
先ず、既述の実施例4と同様に、pMOSFETのゲート電極が形成される領域に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む合金からなるゲート電極層(例えばNi3Si層)4bを形成する。同様に、nMOSFETのゲート電極が形成される領域に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む合金からなりゲート電極層4bと異なる組成を有するゲート電極層(例えば、Ni2Si層)4aを形成する。
First, similarly to Example 4 described above, a gate electrode layer (for example, Ni 3 Si layer) 4b made of an alloy containing at least one of Si or Ge is formed in a region where the gate electrode of the pMOSFET is formed. Similarly, a gate electrode layer (for example, Ni 2 Si layer) 4a made of an alloy containing at least one of Si or Ge and having a composition different from that of the
次に、ゲート電極層4a上およびゲート電極層4b上に、金属の拡散を防止する拡散防止層であるTiN膜22を形成する。
Next, a
なお、拡散防止層22は、TiNに代えて、W、WN、TaN、HfN、ZrN、TaC、MoNの何れか、または、TiN、W、WN、TaN、HfN、ZrN、TaC、MoNの何れかを含む合金、から構成される。また、1層以上を積層してもよい。
The
さらに、ゲート電極層4a上方およびゲート電極層4b上方に、レジストやポリイミド等の感光性有機膜23を形成する。
Further, a photosensitive
その後、ゲート電極層4a上方に位置する感光性有機膜23を、例えば、リソグラフィーにより選択的に除去する。
Thereafter, the photosensitive
さらに、ゲート電極層4a上に位置するTiN膜22を、感光性有機膜23をマスクとして、エッチングやドライエッチングにより選択的に除去する。これにより、ゲート電極層4aを露出させる(図7A)。なお、薬液によるエッチングとしては、過酸化水素水やフッ酸、フッ酸と過酸化水素水の混合液、フッ酸と硝酸の混合液、塩酸、塩酸と過酸化水素水の混合液、塩酸と硝酸の混合液、硫酸、硫酸と過酸化水素水の混合液、アンモニア水、アンモニア水と過酸化水素水の混合液、コリン、コリンと過酸化水素水の混合液、TMAH、TMAHと過酸化水素水の混合液などを利用することができる。また、ドライエッチングとしては、塩素やフッ素を含有したガスによるエッチングを利用することができる。
Further, the
その後、残存する感光性有機膜23をアッシングや有機溶剤等で除去する。この時、感光性膜にノボラック系の樹脂を含んだレジストなどを用いた場合は、除去することが望ましいが、ポリイミドなどを用いた場合は、必ずしも除去しなくてもよい。
Thereafter, the remaining photosensitive
次に、ゲート電極層4a上およびTiN膜22上に、ゲート電極層4aに拡散させるための金属を含有する拡散金属含有層であるAl膜24を、例えば、スパッタにより形成する(図7B)。
Next, an
拡散金属含有層は、Alに代えて、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Y、La、Ta、In、Ga、Tl、Wの少なくとも1つの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Y、La、Ta、In、Ga、Tl、Wの少なくとも1つの金属を含む合金、の何れかを含有するようにしもよい。また、1層以上を積層してもよい。 The diffusion metal-containing layer is made of Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Y, La, Ta, In, Ga, Tl, or W, or Ni, Co, Pt, instead of Al. You may make it contain either the alloy containing at least 1 metal of Ti, Hf, Zr, Al, Y, La, Ta, In, Ga, Tl, and W. One or more layers may be stacked.
次に、加熱処理(例えば、500℃で30秒間RTA)により、該拡散金属含有層(Al膜21)に含有された金属Alをゲート絶縁膜3とゲート電極層4aとの界面(すなわち、ゲート絶縁膜とゲート電極との界面)に達するように、ゲート電極層4aに拡散させて偏析させる。
Next, by heat treatment (for example, RTA at 500 ° C. for 30 seconds), the metal Al contained in the diffusion metal-containing layer (Al film 21) is converted into the interface between the
これにより、Alをゲート電極層(Ni2Si膜)4a中に拡散させない場合と比較して、nMOSFETのゲート電極のしきい値をより顕著に変更することができる。 Thereby, the threshold value of the gate electrode of the nMOSFET can be changed more significantly as compared with the case where Al is not diffused into the gate electrode layer (Ni 2 Si film) 4a.
さらに、例えば、硫酸や硫酸と過酸化水素水の混合液(SPM)、硫酸とオゾンの混合液(SOM)、硫酸と過酸化水素水とオゾンの混合液などで、Al膜21およびTiN膜22を同時に除去する(図7C)。
Further, for example, the
以上のようにして形成されたゲート電極を有するnMOSFET、pMOSFETを配線し、LSIを形成するための工程は、実施例1の図3Aないし図3Dと同様である。なお、図3Aが示す工程は、図7Cが示す工程に相当する。 The steps for wiring the nMOSFET and pMOSFET having the gate electrode formed as described above to form an LSI are the same as those in FIGS. 3A to 3D of the first embodiment. Note that the process illustrated in FIG. 3A corresponds to the process illustrated in FIG. 7C.
以上のように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、pMOSFETとnMOSFETとの間で異なる、所望のしきい値を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a desired threshold value different between the pMOSFET and the nMOSFET can be obtained.
