JP2010010403A - Semiconductor device and its method for manufacturing - Google Patents

Semiconductor device and its method for manufacturing Download PDF

Info

Publication number
JP2010010403A
JP2010010403A JP2008168091A JP2008168091A JP2010010403A JP 2010010403 A JP2010010403 A JP 2010010403A JP 2008168091 A JP2008168091 A JP 2008168091A JP 2008168091 A JP2008168091 A JP 2008168091A JP 2010010403 A JP2010010403 A JP 2010010403A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
groove
epitaxial growth
channel
effect transistor
field effect
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP2008168091A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Shibuya
明 澁谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2008168091A priority Critical patent/JP2010010403A/en
Publication of JP2010010403A publication Critical patent/JP2010010403A/en
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively apply a stretch stress to a silicon channel region of an N channel insulating gate type field-effect transistor, and further to enhance the mobility of a parasitic transistor. <P>SOLUTION: This semiconductor device includes: a silicon substrate 11; an element forming part 12 divided in the silicon substrate 11; an N channel insulating gate type field-effect transistor 20 formed in the element forming part 12; a trench part 13 formed in the silicon substrate 11 for enclosing the side part of the element forming part 12; an element isolation part 14 formed by embedding an insulating material inside the trench part 13; and a silicon germanium epitaxial growing layer 15 formed at least on the side of the trench part 13 in parallel to a direction of a channel length L in the N channel insulating gate type field-effect transistor 20. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およ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.

45nmノードプロセス以降の世代の半導体装置では、従来の単純なスケーリング則による性能向上が見込めなくなってきている。
そこで、移動度を向上させる技術として、チャネル部分にストレスを印加して、移動度を高める技術が近年よく用いられている。
In the generation of semiconductor devices after the 45 nm node process, it has become impossible to expect performance improvement by a conventional simple scaling rule.
Therefore, as a technique for improving the mobility, a technique for increasing the mobility by applying stress to the channel portion is often used in recent years.

NMOSトランジスタでは、ソースとドレインを結ぶチャネル長方向に引張応力を印加することにより移動度が増すことがよく知られている。
一つの例としては、図19に示すように、引張応力を増すストレスライナー膜111でNMOSFET112の上を被覆することにより、また圧縮応力を増すストレスライナー膜113でPMOSFET114の上を被覆することにより、それぞれのトランジスタの移動度を向上させている(例えば、非特許文献1参照。)。
In an NMOS transistor, it is well known that the mobility is increased by applying a tensile stress in the channel length direction connecting the source and the drain.
As an example, as shown in FIG. 19, by covering the NMOSFET 112 with a stress liner film 111 that increases tensile stress and by covering the PMOSFET 114 with a stress liner film 113 that increases compressive stress, The mobility of each transistor is improved (for example, refer nonpatent literature 1).

しかしながら、ストレスライナー膜は、様々な技術と組み合わせて用いることが多く、現状では、ストレスライナー膜による応力のみでは、移動度を高めるブースト技術として不十分である。   However, the stress liner film is often used in combination with various techniques, and at present, the stress by the stress liner film alone is not sufficient as a boost technique for increasing the mobility.

さらにストレスを印加するために、図20に示すように、NMOSFET211のソース/ドレイン領域となる拡散層212、213にシリコン(Si)より格子状数の小さい炭化シリコン(SiC)のエピタキシャル層を用いている。この炭化シリコンエピタキシャル層によって、チャネル領域214に引張応力を印加する方法が開示されている(例えば、非特許文献2参照。)。
なお、図20は、(1)図の(2)図中のD−D’線断面図を示し、(2)図に平面図を示した。
In order to further apply stress, as shown in FIG. 20, an epitaxial layer made of silicon carbide (SiC) having a lattice number smaller than that of silicon (Si) is used for diffusion layers 212 and 213 which become source / drain regions of NMOSFET 211. Yes. A method of applying a tensile stress to the channel region 214 with this silicon carbide epitaxial layer is disclosed (for example, see Non-Patent Document 2).
FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 2A and FIG. 2B, and a plan view is shown in FIG.

しかしながら、炭化シリコン(SiC)膜による引張応力は、膜中の炭素(C)の微妙な濃度調節で変化するので、エピタキシャル成長の条件設定が大変難しい。   However, since the tensile stress due to the silicon carbide (SiC) film changes by finely adjusting the concentration of carbon (C) in the film, it is very difficult to set the conditions for epitaxial growth.

また、応力を用いるのではなくチャネルの材料そのものを変更することにより移動度を向上させることができる。例えば、図21に示すように、NMOSトランジスタ311のチャネル領域312がシリコンゲルマニウム(以下、シリコンゲルマニウムはSiGeと記す)で形成されている。チャネル領域312にSiGeを用いることで、チャネル領域312がシリコン(Si)で形成されていたものと比べて、移動度が高くなることが知られている(例えば、非特許文献3参照。)。   Further, mobility can be improved by changing the material of the channel itself instead of using stress. For example, as shown in FIG. 21, the channel region 312 of the NMOS transistor 311 is formed of silicon germanium (hereinafter, silicon germanium is referred to as SiGe). By using SiGe for the channel region 312, it is known that the mobility is higher than that in which the channel region 312 is formed of silicon (Si) (see, for example, Non-Patent Document 3).

しかしながら、SiGeをチャネルとして用いた場合、チャネルの表面を平坦にするのが難しい。これは、SiGeをエピタキシャル成長で形成するため、これまで用いられてきたMOSFETのシリコン(Si)チャネルと比べて平坦性が悪くなるためである。
また、チャネルをSiGeで形成した場合、ゲート酸化膜の形成がシリコンチャネルとは異なる。SiGeチャネルを現状のプロセスに適用しようとすると、既存のプロセスに対して大きな変更を加える必要がある。できれば、移動度を高めるブースト技術としては、現状あるプロセスに対して最小限のコストで導入できる技術が望まれる。
However, when SiGe is used as the channel, it is difficult to flatten the surface of the channel. This is because, since SiGe is formed by epitaxial growth, the flatness is worse than that of a silicon (Si) channel of a MOSFET that has been used so far.
Further, when the channel is formed of SiGe, the formation of the gate oxide film is different from that of the silicon channel. In order to apply the SiGe channel to the current process, it is necessary to make a major change to the existing process. If possible, a technology that can be introduced into a current process at a minimum cost is desired as a boost technology for increasing mobility.

また、図22に示すように、シリコン基板411の上層部に形成されたトレンチ412内に分離絶縁膜413を形成して、この分離絶縁膜413によりシリコン基板411の上層部をMOSFET形成領域として規定する。そしてトレンチ412の側壁に沿ってSiGe層414をイオン注入により薄く形成し、このSiGe層414内(トレンチ412内側)にホウ素(B)含有SiGe層415をイオン注入により形成する。これによって、逆狭チャネル効果を効果的に抑制することが可能なSTI(Shallow Trench Isolation)構造の半導体装置であることが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。   Further, as shown in FIG. 22, an isolation insulating film 413 is formed in a trench 412 formed in the upper layer portion of the silicon substrate 411, and the upper layer portion of the silicon substrate 411 is defined as a MOSFET formation region by the isolation insulating film 413. To do. Then, the SiGe layer 414 is thinly formed by ion implantation along the side wall of the trench 412, and a boron (B) -containing SiGe layer 415 is formed by ion implantation in the SiGe layer 414 (inside the trench 412). Thus, it is disclosed that the semiconductor device has an STI (Shallow Trench Isolation) structure capable of effectively suppressing the reverse narrow channel effect (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、SiGe層がイオン注入で形成されたものであるため、MOSFET形成領域には、SiGe層によるストレスがかかりにくい。そもそも、上記SiGe層は、MOSFET形成領域に形成されるチャネルへのストレス印加を目的としたものではないため、SiGe層にストレスを持たせる意図はない。   However, since the SiGe layer is formed by ion implantation, the MOSFET formation region is not easily stressed by the SiGe layer. In the first place, since the SiGe layer is not intended to apply stress to the channel formed in the MOSFET formation region, there is no intention to give stress to the SiGe layer.

また、図23に示すように、p型シリコン基板511上にSiGeバッファー層512が形成され、そのSiGeバッファー層512に活性領域518を画定する素子分離溝516が表面に形成されている。SiGeバッファー層512上にはSiGe再成長バッファー層520が形成されている。上記素子分離溝516の側壁および上記活性領域518の上記SiGe再成長バッファー層520には、歪みシリコンチャネル層522が形成されている。さらに、上記素子分離溝516の側壁の歪みシリコンチャネル層522上には窒化シリコン膜524が形成され、上記素子分離溝516には素子分離絶縁膜526が埋め込まれている。
このような構成のMOSFETでは、歪みシリコンチャネル層522に圧縮もしくは引張歪みが加えられ、活性領域端部におけるリーク電流パスの形成を抑制し、低消費電力で高速動作が可能であるとしている(例えば、特許文献2参照。)。
Further, as shown in FIG. 23, a SiGe buffer layer 512 is formed on a p-type silicon substrate 511, and an element isolation groove 516 for defining an active region 518 is formed on the surface of the SiGe buffer layer 512. On the SiGe buffer layer 512, a SiGe regrowth buffer layer 520 is formed. A strained silicon channel layer 522 is formed on the sidewall of the element isolation trench 516 and the SiGe regrowth buffer layer 520 in the active region 518. Further, a silicon nitride film 524 is formed on the strained silicon channel layer 522 on the side wall of the element isolation trench 516, and an element isolation insulating film 526 is embedded in the element isolation trench 516.
In the MOSFET having such a configuration, compression or tensile strain is applied to the strained silicon channel layer 522, and the formation of a leakage current path at the end of the active region is suppressed, and high-speed operation is possible with low power consumption (for example, , See Patent Document 2).

しかしながら、上記MOSFETのチャネル層はSiGeを用いており、シリコンチャネルへストレスを印加する構成ではない。またSiGeをチャネルとして用いた場合、チャネルの表面を平坦にするのが難しい。これは、SiGeをエピタキシャル成長で形成するため、これまで用いられてきたMOSFETのシリコン(Si)チャネルと比べて平坦性が悪くなるためである。
また、チャネルをシリコンゲルマニウムで形成した場合、ゲート酸化膜の形成がシリコンチャネルとは異なる。シリコンゲルマニウムチャネルを現状のプロセスに適用しようとすると、既存のプロセスに対して大きな変更を加える必要がある。できれば、移動度を高めるブースト技術としては、現状あるプロセスに対して最小限のコストで導入できる技術が望まれる。
However, the channel layer of the MOSFET uses SiGe and is not configured to apply stress to the silicon channel. When SiGe is used as a channel, it is difficult to flatten the surface of the channel. This is because, since SiGe is formed by epitaxial growth, the flatness is worse than that of a silicon (Si) channel of a MOSFET that has been used so far.
In addition, when the channel is formed of silicon germanium, the formation of the gate oxide film is different from that of the silicon channel. In order to apply the silicon germanium channel to the current process, it is necessary to make a major change to the existing process. If possible, a technology that can be introduced into a current process at a minimum cost is desired as a boost technology for increasing mobility.

特開2004-327493号公報JP 2004-327493 A 特開2004-79874号公報JP 2004-79874 A E. Leobandung et al.著 「High Performance 65nm SOI Technology with Dual Stress Liner and low capacitance SRAM cell」2005 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 8A-1 2005年E. Leobandung et al. “High Performance 65nm SOI Technology with Dual Stress Liner and low capacitance SRAM cell” 2005 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 8A-1 2005 Kah-Wee Ang et al.著 「50 nm Silicon-On-Insulator N-MOSFET Featuring Multiple Stressors: Silicon-Carbon Source/Drain Regions and Tensile Stress Silicon Nitride Liner」2006 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 2006年Kah-Wee Ang et al., "50 nm Silicon-On-Insulator N-MOSFET Featuring Multiple Stressors: Silicon-Carbon Source / Drain Regions and Tensile Stress Silicon Nitride Liner" 2006 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 2006 P.W.Liu et al.著 「SiGe Channel CMOSFETs Fabricated on (110) Surfaces with TaC/HfO2 Gate Stacks」2007 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 2007年P.W.Liu et al. “SiGe Channel CMOSFETs Fabricated on (110) Surfaces with TaC / HfO2 Gate Stacks” 2007 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 2007

解決しようとする問題点は、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのシリコンのチャネル領域に引張応力を効果的に印加することが困難な点である。   The problem to be solved is that it is difficult to effectively apply tensile stress to the silicon channel region of the N-channel insulated gate field effect transistor.

本発明は、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのシリコンのチャネル領域に引張応力を効果的に印加することを可能にする。   The present invention makes it possible to effectively apply a tensile stress to the silicon channel region of an N-channel insulated gate field effect transistor.

