JP2010056239A - Semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電界効果型トランジスタ半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor semiconductor device.
半導体集積回路装置に用いられる素子のひとつにMOS電界効果型トランジスタ(MOSFET)がある。半導体集積回路装置を高速化・高集積化するために、MOSFETはスケーリング則にしたがって微細化される。MOSFETの高さ方向と横方向の寸法を同時に縮小することにより素子の特性を正常に保ちつつ、性能を上げることを可能にする。 One of the elements used in a semiconductor integrated circuit device is a MOS field effect transistor (MOSFET). In order to increase the speed and integration of semiconductor integrated circuit devices, MOSFETs are miniaturized according to scaling rules. By simultaneously reducing the height and lateral dimensions of the MOSFET, it is possible to improve the performance while keeping the device characteristics normal.
また、次世代MOSFETでは、ゲートリーク電流を低減するため、ゲート絶縁膜に高誘電率(High-k)誘電体を用いることが検討されている。ゲート絶縁膜に高誘電率誘電体を用いたMOSFETは、同じトランジスタ性能を確保しつつ、ゲート絶縁膜の膜厚を厚くすることができ、ゲートリーク電流を抑制することができる。 In the next-generation MOSFET, use of a high dielectric constant (High-k) dielectric for the gate insulating film is being studied in order to reduce gate leakage current. A MOSFET using a high dielectric constant dielectric as the gate insulating film can increase the thickness of the gate insulating film while suppressing the gate leakage current while ensuring the same transistor performance.
例えば、高誘電率ゲート絶縁膜としてHf系の材料を用いる場合、誘電率を上げるためにHfの濃度を高くすることが行われている。しかし、Hfの濃度が高い場合は、閾値電圧が高い状態で固定され、閾値電圧が低いデバイスを作製することが困難となる。そのため、トランジスタのチャネル不純物の濃度を低くして閾値電圧を調整することが行われている。また、閾値電圧の調整に関する技術がある。
トランジスタのチャネル不純物の濃度を低くして閾値電圧を調整する従来の技術では、パンチスルーなどの問題が生じる。パンチスルーとは、ソースから延びた空乏層と、ドレインから延びた空乏層とが、つながる現象である。また、閾値電圧が異なるトランジスタを同一基板上に作製する場合、個々のトランジスタのチャネル不純物の濃度を調整して閾値電圧を調整するのは、製造工程数の増大を引き起こす。そのため、トランジスタのチャネル不純物の濃度を変更する以外の方法で閾値電圧を調整したいという要望がある。本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、閾値電圧が異なるトランジスタ毎に閾値電圧を調整する技術を提供することを目的とする。 In the conventional technique of adjusting the threshold voltage by lowering the channel impurity concentration of the transistor, problems such as punch-through occur. Punch-through is a phenomenon in which a depletion layer extending from a source and a depletion layer extending from a drain are connected. In the case where transistors with different threshold voltages are formed on the same substrate, adjusting the threshold voltage by adjusting the channel impurity concentration of each transistor causes an increase in the number of manufacturing steps. Therefore, there is a desire to adjust the threshold voltage by a method other than changing the channel impurity concentration of the transistor. The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a technique for adjusting a threshold voltage for each transistor having a different threshold voltage.
本発明の一観点による半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、を含む閾値電圧が異なる複数種類の電界効果型トランジスタを備え、電界効果型トランジスタの少なくとも1種類は、ゲート絶縁膜に少なくとも1種類の金属が存在する。 A semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a gate insulating film provided on the semiconductor substrate, and a plurality of types of field effect types having different threshold voltages including a gate electrode provided on the gate insulating film. At least one type of field effect transistor including a transistor has at least one type of metal in the gate insulating film.
開示の装置は、閾値電圧が異なるトランジスタ毎に閾値電圧を調整できる効果を奏する。 The disclosed apparatus has an effect that the threshold voltage can be adjusted for each transistor having a different threshold voltage.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という)に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、開示の半導体装置及びその製造方法は実施形態の構成に限定されない。 Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the best mode (hereinafter referred to as an embodiment) for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the following embodiment is an exemplification, and the disclosed semiconductor device and the manufacturing method thereof are not limited to the configuration of the embodiment.
〈第1実施形態〉
図1から図15を参照して、第1実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。第1実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、まず、図1に示すように、半導体基板2に素子分離領域3を形成する。半導体基板2は、例えば、シリコン基板である。本実施形態では、半導体基板2としてシリコン基板を用いているが、ゲルマニウム(Ge)を用いてもよい。半導体基板2に対する素子分離領域3の形成は、Shallow Trench Isolation(STI)又はLOCOS法等の方法を用いることが可能である。
<First Embodiment>
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, first, an
半導体基板2に複数の素子分離領域3を形成することにより、半導体基板2にHigh SpeedのMOSFETが形成される領域と、StandardのMOSFETが形成される領域と、Low LeakのMOSFETが形成される領域とがそれぞれ画定される。本実施形態では、高速動作が要求されるMOSFETをHigh SpeedのMOSFETと呼び、低リーク電流が優先されるMOSFETをLow LeakのMOSFETと呼び、High SpeedのMOSFETとLow LeakのMOSFETの中間のMOSFETをStandardのMOSFETと呼ぶ。
By forming a plurality of
High SpeedのMOSFET、StandardのMOSFET及びLow LeakのMOSFETの閾値電圧はそれぞれ異なる。High SpeedのMOSFET、StandardのMOSFET及びLow LeakのMOSFETの電源電圧は同じであってもよい。High SpeedのMOSFETが形成される領域をHigh Speed領域といい、StandardのMOSFETが形成される領域をStandard領域といい、Low LeakのMOSFETが形成される領域をLow Leak領域という。 The threshold voltages of High Speed MOSFET, Standard MOSFET and Low Leak MOSFET are different. The power supply voltage of the high speed MOSFET, the standard MOSFET, and the low leak MOSFET may be the same. The region where the High Speed MOSFET is formed is called the High Speed region, the region where the Standard MOSFET is formed is called the Standard region, and the region where the Low Leak MOSFET is formed is called the Low Leak region.