なお、感光性有機膜23を除去しなかった場合は、薬液として硫酸や硫酸と過酸化水素水の混合液(SPM)、硫酸とオゾンの混合液(SOM)、硫酸と過酸化水素水とオゾンの混合液などを用いると、感光性有機膜23と拡散防止層も同時に除去することが可能となる。
When the photosensitive
また、感光性有機膜23を除去した場合は、硫酸と過酸化水素水の混合液、塩酸と硝酸の混合液、塩酸と過酸化水素水の混合液、アンモニア水と過酸化水素水の混合液、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)と過酸化水素水の混合液、コリンと過酸化水素水の混合液など、無機酸、有機酸、酸と酸化剤の混合液、無機アルカリ、有機アルカリ、アルカリと酸化剤の混合液が利用できる。
Further, when the photosensitive
また、酸化剤としては過酸化水素やオゾン、硝酸、硫酸、亜塩素酸、過塩素酸、次亜塩素酸、亜ヨウ素酸、過ヨウ素酸、亜臭素酸、過臭素酸、クロム酸、過マンガン酸などを用いることができる。 In addition, as oxidizing agents, hydrogen peroxide, ozone, nitric acid, sulfuric acid, chlorous acid, perchloric acid, hypochlorous acid, iodic acid, periodic acid, bromic acid, perbromic acid, chromic acid, permanganese An acid or the like can be used.
実施例1ないし3では、pMOSFETとnMOSFETのしきい値を変更するために、ゲート電極層をシリサイド化する半導体装置の製造方法について述べた。 In the first to third embodiments, the method of manufacturing a semiconductor device in which the gate electrode layer is silicided in order to change the threshold values of the pMOSFET and the nMOSFET has been described.
本実施例6では、ゲート電極層をシリサイド化とともにゲート電極層に金属を拡散させることにより、しきい値を変更する半導体装置の製造方法について述べる。 In the sixth embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device in which the threshold value is changed by silicidizing the gate electrode layer and diffusing metal into the gate electrode layer will be described.
なお、本実施例6の半導体装置の製造方法は、実施例1で説明した図1Aから図1Iまでの工程は同様である。 The manufacturing method of the semiconductor device according to the sixth embodiment is the same as the steps from FIGS. 1A to 1I described in the first embodiment.
以下、pMOSFETおよびnMOSFETのゲート電極領域の構成に注目して説明する。 Hereinafter, description will be made with attention paid to the configuration of the gate electrode region of the pMOSFET and the nMOSFET.
図8Aないし図8Dは、本発明の実施例6に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるpMOSFETおよびnMOSFETの領域の要部の断面図である。なお、図中、実施例1と同じ符号は、実施例1と同様の構成を示す。 8A to 8D are cross-sectional views of main parts of the pMOSFET and nMOSFET regions in each step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same configurations as those in the first embodiment.
先ず、既述の図1Aないし図1Iの工程により、ゲート絶縁膜であるHfSiON膜3、ゲート電極層であるポリシリコン層4を形成した後(図1I)、自然酸化膜等を除去し、ポリシリコン層4上に、第1の金属含有層であるNi膜9をスパッタにより形成する。
First, after forming the
さらに、このNi膜9上に、ゲート電極層4に拡散させるための金属を含有する拡散金属含有層であるAl膜25を、例えば、スパッタにより形成する。
Further, an
そして、このAl膜25上に、レジストやポリイミド等の感光性有機膜10を形成する。
Then, a photosensitive
そして、リソグラフィーで、pMOSFET領域のポリシリコン層4上方に位置する感光性有機膜10を選択的に除去する。
Then, the photosensitive
さらに、残存する感光性有機膜10をマスクとして、Ni膜9上のAl膜25をドライエッチングまたはウエットエッチングにより選択的に除去する。
Further, using the remaining photosensitive
これにより、Ni膜9のうち、pMOSFET領域のゲート電極層4上方に位置する、部分を露出させる(図8A)。
As a result, a portion of the
ここで、上記ドライエッチングには、例えば、Cl2やBCl3等のClを含むガスが用いられる。 Here, for the dry etching, for example, a gas containing Cl such as Cl 2 or BCl 3 is used.
また、上記ウエットエッチングには、例えば、塩酸やフッ酸、硫酸、硝酸等を含む酸や酸と酸化剤(例えば、H2O2やオゾン)の混合液、NH4OH、TMAH、コリン等を含むアルカリやアルカリと酸化剤(例えば、H2O2やオゾン)の混合液が用いられる。 In the wet etching, for example, an acid containing hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, nitric acid or the like, a mixed solution of an acid and an oxidizing agent (for example, H 2 O 2 or ozone), NH 4 OH, TMAH, choline, etc. A mixed liquid of an alkali or an alkali and an oxidizing agent (for example, H 2 O 2 or ozone) is used.
なお、拡散金属含有層は、Alに代えて、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Y、La、Ta、In、Ga、Tl、Wの少なくとも1つの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Y、La、Ta、In、Ga、Tl、Wの少なくとも1つの金属を含む合金、の何れかを含有するようにしもよい。また、1層以上を積層してもよい。 Note that the diffusion metal-containing layer is formed of at least one of Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Y, La, Ta, In, Ga, Tl, and W instead of Al, or Ni, Co, You may make it contain either the alloy containing at least 1 metal of Pt, Ti, Hf, Zr, Al, Y, La, Ta, In, Ga, Tl, and W. One or more layers may be stacked.