本発明の半導体装置は、シリコン基板と、前記シリコン基板に区画された素子形成部と、前記素子形成部に形成されたNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、前記シリコン基板に形成されていて前記素子形成部の側部を囲む溝部と、前記溝部内に絶縁材料が埋め込まれて形成された素子分離部と、少なくとも前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の側面に形成されたシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を有する。   The semiconductor device of the present invention is formed on the silicon substrate, the element forming portion partitioned on the silicon substrate, the N-channel insulated gate field effect transistor formed on the element forming portion, and the silicon substrate. A groove portion surrounding a side portion of the element forming portion; an element isolation portion formed by embedding an insulating material in the groove portion; and a side surface of the groove portion parallel to at least the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor The silicon germanium epitaxial growth layer is formed.

本発明の半導体装置では、シリコン基板からなる素子形成部の側部を囲む溝部の、少なくともNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な側面に、シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層が形成されている。シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層はシリコン(Si)より格子状数が大きく、このシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層によって素子形成部には引張応力が印加される。
またシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、素子形成部に形成されるNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタの大部分のシリコンチャネル部にストレスを与えるだけでなく、それ自身が移動度の高いチャネルとしての役割も果たす。
したがって、素子分離部と接する部分は寄生トランジスタとして、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタの特性を劣化させるが、シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を形成したことによって、劣化していた寄生トランジスタ部分の移動度が高められる。このため、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタの特性劣化が抑制される。
また、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタが微細化していくにつれ、ゲート幅はより小さくなっていき、上記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層によるストレスはより効く方向になる。
In the semiconductor device of the present invention, a silicon germanium epitaxial growth layer is formed on at least a side surface parallel to the channel length direction of the N channel insulated gate field effect transistor in the groove portion surrounding the side portion of the element forming portion made of a silicon substrate. . The silicon germanium epitaxial growth layer has a larger number of lattices than silicon (Si), and tensile stress is applied to the element forming portion by the silicon germanium epitaxial growth layer.
In addition, the silicon germanium epitaxial growth layer not only gives stress to most of the silicon channel portion of the N-channel insulated gate field effect transistor formed in the element forming portion, but also serves as a high mobility channel. .
Therefore, although the portion in contact with the element isolation portion is a parasitic transistor, the characteristics of the N-channel insulated gate field effect transistor are deteriorated. However, the formation of the silicon germanium epitaxial growth layer increases the mobility of the deteriorated parasitic transistor portion. It is done. For this reason, characteristic deterioration of the N-channel insulated gate field effect transistor is suppressed.
Further, as the N-channel insulated gate field effect transistor is miniaturized, the gate width becomes smaller and the stress due to the silicon germanium epitaxial growth layer becomes more effective.

本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板のNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタが形成される素子形成部を被覆するマスク膜を形成する工程と、前記マスク膜から露出された前記シリコン基板に前記素子形成部の側部を囲む溝部を形成する工程と、エピタキシャル成長法によって、少なくとも前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の側面にシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を形成する工程と、前記溝部内に絶縁材料を埋め込んで素子分離部を形成する工程と、前記素子形成部にNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタを形成する工程を有する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a mask film covering an element forming portion where an N-channel insulated gate field effect transistor of a silicon substrate is formed; and exposing the silicon substrate exposed from the mask film. Forming a trench surrounding the side of the element forming portion, and forming a silicon germanium epitaxial growth layer on at least a side surface of the trench parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor by epitaxial growth. And a step of forming an element isolation portion by embedding an insulating material in the trench, and a step of forming an N-channel insulated gate field effect transistor in the element formation portion.

本発明の半導体装置の製造方法では、シリコン基板からなる素子形成部の側部を囲む溝部の、少なくともNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な側面に、シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を形成する。シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層はシリコン(Si)より格子状数が大きく、このシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層によって素子形成部には引張応力が印加される。
またシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、素子形成部に形成されるNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタの大部分のシリコンチャネル部にストレスを与えるだけでなく、それ自身が移動度の高いチャネルとしての役割も果たす。
したがって、素子分離部と接する部分は寄生トランジスタとして、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタの特性を劣化させるが、シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を形成したことによって、劣化していた寄生トランジスタ部分の移動度が高められる。このため、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタの特性劣化が抑制される。
また、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタが微細化していくにつれ、ゲート幅はより小さくなっていき、上記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層によるストレスはより効く方向になる。
また、上記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、ゲート端部の一部に形成されるものであるため、素子形成部の大部分は、表面が平坦なシリコン基板となっているので既存のプロセスによくマッチする。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a silicon germanium epitaxial growth layer is formed on at least a side surface parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor in the groove surrounding the side portion of the element forming portion made of a silicon substrate. To do. The silicon germanium epitaxial growth layer has a larger number of lattices than silicon (Si), and a tensile stress is applied to the element forming portion by the silicon germanium epitaxial growth layer.
In addition, the silicon germanium epitaxial growth layer not only gives stress to most of the silicon channel portion of the N-channel insulated gate field effect transistor formed in the element forming portion, but also serves as a high mobility channel. .
Therefore, although the portion in contact with the element isolation portion is a parasitic transistor, the characteristics of the N-channel insulated gate field effect transistor are deteriorated. However, the formation of the silicon germanium epitaxial growth layer increases the mobility of the deteriorated parasitic transistor portion. It is done. For this reason, characteristic deterioration of the N-channel insulated gate field effect transistor is suppressed.
Further, as the N-channel insulated gate field effect transistor is miniaturized, the gate width becomes smaller and the stress due to the silicon germanium epitaxial growth layer becomes more effective.
In addition, since the silicon germanium epitaxial growth layer is formed on a part of the gate end portion, most of the element forming portion is a silicon substrate having a flat surface, so that it matches well with an existing process. .

本発明の半導体装置は、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネルに、シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層のストレスが直接的に印加されるので、チャネルに効果的に引張応力が印加される。これによって、このトランジスタの移動度を向上させ、オン電流を増加させることができるので、トランジスタ性能を高めることができるという利点がある。   In the semiconductor device of the present invention, since the stress of the silicon germanium epitaxial growth layer is directly applied to the channel of the N channel insulated gate field effect transistor, the tensile stress is effectively applied to the channel. Accordingly, the mobility of the transistor can be improved and the on-current can be increased, so that there is an advantage that the transistor performance can be improved.

本発明の半導体装置の製造方法は、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネルに、シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を形成することよって、チャネルに効果的に引張応力が印加されるようになる。これによって、このトランジスタの移動度を向上させ、オン電流を増加させることができるので、トランジスタ性能を高めることができるという利点がある。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a tensile stress is effectively applied to the channel by forming a silicon germanium epitaxial growth layer in the channel of the N-channel insulated gate field effect transistor. Accordingly, the mobility of the transistor can be improved and the on-current can be increased, so that there is an advantage that the transistor performance can be improved.

本発明の半導体装置に係る一実施の形態(第1実施例)を、図1の概略構成断面図および平面図によって説明する。なお、図1(1)には断面図を示し、図1(2)には平面図を示した。図(1)の断面図は図(2)のA−A’線断面である。   An embodiment (first example) according to a semiconductor device of the present invention will be described with reference to a schematic cross-sectional view and a plan view of FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a plan view. The cross-sectional view of FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.

図1(1)、(2)に示すように、シリコン基板11には、素子形成部12を区画する溝部13が形成され、その溝部13の内部を絶縁材料で埋め込んで形成された素子分離部14が設けられている。
上記素子形成部12には、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下、トランジスタと記す)20が形成されている。このトランジスタ20は、シリコン基板11からなる素子形成部12上に、ゲート絶縁膜21を介してゲート電極22が形成されている。このゲート電極22は、素子形成部12から素子分離部14上に延長されて形成されている。また、ゲート電極22の両側の上記素子形成部12には、ソース・ドレイン領域23、24が形成されている。
そして、少なくとも上記トランジスタ20のチャネル長L方向と平行な上記溝部13の側面13S(第1側面13SA)にはシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層(以下、SiGeエピ層と記す)15が形成されている。図面では、溝部13の内面にSiGeエピ層15が形成されている構成を示した。したがって、上記トランジスタ20のチャネル長方向に対して直角な方向と平行な上記溝部13の側面13S(第2側面13SB)にも形成されている。
As shown in FIGS. 1 (1) and (2), a groove portion 13 that partitions the element forming portion 12 is formed in the silicon substrate 11, and an element isolation portion formed by filling the inside of the groove portion 13 with an insulating material. 14 is provided.
An N channel insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a transistor) 20 is formed in the element forming portion 12. In this transistor 20, a gate electrode 22 is formed on an element forming portion 12 made of a silicon substrate 11 via a gate insulating film 21. The gate electrode 22 is formed to extend from the element forming portion 12 onto the element separating portion 14. Further, source / drain regions 23 and 24 are formed in the element forming portion 12 on both sides of the gate electrode 22.
A silicon germanium epitaxial growth layer (hereinafter referred to as SiGe epilayer) 15 is formed at least on the side surface 13S (first side surface 13SA) of the groove 13 parallel to the channel length L direction of the transistor 20. In the drawing, the configuration in which the SiGe epilayer 15 is formed on the inner surface of the groove 13 is shown. Therefore, it is also formed on the side surface 13S (second side surface 13SB) of the groove 13 parallel to the direction perpendicular to the channel length direction of the transistor 20.

上記構成の半導体装置1では、シリコン基板11からなる素子形成部12の側部を囲む溝部13の、トランジスタ20のチャネル長方向と平行な側面13S(特に第1側面13SA)に、SiGeエピ層15が形成されている。SiGeエピ層15はシリコン(Si)より格子状数が大きく、このSiGeエピ層15によって素子形成部12には引張応力が印加される。   In the semiconductor device 1 having the above-described configuration, the SiGe epilayer 15 is formed on the side surface 13S (particularly the first side surface 13SA) parallel to the channel length direction of the transistor 20 of the groove portion 13 surrounding the side portion of the element forming portion 12 made of the silicon substrate 11. Is formed. The SiGe epilayer 15 has a larger number of lattices than silicon (Si), and a tensile stress is applied to the element forming portion 12 by the SiGe epilayer 15.

またSiGeエピ層15は、素子形成部12に形成されるトランジスタ20の大部分のシリコンチャネル部にストレスを与えるだけでなく、それ自身が移動度の高いチャネルとしての役割も果たす。
したがって、図2に示すように、上記ゲート電極22下部の素子分離部14と接する素子形成部12の部分(図面で2点鎖線で示す部分)は寄生トランジスタ20Pとして、トランジスタ20の特性を劣化させる。しかし、上記実施例では、劣化していた寄生トランジスタ20PのチャネルがSiGeエピ層15に形成されることになるので、寄生トランジスタ20Pの移動度が高められる。このため、トランジスタ20の特性劣化が抑制される。
また、トランジスタ20が微細化していくにつれ、ゲート幅はより小さくなっていき、上記SiGeエピ層15によるストレスはより効く方向になる。
In addition, the SiGe epilayer 15 not only gives stress to most of the silicon channel portion of the transistor 20 formed in the element forming portion 12, but also serves as a channel having high mobility.
Therefore, as shown in FIG. 2, the portion of the element forming portion 12 (the portion indicated by a two-dot chain line in the drawing) in contact with the element isolation portion 14 below the gate electrode 22 is a parasitic transistor 20P, which deteriorates the characteristics of the transistor 20. . However, in the above-described embodiment, the channel of the parasitic transistor 20P that has been deteriorated is formed in the SiGe epilayer 15, so that the mobility of the parasitic transistor 20P is increased. For this reason, the characteristic deterioration of the transistor 20 is suppressed.
Further, as the transistor 20 is miniaturized, the gate width becomes smaller and the stress due to the SiGe epilayer 15 becomes more effective.

なお、図2では、SiGeエピ層15を溝部13の第1側面13SAに形成した構成を示したが、前記図1に示したように、溝部13の内面全体にSiGeエピ層15が形成されていても、寄生トランジスタ20Pの特性改善効果は同様に得られる。   2 shows the configuration in which the SiGe epilayer 15 is formed on the first side surface 13SA of the groove 13, the SiGe epilayer 15 is formed on the entire inner surface of the groove 13 as shown in FIG. However, the characteristic improvement effect of the parasitic transistor 20P can be obtained similarly.

次に、本発明の半導体装置に係る一実施の形態(第2実施例)を、図3の概略構成断面図および平面図によって説明する。なお、図3(1)には断面図を示し、図3(2)には平面図を示した。図(1)の断面図は図(2)のA−A’線断面である。   Next, an embodiment (second example) according to the semiconductor device of the present invention will be described with reference to a schematic sectional view and a plan view of FIG. 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a plan view. The cross-sectional view of FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.

