JP2009164218A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置及びその製造方法に関わり、特にライナーSiN膜(ストレスライナー膜)を有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a liner SiN film (stress liner film) and a manufacturing method thereof.
近年の半導体装置における大容量化は著しく、ゲート電極の幅を40nm以下にするところにまでMOS(mental-oxide semiconductor)トランジスタの微細化は進展している。また、半導体装置の高速処理化に対応して、トランジタのチャネル領域にストレスを印加することで半導体装置の駆動力を上げるという歪技術も既に実用化されている。 In recent years, the capacity of semiconductor devices has increased significantly, and miniaturization of MOS (mental-oxide semiconductor) transistors has progressed to the point where the width of the gate electrode is 40 nm or less. In response to the high-speed processing of the semiconductor device, a distortion technique has been already put into practical use in which the driving force of the semiconductor device is increased by applying stress to the channel region of the transistor.
トランジスタのチャネル領域に歪を導入すると、チャネル領域のバンド構造が変化し、結果としてチャネル領域のキャリアの有効質量が変化してバンド占有率の変化等が起こり、チャネル領域におけるキャリア移動度が変化する。 When strain is introduced into the channel region of a transistor, the band structure of the channel region changes, resulting in a change in the effective mass of carriers in the channel region, resulting in a change in band occupancy, etc., and a change in carrier mobility in the channel region. .
チャネル領域に歪を入れるためには、チャネル領域にストレスを印加すればよい。チャネル領域へ印加するストレスは、NMOS(negative channel mental-oxide semiconductor)トランジスタのチャネル領域にストレスを印加する場合とPMOS(positive channel mental-oxide semiconductor)トランジスタのチャネル領域にストレスを印加する場合とで相異なり、NMOSトランジスタでは引張り応力をPMOSトランジスタでは圧縮応力をチャネル領域へ印加すればよいということが知られている。 In order to apply strain to the channel region, stress may be applied to the channel region. The stress applied to the channel region is different between the case where stress is applied to the channel region of a negative channel mental-oxide semiconductor (NMOS) transistor and the case where stress is applied to the channel region of a PMOS (positive channel mental-oxide semiconductor) transistor. In contrast, it is known that a tensile stress may be applied to a channel region in an NMOS transistor and a compressive stress may be applied to a channel region in a PMOS transistor.
トランジスタのチャネル領域におけるキャリア移動度を上げる技術として最も簡易な歪技術は、膜応力を持つSiN膜をコンタクトライナー膜に使用することである(特許文献1を参照。)。 この場合、コンタクトライナー膜としては、NMOSトランジスタには引張り応力をもつSiN膜を使用し、PMOSトランジスタには圧縮応力をもつSiN膜を使用する。また、チャネル領域におけるキャリア移動度をさらに上げるためには、チャネル領域へ印加するストレスを増やせばよく、そのためにはコンタクトライナーSiN膜を分厚くすればよい。
しかしながら、MOSトランジスタの微細化が進むにつれMOSトランジスタ間距離も益々狭くなってきており、ライナーSiN膜の膜厚を厚くすることが難くなってきている。この問題の解決策としては、例えば文献X. Chen et.al., VLSI p74, 2006に開示されているように、トランジスタからサイドウォール部をなくすことでライナーSiN膜の膜厚を上げる方法が提案されている。 However, as the miniaturization of MOS transistors progresses, the distance between MOS transistors is becoming increasingly narrow, and it is difficult to increase the thickness of the liner SiN film. As a solution to this problem, for example, as disclosed in the literature X. Chen et.al., VLSI p74, 2006, a method of increasing the thickness of the liner SiN film by eliminating the sidewall portion from the transistor is proposed. Has been.
ところが、トランジスタからサイドウォール部をなくしてライナーSiN膜を分厚くすると、以下に示す2つの問題が発生することがわかった。 However, it has been found that when the liner SiN film is made thicker by removing the sidewall portion from the transistor, the following two problems occur.
第1の問題としては、NMOSトランジスタのストレスライナー膜の膜厚を25nm以上厚くしてもチャネル領域におけるキャリア移動度を上げることができないということである。NMOSトランジスタにライナーSiN膜を設ける方法としては、SiN膜を成膜したのちにそのSiN膜に対して膜収縮を起こさせることにより引張り応力を発生させるという方法が取られる。しかしながら、ライナーSiN膜を膜厚にすると、膜を収縮させる工程において、ゲート電極の横においてライナーSiN膜に割れが発生する。その理由としては、ライナーSiN膜が膜厚になると、ライナーSiN膜を収縮させる際の収縮長が長くなるのでゲート電極の側面では上方および横方向への引張り力が大きくなり、その結果、ゲート電極とライナーSiN膜との境界においてライナーSiN膜に割れが発生するからであろうと考えられる。ライナーSiN膜に割れが発生すると、チャネル領域へストレスを有効に印加することができなくなり、チャネル領域におけるキャリア移動度の向上が図れなくなる。 The first problem is that the carrier mobility in the channel region cannot be increased even if the stress liner film thickness of the NMOS transistor is increased to 25 nm or more. As a method of providing a liner SiN film in an NMOS transistor, a method of generating a tensile stress by causing film contraction to the SiN film after forming the SiN film is used. However, when the liner SiN film is made thick, cracks occur in the liner SiN film beside the gate electrode in the process of shrinking the film. The reason is that when the liner SiN film becomes thicker, the contraction length when shrinking the liner SiN film becomes longer, so the tensile force upward and laterally increases on the side of the gate electrode, and as a result, the gate electrode This is probably because the liner SiN film is cracked at the boundary between it and the liner SiN film. When cracking occurs in the liner SiN film, stress cannot be effectively applied to the channel region, and carrier mobility in the channel region cannot be improved.