また、第1の金属含有層は、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 The first metal-containing layer is made of any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, La, or Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, instead of Ni. You may make it contain the alloy containing either of La. One or more layers may be stacked.
次に、感光性有機膜10上およびNi膜9上に、第2の金属含有層であるNi膜19をスパッタにより形成する(図8B)。
Next, a
なお、第2の金属含有層は、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Pd、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Pd、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 The second metal-containing layer is made of any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, Pd, and La, or Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, instead of Ni. You may make it contain the alloy containing either Al, Pd, or La. One or more layers may be stacked.
本実施例においては、例えば、第1の金属含有層(Ni膜9)の膜厚と第2の金属含有層(Ni膜19)の膜厚と比が、2:1になるように成膜する。 In this embodiment, for example, the film is formed so that the ratio of the film thickness of the first metal-containing layer (Ni film 9) to the film thickness of the second metal-containing layer (Ni film 19) is 2: 1. To do.
以上の工程により、pMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層は、nMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層とは、膜厚が異なることとなる。なお、第1の金属含有層と第2の金属含有層の組成が異なる場合は、積層構造が異なることとなる。 Through the above steps, the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the pMOSFET region has a different film thickness from the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the nMOSFET region. In addition, when the compositions of the first metal-containing layer and the second metal-containing layer are different, the laminated structure is different.
次に、実施例1と同様に、加熱処理(例えば、500℃、30秒間、RTA)し、ポリシリコン層4のシリサイド化(合金化)を行う。これにより、nMOSFET領域のゲート電極としてNi2Si層4aを形成するとともに、pMOSFETのゲート電極としてNi3Si層4bを形成する。
Next, similarly to Example 1, heat treatment (for example, RTA) is performed at 500 ° C. for 30 seconds, and the
実施例1と同様に、この時点で、これらのnMOSFETとpMOSFETとは、しきい値が異なることとなる。 Similar to the first embodiment, at this time, the threshold values of the nMOSFET and the pMOSFET are different.
さらに、上記加熱処理により、拡散金属含有層(Al膜25)に含有された金属Alをゲート絶縁膜3とゲート電極層4aとの界面(すなわち、ゲート絶縁膜とゲート電極との界面)に達するように、ゲート電極層4aに拡散させて偏析させる(図8B)。
Furthermore, by the heat treatment, the metal Al contained in the diffusion metal-containing layer (Al film 25) reaches the interface between the
これにより、Alをゲート電極層(Ni2Si膜)4a中に拡散させない場合と比較して、nMOSFETのゲート電極のしきい値をより顕著に変更することができる。 Thereby, the threshold value of the gate electrode of the nMOSFET can be changed more significantly as compared with the case where Al is not diffused into the gate electrode layer (Ni 2 Si film) 4a.
次に、例えば、硫酸や硫酸と過酸化水素水の混合液(SPM)、硫酸とオゾンの混合液(SOM)、硫酸と過酸化水素水とオゾンの混合液などで、Al膜21および感光性有機膜20を同時に除去する(図8C)。
Next, for example, the
なお、pMOSFET領域のゲート電極層の方が、Niが合金化する割合が高いので、nMOSFET領域のゲート電極層の方が、体積が膨張する(図8C)。 Note that since the ratio of Ni alloying is higher in the gate electrode layer in the pMOSFET region, the volume of the gate electrode layer in the nMOSFET region is expanded (FIG. 8C).
次に、SiN膜7をエッチングストッパとしてCMPにより、平坦化する(図8D)。ただし、必ずしも平坦化する必要はない。
Next, planarization is performed by CMP using the
以上のようにして形成されたゲート電極を有するnMOSFET、pMOSFETを配線し、LSIを形成するための工程は、実施例1の図3Aないし図3Dと同様である。なお、図3Aが示す工程は、図8Dが示す工程に相当する。 The steps for wiring the nMOSFET and pMOSFET having the gate electrode formed as described above to form an LSI are the same as those in FIGS. 3A to 3D of the first embodiment. Note that the process shown in FIG. 3A corresponds to the process shown in FIG. 8D.
以上のように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、pMOSFETとnMOSFETとの間で異なる、所望のしきい値を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a desired threshold value different between the pMOSFET and the nMOSFET can be obtained.
実施例6では、ゲート電極層をシリサイド化するとともにゲート電極層に金属を拡散させることにより、しきい値を変更する半導体装置の製造方法について述べた。 In the sixth embodiment, the semiconductor device manufacturing method in which the threshold value is changed by siliciding the gate electrode layer and diffusing metal in the gate electrode layer has been described.
本実施例6では、ゲート電極層をシリサイド化とともにゲート電極層に金属を拡散させることにより、しきい値を変更する他の半導体装置の製造方法について述べる。 In the sixth embodiment, another method for manufacturing a semiconductor device in which the threshold value is changed by siliciding the gate electrode layer and diffusing metal in the gate electrode layer will be described.
なお、本実施例7の半導体装置の製造方法は、実施例1で説明した図1Aから図1Iまでの工程は同様である。 The manufacturing method of the semiconductor device according to the seventh embodiment is the same as the steps from FIGS. 1A to 1I described in the first embodiment.
以下、pMOSFETおよびnMOSFETのゲート電極領域の構成に注目して説明する。 Hereinafter, description will be made with attention paid to the configuration of the gate electrode region of the pMOSFET and the nMOSFET.