次に、図1に示すように、半導体基板2に不純物をイオン注入して、半導体基板2にウェル4、5及び6を形成する。nウェルとしてウェル4、5及び6を形成する場合は、半導体基板2にn型不純物をイオン注入する。n型不純物は、例えば、リン(P)又はヒ素(As)である。pウェルとしてウェル4、5及び6を形成する場合は、半導体基板2にp型不純物をイオン注入する。p型不純物は、例えば、ホウ素(B)である。
Next, as shown in FIG. 1, impurities are ion-implanted into the
そして、閾値電圧を制御するための不純物をウェル4、5及び6にイオン注入する。nウェルとしてウェル4、5及び6を形成した場合、ウェル4、5及び6にn型不純物をイオン注入する。pウェルとしてウェル4、5及び6を形成した場合、ウェル4、5及び6にp型不純物をイオン注入する。
Then, impurities for controlling the threshold voltage are ion-implanted into the
ウェル4には、10〜40keVでドーズ量1×1012/cm2〜1×1013/cm2の不純物をイオン注入する。すなわち、ウェル4のチャネル不純物の濃度が1×1012/cm3〜1×1013/cm3となるように不純物をイオン注入する。
The
ウェル5には、10〜40keVでドーズ量5×1012/cm2〜5×1013/cm2の不純物をイオン注入する。すなわち、ウェル5のチャネル不純物の濃度が5×1012/cm3〜5×1013/cm3となるように不純物をイオン注入する。
The
ウェル6には、10〜40keVでドーズ量1×1013/cm2〜1×1014/cm2の不純物をイオン注入する。すなわち、ウェル6のチャネル不純物の濃度が1×1013/cm3〜1×1014/cm3となるように不純物をイオン注入する。
The
上述したウェル4、5及び6に注入する不純物のドーズ量は例示であって、他の値のドーズ量でウェル4、5及び6に不純物を注入してもよい。
The dose amount of the impurity implanted into the
また、ウェル4、5及び6にイオン注入する不純物のドーズ量を同一としてもよい。例えば、ウェル4、5及び6に、ドーズ量1×1013/cm2の不純物をイオン注入しても
よい。ウェル4、5及び6にイオン注入する不純物のドーズ量を同一とすることにより、
ウェル4、5及び6のイオン注入を一つの工程で行うことが可能となる。
Further, the dose amount of the impurity implanted into the
It is possible to perform ion implantation of the
次に、図1に示すように、半導体基板2上にゲート絶縁膜7を成膜する。ゲート絶縁膜7は、Hf、Si、Zr、La、Y及びTaのうち少なくとも1種類を含む金属酸化物、金属酸窒化物又は金属窒化物である。すなわち、ゲート絶縁膜7は、High-K材料を含む高誘電率絶縁膜である。また、ゲート絶縁膜7は、結晶化していないアモルファス状態であってもよい。
Next, as shown in FIG. 1, a gate
ゲート絶縁膜7の成膜は、例えば、Chemical Vapor Deposition(CVD、化学気相蒸
着)法、Atomic Layer Deposition(ALD、原子層蒸着)法又はPhysical Vapor Deposition(PVD、物理気相蒸着)法を用いる。
The
ゲート絶縁膜7の膜厚は、1.5nm〜4nmとする。但し、この値は例示であり、ゲート絶縁膜7の膜厚を他の値としてもよい。ゲート絶縁膜7の膜厚を薄くすることにより、電気的膜厚を薄くすることができる。ゲート絶縁膜7の膜厚を厚くすることにより、ゲート絶縁膜7の誘電率を大きくすることができる。例えば、ゲート絶縁膜7の材料としてハフニウムシリケート(HfSiO)を用いる場合、ゲート絶縁膜7の膜厚は2nm〜3nmとするのが好ましい。
The thickness of the gate
図2に示すように、ゲート絶縁膜7上にレジストを塗布し、マスク露光を行い、レジストパターン10を形成する。この場合、High Speed領域以外を覆うようにレジストパターン10を形成する。すなわち、Standard領域及びLow Leak領域を覆うようにレジストパターン10を形成する。
As shown in FIG. 2, a resist is applied on the
次に、図3に示すように、レジストパターン10をマスクとして、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2で金属を付着する。すなわち、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度が5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2の範囲内となるようにする。例えば、スパッタ法によりHigh Speed領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値は例示であって、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値を他の値としてもよい。
Next, as shown in FIG. 3, metal is deposited at 5 × 10 13 atoms / cm 2 to 1 × 10 15 atoms / cm 2 on the
High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtである。また、ゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
Metals deposited on the
ここで、High SpeedのMOSFETの閾値電圧の調整におけるウェル4にイオン注入する不純物のドーズ量及びHigh Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度について説明する。ここでは、High SpeedのMOSFETの閾値電圧を所定電圧V1に調整する方法を説明する。
Here, the dose amount of the impurity ion-implanted into the
所定電圧V1に応じてウェル4にイオン注入する不純物のドーズ量、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。すなわち、High SpeedのMOSFETの閾値電圧を所定電圧V1に調整するためのウェル4にイオン注入する不純物のドーズ量、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。
The dose amount of the impurity ion-implanted into the
図1で説明した工程では、上記で決定したドーズ量でウェル4に不純物をイオン注入する。また、図3で説明した工程では、上記で決定した金属の種類及び面密度でHigh Speed領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。
In the step described with reference to FIG. 1, impurities are ion-implanted into the
なお、High SpeedのMOSFETの閾値電圧を所定電圧V1に調整するための不純物のドーズ量、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度は、予め実験により取得しておけばよい。また、実験により取得した値は、マップ化又はデータベース化しておいてもよい。
It should be noted that the impurity dose for adjusting the threshold voltage of the high speed MOSFET to the predetermined voltage V1, the kind of metal deposited on the
例えば、所定電圧V1が0.1Vの場合、不純物のドーズ量を1×1012/cm2〜1
×1013/cm2の範囲から決定する。そして、決定した不純物のドーズ量に基づいて金
属の種類及び面密度を決定する。金属の種類は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtの中から少なくとも1種類以上を決定する。金属の面密度は、5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2の範囲から決定する。
For example, when the predetermined voltage V1 is 0.1 V, the impurity dose is set to 1 × 10 12 / cm 2 −1.