第2の問題としては、ライナーSiN膜を膜厚にすると、トランジスタのチャネル領域へ印加されるストレスが大きくなるだけでなく、ゲート電極の側面上に設けられたオフセットサイドウォールへ掛かるストレスも大きくなりゲート電極とオフセットサイドウォールとの界面で剥離が発生してしまうということである。オフセットサイドウォールがゲート電極の側面から剥がれてしまうと、ライナーSiN膜からのストレスがチャネル領域へ有効に掛からなくなり、チャネル領域におけるキャリア移動度の向上が図れなくなる。 The second problem is that when the liner SiN film is made thick, not only the stress applied to the channel region of the transistor is increased, but also the stress applied to the offset sidewall provided on the side surface of the gate electrode is increased. This means that peeling occurs at the interface between the gate electrode and the offset sidewall. If the offset sidewall is peeled off from the side surface of the gate electrode, the stress from the liner SiN film is not effectively applied to the channel region, and the carrier mobility in the channel region cannot be improved.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ストレスライナー膜などにおいて割れが生じることなくチャネル領域におけるキャリア移動度を向上させることにある。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to improve carrier mobility in a channel region without causing a crack in a stress liner film or the like.
本発明の半導体装置では、NMOSトランジスタのゲート電極の側面上にはオフセットサイドウォールが設けられており、オフセットサイドウォールの横にはサイドウォールが設けられている。サイドウォールの高さはゲート電極の高さの1/3以下であり、半導体基板の上面における幅はゲート電極とn型ソース領域またはn型ドレイン領域との間隔以下である。また、ゲート電極およびサイドウォールを覆うように1.7GPa以上の引張り応力を有するストレスライナー膜が半導体基板の上面に設けられており、その膜厚は25nm以上である。 In the semiconductor device of the present invention, an offset sidewall is provided on the side surface of the gate electrode of the NMOS transistor, and a sidewall is provided beside the offset sidewall. The height of the sidewall is not more than 1/3 of the height of the gate electrode, and the width on the upper surface of the semiconductor substrate is not more than the distance between the gate electrode and the n-type source region or n-type drain region. In addition, a stress liner film having a tensile stress of 1.7 GPa or more is provided on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode and the sidewall, and the film thickness is 25 nm or more.
上記構成では、NMOSトランジスタがこのようなサイドウォールを有しているので、ストレスライナー膜を形成するときには、ストレスライナー膜を横方向に引っ張ったときの引張り力の方向とストレスライナー膜を上方向に引っ張ったときの引張り力の方向とがなす角度が90度より大きくなり、ストレスライナー膜の膜厚が25nm以上であってもストレスライナー膜における膜割れの発生を防止することができる。よって、ストレスライナー膜の厚膜化とストレスライナー膜における膜割れの防止とを両立させることが可能になり、ストレスライナー膜において膜割れが生じることなくチャネル領域におけるキャリア移動度を向上させることができる。なお、ストレスライナー膜は25nm以上100nm以下であることが好ましい。 In the above configuration, since the NMOS transistor has such a sidewall, when forming the stress liner film, the direction of the tensile force when the stress liner film is pulled laterally and the stress liner film upward. Even if the angle formed by the direction of the tensile force when pulled is greater than 90 degrees, and the film thickness of the stress liner film is 25 nm or more, the occurrence of film cracking in the stress liner film can be prevented. Therefore, it is possible to achieve both the thickening of the stress liner film and the prevention of film cracking in the stress liner film, and the carrier mobility in the channel region can be improved without causing film cracking in the stress liner film. . The stress liner film is preferably 25 nm or more and 100 nm or less.
本発明の半導体装置では、半導体基板内にNMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを分離するための分離領域が設けられており、ゲート電極の横に設けられたサイドウォールの高さは、NMOSトランジスタではゲート電極の高さの1/3以下であるが、PMOSトランジスタではゲート電極の高さと略同一であることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the isolation region for separating the NMOS transistor and the PMOS transistor is provided in the semiconductor substrate, and the height of the side wall provided beside the gate electrode is the gate electrode in the NMOS transistor. However, it is preferable that the height of the gate electrode of the PMOS transistor is substantially the same as that of the gate electrode.
これにより、NMOSトランジスタでは、ストレスライナー膜の厚膜化とストレスライナー膜における膜割れの防止とを両立させることが可能になり、PMOSトランジスタでは、ストレスライナー膜からチャネル領域へ印加される引張応力を抑制できる。 As a result, in the NMOS transistor, it is possible to achieve both the thickening of the stress liner film and the prevention of film cracking in the stress liner film. In the PMOS transistor, the tensile stress applied from the stress liner film to the channel region can be reduced. Can be suppressed.
本発明の半導体装置では、オフセットサイドウォールは、ゲート電極を酸化して形成されていても良い。 In the semiconductor device of the present invention, the offset sidewall may be formed by oxidizing the gate electrode.
これにより、オフセットサイドウォールとゲート電極との密着性を上げることができる。よって、ストレスライナー膜の膜厚を25nm以上とすることによりチャネル領域に印加されるストレスを大きくしても、オフセットサイドウォールがゲート電極から剥がれることを防止できる。 Thereby, the adhesion between the offset sidewall and the gate electrode can be improved. Therefore, even if the stress applied to the channel region is increased by setting the thickness of the stress liner film to 25 nm or more, it is possible to prevent the offset sidewall from peeling off from the gate electrode.