図9Aないし図9Dは、本発明の実施例7に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるpMOSFETおよびnMOSFETの領域の要部の断面図である。なお、図中、実施例6と同じ符号は、実施例6と同様の構成を示す。
9A to 9D are cross-sectional views of main parts of the pMOSFET and nMOSFET regions in each step of the semiconductor device manufacturing method according to
先ず、既述の図1Aないし図1Iの工程により、ゲート絶縁膜であるHfSiON膜3、ゲート電極層であるポリシリコン層4を形成した後(図1I)、自然酸化膜等を除去し、ポリシリコン層4上に、第1の金属含有層であるNi膜9をスパッタにより形成する。
First, after forming the
さらに、このNi膜9上に、ゲート電極層4に拡散させるための金属を含有する拡散金属含有層であるAl膜25を、例えば、スパッタにより形成する。
Further, an
さらに、このAl膜25上に、金属の拡散を防止するための拡散防止層であるTiN膜10aを形成する。このTiN膜10a上に、レジストやポリイミド等の感光性有機膜10bを形成する。
Further, a
そして、リソグラフィーで、pMOSFET領域のポリシリコン層4上方に位置する感光性有機膜10bを選択的に除去する。これにより、TiN膜10aのうち、pMOSFET領域のゲート電極層4上方に位置する部分を、露出させる。
Then, the photosensitive
さらに、残存する感光性有機膜10をマスクとして、過酸化水素水やフッ酸、フッ酸と過酸化水素水の混合液、フッ酸と硝酸の混合液、塩酸、塩酸と過酸化水素水の混合液、塩酸と硝酸の混合液、硫酸、硫酸と過酸化水素水の混合液、アンモニア水、アンモニア水と過酸化水素水の混合液、コリン、コリンと過酸化水素水の混合液、TMAH、TMAHと過酸化水素水の混合液などで、pMOSFET領域のポリシリコン層4上方に位置するTiN膜10aを剥離する。これにより、pMOSFET領域のAl膜25の上面が露出する。なお、RIEにより、感光性有機膜10をマスクとして、該TiN膜10aを除去してもよい。
Further, using the remaining photosensitive
さらに、残存する感光性有機膜10をマスクとして、Ni膜9上のAl膜25をドライエッチングまたはウエットエッチングにより選択的に除去する。
Further, using the remaining photosensitive
これにより、Ni膜9のうち、pMOSFET領域のゲート電極層4上方に位置する、部分を露出させる(図9A)。
As a result, a portion of the
ここで、上記ドライエッチングには、例えば、Cl2やBCl3等のClを含むガスが用いられる。 Here, for the dry etching, for example, a gas containing Cl such as Cl 2 or BCl 3 is used.
また、上記ウエットエッチングには、例えば、塩酸やフッ酸、硫酸、硝酸等を含む酸や酸と酸化剤(例えば、H2O2やオゾン)の混合液、NH4OH、TMAH、コリン等を含むアルカリやアルカリと酸化剤(例えば、H2O2やオゾン)の混合液が用いられる。 In the wet etching, for example, an acid containing hydrochloric acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, nitric acid or the like, a mixed solution of an acid and an oxidizing agent (for example, H 2 O 2 or ozone), NH 4 OH, TMAH, choline, etc. A mixed liquid of an alkali or an alkali and an oxidizing agent (for example, H 2 O 2 or ozone) is used.
なお、拡散金属含有層は、Alに代えて、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Y、La、Ta、In、Ga、Tl、Wの少なくとも1つの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Y、La、Ta、In、Ga、Tl、Wの少なくとも1つの金属を含む合金、の何れかを含有するようにしもよい。また、1層以上を積層してもよい。 Note that the diffusion metal-containing layer is formed of at least one of Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Y, La, Ta, In, Ga, Tl, and W instead of Al, or Ni, Co, You may make it contain either the alloy containing at least 1 metal of Pt, Ti, Hf, Zr, Al, Y, La, Ta, In, Ga, Tl, and W. One or more layers may be stacked.
また、第1の金属含有層は、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 The first metal-containing layer is made of any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, La, or Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, instead of Ni. You may make it contain the alloy containing either of La. One or more layers may be stacked.
次に、感光性有機膜10上およびNi膜9上に、第2の金属含有層であるNi膜19をスパッタにより形成する(図9B)。
Next, a
なお、第2の金属含有層は、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Pd、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Pd、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 The second metal-containing layer is made of any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, Pd, and La, or Ni, Co, Pt, Ti, Hf, Zr, instead of Ni. You may make it contain the alloy containing either Al, Pd, or La. One or more layers may be stacked.
本実施例においては、例えば、第1の金属含有層(Ni膜9)の膜厚と第2の金属含有層(Ni膜19)の膜厚と比が、2:1になるように成膜する。 In this embodiment, for example, the film is formed so that the ratio of the film thickness of the first metal-containing layer (Ni film 9) to the film thickness of the second metal-containing layer (Ni film 19) is 2: 1. To do.
以上の工程により、pMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層は、nMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層とは、膜厚が異なることとなる。なお、第1の金属含有層と第2の金属含有層の組成が異なる場合は、積層構造が異なることとなる。 Through the above steps, the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the pMOSFET region has a different film thickness from the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the nMOSFET region. In addition, when the compositions of the first metal-containing layer and the second metal-containing layer are different, the laminated structure is different.