図3に示すように、シリコン基板11には、素子形成部12を区画する溝部13が形成され、その溝部13の内部を絶縁材料で埋め込んで形成された素子分離部14が設けられている。
上記素子形成部12には、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下、トランジスタと記す)20が形成されている。このトランジスタ20は、シリコン基板11からなる素子形成部12上に、ゲート絶縁膜21を介してゲート電極22が形成されている。このゲート電極22は、素子形成部12から素子分離部14上に延長されて形成されている。また、ゲート電極22の両側の上記素子形成部12には、ソース・ドレイン領域23、24が形成されている。
そして、上記トランジスタ20のチャネル長L方向と平行な上記溝部13の側面13S(第1側面13SA)にはSiGeエピ層15が形成されている。
As shown in FIG. 3, the silicon substrate 11 is provided with a groove portion 13 that partitions the element forming portion 12, and an element isolation portion 14 that is formed by filling the inside of the groove portion 13 with an insulating material.
An N channel insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a transistor) 20 is formed in the element forming portion 12. In this transistor 20, a gate electrode 22 is formed on an element forming portion 12 made of a silicon substrate 11 via a gate insulating film 21. The gate electrode 22 is formed to extend from the element forming portion 12 onto the element separating portion 14. Further, source / drain regions 23 and 24 are formed in the element forming portion 12 on both sides of the gate electrode 22.
A SiGe epilayer 15 is formed on the side surface 13S (first side surface 13SA) of the groove 13 parallel to the channel length L direction of the transistor 20.

上記構成の半導体装置2では、シリコン基板11からなる素子形成部12の側部を囲む溝部13の、トランジスタ20のチャネル長方向と平行な第1側面13SAに、SiGeエピ層15が形成されている。
SiGeエピ層15はシリコン(Si)より格子状数が大きく、このSiGeエピ層15によって素子形成部12には引張応力が印加される。
また、上記SiGeエピ層15は第1側面13SAに形成され、上記トランジスタ20のチャネル長方向に対して直角な方向と平行な上記溝部13の側面13S(第2側面13SB)には形成されていない。もし、第2側面13SBにSiGeエピ層15が形成された場合には、上記第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15の引張応力を弱める方向に、素子形成部12に圧縮応力を与えることになる。ただし、その圧縮応力は、上記引張応力よりも小さいので、上記引張応力が打ち消されることはない。
したがって、上記構成の半導体装置2では、より効率的にSiGeエピ層15によって素子形成部12には引張応力が印加される。
In the semiconductor device 2 configured as described above, the SiGe epilayer 15 is formed on the first side surface 13SA parallel to the channel length direction of the transistor 20 in the groove portion 13 surrounding the side portion of the element forming portion 12 made of the silicon substrate 11. .
The SiGe epilayer 15 has a larger number of lattices than silicon (Si), and a tensile stress is applied to the element forming portion 12 by the SiGe epilayer 15.
The SiGe epilayer 15 is formed on the first side surface 13SA and is not formed on the side surface 13S (second side surface 13SB) of the groove 13 parallel to the direction perpendicular to the channel length direction of the transistor 20. . If the SiGe epi layer 15 is formed on the second side surface 13SB, compressive stress is applied to the element forming portion 12 in a direction that weakens the tensile stress of the SiGe epi layer 15 formed on the first side surface 13SA. become. However, since the compressive stress is smaller than the tensile stress, the tensile stress is not canceled out.
Therefore, in the semiconductor device 2 configured as described above, tensile stress is applied to the element forming portion 12 by the SiGe epi layer 15 more efficiently.

またSiGeエピ層15は、素子形成部12に形成されるトランジスタ20の大部分のシリコンチャネル部にストレスを与えるだけでなく、それ自身が移動度の高いチャネルとしての役割も果たす。
したがって、前記図2を参照して説明したように、上記ゲート電極22下部の素子分離部14と接する素子形成部12の部分(図面で2点鎖線で示す部分)は寄生トランジスタ20Pとして、トランジスタ20の特性を劣化させる。しかし、上記実施例では、劣化していた寄生トランジスタ20PのチャネルがSiGeエピ層15に形成されることになるので、寄生トランジスタ20Pの移動度が高められる。このため、トランジスタ20の特性劣化が抑制される。
また、トランジスタ20が微細化していくにつれ、ゲート幅はより小さくなっていき、上記SiGeエピ層15によるストレスはより効く方向になる。
In addition, the SiGe epilayer 15 not only gives stress to most of the silicon channel portion of the transistor 20 formed in the element forming portion 12, but also serves as a channel having high mobility.
Therefore, as described with reference to FIG. 2, the portion of the element forming portion 12 (the portion indicated by a two-dot chain line in the drawing) in contact with the element isolation portion 14 below the gate electrode 22 is the parasitic transistor 20P, and the transistor 20 Deteriorating the characteristics of However, in the above-described embodiment, the channel of the parasitic transistor 20P that has been deteriorated is formed in the SiGe epilayer 15, so that the mobility of the parasitic transistor 20P is increased. For this reason, the characteristic deterioration of the transistor 20 is suppressed.
Further, as the transistor 20 is miniaturized, the gate width becomes smaller and the stress due to the SiGe epilayer 15 becomes more effective.

次に、本発明の半導体装置に係る一実施の形態(第3実施例)を、図4の概略構成断面図および平面図によって説明する。なお、図4(1)、(3)、(4)には断面図を示し、図4(2)には平面図を示した。図(1)の断面図は図(2)のA−A’線断面である。また、図(3)の断面図は図(2)のB−B’線断面であり、図(4)の断面図は図(2)のC−C’線断面である。   Next, an embodiment (third example) according to the semiconductor device of the present invention will be described with reference to a schematic sectional view and a plan view of FIG. 4 (1), (3), and (4) are cross-sectional views, and FIG. 4 (2) is a plan view. The cross-sectional view of FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. The cross-sectional view of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 2, and the cross-sectional view of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ of FIG.

図4(1)、(2)に示すように、シリコン基板11には、素子形成部12を区画する溝部13が形成され、その溝部13の内部を絶縁材料で埋め込んで形成された素子分離部14が設けられている。
上記素子形成部12には、トランジスタ20が形成されている。このトランジスタ20は、シリコン基板11からなる素子形成部12上に、ゲート絶縁膜21を介してゲート電極22が形成されている。このゲート電極22は、素子形成部12から素子分離部14上に延長されて形成されている。また、ゲート電極22の両側の上記素子形成部12には、ソース・ドレイン領域23、24が形成されている。
そして、上記溝部13の内面にはSiGeエピ層15が形成されている。そして上記トランジスタ20のチャネル長L方向と平行な上記溝部13の側面13S(第1側面13SA)に形成されたSiGeエピ層15は、上記トランジスタ20のチャネル長L方向に対して直角な方向と平行な上記溝部13の側面13S(第2側面13SB)に形成されたSiGeエピ層15よりも厚く形成されている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the silicon substrate 11 is formed with a groove portion 13 that partitions the element forming portion 12, and an element isolation portion formed by filling the inside of the groove portion 13 with an insulating material. 14 is provided.
In the element forming portion 12, a transistor 20 is formed. In this transistor 20, a gate electrode 22 is formed on an element forming portion 12 made of a silicon substrate 11 via a gate insulating film 21. The gate electrode 22 is formed to extend from the element forming portion 12 onto the element separating portion 14. Further, source / drain regions 23 and 24 are formed in the element forming portion 12 on both sides of the gate electrode 22.
A SiGe epi layer 15 is formed on the inner surface of the groove 13. The SiGe epi layer 15 formed on the side surface 13S (first side surface 13SA) of the groove 13 parallel to the channel length L direction of the transistor 20 is parallel to the direction perpendicular to the channel length L direction of the transistor 20. It is formed thicker than the SiGe epilayer 15 formed on the side surface 13S (second side surface 13SB) of the groove 13.

次に、上記のように、第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15を、第2側面13SBに形成されたSiGeエピ層15よりも厚く形成する手段を以下に説明する。   Next, a means for forming the SiGe epi layer 15 formed on the first side surface 13SA as thicker than the SiGe epi layer 15 formed on the second side surface 13SB as described above will be described below.

第1の手段を以下に説明する。
図4(3)に示すように、上記トランジスタ20のチャネル長L方向と平行な上記溝部13の第1側面13SAは上記シリコン基板11の表面に対して垂直面に形成されている。
また、図4(4)に示すように、上記トランジスタ20のチャネル長L方向に対して直角な方向と平行な上記溝部13の第2側面13SBは上記シリコン基板11の表面に対して傾斜面に形成されている。
通常、上記シリコン基板11の表面に対して垂直面では、SiGeエピ層15の成長速度が速くなる。また、上記シリコン基板11の表面に対して傾斜面では、SiGeエピ層15の成長速度が遅くなる。
このように、エピタキシャル成長時のSiGeエピ層15の成長速度の差によって、第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15は、第2側面13SBに形成されたSiGeエピ層15よりも厚く形成されている。
The first means will be described below.
As shown in FIG. 4 (3), the first side surface 13 SA of the groove 13 parallel to the channel length L direction of the transistor 20 is formed in a plane perpendicular to the surface of the silicon substrate 11.
4 (4), the second side surface 13SB of the groove 13 parallel to the direction perpendicular to the channel length L direction of the transistor 20 is inclined with respect to the surface of the silicon substrate 11. Is formed.
Usually, the growth rate of the SiGe epilayer 15 is increased in a plane perpendicular to the surface of the silicon substrate 11. In addition, the growth rate of the SiGe epilayer 15 is slow on the inclined surface with respect to the surface of the silicon substrate 11.
As described above, the SiGe epi layer 15 formed on the first side surface 13SA is formed thicker than the SiGe epi layer 15 formed on the second side surface 13SB due to the difference in the growth rate of the SiGe epi layer 15 during epitaxial growth. Yes.

次に、第2の手段を以下に説明する。
図5(1)の平面図、(2)の要部断面図に示すように、上記トランジスタ20のチャネル長L方向と平行な上記溝部13の第1側面13SAは上記シリコン基板11の表面に対して垂直面、例えば第1側面13SAが{100}面に形成されている。
通常、上記シリコン基板11の{100}面に対して垂直方向へのSiGeエピ層15の成長速度が速くなる。また、上記シリコン基板11の{100}面になっていない第2側面13SBでは、第1側面13SAよりもSiGeエピ層15の成長速度が遅くなる。
このように、エピタキシャル成長時のSiGeエピ層15の成長速度の差によって、第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15は、第2側面13SBに形成されたSiGeエピ層15よりも厚く形成されている。
Next, the second means will be described below.
As shown in the plan view of FIG. 5A and the cross-sectional view of the main part of FIG. 5B, the first side surface 13SA of the groove 13 parallel to the channel length L direction of the transistor 20 is in relation to the surface of the silicon substrate 11. Thus, a vertical surface, for example, the first side surface 13SA is formed on the {100} surface.
Usually, the growth rate of the SiGe epilayer 15 in the direction perpendicular to the {100} plane of the silicon substrate 11 is increased. Further, in the second side surface 13SB that is not the {100} plane of the silicon substrate 11, the growth rate of the SiGe epilayer 15 is slower than that of the first side surface 13SA.
As described above, the SiGe epi layer 15 formed on the first side surface 13SA is formed thicker than the SiGe epi layer 15 formed on the second side surface 13SB due to the difference in the growth rate of the SiGe epi layer 15 during epitaxial growth. Yes.

次に、第3の手段を以下に説明する。
図6(1)の平面図、(2)の要部断面図に示すように、上記トランジスタ20のチャネル長方向と平行な上記溝部13の第1側面13SAは上記シリコン基板11の表面に対して垂直面、例えば第1側面13SAが{100}面より高次である面に形成されている。
通常、上記シリコン基板11の{100}面より高次である面に対して垂直方向へのSiGeエピ層15の成長速度が速くなる。また、上記シリコン基板11の{100}面より高次である面になっていない第2側面13SBでは、第1側面13SAよりもSiGeエピ層15の成長速度が遅くなる。
このように、エピタキシャル成長時のSiGeエピ層15の成長速度の差によって、第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15は、第2側面13SBに形成されたSiGeエピ層15よりも厚く形成されている。
Next, the third means will be described below.
As shown in the plan view of FIG. 6A and the cross-sectional view of the main part of FIG. 6B, the first side surface 13SA of the groove 13 parallel to the channel length direction of the transistor 20 is in relation to the surface of the silicon substrate 11. The vertical surface, for example, the first side surface 13SA is formed on a surface higher than the {100} surface.
Usually, the growth rate of the SiGe epilayer 15 in the direction perpendicular to the plane higher than the {100} plane of the silicon substrate 11 is increased. In addition, in the second side surface 13SB that is not a higher-order surface than the {100} plane of the silicon substrate 11, the growth rate of the SiGe epilayer 15 is slower than that of the first side surface 13SA.
As described above, the SiGe epi layer 15 formed on the first side surface 13SA is formed thicker than the SiGe epi layer 15 formed on the second side surface 13SB due to the difference in the growth rate of the SiGe epi layer 15 during epitaxial growth. Yes.