本発明の半導体装置では、断面L字状の第2サイドウォールが、オフセットサイドウォールの側面および半導体基板の上面とサイドウォールとの間に設けられていてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the second sidewall having an L-shaped cross section may be provided between the side surface of the offset sidewall and the upper surface of the semiconductor substrate and the sidewall.
本発明の第1の半導体装置の製造方法では、NMOSトランジスタのゲート電極の横にサイドウォールを形成する際には、サイドウォールの高さをゲート電極の高さの1/3以下とし、半導体基板の上面におけるサイドウォールの幅をゲート電極とn型ソース領域またはn型ドレイン領域との間の間隔以下とする。また、ゲート電極、オフセットサイドウォールおよびサイドウォールを覆うように、引張り応力が1.7GPa以上であるストレスライナー膜を設ける。このとき、その膜厚を25nm以上とする。 In the first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, when the sidewall is formed beside the gate electrode of the NMOS transistor, the height of the sidewall is set to 1/3 or less of the height of the gate electrode. The width of the sidewall on the upper surface of the gate electrode is set to be equal to or smaller than the distance between the gate electrode and the n-type source region or the n-type drain region. A stress liner film having a tensile stress of 1.7 GPa or more is provided so as to cover the gate electrode, the offset sidewall, and the sidewall. At this time, the film thickness is set to 25 nm or more.
上記方法では、ストレスライナー膜を形成するときには、ストレスライナー膜を横方向に引っ張ったときの引張り力の方向とストレスライナー膜を上方向に引っ張ったときの引張り力の方向とがなす角度が90度より大きくなる。よって、膜厚が25nm以上であるストレスライナー膜を設けても、ストレスライナー膜における膜割れの発生を防止することができる。よって、膜割れが生じることなくストレスライナー膜を設けることができるとともに、チャネル領域におけるキャリア移動度を向上させることができる。 In the above method, when the stress liner film is formed, the angle formed by the direction of the tensile force when the stress liner film is pulled laterally and the direction of the tensile force when the stress liner film is pulled upward is 90 degrees. Become bigger. Therefore, even if a stress liner film having a film thickness of 25 nm or more is provided, it is possible to prevent film cracking in the stress liner film. Therefore, a stress liner film can be provided without film cracking, and carrier mobility in the channel region can be improved.
本発明の第2の半導体装置の製造方法では、まず、半導体基板内にNMOSトランジスタ形成領域とPMOSトランジスタ形成領域とを区切るための分離領域を設ける。その後、ゲート電極の横にサイドウォールを形成するが、NMOSトランジスタのゲート電極の横にサイドウォールを形成する際には、サイドウォールの高さをゲート電極の高さの1/3以下とし、半導体基板の上面におけるサイドウォールの幅をゲート電極とn型ソース領域またはn型ドレイン領域との間の間隔以下とする。一方、PMOSトランジスタのゲート電極の横にサイドウォールを形成する際には、サイドウォールの高さをゲート電極の高さと略同一とする。それから、ゲート電極、オフセットサイドウォールおよびサイドウォールを覆うように、引張り応力が1.7GPa以上であるストレスライナー膜を半導体基板の上面上に設ける。このとき、その膜厚を25nm以上とする。 In the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, first, an isolation region for separating the NMOS transistor formation region and the PMOS transistor formation region is provided in the semiconductor substrate. Thereafter, a sidewall is formed beside the gate electrode. When forming a sidewall beside the gate electrode of the NMOS transistor, the height of the sidewall is set to 1/3 or less of the height of the gate electrode. The width of the sidewall on the upper surface of the substrate is set to be equal to or smaller than the distance between the gate electrode and the n-type source region or the n-type drain region. On the other hand, when the sidewall is formed beside the gate electrode of the PMOS transistor, the height of the sidewall is made substantially the same as the height of the gate electrode. Then, a stress liner film having a tensile stress of 1.7 GPa or more is provided on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode, the offset sidewall, and the sidewall. At this time, the film thickness is set to 25 nm or more.
上記方法では、NMOSトランジスタ形成領域では、膜割れが生じることなく分厚いストレスライナー膜を設けることができる。よって、NMOSトランジスタのチャネル領域におけるキャリア移動度を向上させることができる。 In the above method, a thick stress liner film can be provided in the NMOS transistor formation region without causing film cracking. Therefore, carrier mobility in the channel region of the NMOS transistor can be improved.
また、PNMOトランジスタでは、ストレスライナー膜からチャネル領域へ印加される引張応力を抑制できる。 In the PNMO transistor, the tensile stress applied from the stress liner film to the channel region can be suppressed.
ストレスライナー膜などにおいて膜割れが生じることなくチャネル領域におけるキャリア移動度を向上させることができる。 Carrier mobility in the channel region can be improved without causing film cracking in a stress liner film or the like.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、同一の構成要件には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, below, the same code | symbol may be attached | subjected to the same component and the description may be abbreviate | omitted. Further, the present invention is not limited to the following embodiment.
(第1の実施形態)
図1には、本発明の第1の実施形態にかかる半導体装置の構造を示す。図2(a)〜(e)には、本発明の第1の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 2A to 2E show a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
本実施形態では、半導体装置としてNMOSトランジスタを例に挙げ、その製法および構成を説明する。以下では、まず、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す。 In the present embodiment, an NMOS transistor is taken as an example of a semiconductor device, and its manufacturing method and configuration will be described. Below, the manufacturing method of the semiconductor device concerning this embodiment is shown first.