次に、実施例6と同様に、加熱処理(例えば、500℃、30秒間、RTA)し、ポリシリコン層4のシリサイド化(合金化)を行う。これにより、nMOSFET領域のゲート電極としてNi2Si層4aを形成するとともに、pMOSFETのゲート電極としてNi3Si層4bを形成する。
Next, as in Example 6, heat treatment (for example, RTA at 500 ° C. for 30 seconds) is performed to silicidize (alloy) the
実施例6と同様に、この時点で、これらのnMOSFETとpMOSFETとは、しきい値が異なることとなる。 As in the sixth embodiment, at this time, the threshold values of the nMOSFET and the pMOSFET are different.
さらに、上記加熱処理により、拡散金属含有層(Al膜25)に含有された金属Alをゲート絶縁膜3とゲート電極層4aとの界面(すなわち、ゲート絶縁膜とゲート電極との界面)に達するように、ゲート電極層4aに拡散させて偏析させる(図9B)。
Furthermore, by the heat treatment, the metal Al contained in the diffusion metal-containing layer (Al film 25) reaches the interface between the
これにより、Alをゲート電極層(Ni2Si膜)4a中に拡散させない場合と比較して、nMOSFETのゲート電極のしきい値をより顕著に変更することができる。 Thereby, the threshold value of the gate electrode of the nMOSFET can be changed more significantly as compared with the case where Al is not diffused into the gate electrode layer (Ni 2 Si film) 4a.
次に、例えば、硫酸や硫酸と過酸化水素水の混合液(SPM)、硫酸とオゾンの混合液(SOM)、硫酸と過酸化水素水とオゾンの混合液などで、Al膜21および感光性有機膜20を同時に除去する(図9C)。
Next, for example, the
なお、pMOSFET領域のゲート電極層の方が、Niが合金化する割合が高いので、nMOSFET領域のゲート電極層の方が、体積が膨張する(図9C)。 Note that since the ratio of Ni alloying is higher in the gate electrode layer in the pMOSFET region, the volume of the gate electrode layer in the nMOSFET region is expanded (FIG. 9C).
次に、SiN膜7をエッチングストッパとしてCMPにより、平坦化する(図9D)。ただし、必ずしも平坦化する必要はない。
Next, planarization is performed by CMP using the
以上のようにして形成されたゲート電極を有するnMOSFET、pMOSFETを配線し、LSIを形成するための工程は、実施例1の図3Aないし図3Dと同様である。なお、図3Aが示す工程は、図9Dが示す工程に相当する。 The steps for wiring the nMOSFET and pMOSFET having the gate electrode formed as described above to form an LSI are the same as those in FIGS. 3A to 3D of the first embodiment. Note that the process shown in FIG. 3A corresponds to the process shown in FIG. 9D.
以上のように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、pMOSFETとnMOSFETとの間で異なる、所望のしきい値を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a desired threshold value different between the pMOSFET and the nMOSFET can be obtained.
実施例6、7では、ゲート電極層をシリサイド化するとともにゲート電極層に金属を拡散させることにより、しきい値を変更する半導体装置の製造方法について述べた。 In the sixth and seventh embodiments, the semiconductor device manufacturing method is described in which the threshold value is changed by siliciding the gate electrode layer and diffusing metal in the gate electrode layer.
本実施例8では、ゲート電極層をシリサイド化するとともにゲート電極層に金属を拡散させることにより、しきい値を変更するさらに他の半導体装置の製造方法について述べる。 In the eighth embodiment, another method for manufacturing a semiconductor device will be described in which the threshold value is changed by siliciding the gate electrode layer and diffusing metal in the gate electrode layer.
なお、本実施例8の半導体装置の製造方法は、実施例1で説明した図1Aから図1Iまでの工程は同様である。 The manufacturing method of the semiconductor device according to the eighth embodiment is the same as the steps from FIGS. 1A to 1I described in the first embodiment.
以下、pMOSFETおよびnMOSFETのゲート電極領域の構成に注目して説明する。 Hereinafter, description will be made with attention paid to the configuration of the gate electrode region of the pMOSFET and the nMOSFET.
図10Aないし図10Dは、本発明の実施例7に係る半導体装置の製造方法の各工程におけるpMOSFETおよびnMOSFETの領域の要部の断面図である。なお、図中、実施例6と同じ符号は、実施例6と同様の構成を示す。 10A to 10D are cross-sectional views of main parts of the pMOSFET and nMOSFET regions in each step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as in the sixth embodiment indicate the same configurations as in the sixth embodiment.
先ず、既述の図1Aないし図1Iの工程により、ゲート絶縁膜であるHfSiON膜3、ゲート電極層であるポリシリコン層4を形成した後(図1I)、自然酸化膜等を除去し、ポリシリコン層4上に、第1の金属含有層であるNi膜9をスパッタにより形成する。
First, after forming the
すなわち、pMOSFET領域のゲート電極層およびnMOSFET領域のゲート電極層(ポリシリコン層4)上に、第1の金属含有層であるNi膜9を形成する。
That is, the
さらに、このNi膜9上に、レジストやポリイミド等の感光性有機膜10を形成する。
Further, a photosensitive
そして、リソグラフィーで、nMOSFET領域のポリシリコン層4上方に位置する感光性有機膜10を選択的に除去する。これにより、Ni膜9のうち、nMOSFET領域のゲート電極層上方に位置する、部分を露出させる(図10A)。
Then, the photosensitive
なお、第1の金属含有層は、実施例1と同様に、Niに代えて、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかの金属、または、Ni、Co、Pt、Ti、Hf、Zr、Al、Laの何れかを含む合金、を含有するようにしてもよい。また、1層以上を積層してもよい。 Note that, as in Example 1, the first metal-containing layer was replaced with Ni, and any one of Co, Pt, Ti, Hf, Zr, Al, La, or Ni, Co, Pt, Ti , Hf, Zr, Al, or an alloy containing any one of La may be contained. One or more layers may be stacked.