It determines from the range of * 10 < 13 > / cm < 2 >. Then, the type and surface density of the metal are determined based on the determined impurity dose. The metal type is determined from at least one of Hf, Zr, Al, La, Y, Ti, Ta, W, Ir, and Pt. The surface density of the metal is determined from the range of 5 × 10 13 atoms / cm 2 to 1 × 10 15 atoms / cm 2 .
決定したドーズ量で、High Speed領域にイオン注入するとともに、決定した金属の種類及び面密度で、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着することにより、High
SpeedのMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整することができる。
By implanting ions into the High Speed region with the determined dose amount, and depositing metal on the
The threshold voltage of the speed MOSFET can be adjusted to the desired voltage.
そして、図4に示すように、レジストパターン10の剥離を行う。レジストパターン10の剥離は、O2プラズマによるアッシングやレジスト剥離液等による方法を用いること
が可能である。
Then, as shown in FIG. 4, the resist
次に、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に熱処理を行う。半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件は、熱処理温度650℃〜1050℃、処理時間10秒未満とする。また、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理は、レジストパターン10を剥離する前に行ってもよい。
Next, heat treatment is performed on the
ここで、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理について説明する。半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件により、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着させた金属の存在領域は変化する。半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件によっては、High Speed領域内のゲート絶縁膜7の内部に金属が拡散し、High Speed領域内のゲート絶縁膜7の内部に金属が存在する。半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件によっては、High Speed領域内のゲート絶縁膜7の内部に金属が拡散せず、High Speed領域内のゲート絶縁膜7の上面に金属が存在する。
Here, heat treatment for the
上記説明した熱処理の条件のうち、熱処理温度を低く設定し、処理時間を短くすることにより、High Speed領域内のゲート絶縁膜7の上面又はその周辺に金属を存在させることが可能となる。
Of the heat treatment conditions described above, by setting the heat treatment temperature low and shortening the treatment time, it becomes possible to make the metal exist on the upper surface of the
また、上記説明した熱処理の条件のうち、熱処理温度を高く設定し、処理時間を長くすることにより、High Speed領域内のゲート絶縁膜7の下部に金属を存在させることが可能となる。このように、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件を制御することにより、High Speed領域内のゲート絶縁膜7における金属の存在領域を変化させることが可能となる。そして、High Speed領域内のゲート絶縁膜7の内部に金属を存在させた場合、High Speed領域内のゲート絶縁膜7の内部に存在する金属の体積密度は、5×1013atoms/cm3〜1×1015atoms/cm3の範囲となる。
In addition, among the heat treatment conditions described above, by setting the heat treatment temperature high and lengthening the treatment time, it becomes possible to make the metal exist below the
High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類によっては、High Speed領域内のゲート絶縁膜7の上面に金属を存在させることでHigh SpeedのMOSFETの閾値電圧の調整が容易となる場合がある。また、High Speedのゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類によっては、High Speedのゲート絶縁膜7の内部に金属を存在させることでHigh SpeedのMOSFETの閾値電圧の調整が容易となる場合がある。
Depending on the type of metal deposited on the
そこで、High Speedのゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件が決定されてもよい。また、High Speedのゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行わないようにしてもよい。
Therefore, the heat treatment conditions for the
次に、図5に示すように、ゲート絶縁膜7上にポリシリコン11を形成する。CVD法によりシランガスを窒素ガス中で熱分解させて、ポリシリコン11をゲート絶縁膜7上に形成することが可能である。なお、図5から図15の図面では、金属がゲート絶縁膜7の内部に存在する例を示す。
Next, as shown in FIG. 5,
そして、図6に示すように、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、ポリシリコン11にパターニングを行い、ゲート絶縁膜7上にゲート電極12、13及び14を形成する。より詳細には、High Speed領域にはゲート電極12を形成し、Standard領域にはゲート電極13を形成し、Low Leak領域にはゲート電極14を形成する。
Then, as shown in FIG. 6, patterning is performed on the
上述したように、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件を制御することでゲート絶縁膜7の上面に金属が存在する場合には、ゲート電極12とゲート絶縁膜7との界面に金属が存在することになる。
As described above, when metal is present on the upper surface of the
次に、図7に示すように、Lightly Doped Drain(LDD)領域15及びサイドウォー
ル絶縁膜16を形成する。具体的には、ゲート電極12、13及び14をマスクとして、ウェル4、5及び6に不純物を注入することにより、High Speed領域、Standard領域及びLow Leak領域にLDD領域15を形成する。ここでは、例えば、不純物をドーズ量1×1013/cm2、加速エネルギー10keVの条件でイオン注入し、LDD領域15を形成
する。nウェルとしてウェル4、5及び6を形成した場合、ウェル4、5及び6にp型不純物をイオン注入する。pウェルとしてウェル4、5及び6を形成した場合、ウェル4、5及び6にn型不純物をイオン注入する。
Next, as shown in FIG. 7, a lightly doped drain (LDD)
そして、High Speed領域、Standard領域及びLow Leak領域を含む半導体基板2上に、ゲート電極12、13及び14を覆うようにシリコン酸化膜を堆積する。CVD法を用いることにより、シリコン酸化膜を半導体基板2上に堆積することが可能である。次に、ゲート電極12、13及び14をマスクとして、異方性ドライエッチング(エッチバック)を行う。エッチバックを行うことにより、ゲート電極12、13及び14の各側面にサイドウォール絶縁膜16を形成する。
Then, a silicon oxide film is deposited on the
そして、図8に示すように、ソース/ドレイン領域17及びシリサイド18を形成する。具体的には、ゲート電極12、13、14及びサイドウォール絶縁膜17をマスクとして、ウェル4、5及び6に不純物を注入することにより、High Speed領域、Standard領域及びLow Leak領域にソース/ドレイン領域17を形成する。ここでは、例えば、LDD領域よりも高不純物濃度となるように、不純物をドーズ量5×1013/cm2、加速エネル
ギー15keVの条件でイオン注入し、LDD領域15の一部と重畳するソース/ドレイン領域17を形成する。nウェルとしてウェル4、5及び6を形成した場合、ウェル4、5及び6にp型不純物をイオン注入する。pウェルとしてウェル4、5及び6を形成した場合、ウェル4、5及び6にn型不純物をイオン注入する。
Then, as shown in FIG. 8, source /
次に、High Speed領域、Standard領域及びLow Leak領域を含む半導体基板2上にシリサイド18を形成し得る金属を堆積した後に熱処理を行う。シリサイド18を形成し得る金属は、例えばコバルト又はニッケルである。スパッタ法を用いることにより、シリサイド18を形成し得る金属を半導体基板2上に堆積することが可能である。熱処理を行うこと