上記構成の半導体装置3では、シリコン基板11からなる素子形成部12の側部を囲む溝部13の、トランジスタ20のチャネル長方向と平行な側面13S(特に第1側面13SA)に、SiGeエピ層15が形成されている。SiGeエピ層15はシリコン(Si)より格子状数が大きく、このSiGeエピ層15によって素子形成部12には引張応力が印加される。
また、上記SiGeエピ層15は、上記トランジスタ20のチャネル長方向に対して平行な第1側面13SAに厚く形成され、上記トランジスタ20のチャネル長方向に対して直角な方向と平行な第2側面13SBに薄く形成されている。そのため、たとえ第2側面13SBに形成されたSiGeエピ層15が、上記第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15の引張応力を弱める方向に、素子形成部12に圧縮応力を与えても、その影響は小さい。よって、その圧縮応力によって、上記引張応力が打ち消されることはなく、SiGeエピ層15が第1側面13SAに厚く形成された分、引張応力は大きくなる。
したがって、上記構成の半導体装置3では、より効率的にSiGeエピ層15によって素子形成部12には引張応力が印加される。
In the semiconductor device 3 having the above-described configuration, the SiGe epilayer 15 is formed on the side surface 13S (particularly the first side surface 13SA) parallel to the channel length direction of the transistor 20 in the groove portion 13 surrounding the side portion of the element forming portion 12 made of the silicon substrate 11. Is formed. The SiGe epilayer 15 has a larger number of lattices than silicon (Si), and a tensile stress is applied to the element forming portion 12 by the SiGe epilayer 15.
The SiGe epi layer 15 is formed thick on the first side surface 13SA parallel to the channel length direction of the transistor 20, and the second side surface 13SB parallel to the direction perpendicular to the channel length direction of the transistor 20. It is thinly formed. Therefore, even if the SiGe epilayer 15 formed on the second side surface 13SB gives compressive stress to the element forming portion 12 in a direction to weaken the tensile stress of the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA, The effect is small. Therefore, the tensile stress is not canceled by the compressive stress, and the tensile stress increases as the SiGe epilayer 15 is formed thick on the first side surface 13SA.
Therefore, in the semiconductor device 3 configured as described above, tensile stress is applied to the element forming portion 12 by the SiGe epi layer 15 more efficiently.

またSiGeエピ層15は、素子形成部12に形成されるトランジスタ20の大部分のシリコンチャネル部にストレスを与えるだけでなく、それ自身が移動度の高いチャネルとしての役割も果たす。
したがって、前記図2を参照して説明したように、上記ゲート電極22下部の素子分離部14と接する素子形成部12の部分(図面で2点鎖線で示す部分)は寄生トランジスタ20Pとして、トランジスタ20の特性を劣化させる。しかし、上記実施例では、劣化していた寄生トランジスタ20PのチャネルがSiGeエピ層15に形成されることになるので、寄生トランジスタ20Pの移動度が高められる。このため、トランジスタ20の特性劣化が抑制される。
また、トランジスタ20が微細化していくにつれ、ゲート幅はより小さくなっていき、上記SiGeエピ層15によるストレスはより効く方向になる。
In addition, the SiGe epilayer 15 not only gives stress to most of the silicon channel portion of the transistor 20 formed in the element forming portion 12, but also serves as a channel having high mobility.
Therefore, as described with reference to FIG. 2, the portion of the element forming portion 12 (the portion indicated by a two-dot chain line in the drawing) in contact with the element isolation portion 14 below the gate electrode 22 is the parasitic transistor 20P, and the transistor 20 Deteriorating the characteristics of However, in the above-described embodiment, the channel of the parasitic transistor 20P that has been deteriorated is formed in the SiGe epilayer 15, so that the mobility of the parasitic transistor 20P is increased. For this reason, the characteristic deterioration of the transistor 20 is suppressed.
Further, as the transistor 20 is miniaturized, the gate width becomes smaller and the stress due to the SiGe epilayer 15 becomes more effective.

よって、チャネルに効果的に引張応力が印加される。これによって、このトランジスタの移動度を向上させ、オン電流を増加させることができるので、トランジスタ性能を高めることができるという利点がある。   Therefore, a tensile stress is effectively applied to the channel. Accordingly, the mobility of the transistor can be improved and the on-current can be increased, so that there is an advantage that the transistor performance can be improved.

次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を、図7〜図9の製造工程断面図および一部の平面図によって説明する。   Next, an embodiment (first example) according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to cross-sectional views of manufacturing steps and partial plan views of FIGS.

図7(1)に示すように、シリコン基板11上にマスク膜31を形成する。上記マスク膜31は、例えば、3層に形成される。例えば、酸化シリコン膜32、ポリシリコン膜33、窒化シリコン膜34からなる。このマスク膜31は3層に限らず、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層構造であってもよい。
次に、上記マスク膜31上にレジスト膜を形成した後、リソグラフィー技術によって、上記レジスト膜を加工し、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタが形成される素子形成部12上方の上記マスク膜31上にレジストマスク(図示せず)形成する。このレジストマスクをエッチングマスクに用いて、上記マスク膜31を加工し、素子形成部12上方に上記マスク膜31を残す。
次いで、上記レジストマスクを除去する。
As shown in FIG. 7A, a mask film 31 is formed on the silicon substrate 11. The mask film 31 is formed in, for example, three layers. For example, it consists of a silicon oxide film 32, a polysilicon film 33, and a silicon nitride film 34. The mask film 31 is not limited to three layers, and may be a two-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film, for example.
Next, after forming a resist film on the mask film 31, the resist film is processed by lithography to form the resist film on the mask film 31 above the element forming portion 12 where the N-channel insulated gate field effect transistor is formed. A resist mask (not shown) is formed. Using the resist mask as an etching mask, the mask film 31 is processed to leave the mask film 31 above the element forming portion 12.
Next, the resist mask is removed.

次に、図7(2)に示すように、上記マスク膜31をエッチングマスクに用いて、上記シリコン基板11に、上記素子形成部12の側部を囲む溝部13を形成する。   Next, as shown in FIG. 7B, using the mask film 31 as an etching mask, a groove portion 13 surrounding the side portion of the element forming portion 12 is formed in the silicon substrate 11.

次に、図7(3)に示すように、エピタキシャル成長法によって、少なくとも上記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な上記溝部13の側面にシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層(以下、SiGeエピ層と記す)15を形成する。ここでは、一例として、上記シリコン基板11が露出されている上記溝部13の内面全域に、エピタキシャル成長法のよって、上記SiGeエピ層15を形成した。   Next, as shown in FIG. 7 (3), a silicon germanium epitaxial growth layer (hereinafter referred to as a SiGe epitaxial layer) is formed at least on the side surface of the groove 13 parallel to the channel length direction of the N channel insulated gate field effect transistor by an epitaxial growth method. 15) is formed. Here, as an example, the SiGe epilayer 15 is formed by the epitaxial growth method over the entire inner surface of the groove 13 where the silicon substrate 11 is exposed.

上記エピタキシャル成長法では、シリコン基板11のシリコン表面に選択的にエピタキシャル成長する、選択的エピタキシャル成長による。以下、選択エピタキシャル成長条件の一例を説明する。
原料ガスには、例えば、ジクロロシラン(SiH2Cl2:DCS)、ゲルマン(GeH4)(例えば1.5%H2希釈)、塩化水素(HCl)、水素(H2)を用いる。
上記ジクロロシラン(SiH2Cl2:DCS)は、例えば供給流量を10cm3/min〜80cm3/minとする。
上記ゲルマン(GeH4)(1.5%H2希釈)は、例えば供給流量を50cm3/min〜100cm3/minとする。
上記塩化水素(HCl)は、例えば供給流量を10cm3/min〜50cm3/minとする。
上記水素(H2)は、例えば供給流量を10cm3/min〜50L/minとする。
また、成膜時の処理温度は例えば650℃〜750℃に設定し、成膜時の雰囲気の圧力は例えば1.33kPa〜6.67kPaに設定した。
The epitaxial growth method is based on selective epitaxial growth in which selective epitaxial growth is performed on the silicon surface of the silicon substrate 11. Hereinafter, an example of selective epitaxial growth conditions will be described.
As the source gas, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 : DCS), germane (GeH 4 ) (for example, 1.5% H 2 dilution), hydrogen chloride (HCl), and hydrogen (H 2 ) are used.
The dichlorosilane (SiH 2 Cl 2: DCS), for example, the supply flow rate and 10cm 3 / min~80cm 3 / min.
The germane (GeH 4) (1.5% H 2 dilution), for example, the supply flow rate and 50cm 3 / min~100cm 3 / min.
The hydrogen chloride (HCl), for example, the supply flow rate and 10cm 3 / min~50cm 3 / min.
The supply flow rate of the hydrogen (H 2 ) is, for example, 10 cm 3 / min to 50 L / min.
Moreover, the processing temperature at the time of film-forming was set, for example to 650 degreeC-750 degreeC, and the pressure of the atmosphere at the time of film-forming was set to 1.33 kPa-6.67 kPa, for example.

またシリコンチャネル部へ十分ストレスが見込めるようにSiGeエピ層15の膜厚は適切な厚さにする。例えば、ゲート線幅500nmに対してSiGeエピ層15の厚さは50nm程度とする。   The SiGe epilayer 15 is made to have an appropriate thickness so that sufficient stress can be expected in the silicon channel portion. For example, the thickness of the SiGe epilayer 15 is about 50 nm with respect to a gate line width of 500 nm.

次に、図8(4)に示すように、上記溝部13内に絶縁材料を埋め込み、平坦化処理を行う。この平坦化処理は、例えば化学的機械研磨(CMP)により行う。上記絶縁材料には、例えば酸化シリコンを用いる。
このようにして、上記溝部13内に絶縁材料を埋め込んだ素子分離部14を形成する。したがって、上記素子形成部12は、素子分離部14によって電気的に分離される。
Next, as shown in FIG. 8 (4), an insulating material is embedded in the groove 13 and a planarization process is performed. This planarization process is performed, for example, by chemical mechanical polishing (CMP). For example, silicon oxide is used as the insulating material.
In this way, the element isolation part 14 in which the insulating material is embedded in the groove part 13 is formed. Therefore, the element forming part 12 is electrically separated by the element separating part 14.

次に、図8(5)に示すように、上記シリコン基板11の素子形成部12上の上記マスク膜31〔前記図7参照〕の残部および余剰な上記絶縁材料等を除去し、シリコン基板11表面を露出させる。次いで、洗浄等を行った後、シリコン基板11の素子形成部12上にゲート絶縁膜21を形成する。上記ゲート絶縁膜21は、例えば素子形成部12表面を酸化させた熱酸化膜で形成してもよく、また化学的気相成長法もしくは原子層蒸着法によって形成してもよい。
また酸化シリコン膜以外に、いわゆる、高誘電率膜を用いることも可能である。例えば、高誘電率膜には、例えば、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、イットリウム、タンタルもしくはアルミニウムの酸化物、酸珪化物または酸窒化物がある。
具体的には、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ランタン(LaO3)、酸化イットリウム(Y23)、酸化タンタル(Ta25)、酸化アルミニウム(Al23)等があり、また、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ランタンシリケート、イットリウムシリケート、タンタルシリケート、アルミニウムシリケート、チタン酸ジルコニウム、酸化アルミニウムハフニウムもしくは酸化ジルコニウムハフニウム、またはこれら化合物の窒化物で形成される。
Next, as shown in FIG. 8 (5), the remaining portion of the mask film 31 (see FIG. 7) on the element forming portion 12 of the silicon substrate 11 and excess insulating material, etc. are removed, and the silicon substrate 11 is removed. Expose the surface. Next, after performing cleaning or the like, a gate insulating film 21 is formed on the element forming portion 12 of the silicon substrate 11. The gate insulating film 21 may be formed of, for example, a thermal oxide film in which the surface of the element forming portion 12 is oxidized, or may be formed by chemical vapor deposition or atomic layer deposition.
In addition to the silicon oxide film, a so-called high dielectric constant film can also be used. For example, the high dielectric constant film includes, for example, an oxide, oxysilicide, or oxynitride of hafnium, zirconium, lanthanum, yttrium, tantalum, or aluminum.
Specifically, for example, hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), lanthanum oxide (LaO 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and the like, and is formed from hafnium silicate, zirconium silicate, lanthanum silicate, yttrium silicate, tantalum silicate, aluminum silicate, zirconium titanate, aluminum oxide hafnium or zirconium hafnium oxide, or nitrides of these compounds .