図2(a)に示す工程では、公知の方法を用いて、まず、半導体基板(例えば、シリコン基板)100内にシャロートレンチ(分離領域)101を形成し、次に、半導体基板100の上面にゲート絶縁膜102およびゲート電極103を順に形成し、その後、ゲート電極103の側面にオフセットサイドウォール104を形成する。ここで、ゲート電極103の電極材料としてはポリシリコンまたはTiNなどのメタルを用いることができ、オフセットサイドウォール104としてはSiO2膜を用いることができる。
In the step shown in FIG. 2A, first, a shallow trench (isolation region) 101 is formed in a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) 100 using a known method, and then the upper surface of the
図2(b)に示す工程では、まず、イオン注入法を用いて、半導体基板100内にn型エクステンション領域105を形成する。次に、ゲート電極103の上面と面一となるように半導体基板100の上面にSiO2膜を堆積させたのちに、SiO2膜に対してドライエッチングを行う。これにより、オフセットサイドウォール104の表面および半導体基板100の上面の一部分を覆うように、断面L字状のサイドウォール(第2サイドウォール)106が形成される。その後、ゲート電極103の上面と面一となるように半導体基板100の上面にSiN膜を堆積させた後、SiN膜に対してドライエッチングを行う。例えばLP-CVDによりSiN膜を30nm程度成膜した後、ドライエッチでエッチバックする。これにより、サイドウォール106を覆うように、サイドウォール107が形成される。
In the step shown in FIG. 2B, first, an n-
図2(c)に示す工程では、まず、イオン注入法および活性化アニール法により、半導体基板100内にn型ソース・ドレイン領域108を形成する。このとき、サイドウォール107は、n型ソース・ドレイン領域108をイオン注入により形成する際のセルフアライメントのマスクとして機能する。その後、ゲート電極103およびn型ソース・ドレイン領域108をシリサイド化させ、シリサイド層109を形成する。
In the step shown in FIG. 2C, first, n-type source /
図2(d)に示す工程では、サイドウォール107をエッチングして、サイドウォール110とする。このエッチングにより、サイドウォール110の高さをゲート電極103の高さの1/3以下とし、半導体基板100の上面におけるサイドウォール110の幅をn型ソース領域(またはドレイン領域)108とゲート電極103との間隔以下とする。エッチング方法としては、例えば熱燐酸によるウエットエッチを採用することができる。
In the step shown in FIG. 2D, the
図2(e)に示す工程では、ストレスライナー膜111をゲート電極103およびサイドウォール110を覆うように半導体基板100の上面に設ける。ストレスライナー膜111としては1.7GPa以上の引張応力を持つSiN膜を用いることが好ましく、膜厚が25nm以上100nm以下となるようにストレスライナー膜111を設けることが好ましい。具体的には、300℃でSiH4ガスおよびNH3ガスを流してCVD(Chemical Vapor Deposition)法でHリッチなSiN膜を形成した後、400℃で紫外光を照射してHを脱離させると、SiN膜で膜収縮が起こり、その結果、SiN膜の引張り応力を1.7GPa以上とすることができる。このとき、SiN膜の膜収縮率は10%以上であることが好ましい。これにより、本実施形態にかかる半導体装置を製造することができる。
In the step shown in FIG. 2E, the
上記方法を用いて製造された半導体装置の構造を簡単に記すと、半導体基板100の上面には、ゲート絶縁膜102およびゲート電極103が順に設けられており、ゲート電極103の側面にはオフセットサイドウォール104が設けられている。オフセットサイドウォール104の横には、断面L字状のSiO2膜からなるサイドウォール106が設けられており、サイドウォール106の上には、SiN膜からなるサイドウォール110が設けられている。また、ストレスライナー膜111が、ゲート電極103およびサイドウォール110を覆うように半導体基板100の上に設けられている。
Briefly describing the structure of a semiconductor device manufactured using the above method, a
サイドウォール110の高さはゲート電極103の高さの1/3以下であり、半導体基板100の上面におけるサイドウォール110幅はゲート電極103とn型ソース領域またはドレイン領域108との間隔以下である。ストレスライナー膜111は1.7GPa以上の引張応力を持ち、その膜厚は25nm以上100nm以下である。
The height of the
このように、本実施形態の半導体装置ではサイドウォール110の高さがゲート電極103の高さの1/3以下であるとともに半導体基板100の上面におけるサイドウォール110の幅がゲート電極103とn型ソース領域またはドレイン領域108との間隔以下である。よって、ストレスライナー膜111を分厚くしても(例えば、膜厚を25nm以上としても)、ストレスライナー膜111の形成時には、ストレスライナー膜を横方向に引っ張ったときの引張り力の方向とストレスライナー膜を上方向に引っ張ったときの引張り力の方向とがなす角度は90度より大きくなる。よって、ストレスライナー膜111において膜割れが発生することなくストレスライナー膜111を膜厚にすることができるので、NMOSトランジスタのチャネル領域へ印加するストレスを有効に増大させることができる。これにより、本実施形態では、半導体装置のチャネル領域におけるキャリア移動度を向上させることができる。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the height of the
なお、本実施形態では、断面L字状のサイドウォール106が設けられていなくても良い。その場合には、オフセットサイドウォール104の横には、サイドウォール110が設けられていればよい。
In the present embodiment, the
(第2の実施形態)
上記第1の実施形態では、半導体装置の具体例としてNMOSトランジスタを例に挙げ、その構成および製造方法を説明した。本発明の第2の実施形態では、半導体装置の具体例としてCMOS(complementary mental-oxide semiconductor)トランジスタを例に挙げ、その構成および製造方法を説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, an NMOS transistor is taken as an example of a semiconductor device, and its configuration and manufacturing method are described. In the second embodiment of the present invention, a complementary mental-oxide semiconductor (CMOS) transistor is taken as an example of a semiconductor device, and its configuration and manufacturing method will be described.
