JP2010010403A - Semiconductor device and its method for manufacturing - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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
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
In the MOSFET having such a configuration, compression or tensile strain is applied to the strained
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.
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
An N channel insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a transistor) 20 is formed in the
A silicon germanium epitaxial growth layer (hereinafter referred to as SiGe epilayer) 15 is formed at least on the
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
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
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
Further, as the
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
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
An N channel insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a transistor) 20 is formed in the
A
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
The
The
Therefore, in the
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
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
Further, as the
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
In the
A
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
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
4 (4), the second side surface 13SB of the
Usually, the growth rate of the
As described above, the
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
Usually, the growth rate of the SiGe epilayer 15 in the direction perpendicular to the {100} plane of the
As described above, the
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
Usually, the growth rate of the SiGe epilayer 15 in the direction perpendicular to the plane higher than the {100} plane of the
As described above, the
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
The
Therefore, in the
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
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
Further, as the
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
Next, after forming a resist film on the
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
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
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
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
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
In this way, the
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(Y2O3)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化アルミニウム(Al2O3)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
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
Thereafter, extension regions (not shown) are formed by ion implantation, sidewall spacers (not shown) are formed on the side walls of the
In this way, the N-channel insulated gate
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
Further, the SiGe epilayer 15 not only gives stress to most silicon channel portions of the N channel insulated gate
Therefore, although the portion in contact with the
Further, as the N-channel insulated gate
Further, since the
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
Next, after forming a resist film on the
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
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
In order to form the
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
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
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
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
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
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
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
In this way, the
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(Y2O3)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化アルミニウム(Al2O3)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
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
Thereafter, extension regions (not shown) are formed by ion implantation, sidewall spacers (not shown) are formed on the side walls of the
In this way, the N-channel insulated gate
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
The
Therefore, in the
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
Therefore, although the portion in contact with the
Further, as the N-channel insulated gate
Further, since the
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
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
At this time, as shown in FIG. 15B, the first width d1 of the opening of the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
In this way, the
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(Y2O3)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化アルミニウム(Al2O3)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
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
Thereafter, extension regions (not shown) are formed by ion implantation, sidewall spacers (not shown) are formed on the side walls of the
In this way, the N-channel insulated gate
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
As shown in FIG. 18A, the first side surface 13SA of the
Usually, the growth rate of the SiGe epilayer 15 in the direction perpendicular to the {100} plane of the
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
As shown in FIG. 18 (2), the
Usually, the growth rate of the SiGe epilayer 15 in the direction perpendicular to the plane higher than the {100} plane of the
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
Further, the SiGe epilayer 15 not only gives stress to most silicon channel portions of the N channel insulated gate
Therefore, although the portion in contact with the
Further, as the N-channel insulated gate
Further, since the
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
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
Claims (14)
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.
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.
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.
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.
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.
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2008
- 2008-06-27 JP JP2008168091A patent/JP2010010403A/en not_active Abandoned
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