により、シリサイド18を形成し得る金属とケイ素とが反応し、ゲート電極12、13及び14上、及びソース/ドレイン領域17上にシリサイド18が形成される。シリサイド18を形成することにより、ゲート電極12、13及び14やソース/ドレイン領域17の低抵抗化を図ることができる。
Next, heat treatment is performed after depositing a metal capable of forming the
そして、図9に示すように、High Speed領域、Standard領域及びLow Leak領域を含む半導体基板2上に層間絶縁膜19を形成し、Chemical Mechanical Polishing(CMP、化
学機械研磨)法により層間絶縁膜19を平坦化する。層間絶縁膜19は、例えばシリコン酸化膜(SiO2)である。シランガスと酸素ガスとを用いたCVD法により、層間絶縁
膜19を半導体基板2上に形成することが可能である。
Then, as shown in FIG. 9, an
次に、図10に示すように、コンタクトプラグ20及び配線21を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、層間絶縁膜19にコンタクトホールを形成する。そして、層間絶縁膜19上に例えばタングステン(W)を堆積した後、CMP法によりタングステンを研磨することで層間絶縁膜19にコンタクトプラグ20を形成する。次に、アルミニウム(Al)や銅(Cu)等の金属を層間絶縁膜19上に堆積し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、層間絶縁膜19上に配線21を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, contact plugs 20 and
そして、図11に示すように、層間絶縁膜22、コンタクトプラグ23及び配線24を形成する。具体的には、配線21上に層間絶縁膜22を形成し、CMP法により層間絶縁膜22を平坦化する。層間絶縁膜22は、例えばシリコン酸化膜(SiO2)である。シ
ランガスと酸素ガスとを用いたCVD法により、層間絶縁膜22を配線21上に形成することが可能である。コンタクトプラグ23及び配線24の形成は、コンタクトプラグ20及び配線21の形成と同様に行う。
Then, as shown in FIG. 11, an
このように、層間絶縁膜22、コンタクトプラグ23及び配線24を形成することにより、多層配線を形成することが可能である。また、必要に応じ、さらに層間絶縁層及び配線層の形成の工程を繰り返してもよい。
In this manner, by forming the
本実施形態では、High SpeedのMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整する例を示したが、これに限らず、StandardのMOSFETの閾値電圧又はLow LeakのMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整することも可能である。StandardのMOSFETの閾値電圧又はLow LeakのMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整する一例を以下に示す。 In this embodiment, an example is shown in which the threshold voltage of the high speed MOSFET is adjusted to a desired voltage. However, the present invention is not limited to this, and the threshold voltage of the standard MOSFET or the threshold voltage of the low leak MOSFET is adjusted to the desired voltage. It is also possible to do. An example of adjusting the threshold voltage of the standard MOSFET or the threshold voltage of the low leak MOSFET to a desired voltage is shown below.
<StandardのMOSFETの閾値電圧の調整>
StandardのMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整する場合には、図1で説明した工程を行った後、図12に示すように、ゲート絶縁膜7上にレジストを塗布し、マスク露光を行い、レジストパターン30を形成する。この場合、Standard領域以外を覆うようにレジストパターン30を形成する。すなわち、High Speed領域及びLow Leak領域を覆うようにレジストパターン30を形成する。
<Adjustment of threshold voltage of standard MOSFET>
When adjusting the threshold voltage of the standard MOSFET to a desired voltage, after performing the process described in FIG. 1, a resist is applied on the
次に、図13に示すように、レジストパターン30をマスクとして、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2で金属を付着する。すなわち、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度が5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2の範囲内となるようにする。例えば、スパッタ法によりStandard領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値は例示であって、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値を他の値としてもよい。
Next, as shown in FIG. 13, metal is deposited at 5 × 10 13 atoms / cm 2 to 1 × 10 15 atoms / cm 2 on the
Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、Hf、Zr、Al、La、Y、
Ti、Ta、W、Ir及び白金である。また、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
Metals deposited on the
Ti, Ta, W, Ir and platinum. Further, the type of metal deposited on the
StandardのMOSFETの閾値電圧の調整におけるウェル5にイオン注入する不純物のドーズ量及びStandard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度について説明する。ここでは、StandardのMOSFETの閾値電圧を所定電圧V2に調整する方法を説明する。
A description will be given of the dose amount of impurities ion-implanted into the
所定電圧V2に応じてウェル5にイオン注入する不純物のドーズ量、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。すなわち、StandardのMOSFETの閾値電圧を所定電圧V2に調整するための不純物のドーズ量、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。
The dose amount of the impurity ion-implanted into the
図1で説明した工程では、上記で決定したドーズ量でウェル5に不純物をイオン注入する。また、図13で説明した工程では、上記で決定した金属の種類及び面密度でStandard領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。
In the process described with reference to FIG. 1, impurities are ion-implanted into the
なお、StandardのMOSFETの閾値電圧を所定電圧V2に調整するための不純物のドーズ量、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度は、予め実験により取得しておけばよい。また、実験により取得した値は、マップ化又はデータベース化しておいてもよい。
Note that the dose amount of impurities for adjusting the threshold voltage of the standard MOSFET to the predetermined voltage V2, the type of metal deposited on the
例えば、所定電圧V2が0.2Vの場合、不純物のドーズ量を5×1012/cm2〜5
×1013/cm2の範囲から決定する。そして、決定した不純物のドーズ量に基づいてStandard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。Standard
領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtの中から少なくとも1種類以上を決定する。Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度は、5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2の範囲から決定する。
For example, when the predetermined voltage V2 is 0.2V, the impurity dose is set to 5 × 10 12 / cm 2 to 5 × 5.