図3には、本発明の第2の実施形態にかかるCMOSトランジスタの構造を示す。図4(a)〜図5(c)には、本発明の第2の実施形態にかかるCMOSトランジスタの製造方法を示す。 FIG. 3 shows the structure of a CMOS transistor according to the second embodiment of the present invention. 4A to 5C show a method for manufacturing a CMOS transistor according to the second embodiment of the present invention.
図4(a)に示す工程では、まず、半導体基板100内にシャロートレンチ101を形成し、半導体基板100をNMOSトランジスタ形成領域Tr._NとPMOSトランジスタ形成領域Tr._Pとに分離する。次に、NMOSトランジスタ形成領域Tr._Nでは、半導体基板100の上面上にゲート絶縁膜102およびゲート電極103を順に形成した後、ゲート電極103の側面にオフセットサイドウォール104を形成し、その後、イオン注入法により半導体基板100内にn型エクステンション領域105を形成する。また、PMOSトランジスタ形成領域Tr._Pでは、半導体基板100の上面上にゲート絶縁膜102およびゲート電極203を順に形成した後、ゲート電極203の側面にオフセットサイドウォール104を形成し、その後、イオン注入法により半導体基板100内にp型エクステンション領域205を形成する。
4A, first, a
図4(b)に示す工程では、NMOSトランジスタ形成領域Tr._NとPMOSトランジスタ形成領域Tr._Pとにおいて、それぞれ、断面L字状のサイドウォール106をゲート電極103,203の横に形成した後、サイドウォール107をサイドウォール106の上に形成する。その後、NMOSトランジスタ形成領域Tr._Nには、半導体基板100内にn型ソース・ドレイン領域108を形成し、PMOSトランジスタ形成領域Tr._Pには、半導体基板100内にp型ソース・ドレイン領域208を形成する。
In the step shown in FIG. 4B, after the
図4(c)に示す工程では、ゲート電極103,203とn型ソース・ドレイン領域108とp型ソース・ドレイン領域208とをシリサイド化させ、シリサイド層109を形成する。
In the step shown in FIG. 4C, the
図5(a)に示す工程では、ゲート電極103,203とサイドウォール107とを覆うように半導体基板100の上面にSiO2膜を設け、その後、SiO2膜のうちPMOSトランジスタ形成領域Tr._P内に設けられた部分のみを残存させるようにSiO2膜をエッチングする。これにより、PMOSトランジスタ形成領域Tr._Pにマスク212を形成することができる。このとき、マスクの厚みを20nm程度とすることが好ましい。
In the step shown in FIG. 5A, a SiO 2 film is provided on the upper surface of the
図5(b)に示す工程では、サイドウォール107に対してエッチングを行う。このエッチングにより、NMOSトランジスタ形成領域Tr._Nに形成されたサイドウォール107はエッチングされてサイドウォール110となる。具体的には、上記第1の実施形態で記載したように、サイドウォール110の高さはゲート電極103の高さの1/3以下となり、半導体基板100の上面におけるサイドウォール110の幅はゲート電極103とn型ソース領域またはドレイン領域108との間隔以下となる。一方、PMOSトランジスタ形成領域Tr._Pに形成されたサイドウォール107は、マスク212に覆われているのでエッチングされない。その後、マスク212を除去する。
In the step shown in FIG. 5B, the
図5(c)に示す工程では、図2(e)に示す工程と同じく、ゲート電極103,203およびサイドウォール107,110を覆うように半導体基板100の上面にストレスライナー膜111を設ける。
In the step shown in FIG. 5C, as in the step shown in FIG. 2E, the
上記方法を用いて製造された半導体装置の構造を簡単に記すと、半導体装置は、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを備えている。NMOSトランジスタは上記第1の実施形態にかかる半導体装置と同一の構造を有しており、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタとではサイドウォールの形状が相異なる。具体的には、NMOSトランジスタでは、断面L字状のサイドウォール106の横には、高さがゲート電極103の高さの1/3以下であり、半導体基板100の上面における幅がゲート電極103とn型ソース・ドレイン領域108との間隔以下であるサイドウォール110が設けられている。一方PMOSトランジスタでは、断面L字状のサイドウォール106の横には、高さがゲート電極203の高さと略同一のサイドウォール107が設けられている。
Briefly describing the structure of a semiconductor device manufactured using the above method, the semiconductor device includes an NMOS transistor and a PMOS transistor. The NMOS transistor has the same structure as the semiconductor device according to the first embodiment, and the shape of the sidewall is different between the PMOS transistor and the NMOS transistor. Specifically, in the NMOS transistor, the height is 1/3 or less of the height of the
このように、本実施形態の半導体装置では、NMOSトランジスタのゲート電極103の側面の上には、上記第1の実施形態と同じように、サイドウォール110が設けられている。そのため、ストレスライナー膜111の膜厚を25nm以上としても、ストレスライナー膜111の形成時にはストレスライナー膜を横方向に引っ張ったときの引張り力の方向とストレスライナー膜を上方向に引っ張ったときの引張り力の方向とがなす角度が90度より大きくなる。よって、ストレスライナー膜111の膜割れを発生させることなくストレスライナー膜111を膜厚にすることができるので、NMOSトランジスタのチャネル領域へ印加するストレスを有効に増大させることができる。
As described above, in the semiconductor device according to the present embodiment, the
また、本実施形態の半導体装置では、PMOSトランジスタのゲート電極203の側面の上には、ゲート電極203の高さと同一の高さを有するサイドウォール107が設けられている。よって、ストレスライナー膜111からチャネル領域へ印加される引張応力を抑制できる。これにより、本実施形態では、半導体装置のチャネル領域におけるキャリア移動度を向上させることができる。
In the semiconductor device of this embodiment, the
なお、本実施形態では、上記第1の実施形態と同じく、断面L字状のサイドウォール106が設けられていなくても良い。その場合には、オフセットサイドウォール104の横には、サイドウォール107,110が設けられていればよい。
In the present embodiment, as in the first embodiment, the
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、上記第2の実施形態の変形である。具体的には、上記第2の実施形態ではゲート電極の側面上にSiO2膜を堆積させているが、本実施形態ではゲート電極の側面を酸化させている。以下、具体的に説明する。
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention is a modification of the second embodiment. Specifically, the SiO 2 film is deposited on the side surface of the gate electrode in the second embodiment, but the side surface of the gate electrode is oxidized in this embodiment. This will be specifically described below.