次に、感光性有機膜10をマスクとして、RIEにより、Ni膜9の上部を選択的に除去する。これにより、nMOSFET領域のゲート電極層上方に位置するNi膜9を薄膜化する。なお、感光性有機膜10を保護膜として、塩酸や塩酸と過酸化水素水の混合液、塩酸や硝酸の混合液、フッ酸やフッ酸と過酸化水素水の混合液、フッ酸と硝酸の混合液、硫酸や硫酸と過酸化水素水の混合液などの酸や酸と酸化剤との混合液により、Ni膜9の上部を選択的に除去するようにしてもよい。
Next, the upper part of the
本実施例においては、例えば、該RIE後のnMOSFET領域の第1の金属含有層(Ni膜9)の膜厚とpMOSFET領域の第1の金属含有層(Ni膜9)の膜厚と比が、2:3になるようにする。 In this embodiment, for example, the ratio between the film thickness of the first metal-containing layer (Ni film 9) in the nMOSFET region after the RIE and the film thickness of the first metal-containing layer (Ni film 9) in the pMOSFET region is 2: 3.
さらに、このNi膜9上および感光性有機膜10上に、ゲート電極層4に拡散させるための金属を含有する拡散金属含有層であるAl膜25を、例えば、スパッタにより形成する。
Further, on the
以上の工程により、pMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層は、nMOSFET領域のゲート電極層上に位置する金属含有層とは、膜厚が異なることとなる。 Through the above steps, the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the pMOSFET region has a different film thickness from the metal-containing layer located on the gate electrode layer in the nMOSFET region.
次に、実施例6と同様に、加熱処理(例えば、500℃、30秒間、RTA)し、ポリシリコン層4のシリサイド化(合金化)を行う。これにより、nMOSFET領域のゲート電極としてNi2Si層4aを形成するとともに、pMOSFETのゲート電極としてNi3Si層4bを形成する。
Next, as in Example 6, heat treatment (for example, RTA at 500 ° C. for 30 seconds) is performed to silicidize (alloy) the
実施例6と同様に、この時点で、これらのnMOSFETとpMOSFETとは、しきい値が異なることとなる。 As in the sixth embodiment, at this time, the threshold values of the nMOSFET and the pMOSFET are different.
さらに、上記加熱処理により、拡散金属含有層(Al膜25)に含有された金属Alをゲート絶縁膜3とゲート電極層4aとの界面(すなわち、ゲート絶縁膜とゲート電極との界面)に達するように、ゲート電極層4aに拡散させて偏析させる(図10B)。
Furthermore, by the heat treatment, the metal Al contained in the diffusion metal-containing layer (Al film 25) reaches the interface between the
これにより、Alをゲート電極層(Ni2Si膜)4a中に拡散させない場合と比較して、nMOSFETのゲート電極のしきい値をより顕著に変更することができる。 Thereby, the threshold value of the gate electrode of the nMOSFET can be changed more significantly as compared with the case where Al is not diffused into the gate electrode layer (Ni 2 Si film) 4a.
次に、例えば、硫酸や硫酸と過酸化水素水の混合液(SPM)、硫酸とオゾンの混合液(SOM)、硫酸と過酸化水素水とオゾンの混合液などで、Al膜21および感光性有機膜20を同時に除去する(図10C)。
Next, for example, the
なお、pMOSFET領域のゲート電極層の方が、Niが合金化する割合が高いので、nMOSFET領域のゲート電極層の方が、体積が膨張する(図10C)。 Note that since the ratio of Ni alloying is higher in the gate electrode layer in the pMOSFET region, the volume of the gate electrode layer in the nMOSFET region is expanded (FIG. 10C).
次に、SiN膜7をエッチングストッパとしてCMPにより、平坦化する(図10D)。ただし、必ずしも平坦化する必要はない。
Next, planarization is performed by CMP using the
以上のようにして形成されたゲート電極を有するnMOSFET、pMOSFETを配線し、LSIを形成するための工程は、実施例1の図3Aないし図3Dと同様である。なお、図3Aが示す工程は、図10Dが示す工程に相当する。 The steps for wiring the nMOSFET and pMOSFET having the gate electrode formed as described above to form an LSI are the same as those in FIGS. 3A to 3D of the first embodiment. Note that the process shown in FIG. 3A corresponds to the process shown in FIG. 10D.
以上のように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、pMOSFETとnMOSFETとの間で異なる、所望のしきい値を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a desired threshold value different between the pMOSFET and the nMOSFET can be obtained.