It determines from the range of * 10 < 13 > / cm < 2 >. Then, based on the determined impurity dose, the type and surface density of the metal deposited on the
The type of metal deposited on the
決定したドーズ量で、Standard領域にイオン注入するとともに、決定した金属の種類及び面密度で、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着することにより、StandardのMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整することができる。
Ions are implanted into the Standard region with the determined dose amount, and a metal is deposited on the
そして、図13に示すレジストパターン30の剥離を行う。レジストパターン30の剥離は、O2プラズマによるアッシングやレジスト剥離液等による方法を用いることが可能
である。
Then, the resist
次に、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に熱処理を行う。半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件は、熱処理温度650℃〜1050℃、処理時間10秒未満とする。半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理は、レジストパターン30を剥離する前に行ってもよい。
Next, heat treatment is performed on the
なお、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件が決定されてもよい。また、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行わないようにしてもよい。
Note that the heat treatment conditions for the
図13に示すレジストパターン30を剥離し、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に熱処理を行った後の工程は、図5から図11で説明した工程と同様である。
The process after the resist
<Low LeakのMOSFETの閾値電圧の調整>
Low LeakのMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整する場合には、図1で説明した工程を行った後、図14に示すように、ゲート絶縁膜7上にレジストを塗布し、マスク露光を行い、レジストパターン40を形成する。この場合、Low Leak領域以外を覆うようにレジストパターン40を形成する。すなわち、High Speed領域及びStandard領域を覆うようにレジストパターン40を形成する。
<Adjustment of threshold voltage of Low Leak MOSFET>
When adjusting the threshold voltage of the low leak MOSFET to a desired voltage, after performing the process described in FIG. 1, a resist is applied on the
次に、図15に示すように、レジストパターン40をマスクとして、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2で金属を付着する。すなわち、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度が5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2の範囲内となるようにする。例えば、スパッタ法によりLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値は例示であって、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値を他の値としてもよい。
Next, as shown in FIG. 15, metal is deposited at 5 × 10 13 atoms / cm 2 to 1 × 10 15 atoms / cm 2 on the
Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及び白金である。また、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
Metals deposited on the
Low LeakのMOSFETの閾値電圧の調整におけるウェル6にイオン注入する不純物のドーズ量、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度について説明する。ここでは、Low LeakのMOSFETの閾値電圧を所定電圧V3に調整する方法を説明する。
The amount of impurities ion-implanted into the
所定電圧V3に応じてウェル6にイオン注入する不純物のドーズ量、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。すなわち、Low LeakのMOSFETの閾値電圧を所定電圧V3に調整するための不純物のドーズ量、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。
The dose amount of the impurity ion-implanted into the
図1で説明した工程では、上記で決定したドーズ量でウェル6に不純物をイオン注入する。また、図15で説明した工程では、上記で決定した金属の種類及び面密度でLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。
In the process described with reference to FIG. 1, impurities are ion-implanted into the
なお、Low LeakのMOSFETの閾値電圧を所定電圧V3に調整するための不純物のドーズ量、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度は、予め実験により取得しておけばよい。また、実験により取得した値は、マップ化又はデータベース化しておいてもよい。
The dose amount of impurities for adjusting the threshold voltage of the low leak MOSFET to the predetermined voltage V3, the type of metal deposited on the
例えば、所定電圧V3が0.3Vの場合、不純物のドーズ量を1×1013/cm2〜1
×1014/cm2の範囲から決定する。そして、決定した不純物のドーズ量に基づいてLow
Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。Low Leak
領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtの中から少なくとも1種類以上を決定する。Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度は、5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2の範囲から決定する。
For example, when the predetermined voltage V3 is 0.3 V, the impurity dose is set to 1 × 10 13 / cm 2 to 1
It determines from the range of * 10 < 14 > / cm < 2 >. And based on the determined impurity dose, Low
The kind and surface density of the metal deposited on the
The type of metal deposited on the
決定したドーズ量で、Low Leak領域にイオン注入するとともに、決定した金属の種類及び面密度で、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着することにより、Low LeakのMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整することができる。
By implanting ions into the low leak region with the determined dose, and depositing metal on the
そして、図15に示すレジストパターン40の剥離を行う。レジストパターン40の剥離は、O2プラズマによるアッシングやレジスト剥離液等による方法を用いることが可能
である。
Then, the resist
次に、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に熱処理を行う。熱処理の条件は、熱処理温度650℃〜1050℃、処理時間10秒未満とする。半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理は、レジストパターン40を剥離する前に行ってもよい。
Next, heat treatment is performed on the
なお、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件が決定されてもよい。また、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行わないようにしてもよい。
Note that the heat treatment conditions for the
図15に示すレジストパターン40を剥離し、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に熱処理を行った後の工程は、図5から図11で説明した工程と同様である。また、半導体基板2及びゲート絶縁膜7の熱処理を行わない場合、レジストパターン40の剥離を行った後の工程は、第1実施形態の図5から図11で説明した工程と同様である。
The process after the resist
本実施形態では、p型(pチャネル)MOSFET又はn型(nチャネル)MOSFETを製造する例を示したが、これに限らず、CMOSFETを製造する場合にも本実施形態に係る半導体装置
及びその製造方法を適用することが可能である。
In the present embodiment, an example in which a p-type (p-channel) MOSFET or an n-type (n-channel) MOSFET is manufactured has been described. However, the present invention is not limited to this, and the semiconductor device according to the present embodiment and its It is possible to apply a manufacturing method.