図6(a)〜図7(c)には、本発明の第3の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す。 6A to 7C show a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
図6(a)に示す工程では、まず、半導体基板100内にシャロートレンチ101を形成し、半導体基板100をNMOSトランジスタ形成領域Tr._NとPMOSトランジスタ形成領域Tr._Pとに分離する。次に、NMOSトランジスタ形成領域Tr._Nでは、半導体基板100の上面上にゲート絶縁膜102およびゲート電極103を順に形成し、PMOSトランジスタ形成領域Tr._Pでは、半導体基板100の上面上にゲート絶縁膜102およびゲート電極203を順に形成する。
In the step shown in FIG. 6A, first, a
図6(b)に示す工程では、まず、プラズマ酸化を行って、基板の上面のうち露出している部分とゲート電極103,203の表面とを酸化させる。これにより、例えば5nmの厚さの酸化膜304が形成される。次に、イオン注入法により、NMOSトランジスタ形成領域Tr._Nでは半導体基板100内にn型エクステンション領域105を形成し、PMOSトランジスタ形成領域Tr._Pでは半導体基板100内にp型エクステンション領域205を形成する。
In the step shown in FIG. 6B, first, plasma oxidation is performed to oxidize exposed portions of the upper surface of the substrate and the surfaces of the
図6(c)に示す工程では、まず、半導体基板100の上面にSiN膜を設けた後、そのSiN膜にドライエッチングを行う。これにより、酸化膜304のうちゲート電極103,203の側面上に形成された部分を覆うように、サイドウォール107が形成される。その後、イオン注入法及び活性化アニール法により、NMOSトランジスタ形成領域Tr._Nでは半導体基板100内にn型ソース・ドレイン領域108を形成し、PMOSトランジスタ形成領域Tr._Pでは半導体基板100内にp型ソース・ドレイン領域208を形成する。
In the step shown in FIG. 6C, first, a SiN film is provided on the upper surface of the
図6(d)に示す工程では、まず、サイドウォール107をマスクとして酸化膜304をドライエッチングする。これにより、酸化膜304は、ゲート電極103,203の側面とサイドウォール107との間、および、サイドウォール107と半導体基板100との間にのみ、残存する。ここで、酸化膜304のうちゲート電極103,203の側面に設けられた部分は上記第1の実施形態におけるオフセットサイドウォール104と略同一の機能を奏する。その後、酸化膜304が除去された部分をシリサイド化して、シリサイド層109を形成する。
In the step shown in FIG. 6D, first, the
図7(a)に示す工程では、図5(a)に示す工程と同じく、ゲート電極103,203とサイドウォール107とを覆うように半導体基板100の上面にSiO2膜を設け、その後、その後、SiO2膜のうちPMOSトランジスタ形成領域Tr._P内に設けられた部分のみを残存させるようにSiO2膜をエッチングする。これにより、PMOSトランジスタ形成領域Tr._Pにマスク212を形成することができる。
In the step shown in FIG. 7A, as in the step shown in FIG. 5A, an SiO 2 film is provided on the upper surface of the
図7(b)に示す工程では、図5(b)に示す工程と同じく、サイドウォール107をエッチングする。このエッチングにより、NMOSトランジスタ形成領域Tr._Nでは、サイドウォール107がエッチングされてサイドウォール110となる。一方、PMOSトランジスタ形成領域Tr._Pでは、サイドウォール107はマスク212に覆われているのでエッチングされない。その後、マスク212を除去する。
In the step shown in FIG. 7B, the
図7(c)に示す工程では、図2(e)に示す工程と同じく、ストレスライナー膜111をゲート電極103,203を覆うように半導体基板100の上面に設ける。
In the step shown in FIG. 7C, as in the step shown in FIG. 2E, the
上記方法を用いて製造された半導体装置の構造は、上記第2の実施形態における半導体装置の構造と酷似しているが、上記第2の実施形態では、オフセットサイドウォール104とサイドウォール107またはサイドウォール110との間に断面略L字状のサイドウォール106が設けられているが、本実施形態では、断面略L字状のサイドウォール106が設けられていない。そのため、酸化膜304の上に、サイドウォール107または110が設けられている。
The structure of the semiconductor device manufactured using the above method is very similar to the structure of the semiconductor device in the second embodiment, but in the second embodiment, the offset
このように、半導体装置が断面L字状のサイドウォールを備えていなくても、本実施形態にかかる半導体装置は上記第2の実施形態に記載のようにかかる半導体装置と略同一の効果を奏する。具体的には、NMOSトランジスタでは、ストレスライナー膜111の膜厚を25nm以上としても、ストレスライナー膜111の形成時にはストレスライナー膜を横方向に引っ張ったときの引張り力の方向とストレスライナー膜を上方向に引っ張ったときの引張り力の方向とがなす角度が90度より大きくなる。よって、ストレスライナー膜111の膜割れを発生させることなくストレスライナー膜111を膜厚にすることができる。また、PMOSトランジスタでは、ストレスライナー膜111からチャネル領域へ印加される引張応力を抑制できる。これにより、本実施形態では、半導体装置のチャネル領域におけるキャリア移動度を向上させることができる。
As described above, even if the semiconductor device does not include the sidewall having the L-shaped cross section, the semiconductor device according to the present embodiment has substantially the same effect as the semiconductor device according to the second embodiment. . Specifically, in the NMOS transistor, even if the thickness of the
さらに、本実施形態では、ゲート電極103,203の酸化により形成された酸化膜304をオフセットサイドウォールとして用いているので、ストレス印加によるオフセットサイドウォールの膜剥がれを抑制できる。
Furthermore, in this embodiment, since the
以上説明したように、本発明は、膜応力を有するライナーSiN膜を有するとともにゲート幅が40nm程度以下であるMOSトランジスタを備えた半導体装置の製造方法等に有用である。 As described above, the present invention is useful for a method of manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor having a liner SiN film having a film stress and a gate width of about 40 nm or less.