次に、図9(6)、図9(7)に示すように、上記素子形成部12上に上記ゲート絶縁膜21を介してゲート電極22を形成する。ここでは、第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15上を横切るように、上記ゲート電極22は形成される。
その後、イオン注入によるエクステンション領域(図示せず)の形成、ゲート電極22の側壁にサイドウォールスペーサ(図示せず)の形成、ゲート電極22の両側における素子形成部12にソース・ドレイン領域23、24の形成、等を行う。
このようにして、上記素子形成部12にNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20が形成される。
Next, as shown in FIGS. 9 (6) and 9 (7), a gate electrode 22 is formed on the element forming portion 12 via the gate insulating film 21. Here, the gate electrode 22 is formed so as to cross over the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA.
Thereafter, extension regions (not shown) are formed by ion implantation, sidewall spacers (not shown) are formed on the side walls of the gate electrode 22, and source / drain regions 23, 24 are formed in the element forming portion 12 on both sides of the gate electrode 22. And so on.
In this way, the N-channel insulated gate field effect transistor 20 is formed in the element forming portion 12.

上記半導体装置の製造方法の第1実施例では、シリコン基板11からなる素子形成部12の側部を囲む溝部13の、少なくともNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20のチャネル長方向と平行な側面に、SiGeエピ層15を形成する。SiGeエピ層15はシリコン(Si)より格子状数が大きく、このSiGeエピ層15によって素子形成部12には引張応力が印加される。
またSiGeエピ層15は、素子形成部12に形成されるNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の大部分のシリコンチャネル部にストレスを与えるだけでなく、それ自身が移動度の高いチャネルとしての役割も果たす。
したがって、素子分離部14と接する部分は寄生トランジスタとして、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の特性を劣化させるが、SiGeエピ層15を形成したことによって、劣化していた寄生トランジスタ部分の移動度が高められる。このため、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の特性劣化が抑制される。
また、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20が微細化していくにつれ、ゲート電極22の幅はより小さくなっていき、上記SiGeエピ層15によるストレスはより効く方向になる。
また、上記SiGeエピ層15は、ゲート電極22の端部の一部に形成されるものであるため、素子形成部12の大部分は、表面が平坦なシリコン基板11となっているので既存のプロセスによくマッチする。
In the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method, at least a side surface of the groove 13 surrounding the side of the element forming portion 12 made of the silicon substrate 11 is parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor 20. Then, the SiGe epilayer 15 is formed. The SiGe epilayer 15 has a larger number of lattices than silicon (Si), and a tensile stress is applied to the element forming portion 12 by the SiGe epilayer 15.
Further, the SiGe epilayer 15 not only gives stress to most silicon channel portions of the N channel insulated gate field effect transistor 20 formed in the element forming portion 12, but also serves as a channel having high mobility. Also fulfills.
Therefore, although the portion in contact with the element isolation portion 14 is a parasitic transistor, the characteristics of the N-channel insulated gate field effect transistor 20 are deteriorated, but the mobility of the deteriorated parasitic transistor portion due to the formation of the SiGe epilayer 15 is reduced. Is increased. For this reason, characteristic deterioration of the N-channel insulated gate field effect transistor 20 is suppressed.
Further, as the N-channel insulated gate field effect transistor 20 is miniaturized, the width of the gate electrode 22 becomes smaller and the stress due to the SiGe epilayer 15 becomes more effective.
Further, since the SiGe epilayer 15 is formed on a part of the end portion of the gate electrode 22, most of the element forming portion 12 is the silicon substrate 11 having a flat surface. Matches the process well.

よって、チャネルに効果的に引張応力が印加されるようになる。これによって、このトランジスタの移動度を向上させ、オン電流を増加させることができるので、トランジスタ性能を高めることができるという利点がある。   Therefore, a tensile stress is effectively applied to the channel. Accordingly, the mobility of the transistor can be improved and the on-current can be increased, so that there is an advantage that the transistor performance can be improved.

次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を、図10〜図14の製造工程断面図および一部の平面図によって説明する。   Next, an embodiment (second embodiment) according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to cross-sectional views of manufacturing steps and partial plan views of FIGS.

図10(1)に示すように、シリコン基板11上にマスク膜31を形成する。上記マスク膜31は、例えば、3層に形成される。例えば、酸化シリコン膜32、ポリシリコン膜33、窒化シリコン膜34からなる。このマスク膜31は3層に限らず、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層構造であってもよい。
次に、上記マスク膜31上にレジスト膜を形成した後、リソグラフィー技術によって、上記レジスト膜を加工し、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタが形成される素子形成部12上方の上記マスク膜31上にレジストマスク(図示せず)形成する。このレジストマスクをエッチングマスクに用いて、上記マスク膜31を加工し、素子形成部12上方に上記マスク膜31を残す。
次いで、上記レジストマスクを除去する。
As shown in FIG. 10A, a mask film 31 is formed on the silicon substrate 11. The mask film 31 is formed in, for example, three layers. For example, it consists of a silicon oxide film 32, a polysilicon film 33, and a silicon nitride film 34. The mask film 31 is not limited to three layers, and may be a two-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film, for example.
Next, after forming a resist film on the mask film 31, the resist film is processed by lithography to form the resist film on the mask film 31 above the element forming portion 12 where the N-channel insulated gate field effect transistor is formed. A resist mask (not shown) is formed. Using the resist mask as an etching mask, the mask film 31 is processed to leave the mask film 31 above the element forming portion 12.
Next, the resist mask is removed.

次に、図10(2)に示すように、上記マスク膜31をエッチングマスクに用いて、上記シリコン基板11に、上記素子形成部12の側部を囲む溝部13を形成する。   Next, as shown in FIG. 10B, using the mask film 31 as an etching mask, a groove 13 surrounding the side of the element forming portion 12 is formed in the silicon substrate 11.

次に、図10(3)に示すように、上記溝部13のNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な上記溝部13の第2側面13SBに側壁マスク膜33を形成する。
この側壁マスク膜33を形成するには、例えば、上記溝部13の内面に、高密度プラズマ(HDP)CVD法によって酸化シリコン膜で形成する、もしくは、熱酸化法によって酸化シリコン膜で形成する。その酸化シリコン膜の膜厚は、例えば50nm程度とする。
Next, as shown in FIG. 10 (3), a sidewall mask film is formed on the second side surface 13SB of the groove 13 parallel to the direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor of the groove 13. 33 is formed.
In order to form the sidewall mask film 33, for example, a silicon oxide film is formed on the inner surface of the groove 13 by a high density plasma (HDP) CVD method, or a silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method. The thickness of the silicon oxide film is, for example, about 50 nm.

上記第2側面13SB上を被覆するレジストマスク(図示せず)を形成し、それをエッチングマスクに用いて、露出している酸化シリコン膜を除去する。この除去方法は、例えばフッ酸によるウエットエッチングによって行う。   A resist mask (not shown) covering the second side surface 13SB is formed, and the exposed silicon oxide film is removed using the resist mask as an etching mask. This removal method is performed, for example, by wet etching with hydrofluoric acid.

図11(4)の断面図および(5)の平面図に示すように、エピタキシャル成長法によって、露出している上記溝部13の第1側面13SAにSiGeエピ層15を形成する。このとき、溝13の底部にもSiGeエピ層15が形成される。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 11 (4) and the plan view of (5), the SiGe epilayer 15 is formed on the exposed first side surface 13SA of the groove 13 by the epitaxial growth method. At this time, the SiGe epilayer 15 is also formed at the bottom of the groove 13.

上記エピタキシャル成長法では、シリコン基板11のシリコン表面に選択的にエピタキシャル成長する、選択的エピタキシャル成長による。以下、選択エピタキシャル成長条件の一例を説明する。
原料ガスには、例えば、ジクロロシラン(SiH2Cl2:DCS)、ゲルマン(GeH4)(例えば1.5%H2希釈)、塩化水素(HCl)、水素(H2)を用いる。
上記ジクロロシラン(SiH2Cl2:DCS)は、例えば供給流量を10cm3/min〜80cm3/minとする。
上記ゲルマン(GeH4)(1.5%H2希釈)は、例えば供給流量を50cm3/min〜100cm3/minとする。
上記塩化水素(HCl)は、例えば供給流量を10cm3/min〜50cm3/minとする。
上記水素(H2)は、例えば供給流量を10cm3/min〜50L/minとする。
また、成膜時の処理温度は例えば650℃〜750℃に設定し、成膜時の雰囲気の圧力は例えば1.33kPa〜6.67kPaに設定した。
The epitaxial growth method is based on selective epitaxial growth in which selective epitaxial growth is performed on the silicon surface of the silicon substrate 11. Hereinafter, an example of selective epitaxial growth conditions will be described.
As the source gas, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 : DCS), germane (GeH 4 ) (for example, 1.5% H 2 dilution), hydrogen chloride (HCl), and hydrogen (H 2 ) are used.
The dichlorosilane (SiH 2 Cl 2: DCS), for example, the supply flow rate and 10cm 3 / min~80cm 3 / min.
The germane (GeH 4) (1.5% H 2 dilution), for example, the supply flow rate and 50cm 3 / min~100cm 3 / min.
The hydrogen chloride (HCl), for example, the supply flow rate and 10cm 3 / min~50cm 3 / min.
The supply flow rate of the hydrogen (H 2 ) is, for example, 10 cm 3 / min to 50 L / min.
Moreover, the processing temperature at the time of film-forming was set, for example to 650 degreeC-750 degreeC, and the pressure of the atmosphere at the time of film-forming was set to 1.33 kPa-6.67 kPa, for example.

またシリコンチャネル部へ十分ストレスが見込めるようにSiGeエピ層15の膜厚は適切な厚さにする。例えば、ゲート線幅500nmに対してSiGeエピ層15の厚さは50nm程度とする。   The SiGe epilayer 15 is made to have an appropriate thickness so that sufficient stress can be expected in the silicon channel portion. For example, the thickness of the SiGe epilayer 15 is about 50 nm with respect to a gate line width of 500 nm.

ここで、上記第1側面13SAのみにSiGeエピ層15を形成する別の技術を以下に説明する。
図12(1)に示すように、上記溝部13の内面の全面にSiGeエピ層15を、例えば50nm程度の厚さに成長させる。
Here, another technique for forming the SiGe epilayer 15 only on the first side surface 13SA will be described below.
As shown in FIG. 12A, a SiGe epilayer 15 is grown on the entire inner surface of the groove 13 to a thickness of about 50 nm, for example.

次に、図12(2)に示すように、上記SiGeエピ層15を形成した溝部13上にレジスト膜を形成した後、リソグラフィー技術によって、上記レジスト膜を加工し、上記第1側面13SA上を被覆するレジストマスク41を形成する。それをエッチングマスクに用いて、露出しているSiGeエピ層15を除去する。この除去方法は、例えばフッ硝酸、アンモニア加水もしくはドライエッチングにより行う。   Next, as shown in FIG. 12 (2), after forming a resist film on the groove 13 in which the SiGe epilayer 15 is formed, the resist film is processed by a lithography technique, and the first side surface 13 SA is formed. A resist mask 41 to be covered is formed. Using this as an etching mask, the exposed SiGe epilayer 15 is removed. This removal method is performed by, for example, hydrofluoric acid, ammonia addition, or dry etching.

次に、上記レジスト膜41を除去する。この結果、図12(3)に示すように、上記溝部13の上記第1側面13SAにSiGeエピ層15が形成される。このとき、溝部13の底面にもSiGeエピ層15が残される。   Next, the resist film 41 is removed. As a result, as shown in FIG. 12 (3), the SiGe epilayer 15 is formed on the first side surface 13 SA of the groove 13. At this time, the SiGe epilayer 15 is also left on the bottom surface of the groove 13.

次に、図13(4)に示すように、上記溝部13内に絶縁材料を埋め込み、平坦化処理を行う。この平坦化処理は、例えば化学的機械研磨(CMP)により行う。上記絶縁材料には、例えば酸化シリコンを用いる。
このようにして、上記溝部13内に絶縁材料を埋め込んだ素子分離部14を形成する。したがって、上記素子形成部12は、素子分離部14によって電気的に分離される。
Next, as shown in FIG. 13 (4), an insulating material is embedded in the groove 13 and a planarization process is performed. This planarization process is performed, for example, by chemical mechanical polishing (CMP). For example, silicon oxide is used as the insulating material.
In this way, the element isolation part 14 in which the insulating material is embedded in the groove part 13 is formed. Therefore, the element forming part 12 is electrically separated by the element separating part 14.