1 シリコン基板
2 STI
3 ハフニウム珪酸窒化膜(HfSiON膜)
4 ポリシリコン層
4a Ni2Si層
4b Ni3Si層
5 SiN膜
51 SiN膜
6 ソース/ドレインシリサイドコンタクト(NiPtSi層)
7 SiN膜
8 SiO2層
9、19 Ni膜
10、10b、20、23 感光性有機膜
10a TiN膜
11 SiN膜
14 層間絶縁膜SiO2層
15 配線層
21、24、25 拡散金属含有層
22 拡散防止層
1
3 Hafnium silicate nitride film (HfSiON film)
4
7
Claims (6)
前記半導体基板上に高誘電体絶縁膜のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第1のゲート電極層を形成するとともに、前記第2導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第2のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上および前記第2のゲート電極層上に、第1の金属含有層を形成し、
前記第1の金属含有層上方に感光性有機膜を含む膜を形成し、
前記第1のゲート電極層上方に位置する前記感光性有機膜を含む膜を選択的に除去することにより、前記第1の金属含有層のうち前記第1のゲート電極層上方に位置する部分を露出させ、
前記感光性有機膜を含む膜上および前記第1の金属含有層上に第2の金属含有層を形成し、
加熱処理により、前記第1の金属含有層および前記第2の金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化するとともに、前記加熱処理により、前記第1の金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first conductivity type MOSFET and a second conductivity type MOSFET having a conductivity type different from that of the first conductivity type MOSFET are formed on a semiconductor substrate,
Forming a gate insulating film of a high dielectric insulating film on the semiconductor substrate;
A first gate electrode layer including at least one of Si or Ge is formed on the gate insulating film in a gate electrode region in which a gate electrode of the first conductivity type MOSFET is formed, and the second conductivity type MOSFET is Forming a second gate electrode layer containing at least one of Si or Ge on the gate insulating film in the gate electrode region where the gate electrode is formed;
Forming a first metal-containing layer on the first gate electrode layer and the second gate electrode layer;
Forming a film including a photosensitive organic film on the first metal-containing layer;
By selectively removing the film including the photosensitive organic film located above the first gate electrode layer, the portion of the first metal-containing layer located above the first gate electrode layer is removed. To expose
Forming a second metal-containing layer on the film including the photosensitive organic film and on the first metal-containing layer;
The metal contained in the first metal-containing layer and the second metal-containing layer reacts with the second gate electrode layer by heat treatment to alloy the second gate electrode layer. The semiconductor device characterized in that the second gate electrode layer is alloyed by reacting the metal contained in the first metal-containing layer with the second gate electrode layer by the heat treatment. Manufacturing method.
前記半導体基板上に高誘電体絶縁膜のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第1のゲート電極層を形成するとともに、前記第2導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第2のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上および前記第2のゲート電極層上に、第1の金属含有層を形成し、
前記第1の金属含有層上方に拡散防止層を形成するとともに、この拡散防止層上に感光性有機膜を形成し、
前記第1のゲート電極層上方に位置する前記感光性有機膜を選択的に除去することにより、前記拡散防止層のうち前記第1のゲート電極層上方に位置する部分を露出させ、
前記拡散防止層の前記部分を除去することにより、前記第1の金属含有層のうち前記第1のゲート電極層上方に位置する部分を露出させ、
前記拡散防止層上方および前記第1の金属含有層上に第2の金属含有層を形成し、
加熱処理により、前記第1の金属含有層および前記第2の金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化するとともに、前記加熱処理により、前記第1の金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first conductivity type MOSFET and a second conductivity type MOSFET having a conductivity type different from that of the first conductivity type MOSFET are formed on a semiconductor substrate,
Forming a gate insulating film of a high dielectric insulating film on the semiconductor substrate;
A first gate electrode layer including at least one of Si or Ge is formed on the gate insulating film in a gate electrode region in which a gate electrode of the first conductivity type MOSFET is formed, and the second conductivity type MOSFET is Forming a second gate electrode layer containing at least one of Si or Ge on the gate insulating film in the gate electrode region where the gate electrode is formed;
Forming a first metal-containing layer on the first gate electrode layer and the second gate electrode layer;
Forming a diffusion prevention layer above the first metal-containing layer, and forming a photosensitive organic film on the diffusion prevention layer;
By selectively removing the photosensitive organic film located above the first gate electrode layer, a portion of the diffusion prevention layer located above the first gate electrode layer is exposed,
Removing the portion of the diffusion preventing layer to expose a portion of the first metal-containing layer located above the first gate electrode layer;
Forming a second metal-containing layer above the diffusion preventing layer and on the first metal-containing layer;
The metal contained in the first metal-containing layer and the second metal-containing layer reacts with the second gate electrode layer by heat treatment to alloy the second gate electrode layer. The semiconductor device characterized in that the second gate electrode layer is alloyed by reacting the metal contained in the first metal-containing layer with the second gate electrode layer by the heat treatment. Manufacturing method.