100 半導体基板
101 シャロートレンチ
102 ゲート絶縁膜
103 ゲート電極
104 オフセットサイドウォール
105 n型エクステンション領域
106 サイドウォール
107 サイドウォール
108 n型ソース・ドレイン領域
109 シリサイド層
110 サイドウォール
111 ストレスライナー膜
203 ゲート電極
205 p型エクステンション領域
208 p型ソース・ドレイン領域
212 マスク
304 酸化膜
100 Semiconductor substrate
101 Shallow trench
102 Gate insulation film
103 Gate electrode
104 Offset sidewall
105 n-type extension region
106 sidewall
107 sidewall
108 n-type source / drain regions
109 Silicide layer
110 sidewall
111 Stress liner film
203 Gate electrode
205 p-type extension region
208 p-type source / drain regions
212 Mask
304 Oxide film
Claims (8)
前記NMOSトランジスタは、
半導体基板内に互いに間隔を開けて配置されたn型ソース領域およびn型ドレイン領域と、
前記半導体基板のうち前記n型ソース領域と前記n型ドレイン領域との間に挟まれたチャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の側面上に設けられたオフセットサイドウォールと、
前記オフセットサイドウォールの側面の一部分を覆うように前記半導体基板の上面の上に設けられ、SiN膜からなるサイドウォールと、
前記ゲート電極と前記サイドウォールとを覆うように前記半導体基板の前記上面の上に設けられ、1.7GPa以上の引張り応力を有するストレスライナー膜とを有し、
前記サイドウォールの高さは、前記ゲート電極の高さの1/3以下であり、
前記半導体基板の前記上面における前記サイドウォールの幅は、前記ゲート電極と前記n型ソース領域または前記n型ドレイン領域との間隔以下であり、
前記ストレスライナー膜の膜厚は、25nm以上である、半導体装置。 With NMOS transistors,
The NMOS transistor is
An n-type source region and an n-type drain region that are spaced apart from each other in a semiconductor substrate;
A gate electrode provided on a channel region sandwiched between the n-type source region and the n-type drain region of the semiconductor substrate via a gate insulating film;
An offset sidewall provided on a side surface of the gate electrode;
A sidewall made of a SiN film, provided on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover a part of a side surface of the offset sidewall;
A stress liner film provided on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode and the sidewall, and having a tensile stress of 1.7 GPa or more;
The height of the sidewall is 1/3 or less of the height of the gate electrode,
The width of the sidewall on the upper surface of the semiconductor substrate is equal to or less than the distance between the gate electrode and the n-type source region or the n-type drain region,
The semiconductor device, wherein the stress liner film has a thickness of 25 nm or more.
前記半導体基板内には、前記NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを分離するための分離領域が設けられており、
前記PMOSトランジスタは、
前記半導体基板内で互いに間隔を開けて配置されたp型ソース領域およびp型ドレイン領域と、
前記半導体基板のうち前記p型ソース領域と前記p型ドレイン領域との間に挟まれたチャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の側面上に設けられたオフセットサイドウォールと、
前記オフセットサイドウォールの側面の上に設けられ、SiN膜からなるサイドウォールと、
前記ゲート電極と前記サイドウォールとを覆うように前記半導体基板の上面の上に設けられ、1.7GPa以上の引張り応力を有するストレスライナー膜とを有し、
前記サイドウォールの高さは、前記ゲート電極の高さと略同一であり、
前記ストレスライナー膜の膜厚は、25nm以上である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
In the semiconductor substrate, an isolation region for separating the NMOS transistor and the PMOS transistor is provided,
The PMOS transistor is
A p-type source region and a p-type drain region that are spaced apart from each other in the semiconductor substrate;
A gate electrode provided on a channel region sandwiched between the p-type source region and the p-type drain region of the semiconductor substrate via a gate insulating film;
An offset sidewall provided on a side surface of the gate electrode;
Provided on a side surface of the offset sidewall, and a sidewall made of a SiN film;
A stress liner film provided on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode and the sidewall, and having a tensile stress of 1.7 GPa or more;
The height of the sidewall is substantially the same as the height of the gate electrode,
The semiconductor device, wherein the stress liner film has a thickness of 25 nm or more.
前記オフセットサイドウォールは、前記ゲート電極を酸化して形成されている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The offset sidewall is a semiconductor device formed by oxidizing the gate electrode.