また、本実施形態では、High SpeedのMOSFET、StandardのMOSFET及びLow LeakのMOSFETの3種類を製造する例を示したが、これに限らず、閾値電圧が異なるMOSFETを4種類以上製造する場合にも本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を適用することが可能である。 In this embodiment, an example of manufacturing three types of MOSFETs, a high speed MOSFET, a standard MOSFET, and a low leak MOSFET has been shown. However, the present invention is not limited to this, and when four or more MOSFETs having different threshold voltages are manufactured. It is also possible to apply the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this embodiment.
本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、MOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整することができる。すなわち、半導体基板2のMOSFETが形成される領域にイオン注入する不純物のドーズ量、ゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。決定したドーズ量で、半導体基板2のMOSFETが形成される領域にイオン注入するとともに、決定した金属の種類及び面密度で、ゲート絶縁膜7上に金属を付着することにより、MOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整することができる。
According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the threshold voltage of the MOSFET can be adjusted to a desired voltage. That is, the dose amount of the impurity ion-implanted into the region where the MOSFET of the
〈第2実施形態〉
図16から図22を参照して、第2実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。第1実施形態では、一種類のMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整する場合における半導体装置及びその製造方法について説明した。第2実施形態では、複数種類のMOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整する場合における半導体装置及びその製造方法について説明する。なお、同一の構成要素については、第1実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。また、必要に応じて図1から図15の図面を参照する。
Second Embodiment
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the semiconductor device and the manufacturing method thereof in the case where the threshold voltage of one kind of MOSFET is adjusted to a desired voltage have been described. In the second embodiment, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device when adjusting threshold voltages of a plurality of types of MOSFETs to a desired voltage will be described. In addition, about the same component, the code | symbol same as 1st Embodiment is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. Further, the drawings in FIGS. 1 to 15 are referred to as necessary.
第2実施形態に係る半導体装置及びその製造方法においては、第1実施形態で説明した図1から図4の工程と同様の工程を行う。そのため、ここでは、図1から図4の工程についてはその説明を省略し、図4以降の工程について以下で説明する。 In the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment, the same processes as those in FIGS. 1 to 4 described in the first embodiment are performed. Therefore, the description of the steps of FIGS. 1 to 4 is omitted here, and the steps after FIG. 4 will be described below.
図16に示すように、ゲート絶縁膜7上にレジストを塗布し、マスク露光を行い、レジストパターン50を形成する。この場合、Standard領域以外を覆うようにレジストパターン50を形成する。すなわち、High Speed領域及びLow Leak領域を覆うようにレジストパターン50を形成する。
As shown in FIG. 16, a resist is applied on the
次に、図17に示すように、レジストパターン50をマスクとして、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2で金属を付着する。すなわち、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度が5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2の範囲内となるようにする。例えば、スパッタ法によりStandard領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値は例示であって、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値を他の値としてもよい。
Next, as shown in FIG. 17, metal is deposited at 5 × 10 13 atoms / cm 2 to 1 × 10 15 atoms / cm 2 on the
Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtである。また、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
Metals deposited on the
Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属と同一種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。また、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類と、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類とが一部重複してもよい。
The metal deposited on the
なお、StandardのMOSFETの閾値電圧の調整におけるウェル5にイオン注入する不純物のドーズ量、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度の決定については、第1実施形態と同様の方法で行う。
The determination of the dose amount of impurities ion-implanted into the
そして、図18に示すように、レジストパターン50の剥離を行う。レジストパターン50の剥離は、O2プラズマによるアッシングやレジスト剥離液等による方法を用いるこ
とが可能である。
Then, as shown in FIG. 18, the resist
次に、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に熱処理を行う。熱処理の条件は、熱処理温度650℃〜1050℃、処理時間10秒未満とする。また、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理は、レジストパターン50を剥離する前に行ってもよい。
Next, heat treatment is performed on the
なお、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件が決定されてもよい。また、High Speed領域内のゲート絶縁膜7及びStandard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する各金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件が決定されてもよい。
Note that the heat treatment conditions for the
さらに、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行わないようにしてもよい。また、High Speed領域内のゲート絶縁膜7及びStandard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する各金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行わないようにしてもよい。
Furthermore, the heat treatment may not be performed on the
そして、図19に示すように、ゲート絶縁膜7上にレジストを塗布し、マスク露光を行い、レジストパターン60を形成する。この場合、Low Leak領域以外を覆うようにレジストパターン60を形成する。すなわち、High Speed領域及びStandard領域を覆うようにレジストパターン60を形成する。
Then, as shown in FIG. 19, a resist is applied on the
次に、図20に示すように、レジストパターン60をマスクとして、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2で金属を付着する。すなわち、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度が5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2の範囲内となるようにする。例えば、スパッタ法に
よりLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値は例示であって、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値を他の値としてもよい。
Next, as shown in FIG. 20, metal is deposited at 5 × 10 13 atoms / cm 2 to 1 × 10 15 atoms / cm 2 on the
Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtである。また、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
Metals deposited on the
Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属と同一種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。また、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類と、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類とが一部重複してもよい。
The metal deposited on the
Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属と同一種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。また、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類と、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類とが一部重複してもよい。
The metal deposited on the
例えば、図21に示すように、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類を決定してもよい。
For example, as shown in FIG. 21, the type of metal deposited on the
図21のHigh Speedの欄は、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類を示している。図21のStandardの欄は、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類を示している。図21のLow Leakの欄は、Low Leakのゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類を示している。図21の金属A、金属B、金属Cは、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtのいずれかであるとともに、金属A、金属B、金属Cはそれぞれ異なる種類の金属であるものとする。