前記第1のゲート電極層上方に位置する前記感光性有機膜を含む膜、さらに前記拡散金属含有層を選択的に除去することにより、前記第1の金属含有層のうち前記第1のゲート電極層上方に位置する部分を露出させ、
前記感光性有機膜を含む膜上および前記第1の金属含有層上に前記第2の金属含有層を形成し、
前記加熱処理により、前記第1の金属含有層および前記第2の金属含有層に含有された金属と前記第1のゲート電極層とを反応させて前記第1のゲート電極層を合金化するとともに、前記加熱処理により、前記第1の金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて前記第2のゲート電極層を合金化しつつ、前記拡散金属含有層に含有された金属を前記第2のゲート電極層に含有させる
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 After forming the first metal-containing layer, a diffusion metal-containing layer containing a metal for inclusion in the second gate electrode layer is further formed on the first metal-containing layer, and the diffusion metal-containing layer is formed. Forming a film containing the photosensitive organic film above the layer;
The first gate electrode of the first metal-containing layer is selectively removed by selectively removing the film including the photosensitive organic film positioned above the first gate electrode layer and the diffusion metal-containing layer. Exposing the part located above the layer,
Forming the second metal-containing layer on the film including the photosensitive organic film and on the first metal-containing layer;
The heat treatment causes the metal contained in the first metal-containing layer and the second metal-containing layer to react with the first gate electrode layer to alloy the first gate electrode layer. The metal contained in the first metal-containing layer reacts with the second gate electrode layer by the heat treatment, and the second gate electrode layer is alloyed and contained in the diffusion metal-containing layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal is included in the second gate electrode layer.
前記半導体基板上に高誘電体絶縁膜のゲート絶縁膜を形成し、
前記第1導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第1のゲート電極層を形成するとともに、前記第2導電型MOSFETのゲート電極が形成されるゲート電極領域の前記ゲート絶縁膜上に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む第2のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上および前記第2のゲート電極層上に、金属含有層を形成し、
前記金属含有層上方に感光性有機膜を含む膜を形成し、
前記第1のゲート電極層上方に位置する前記感光性有機膜を含む膜を選択的に除去することにより、前記金属含有層のうち前記第2のゲート電極層上方に位置する部分を露出させ、
前記金属含有層の前記部分を薄膜化し、
加熱処理により、前記金属含有層に含有された金属と前記第1のゲート電極層とを反応させて、前記第1のゲート電極層を合金化するとともに、前記加熱処理により、前記金属含有層に含有された金属と前記第2のゲート電極層とを反応させて、前記第2のゲート電極層を合金化する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first conductivity type MOSFET and a second conductivity type MOSFET having a conductivity type different from that of the first conductivity type MOSFET are formed on a semiconductor substrate,
Forming a gate insulating film of a high dielectric insulating film on the semiconductor substrate;
A first gate electrode layer including at least one of Si or Ge is formed on the gate insulating film in a gate electrode region in which a gate electrode of the first conductivity type MOSFET is formed, and the second conductivity type MOSFET is Forming a second gate electrode layer containing at least one of Si or Ge on the gate insulating film in the gate electrode region where the gate electrode is formed;
Forming a metal-containing layer on the first gate electrode layer and the second gate electrode layer;
Forming a film including a photosensitive organic film on the metal-containing layer;
By selectively removing the film including the photosensitive organic film located above the first gate electrode layer, a portion of the metal-containing layer located above the second gate electrode layer is exposed,
Thinning the portion of the metal-containing layer,
The metal contained in the metal-containing layer is reacted with the first gate electrode layer by heat treatment to alloy the first gate electrode layer, and the metal-containing layer is formed by the heat treatment. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising reacting the contained metal and the second gate electrode layer to alloy the second gate electrode layer.
前記第1導電型MOSFETのゲート電極が形成される領域に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む合金からなる第1のゲート電極層を形成するとともに、前記第2導電型MOSFETのゲート電極が形成される領域に、SiまたはGeの少なくとも一方を含む合金からなり前記第1のゲート電極層と異なる組成を有する第2のゲート電極層を形成し、
前記第1のゲート電極層上方および前記第2のゲート電極層上方に、感光性有機膜を含む膜を形成し、
前記第2のゲート電極層上方に位置する前記感光性有機膜を含む膜を選択的に除去することにより、前記第2のゲート電極層を露出させ、
前記第2のゲート電極層上および前記感光性有機膜を含む膜の上に、前記第2のゲート電極層に含有させるための金属を含有する拡散金属含有層を形成し、
加熱処理により、前記拡散金属含有層に含有された金属を前記第2のゲート電極層に含有させ、
前記拡散金属含有層および前記感光性有機膜を含む膜を同時に除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first conductivity type MOSFET and a second conductivity type MOSFET having a conductivity type different from that of the first conductivity type MOSFET are formed on a semiconductor substrate,
A first gate electrode layer made of an alloy containing at least one of Si or Ge is formed in a region where the gate electrode of the first conductivity type MOSFET is formed, and the gate electrode of the second conductivity type MOSFET is formed. A second gate electrode layer made of an alloy containing at least one of Si or Ge and having a composition different from that of the first gate electrode layer,
Forming a film including a photosensitive organic film above the first gate electrode layer and the second gate electrode layer;
Selectively removing the film including the photosensitive organic film located above the second gate electrode layer to expose the second gate electrode layer;
Forming a diffusion metal-containing layer containing a metal for inclusion in the second gate electrode layer on the second gate electrode layer and on the film including the photosensitive organic film;
By heat treatment, the metal contained in the diffusion metal-containing layer is contained in the second gate electrode layer,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the diffusion metal-containing layer and the film including the photosensitive organic film are simultaneously removed.
ことを特徴とする請求項1乃至5に記載の半導体装置の製造方法。 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal-containing layer, the second metal-containing layer, and the film including the photosensitive organic film or the pre-diffusion preventive layer are simultaneously peeled off. Production method.
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