断面L字状の第2サイドウォールが、前記オフセットサイドウォールの側面および前記半導体基板の前記上面と前記サイドウォールとの間に設けられている、半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A semiconductor device, wherein a second sidewall having an L-shaped cross section is provided between a side surface of the offset sidewall and between the upper surface of the semiconductor substrate and the sidewall.
半導体基板の上面上に、ゲート絶縁膜およびゲート電極を順に設ける工程と、
前記ゲート電極の側面上に、オフセットサイドウォールを設ける工程と、
前記オフセットサイドウォールの側面の一部分を覆うように前記半導体基板の上面の上に、SiN膜からなるサイドウォールを設ける工程と、
前記サイドウォールを設けた後に、イオン注入法により前記半導体基板内にn型ソース領域およびn型ドレイン領域を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記サイドウォールとを覆うように、前記半導体基板の前記上面の上に引張り応力が1.7GPa以上であるストレスライナー膜を設ける工程とを備え、
前記サイドウォールを設ける工程では、前記サイドウォールの高さを前記ゲート電極の高さの1/3以下とし、且つ、前記半導体基板の前記上面における前記サイドウォールの幅を前記ゲート電極と前記n型ソース領域または前記n型ドレイン領域との間隔以下とし、
前記ストレスライナー膜を設ける工程では、前記ストレスライナー膜の膜厚を25nm以上とする、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having an NMOS transistor,
A step of sequentially providing a gate insulating film and a gate electrode on the upper surface of the semiconductor substrate;
Providing an offset sidewall on the side surface of the gate electrode;
Providing a sidewall made of a SiN film on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover a part of a side surface of the offset sidewall;
Forming an n-type source region and an n-type drain region in the semiconductor substrate by ion implantation after providing the sidewall; and
Providing a stress liner film having a tensile stress of 1.7 GPa or more on the upper surface of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode and the sidewall,
In the step of providing the sidewall, the height of the sidewall is set to 1/3 or less of the height of the gate electrode, and the width of the sidewall on the upper surface of the semiconductor substrate is set to the gate electrode and the n-type. The distance between the source region or the n-type drain region is less than or equal to
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein, in the step of providing the stress liner film, the thickness of the stress liner film is 25 nm or more.
半導体基板内に、PMOSトランジスタ形成領域とNMOSトランジスタ形成領域とを区切るための分離領域を設ける工程と、
前記半導体基板の上面のうち前記PMOSトランジスタ形成領域および前記NMOSトランジスタ形成領域に、それぞれ、ゲート絶縁膜およびゲート電極を順に設ける工程と、
前記ゲート電極の側面上に、それぞれ、オフセットサイドウォールを設ける工程と、
前記オフセットサイドウォールの側面を覆うように前記半導体基板の前記上面の上に、それぞれ、SiN膜からなるサイドウォールを設ける工程と、
前記サイドウォールを設けた後に、イオン注入法により、前記半導体基板内のうち前記PMOSトランジスタ形成領域にp型ソース領域およびp型ドレイン領域を形成し、前記NMOSトランジスタ形成領域にn型ソース領域およびn型ドレイン領域を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記サイドウォールとを覆うように、それぞれ、前記半導体基板の前記上面の上に引張り応力が1.7GPa以上であるストレスライナー膜を設ける工程とを備え、
前記サイドウォールを設ける工程においては、前記NMOSトランジスタ形成領域では、前記サイドウォールの高さを前記ゲート電極の高さの1/3以下とする一方、前記PMOSトランジスタ形成領域では、前記サイドウォールの高さを前記ゲート電極の高さと略同一とし、
前記ストレスライナー膜を設ける工程においては、前記ストレスライナー膜の膜厚を25nm以上とする、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having an NMOS transistor and a PMOS transistor,
Providing a separation region for separating the PMOS transistor formation region and the NMOS transistor formation region in the semiconductor substrate;
A step of sequentially providing a gate insulating film and a gate electrode in the PMOS transistor formation region and the NMOS transistor formation region in the upper surface of the semiconductor substrate;
Providing an offset sidewall on each side surface of the gate electrode;
Providing a sidewall made of a SiN film on the top surface of the semiconductor substrate so as to cover a side surface of the offset sidewall; and
After providing the sidewall, a p-type source region and a p-type drain region are formed in the PMOS transistor formation region in the semiconductor substrate by an ion implantation method, and an n-type source region and an n-type region are formed in the NMOS transistor formation region. Forming a mold drain region;
Providing a stress liner film having a tensile stress of 1.7 GPa or more on the upper surface of the semiconductor substrate, so as to cover the gate electrode and the sidewall,
In the step of providing the sidewall, in the NMOS transistor formation region, the height of the sidewall is set to 1/3 or less of the height of the gate electrode, while in the PMOS transistor formation region, the height of the sidewall is set. Is substantially the same as the height of the gate electrode,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step of providing the stress liner film, the thickness of the stress liner film is 25 nm or more.
前記オフセットサイドウォールを形成する工程では、前記ゲート電極の側壁を酸化する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5 or 6,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein, in the step of forming the offset sidewall, the sidewall of the gate electrode is oxidized.
前記オフセットサイドウォールを設けた後に、第2サイドウォールで、前記オフセットサイドウォールの側面および前記半導体基板の前記上面を覆い、
前記第2サイドウォールを設けた後に、前記第2サイドウォールの上に前記サイドウォールを設ける、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 5 to 7,
After providing the offset sidewall, the second sidewall covers the side surface of the offset sidewall and the upper surface of the semiconductor substrate,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the sidewall is provided on the second sidewall after the second sidewall is provided.
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