The column of “High Speed” in FIG. 21 indicates the type of metal deposited on the
なお、Low LeakのMOSFETの閾値電圧の調整におけるウェル6にイオン注入する不純物のドーズ量、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度の決定については、第1実施形態と同様の方法で行う。
Regarding the determination of the dose amount of the impurities ion-implanted into the
そして、図22に示すように、レジストパターン60の剥離を行う。レジストパターン60の剥離は、O2プラズマによるアッシングやレジスト剥離液等による方法を用いるこ
とが可能である。
Then, as shown in FIG. 22, the resist
次に、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に熱処理を行う。半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件は、熱処理温度650℃〜1050℃、処理時間10秒未満とする。また、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理は、レジストパターン60を剥離する前に行ってもよい。
Next, heat treatment is performed on the
Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件が決定されてもよい。また、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する各金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件が決定されてもよい。
The heat treatment conditions for the
Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する各金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件が決定されてもよい。また、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上、Standard領域内のゲート絶縁
膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する各金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件が決定されてもよい。
The heat treatment conditions for the
Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行わないようにしてもよい。また、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する各金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行わないようにしてもよい。
Depending on the type of metal deposited on the
Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する各金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行わないようにしてもよい。また、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する各金属の種類に応じて、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行わないようにしてもよい。
Depending on the type of each metal deposited on the
半導体基板2及びゲート絶縁膜7の熱処理を行った後の工程は、第1実施形態の図5から図11で説明した工程と同様である。また、半導体基板2及びゲート絶縁膜7の熱処理を行わない場合、レジストパターン60の剥離を行った後の工程は、第1実施形態の図5から図11で説明した工程と同様である。
The process after the heat treatment of the
本実施形態では、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着した後、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着した。その後に、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着した。これに限らず、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する順番は、適宜変更可能である。例えば、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着した後、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着させてもよい。その後に、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着してもよい。
In this embodiment, after depositing a metal on the
本実施形態では、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着させた。これに限らず、High
Speed領域内のゲート絶縁膜7上及びStandard領域内のゲート絶縁膜7上には金属を付着するが、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上には金属を付着しないようにしてもよい。この場合、図19から図22で説明した工程を省略することで、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着しないようにすることが可能である。
In this embodiment, metal is deposited on the
Although metal is deposited on the
また、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上には金属を付着するが、Standard領域内のゲート絶縁膜7上には金属を付着しないようにしてもよい。この場合、図16から図18で説明した工程を省略することで、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着しないようにすることが可能である。
Further, metal is deposited on the
さらに、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上には金属を付着するが、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上には金属を付着しないようにしてもよい。この場合、第1実施形態の図2から図4で説明した工程を省略することで、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着しないようにすることが可能である。
Further, metal is deposited on the
本実施形態では、p型(pチャネル)MOSFET又はn型(nチャネル)MOSFETを製造する例を示したが、これに限らず、CMOSFETを製造する場合にも本実施形態に係る半導体装置
及びその製造方法を適用することが可能である。
In the present embodiment, an example in which a p-type (p-channel) MOSFET or an n-type (n-channel) MOSFET is manufactured has been described. However, the present invention is not limited to this, and the semiconductor device according to the present embodiment and its It is possible to apply a manufacturing method.
また、本実施形態では、High SpeedのMOSFET、StandardのMOSFET及びLow LeakのMOSFETの3種類を製造する例を示したが、これに限らず、閾値電圧が異なるMOSFETを4種類以上
製造する場合にも本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を適用することが可能である。
In this embodiment, an example of manufacturing three types of MOSFETs, a high speed MOSFET, a standard MOSFET, and a low leak MOSFET has been shown. However, the present invention is not limited to this, and when four or more MOSFETs having different threshold voltages are manufactured. It is also possible to apply the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this embodiment.
本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、MOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整することができる。すなわち、半導体基板2のMOSFETが形成される領域にイオン注入する不純物のドーズ量、ゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を決定する。決定したドーズ量で、半導体基板2のMOSFETが形成される領域にイオン注入するとともに、決定した金属の種類及び面密度で、ゲート絶縁膜7上に金属を付着することにより、MOSFETの閾値電圧を所望の電圧に調整することができる。
According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the threshold voltage of the MOSFET can be adjusted to a desired voltage. That is, the dose amount of the impurity ion-implanted into the region where the MOSFET of the
また、本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、閾値電圧が異なるMOSFET毎に閾値電圧を所望の電圧に調整することができる。すなわち、半導体基板2のMOSFETが形成される領域にイオン注入する不純物のドーズ量、ゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度を、閾値電圧が異なるMOSFET毎に決定する。決定したドーズ量で、半導体基板2の閾値電圧が異なるMOSFETが形成される領域毎にイオン注入する。決定した金属の種類及び面密度で、半導体基板2の閾値電圧が異なるMOSFETが形成される領域毎のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。これにより、閾値電圧が異なるMOSFET毎に閾値電圧を所望の電圧に調整することができる。
Further, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the threshold voltage can be adjusted to a desired voltage for each MOSFET having a different threshold voltage. That is, the dose amount of the impurity ion-implanted into the region where the MOSFET of the
〈変形例〉
図23から図25を参照して、本変形例に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。第2実施形態では、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に対する金属の付着を別々の工程で行う例を示した。これに限らず、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に対する金属の付着を同一の工程で行ってもよい。本変形例では、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に対する金属の付着を同一の工程で行う例を説明する。
<Modification>
With reference to FIGS. 23 to 25, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to this modification will be described. In the second embodiment, an example is shown in which the metal is deposited on the
本変形例に係る半導体装置及びその製造方法においては、第1実施形態で説明した図1から図4の工程と同様の工程を行う。そのため、ここでは、図1から図4の工程についてはその説明を省略し、図4以降の工程について以下で説明する。 In the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this modification, the same processes as those in FIGS. 1 to 4 described in the first embodiment are performed. Therefore, the description of the steps of FIGS. 1 to 4 is omitted here, and the steps after FIG. 4 will be described below.