次に、図13(5)に示すように、上記シリコン基板11の素子形成部12上の上記マスク膜31〔前記図7参照〕の残部および余剰な上記絶縁材料等を除去し、シリコン基板11表面を露出させる。次いで、洗浄等を行った後、シリコン基板11の素子形成部12上にゲート絶縁膜21を形成する。上記ゲート絶縁膜21は、例えば素子形成部12表面を酸化させた熱酸化膜で形成してもよく、また化学的気相成長法もしくは原子層蒸着法によって形成してもよい。
また酸化シリコン膜以外に、いわゆる、高誘電率膜を用いることも可能である。例えば、高誘電率膜には、例えば、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、イットリウム、タンタルもしくはアルミニウムの酸化物、酸珪化物または酸窒化物がある。
具体的には、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ランタン(LaO3)、酸化イットリウム(Y23)、酸化タンタル(Ta25)、酸化アルミニウム(Al23)等があり、また、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ランタンシリケート、イットリウムシリケート、タンタルシリケート、アルミニウムシリケート、チタン酸ジルコニウム、酸化アルミニウムハフニウムもしくは酸化ジルコニウムハフニウム、またはこれら化合物の窒化物で形成される。
Next, as shown in FIG. 13 (5), the remaining portion of the mask film 31 (see FIG. 7) on the element forming portion 12 of the silicon substrate 11 and excess insulating material, etc. are removed, and the silicon substrate 11 is removed. Expose the surface. Next, after performing cleaning or the like, a gate insulating film 21 is formed on the element forming portion 12 of the silicon substrate 11. The gate insulating film 21 may be formed of, for example, a thermal oxide film in which the surface of the element forming portion 12 is oxidized, or may be formed by chemical vapor deposition or atomic layer deposition.
In addition to the silicon oxide film, a so-called high dielectric constant film can also be used. For example, the high dielectric constant film includes, for example, an oxide, oxysilicide, or oxynitride of hafnium, zirconium, lanthanum, yttrium, tantalum, or aluminum.
Specifically, for example, hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), lanthanum oxide (LaO 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and the like, and is formed from hafnium silicate, zirconium silicate, lanthanum silicate, yttrium silicate, tantalum silicate, aluminum silicate, zirconium titanate, aluminum oxide hafnium or zirconium hafnium oxide, or nitrides of these compounds .

次に、図14(6)、図14(7)に示すように、上記素子形成部12上に上記ゲート絶縁膜21を介してゲート電極22を形成する。ここでは、第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15上を横切るように、上記ゲート電極22は形成される。
その後、イオン注入によるエクステンション領域(図示せず)の形成、ゲート電極22の側壁にサイドウォールスペーサ(図示せず)の形成、ゲート電極22の両側における素子形成部12にソース・ドレイン領域23、24の形成、等を行う。
このようにして、上記素子形成部12にNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20が形成される。
Next, as shown in FIGS. 14 (6) and 14 (7), a gate electrode 22 is formed on the element formation portion 12 via the gate insulating film 21. Here, the gate electrode 22 is formed so as to cross over the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA.
Thereafter, extension regions (not shown) are formed by ion implantation, sidewall spacers (not shown) are formed on the side walls of the gate electrode 22, and source / drain regions 23, 24 are formed in the element forming portion 12 on both sides of the gate electrode 22. And so on.
In this way, the N-channel insulated gate field effect transistor 20 is formed in the element forming portion 12.

上記半導体装置の製造方法の第2実施例では、シリコン基板11からなる素子形成部12の側部を囲む溝部13の、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20のチャネル長方向と平行な第1側面13SAに、SiGeエピ層15を形成する。SiGeエピ層15はシリコン(Si)より格子状数が大きく、このSiGeエピ層15によって素子形成部12には引張応力が印加される。
また、上記SiGeエピ層15は第1側面13SAに形成され、上記トランジスタ20のチャネル長方向に対して直角な方向と平行な上記溝部13の側面13S(第2側面13SB)には形成されていない。もし、第2側面13SBにSiGeエピ層15が形成された場合には、上記第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15の引張応力を弱める方向に、素子形成部12に圧縮応力を与えることになる。ただし、その圧縮応力は、上記引張応力よりも小さいので、上記引張応力が打ち消されることはない。
したがって、上記構成の半導体装置2では、より効率的にSiGeエピ層15によって素子形成部12には引張応力が印加される。
In the second embodiment of the semiconductor device manufacturing method, the first side surface of the groove 13 surrounding the side of the element forming portion 12 made of the silicon substrate 11 is parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor 20. The SiGe epilayer 15 is formed on 13SA. The SiGe epilayer 15 has a larger number of lattices than silicon (Si), and a tensile stress is applied to the element forming portion 12 by the SiGe epilayer 15.
The SiGe epilayer 15 is formed on the first side surface 13SA and is not formed on the side surface 13S (second side surface 13SB) of the groove 13 parallel to the direction perpendicular to the channel length direction of the transistor 20. . If the SiGe epi layer 15 is formed on the second side surface 13SB, compressive stress is applied to the element forming portion 12 in a direction that weakens the tensile stress of the SiGe epi layer 15 formed on the first side surface 13SA. become. However, since the compressive stress is smaller than the tensile stress, the tensile stress is not canceled out.
Therefore, in the semiconductor device 2 configured as described above, tensile stress is applied to the element forming portion 12 by the SiGe epi layer 15 more efficiently.

またSiGeエピ層15は、素子形成部12に形成されるNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の大部分のシリコンチャネル部にストレスを与えるだけでなく、それ自身が移動度の高いチャネルとしての役割も果たす。
したがって、素子分離部14と接する部分は寄生トランジスタとして、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の特性を劣化させるが、SiGeエピ層15を形成したことによって、劣化していた寄生トランジスタ部分の移動度が高められる。このため、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の特性劣化が抑制される。
また、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20が微細化していくにつれ、ゲート電極22の幅はより小さくなっていき、上記SiGeエピ層15によるストレスはより効く方向になる。
また、上記SiGeエピ層15は、ゲート電極22の端部の一部に形成されるものであるため、素子形成部12の大部分は、表面が平坦なシリコン基板11となっているので既存のプロセスによくマッチする。
Further, the SiGe epilayer 15 not only gives stress to most silicon channel portions of the N channel insulated gate field effect transistor 20 formed in the element forming portion 12, but also serves as a channel having high mobility. Also fulfills.
Therefore, although the portion in contact with the element isolation portion 14 is a parasitic transistor, the characteristics of the N-channel insulated gate field effect transistor 20 are deteriorated, but the mobility of the deteriorated parasitic transistor portion due to the formation of the SiGe epilayer 15 is reduced. Is increased. For this reason, characteristic deterioration of the N-channel insulated gate field effect transistor 20 is suppressed.
Further, as the N-channel insulated gate field effect transistor 20 is miniaturized, the width of the gate electrode 22 becomes smaller and the stress due to the SiGe epilayer 15 becomes more effective.
Further, since the SiGe epilayer 15 is formed on a part of the end portion of the gate electrode 22, most of the element forming portion 12 is the silicon substrate 11 having a flat surface. Matches the process well.

次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第3実施例)を、図15〜図17の製造工程断面図および一部の平面図によって説明する。   Next, an embodiment (third example) according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to cross-sectional views of manufacturing steps and partial plan views of FIGS.

図15(1)に示すように、シリコン基板11上にマスク膜31を形成する。上記マスク膜31は、例えば、3層に形成される。例えば、酸化シリコン膜32、ポリシリコン膜33、窒化シリコン膜34からなる。このマスク膜31は3層に限らず、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層構造であってもよい。   As shown in FIG. 15A, a mask film 31 is formed on the silicon substrate 11. The mask film 31 is formed in, for example, three layers. For example, it consists of a silicon oxide film 32, a polysilicon film 33, and a silicon nitride film 34. The mask film 31 is not limited to three layers, and may be a two-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film, for example.

次に、上記マスク膜31のパターニングを、例えばレジストマスクを用いたリソグラフィー技術によって行う。
このとき、図15(2)に示すように、後に素子形成部12に形成されるNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な上記マスク膜31の開口部の第1の幅d1が、同Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な上記マスク膜31の開口部の第2の幅d2よりも広くなるように形成する。
Next, patterning of the mask film 31 is performed by, for example, a lithography technique using a resist mask.
At this time, as shown in FIG. 15B, the first width d1 of the opening of the mask film 31 parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor to be formed later in the element forming portion 12 Is formed to be wider than the second width d2 of the opening of the mask film 31 parallel to the direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor.

次に、上記マスク膜31をエッチングマスクに用いて、上記シリコン基板11に、上記マスク膜31に被覆された素子形成部12の側部を囲む溝部13を形成する。   Next, using the mask film 31 as an etching mask, a groove 13 surrounding the side portion of the element forming portion 12 covered with the mask film 31 is formed in the silicon substrate 11.

この結果、図15(3)に示すように、上記溝部13の、後に素子形成部12に形成されるNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な第1側面13SAが、シリコン基板11の表面に対して垂直な面に形成される。
また、図15(4)に示すように、上記溝部13の、後に素子形成部12に形成されるNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と直角な方向と平行な第2側面13SBが、傾斜面に形成される。
As a result, as shown in FIG. 15 (3), the first side surface 13SA of the groove 13 parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor to be formed later in the element forming portion 12 is formed on the silicon substrate. 11 is formed in a plane perpendicular to the surface of 11.
Further, as shown in FIG. 15 (4), the second side surface 13SB parallel to the direction perpendicular to the channel length direction of the N channel insulated gate field effect transistor of the groove portion 13 to be formed later in the element forming portion 12 is formed. , Formed on an inclined surface.

一般に、エピタキシャル成長面がシリコン基板11表面に対して垂直な面か、傾斜面かによって、エピタキシャル成長速度に差が生じ、シリコン基板11表面に対して垂直な面は傾斜面よりもエピタキシャル成長速度が速くなることが知られている。これは、傾斜面であると、エピタキシャル成長の面方位が(001)からずれるので成長速度が遅くなるからである。
したがって、所定時間のエピタキシャル成長では、垂直な面のほうが、傾斜面よりもエピタキシャル成長膜が厚く形成される。以下のエピタキシャル成長では、この原理を用いている。
In general, there is a difference in the epitaxial growth rate depending on whether the epitaxial growth surface is perpendicular to the surface of the silicon substrate 11 or an inclined surface, and the surface perpendicular to the surface of the silicon substrate 11 has a higher epitaxial growth rate than the inclined surface. It has been known. This is because an inclined plane causes the growth rate to be slowed because the plane orientation of epitaxial growth deviates from (001).
Accordingly, in the epitaxial growth for a predetermined time, the epitaxial growth film is formed thicker on the vertical surface than on the inclined surface. This principle is used in the following epitaxial growth.

次に、エピタキシャル成長法によって、露出している上記溝部13の第1側面13SA、第2側面13SBにSiGeエピ層15を形成する。   Next, the SiGe epilayer 15 is formed on the exposed first side surface 13SA and second side surface 13SB of the groove 13 by an epitaxial growth method.

上記エピタキシャル成長法では、シリコン基板11のシリコン表面に選択的にエピタキシャル成長する、選択的エピタキシャル成長による。以下、選択エピタキシャル成長条件の一例を説明する。
原料ガスには、例えば、ジクロロシラン(SiH2Cl2:DCS)、ゲルマン(GeH4)(例えば1.5%H2希釈)、塩化水素(HCl)、水素(H2)を用いる。
上記ジクロロシラン(SiH2Cl2:DCS)は、例えば供給流量を10cm3/min〜80cm3/minとする。
上記ゲルマン(GeH4)(1.5%H2希釈)は、例えば供給流量を50cm3/min〜100cm3/minとする。
上記塩化水素(HCl)は、例えば供給流量を10cm3/min〜50cm3/minとする。
上記水素(H2)は、例えば供給流量を10cm3/min〜50L/minとする。
また、成膜時の処理温度は例えば650℃〜750℃に設定し、成膜時の雰囲気の圧力は例えば1.33kPa〜6.67kPaに設定した。
The epitaxial growth method is based on selective epitaxial growth in which selective epitaxial growth is performed on the silicon surface of the silicon substrate 11. Hereinafter, an example of selective epitaxial growth conditions will be described.
As the source gas, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 : DCS), germane (GeH 4 ) (for example, 1.5% H 2 dilution), hydrogen chloride (HCl), and hydrogen (H 2 ) are used.
The dichlorosilane (SiH 2 Cl 2: DCS), for example, the supply flow rate and 10cm 3 / min~80cm 3 / min.
The germane (GeH 4) (1.5% H 2 dilution), for example, the supply flow rate and 50cm 3 / min~100cm 3 / min.
The hydrogen chloride (HCl), for example, the supply flow rate and 10cm 3 / min~50cm 3 / min.
The supply flow rate of the hydrogen (H 2 ) is, for example, 10 cm 3 / min to 50 L / min.
Moreover, the processing temperature at the time of film-forming was set, for example to 650 degreeC-750 degreeC, and the pressure of the atmosphere at the time of film-forming was set to 1.33 kPa-6.67 kPa, for example.

この結果、上記SiGeエピ層15は、上記溝部13の内面に形成され、上記第1側面13SAに形成された上記SiGeエピ層15は上記第2側面13SBに形成された上記SiGeエピ層15よりも厚く形成される。
またシリコンチャネル部へ十分ストレスが見込めるように第1側面13SAに形成されるSiGeエピ層15の膜厚は適切な厚さにする。例えば、ゲート線幅500nmに対してSiGeエピ層15の厚さは50nm程度とする。
As a result, the SiGe epilayer 15 is formed on the inner surface of the groove portion 13, and the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA is more than the SiGe epilayer 15 formed on the second side surface 13SB. It is formed thick.
Further, the thickness of the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA is set to an appropriate thickness so that sufficient stress can be expected in the silicon channel portion. For example, the thickness of the SiGe epilayer 15 is about 50 nm with respect to a gate line width of 500 nm.

次に、図16(5)に示すように、上記溝部13内に絶縁材料を埋め込み、平坦化処理を行う。この平坦化処理は、例えば化学的機械研磨(CMP)により行う。上記絶縁材料には、例えば酸化シリコンを用いる。
このようにして、上記溝部13内に絶縁材料を埋め込んだ素子分離部14を形成する。したがって、上記素子形成部12は、素子分離部14によって電気的に分離される。
Next, as shown in FIG. 16 (5), an insulating material is embedded in the groove 13 and planarization is performed. This planarization process is performed, for example, by chemical mechanical polishing (CMP). For example, silicon oxide is used as the insulating material.
In this way, the element isolation part 14 in which the insulating material is embedded in the groove part 13 is formed. Therefore, the element forming part 12 is electrically separated by the element separating part 14.

次に、図16(6)に示すように、上記シリコン基板11の素子形成部12上の上記マスク膜31〔前記図7参照〕の残部および余剰な上記絶縁材料等を除去し、シリコン基板11表面を露出させる。次いで、洗浄等を行った後、シリコン基板11の素子形成部12上にゲート絶縁膜21を形成する。上記ゲート絶縁膜21は、例えば素子形成部12表面を酸化させた熱酸化膜で形成してもよく、また化学的気相成長法もしくは原子層蒸着法によって形成してもよい。
また酸化シリコン膜以外に、いわゆる、高誘電率膜を用いることも可能である。例えば、高誘電率膜には、例えば、ハフニウム、ジルコニウム、ランタン、イットリウム、タンタルもしくはアルミニウムの酸化物、酸珪化物または酸窒化物がある。
具体的には、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ランタン(LaO3)、酸化イットリウム(Y23)、酸化タンタル(Ta25)、酸化アルミニウム(Al23)等があり、また、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート、ランタンシリケート、イットリウムシリケート、タンタルシリケート、アルミニウムシリケート、チタン酸ジルコニウム、酸化アルミニウムハフニウムもしくは酸化ジルコニウムハフニウム、またはこれら化合物の窒化物で形成される。
Next, as shown in FIG. 16 (6), the remaining part of the mask film 31 [see FIG. 7] on the element forming portion 12 of the silicon substrate 11 and the surplus insulating material are removed, and the silicon substrate 11 is removed. Expose the surface. Next, after performing cleaning or the like, a gate insulating film 21 is formed on the element forming portion 12 of the silicon substrate 11. The gate insulating film 21 may be formed of, for example, a thermal oxide film in which the surface of the element forming portion 12 is oxidized, or may be formed by chemical vapor deposition or atomic layer deposition.
In addition to the silicon oxide film, a so-called high dielectric constant film can also be used. For example, the high dielectric constant film includes, for example, an oxide, oxysilicide, or oxynitride of hafnium, zirconium, lanthanum, yttrium, tantalum, or aluminum.
Specifically, for example, hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), lanthanum oxide (LaO 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and the like, and is formed from hafnium silicate, zirconium silicate, lanthanum silicate, yttrium silicate, tantalum silicate, aluminum silicate, zirconium titanate, aluminum oxide hafnium or zirconium hafnium oxide, or nitrides of these compounds .

次に、図17(7)、図17(8)に示すように、上記素子形成部12上に上記ゲート絶縁膜21を介してゲート電極22を形成する。ここでは、第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15上を横切るように、上記ゲート電極22は形成される。
その後、イオン注入によるエクステンション領域(図示せず)の形成、ゲート電極22の側壁にサイドウォールスペーサ(図示せず)の形成、ゲート電極22の両側における素子形成部12にソース・ドレイン領域23、24の形成、等を行う。
このようにして、上記素子形成部12にNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20が形成される。
Next, as shown in FIGS. 17 (7) and 17 (8), a gate electrode 22 is formed on the element forming portion 12 via the gate insulating film 21. Here, the gate electrode 22 is formed so as to cross over the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA.
Thereafter, extension regions (not shown) are formed by ion implantation, sidewall spacers (not shown) are formed on the side walls of the gate electrode 22, and source / drain regions 23, 24 are formed in the element forming portion 12 on both sides of the gate electrode 22. And so on.
In this way, the N-channel insulated gate field effect transistor 20 is formed in the element forming portion 12.

次に、上記第1側面13SAに形成された上記SiGeエピ層15を、上記第2側面13SBに形成された上記SiGeエピ層15よりも厚く形成する別の手段を以下に説明する。
図18(1)に示すように、上記トランジスタ20のチャネル長方向と平行な上記溝部13の第1側面13SAを、上記シリコン基板11の表面に対して垂直面、すなわち{100}面に形成する。
通常、上記シリコン基板11の{100}面に対して垂直方向へのSiGeエピ層15の成長速度が速くなる。また、上記シリコン基板11の{100}面になっていない第2側面13SB(図示せず)では、第1側面13SAよりもSiGeエピ層15の成長速度が遅くなる。
このように、エピタキシャル成長時のSiGeエピ層15の成長速度の差によって、第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15は、第2側面13SB(図示せず)に形成されたSiGeエピ層15よりも厚く形成されている。
Next, another means for forming the SiGe epi layer 15 formed on the first side surface 13SA thicker than the SiGe epi layer 15 formed on the second side surface 13SB will be described below.
As shown in FIG. 18A, the first side surface 13SA of the groove 13 parallel to the channel length direction of the transistor 20 is formed in a plane perpendicular to the surface of the silicon substrate 11, that is, the {100} plane. .
Usually, the growth rate of the SiGe epilayer 15 in the direction perpendicular to the {100} plane of the silicon substrate 11 is increased. Further, in the second side surface 13SB (not shown) that is not the {100} plane of the silicon substrate 11, the growth rate of the SiGe epilayer 15 is slower than that of the first side surface 13SA.
Thus, due to the difference in the growth rate of the SiGe epilayer 15 during the epitaxial growth, the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA is more than the SiGe epilayer 15 formed on the second side surface 13SB (not shown). Is also formed thick.

次に、上記第1側面13SAに形成された上記SiGeエピ層15を、上記第2側面13SBに形成された上記SiGeエピ層15よりも厚く形成するさらに別の手段を以下に説明する。
図18(2)に示すように、上記トランジスタ20のチャネル長方向と平行な上記溝部13の第1側面13SAを、上記シリコン基板11の表面に対して垂直面、すなわち{100}面より高次である面に形成する。この高次である面は、例えば{110}面、{111}面、{311}面、{511}面等がある。
通常、上記シリコン基板11の{100}面より高次である面に対して垂直方向へのSiGeエピ層15の成長速度が速くなる。また、上記シリコン基板11の{100}面より高次である面になっていない、例えば傾斜面になっている第2側面13SB(図示せず)では、第1側面13SAよりもSiGeエピ層15の成長速度が遅くなる。
このように、エピタキシャル成長時のSiGeエピ層15の成長速度の差によって、第1側面13SAに形成されたSiGeエピ層15は、第2側面13SB(図示せず)に形成されたSiGeエピ層15よりも厚く形成されている。
Next, another means for forming the SiGe epi layer 15 formed on the first side surface 13SA thicker than the SiGe epi layer 15 formed on the second side surface 13SB will be described below.
As shown in FIG. 18 (2), the first side surface 13 SA of the groove 13 parallel to the channel length direction of the transistor 20 is higher than the surface perpendicular to the surface of the silicon substrate 11, that is, the {100} plane. Is formed on the surface. The higher-order surfaces include, for example, {110} plane, {111} plane, {311} plane, {511} plane, and the like.
Usually, the growth rate of the SiGe epilayer 15 in the direction perpendicular to the plane higher than the {100} plane of the silicon substrate 11 is increased. Further, in the second side surface 13SB (not shown) that is not a higher-order surface than the {100} plane of the silicon substrate 11, for example, an inclined surface, the SiGe epilayer 15 is more than in the first side surface 13SA. Slows down the growth rate.
Thus, due to the difference in the growth rate of the SiGe epilayer 15 during the epitaxial growth, the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA is more than the SiGe epilayer 15 formed on the second side surface 13SB (not shown). Is also formed thick.

上記半導体装置の製造方法の第3実施例では、シリコン基板11からなる素子形成部12の側部を囲む溝部13の内面にSiGeエピ層15を形成する。そのとき、トランジスタ20のチャネル長方向と平行な第1側面13SAに形成されるSiGeエピ層15を厚く形成する。他方、トランジスタ20のチャネル長方向に対して直角な方向と平行な第2側面13SBに形成されるSiGeエピ層15を薄く形成する。SiGeエピ層15はシリコン(Si)より格子状数が大きく、このSiGeエピ層15によって素子形成部12には引張応力が印加される。そのとき、効果的に引張応力が印加される第1側面13SAに形成されるSiGeエピ層15を、第2側面13SBに形成されるSiGeエピ層15よりも厚く形成しているので、溝部13の内面にSiGeエピ層15を均等な膜厚で形成した場合と比較して、素子形成部12に印加される引張応力は大きなものとなる。
またSiGeエピ層15は、素子形成部12に形成されるNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の大部分のシリコンチャネル部にストレスを与えるだけでなく、それ自身が移動度の高いチャネルとしての役割も果たす。
したがって、素子分離部14と接する部分は寄生トランジスタとして、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の特性を劣化させるが、SiGeエピ層15を形成したことによって、劣化していた寄生トランジスタ部分の移動度が高められる。このため、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の特性劣化が抑制される。
また、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20が微細化していくにつれ、ゲート電極22の幅はより小さくなっていき、上記SiGeエピ層15によるストレスはより効く方向になる。
また、上記SiGeエピ層15は、ゲート電極22の端部の一部に形成されるものであるため、素子形成部12の大部分は、表面が平坦なシリコン基板11となっているので既存のプロセスによくマッチする。
In the third embodiment of the semiconductor device manufacturing method, the SiGe epilayer 15 is formed on the inner surface of the groove 13 surrounding the side of the element forming portion 12 made of the silicon substrate 11. At that time, the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA parallel to the channel length direction of the transistor 20 is formed thick. On the other hand, the SiGe epilayer 15 formed on the second side surface 13SB parallel to the direction perpendicular to the channel length direction of the transistor 20 is thinly formed. The SiGe epilayer 15 has a larger number of lattices than silicon (Si), and a tensile stress is applied to the element forming portion 12 by the SiGe epilayer 15. At that time, the SiGe epilayer 15 formed on the first side surface 13SA to which the tensile stress is effectively applied is formed thicker than the SiGe epilayer 15 formed on the second side surface 13SB. Compared with the case where the SiGe epilayer 15 is formed on the inner surface with a uniform film thickness, the tensile stress applied to the element forming portion 12 is large.
Further, the SiGe epilayer 15 not only gives stress to most silicon channel portions of the N channel insulated gate field effect transistor 20 formed in the element forming portion 12, but also serves as a channel having high mobility. Also fulfills.
Therefore, although the portion in contact with the element isolation portion 14 is a parasitic transistor, the characteristics of the N-channel insulated gate field effect transistor 20 are deteriorated, but the mobility of the deteriorated parasitic transistor portion due to the formation of the SiGe epilayer 15 is reduced. Is increased. For this reason, characteristic deterioration of the N-channel insulated gate field effect transistor 20 is suppressed.
Further, as the N-channel insulated gate field effect transistor 20 is miniaturized, the width of the gate electrode 22 becomes smaller and the stress due to the SiGe epilayer 15 becomes more effective.
Further, since the SiGe epilayer 15 is formed on a part of the end portion of the gate electrode 22, most of the element forming portion 12 is the silicon substrate 11 having a flat surface. Matches the process well.

よって、チャネルに効果的に引張応力が印加されるようになる。これによって、このトランジスタの移動度を向上させ、オン電流を増加させることができるので、トランジスタ性能を高めることができるという利点がある。   Therefore, a tensile stress is effectively applied to the channel. Accordingly, the mobility of the transistor can be improved and the on-current can be increased, so that there is an advantage that the transistor performance can be improved.

上記各実施例において、シリコン基板11表面上方からみた場合、すなわち、平面図で見た場合に、素子形成部12の角部にもSiGeエピ層15が形成されているが、この部分のSiGeエピ層15は必ずしも必要ではない。SiGeエピ層15は、素子分離部14が形成される溝部13の第1側面13SAにおいて少なくともチャネル領域を包含していればよい。   In each of the above embodiments, when viewed from above the surface of the silicon substrate 11, that is, when seen in a plan view, the SiGe epi layer 15 is also formed at the corners of the element forming portion 12. Layer 15 is not necessarily required. The SiGe epilayer 15 only needs to include at least the channel region in the first side surface 13SA of the groove 13 where the element isolation portion 14 is formed.

本発明の半導体装置に係る一実施の形態(第1実施例)を示した概略構成断面図および平面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic cross-sectional view and plan view showing an embodiment (first embodiment) according to a semiconductor device of the present invention. 寄生トランジスタを説明する平面図である。It is a top view explaining a parasitic transistor. 本発明の半導体装置に係る一実施の形態(第2実施例)を示した概略構成断面図および平面図である。It is the schematic block diagram and top view which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置に係る一実施の形態(第3実施例)を示した概略構成断面図および平面図である。It is the schematic block diagram and top view which showed one Embodiment (3rd Example) which concerns on the semiconductor device of this invention. 第3実施例における変形例を示した平面図および要部断面図である。It is the top view and principal part sectional drawing which showed the modification in 3rd Example. 第3実施例における変形例を示した平面図および要部断面図である。It is the top view and principal part sectional drawing which showed the modification in 3rd Example. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (1st Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (1st Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を示した製造工程断面図および平面図である。It is a manufacturing process sectional view and a top view showing one embodiment (the 1st example) concerning a manufacturing method of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を示した製造工程断面図および平面図である。It is manufacturing process sectional drawing and the top view which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第3実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (3rd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第3実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (3rd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第3実施例)を示した製造工程断面図および平面図である。It is manufacturing process sectional drawing and the top view which showed one Embodiment (3rd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 第3実施例における変形例を示した要部断面図である。It is principal part sectional drawing which showed the modification in 3rd Example. 従来技術の一例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed an example of the prior art. 従来技術の一例を示した断面図および平面図である。It is sectional drawing and the top view which showed an example of the prior art. 従来技術の一例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed an example of the prior art. 従来技術の一例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed an example of the prior art. 従来技術の一例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed an example of the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体装置、11…シリコン基板、12…素子形成部、13…溝部、14…素子分離部、15…シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層、20…Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 11 ... Silicon substrate, 12 ... Element formation part, 13 ... Groove part, 14 ... Element isolation part, 15 ... Silicon germanium epitaxial growth layer, 20 ... N channel insulated gate field effect transistor

Claims (14)

シリコン基板と、
前記シリコン基板に区画された素子形成部と、
前記素子形成部に形成されたNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、
前記シリコン基板に形成されていて前記素子形成部の側部を囲む溝部と、
前記溝部内に絶縁材料が埋め込まれて形成された素子分離部と、
少なくとも前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の側面に形成されたシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を有する
半導体装置。
A silicon substrate;
An element forming section partitioned into the silicon substrate;
An N-channel insulated gate field effect transistor formed in the element forming portion;
A groove portion formed on the silicon substrate and surrounding a side portion of the element forming portion;
An element isolation part formed by embedding an insulating material in the groove part;
A semiconductor device comprising at least a silicon germanium epitaxial growth layer formed on a side surface of the groove parallel to a channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor.
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記溝部の内面に形成されている
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon germanium epitaxial growth layer is formed on an inner surface of the groove.
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面にのみ形成されている
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon germanium epitaxial growth layer is formed only on a first side surface of the groove portion parallel to a channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor.
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記溝部の内面に形成されていて、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層よりも厚く形成されている
請求項1記載の半導体装置。
The silicon germanium epitaxial growth layer is formed on the inner surface of the groove,
The silicon germanium epitaxial growth layer formed on the first side surface of the groove parallel to the channel length direction of the N channel insulated gate field effect transistor is perpendicular to the channel length direction of the N channel insulated gate field effect transistor. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed thicker than the silicon germanium epitaxial growth layer formed on the second side surface of the groove portion parallel to a specific direction.
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記溝部の内面に形成されていて、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面は前記シリコン基板の表面に対して垂直面に形成され、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2側面は前記シリコン基板の表面に対して傾斜面に形成され、
前記第1側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は前記第2側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層よりも厚く形成されている
請求項1記載の半導体装置。
The silicon germanium epitaxial growth layer is formed on the inner surface of the groove,
A first side surface of the groove parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor is formed in a plane perpendicular to the surface of the silicon substrate;
A second side surface of the groove parallel to a direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor is formed to be inclined with respect to the surface of the silicon substrate;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon germanium epitaxial growth layer formed on the first side surface is formed thicker than the silicon germanium epitaxial growth layer formed on the second side surface.
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記溝部の内面に形成されていて、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面は面が{100}面に形成され、
前記第1側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層よりも厚く形成されている
請求項1記載の半導体装置。
The silicon germanium epitaxial growth layer is formed on the inner surface of the groove,
The first side surface of the groove parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor has a {100} plane.
The silicon germanium epitaxial growth layer formed on the first side surface is formed of the silicon germanium formed on the second side surface of the groove portion parallel to a direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed thicker than the epitaxially grown layer.
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記溝部の内面に形成されていて、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面は面が{100}面より高次である面に形成され、
前記第1側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層よりも厚く形成されている
請求項1記載の半導体装置。
The silicon germanium epitaxial growth layer is formed on the inner surface of the groove,
The first side surface of the groove parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor is formed on a surface whose surface is higher than the {100} surface,
The silicon germanium epitaxial growth layer formed on the first side surface is formed of the silicon germanium formed on the second side surface of the groove portion parallel to a direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed thicker than the epitaxially grown layer.
シリコン基板のNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタが形成される素子形成部を被覆するマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜から露出された前記シリコン基板に前記素子形成部の側部を囲む溝部を形成する工程と、
エピタキシャル成長法によって、少なくとも前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の側面にシリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を形成する工程と、
前記溝部内に絶縁材料を埋め込んで素子分離部を形成する工程と、
前記素子形成部にNチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタを形成する工程を有する
半導体装置の製造方法。
Forming a mask film covering an element formation portion on which an N-channel insulated gate field effect transistor is formed on a silicon substrate;
Forming a groove portion surrounding a side portion of the element forming portion in the silicon substrate exposed from the mask film;
Forming a silicon germanium epitaxial growth layer on a side surface of the groove parallel to at least the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor by an epitaxial growth method;
Forming an element isolation portion by embedding an insulating material in the groove portion;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an N-channel insulated gate field effect transistor in the element formation portion.
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は前記溝部の内面に形成される
請求項8記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the silicon germanium epitaxial growth layer is formed on an inner surface of the groove.
前記溝部を形成した後で、前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を形成する前に、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2側面を被覆する側壁マスク膜を形成する工程を有し、
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層を形成する工程で、前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面に形成される
請求項8記載の半導体装置の製造方法。
After forming the groove and before forming the silicon germanium epitaxial growth layer,
Forming a sidewall mask film covering a second side surface of the groove parallel to a direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor;
The semiconductor device according to claim 8, wherein in the step of forming the silicon germanium epitaxial growth layer, the silicon germanium epitaxial growth layer is formed on a first side surface of the groove portion parallel to a channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor. Manufacturing method.
前記溝部は、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1の幅が、前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2の幅よりも広く形成され、
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は前記溝部の内面に形成され、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層よりも厚く形成される
請求項8記載の半導体装置の製造方法。
The groove is
The first width of the groove parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor has a first width parallel to the direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor. Formed wider than the second width;
The silicon germanium epitaxial growth layer is formed on the inner surface of the groove,
The silicon germanium epitaxial growth layer formed on the first side surface of the groove parallel to the channel length direction of the N channel insulated gate field effect transistor is perpendicular to the channel length direction of the N channel insulated gate field effect transistor. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor germanium epitaxial growth layer is formed thicker than the silicon germanium epitaxial growth layer formed on the second side surface of the groove portion parallel to a specific direction.
前記溝部は、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面が前記シリコン基板の表面に対して垂直面に形成され、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2側面が前記シリコン基板の表面に対して傾斜面に形成され、
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記溝部の内面に形成され、
前記第1側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は前記第2側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層よりも厚く形成される
請求項8記載の半導体装置の製造方法。
The groove is
A first side surface of the groove parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor is formed in a plane perpendicular to the surface of the silicon substrate;
A second side surface of the groove parallel to a direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor is formed to be inclined with respect to the surface of the silicon substrate;
The silicon germanium epitaxial growth layer is formed on the inner surface of the groove,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the silicon germanium epitaxial growth layer formed on the first side surface is formed thicker than the silicon germanium epitaxial growth layer formed on the second side surface.
前記溝部は、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面が{100}面に形成され、
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記溝部の内面に形成され、
前記第1側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層よりも厚く形成される
請求項8記載の半導体装置の製造方法。
The groove is
A first side surface of the groove parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor is formed on a {100} plane;
The silicon germanium epitaxial growth layer is formed on the inner surface of the groove,
The silicon germanium epitaxial growth layer formed on the first side surface is formed of the silicon germanium formed on the second side surface of the groove portion parallel to a direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor device is formed thicker than the epitaxially grown layer.
前記溝部は、
前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向と平行な前記溝部の第1側面が{100}面より高次である面に形成され、
前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記溝部の内面に形成され、
前記第1側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層は、前記Nチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長方向に対して直角な方向と平行な前記溝部の第2側面に形成された前記シリコンゲルマニウムエピタキシャル成長層よりも厚く形成される
請求項8記載の半導体装置の製造方法。
The groove is
A first side surface of the groove parallel to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor is formed on a surface higher than the {100} surface;
The silicon germanium epitaxial growth layer is formed on the inner surface of the groove,
The silicon germanium epitaxial growth layer formed on the first side surface is formed of the silicon germanium formed on the second side surface of the groove portion parallel to a direction perpendicular to the channel length direction of the N-channel insulated gate field effect transistor. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor device is formed thicker than the epitaxially grown layer.
JP2008168091A 2008-06-27 2008-06-27 Semiconductor device and its method for manufacturing Abandoned JP2010010403A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008168091A JP2010010403A (en) 2008-06-27 2008-06-27 Semiconductor device and its method for manufacturing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008168091A JP2010010403A (en) 2008-06-27 2008-06-27 Semiconductor device and its method for manufacturing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010010403A true JP2010010403A (en) 2010-01-14

Family

ID=41590538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008168091A Abandoned JP2010010403A (en) 2008-06-27 2008-06-27 Semiconductor device and its method for manufacturing

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010010403A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102623487A (en) * 2011-01-26 2012-08-01 中国科学院微电子研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2013174070A1 (en) * 2012-05-23 2013-11-28 中国科学院微电子研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102623487A (en) * 2011-01-26 2012-08-01 中国科学院微电子研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2012100396A1 (en) * 2011-01-26 2012-08-02 中国科学院微电子研究所 Semiconductor device and method for manufacturing same
WO2013174070A1 (en) * 2012-05-23 2013-11-28 中国科学院微电子研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8900956B2 (en) Method of dual EPI process for semiconductor device
US8487348B2 (en) Methods and apparatus to reduce layout based strain variations in non-planar transistor structures
US8415718B2 (en) Method of forming epi film in substrate trench
US9196613B2 (en) Stress inducing contact metal in FinFET CMOS
TWI545761B (en) Semiconductor devices and methods for manufacturing the same and pmos transistors
US7154118B2 (en) Bulk non-planar transistor having strained enhanced mobility and methods of fabrication
JP5326274B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US8237226B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
US8853060B1 (en) Epitaxial process
US9660035B2 (en) Semiconductor device including superlattice SiGe/Si fin structure
US20090085027A1 (en) Three dimensional strained quantum wells and three dimensional strained surface channels by ge confinement method
US8343872B2 (en) Method of forming strained structures with compound profiles in semiconductor devices
US20140199817A1 (en) Method for manufacturing multi-gate transistor device
JP2010251459A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8389391B2 (en) Triple-gate transistor with reverse shallow trench isolation
JP2010171144A (en) Semiconductor device
JP2009105163A (en) Semiconductor device
JP2013026466A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US7256077B2 (en) Method for removing a semiconductor layer
CN105633152B (en) Semiconductor structure and manufacturing method thereof
JP2010010403A (en) Semiconductor device and its method for manufacturing
JP2011199112A (en) Semiconductor device, and method of manufacturing the same
JP2009176876A (en) Semiconductor device
CN115719707A (en) Fence device and manufacturing method thereof
JP2011009580A (en) Method of manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20100902

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110601

A762 Written abandonment of application

Effective date: 20130208

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130221