図23に示すように、ゲート絶縁膜7上にレジストを塗布し、マスク露光を行い、レジストパターン70を形成する。この場合、Standard領域及びLow Leak領域以外を覆うようにレジストパターン70を形成する。すなわち、High Speed領域を覆うようにレジストパターン70を形成する。
As shown in FIG. 23, a resist is applied on the
次に、図24に示すように、レジストパターン70をマスクとして、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に5×1013atoms/cm2〜1×1015atoms/cm2で金属を付着する。すなわち、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度が5×1013atoms/c
m2〜1×1015atoms/cm2の範囲内となるようにする。
Next, as shown in FIG. 24, 5 × 10 13 atoms / cm 2 to 1 × 10 6 on the
The range is from m 2 to 1 × 10 15 atoms / cm 2 .
例えば、スパッタ法によりStandard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に金属を付着する。Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値は例示であって、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値を他の値としてもよい。また、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値は例示であって、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度の値を他の値としてもよい。
For example, a metal is deposited on the
Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtである。また、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
Metals deposited on the
本変形例では、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は同一種類の金属とし、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の面密度は同一とする。Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に対する金属の付着を同一の工程で行うことで、処理工程を少なくすることが可能となる。
In this modification, the metal adhering on the
Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属は、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属と同一種類の金属であってもよいし、異なる種類の金属であってもよい。また、Standard領域内のゲート絶縁膜7上及びLow Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類と、High Speed領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類とが一部重複してもよい。
The metal deposited on the
StandardのMOSFETの閾値電圧の調整におけるウェル5にイオン注入する不純物のドーズ量、Standard領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度の決定については、第1実施形態と同様の方法で行う。また、Low LeakのMOSFETの閾値電圧の調整におけるウェル6にイオン注入する不純物のドーズ量、Low Leak領域内のゲート絶縁膜7上に付着する金属の種類及び面密度の決定については、第1実施形態と同様の方法で行う。
In adjusting the threshold voltage of the standard MOSFET, the dose of the impurity ion-implanted into the
そして、図25に示すように、レジストパターン70の剥離を行う。レジストパターン70の剥離は、O2プラズマによるアッシングやレジスト剥離液等による方法を用いるこ
とが可能である。
Then, as shown in FIG. 25, the resist
次に、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に熱処理を行う。熱処理の条件は、熱処理温度650℃〜1050℃、処理時間10秒未満とする。また、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理は、レジストパターン70を剥離する前に行ってもよい。なお、半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理の条件の決定及び半導体基板2及びゲート絶縁膜7に対する熱処理を行うか否かの決定は、第2実施形態と同様である。
Next, heat treatment is performed on the
半導体基板2及びゲート絶縁膜7の熱処理を行った後の工程は、第1実施形態の図5から図11で説明した工程と同様である。また、半導体基板2及びゲート絶縁膜7の熱処理を行わない場合、レジストパターン70の剥離を行った後の工程は、第1実施形態の図5から図11で説明した工程と同様である。
The process after the heat treatment of the
以上の第1実施形態及び第2実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
を含む閾値電圧が異なる複数種類の電界効果型トランジスタを備え、
前記電界効果型トランジスタの少なくとも1種類は、前記ゲート絶縁膜に少なくとも1種類の金属が存在する半導体装置。
Regarding the above first embodiment and second embodiment, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A semiconductor substrate;
A gate insulating film provided on the semiconductor substrate;
A gate electrode provided on the gate insulating film;
Including a plurality of types of field effect transistors having different threshold voltages including:
At least one of the field effect transistors is a semiconductor device in which at least one metal is present in the gate insulating film.
(付記2)
前記複数種類の電界効果型トランジスタの前記ゲート絶縁膜に金属が存在する場合、前記ゲート絶縁膜の金属の密度は前記電界効果型トランジスタの種類毎に異なる請求項1に
記載の半導体装置。
(Appendix 2)
2. The semiconductor device according to
(付記3)
前記電界効果型トランジスタのチャネル不純物の濃度は前記電界効果型トランジスタの種類毎に異なる付記1又は2に記載の半導体装置。
(Appendix 3)
3. The semiconductor device according to
(付記4)
前記金属は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtからなる群から選択される付記1から3のいずれか一項に記載の半導体装置。
(Appendix 4)
The semiconductor device according to any one of
(付記5)
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
第1の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記第1の電界効果型トランジスタとは閾値電圧が異なる第2の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に少なくとも1種類の金属を付着する工程と、
前記レジストパターンを剥離する工程と、
前記半導体基板及び前記ゲート絶縁膜に熱処理を行う工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法。
(Appendix 5)
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a resist pattern on the gate insulating film in a region for forming a first field effect transistor;
Depositing at least one metal on the gate insulating film in a region where a second field effect transistor having a threshold voltage different from that of the first field effect transistor is formed using the resist pattern as a mask; ,
Removing the resist pattern;
Performing a heat treatment on the semiconductor substrate and the gate insulating film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film.
(付記6)
前記金属は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtからなる群から選択される付記5に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 6)
The semiconductor device manufacturing method according to
(付記7)
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
第1の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に第1のレジストパターンを形成する工程と、
前記第1のレジストパターンをマスクとして、前記第1の電界効果型トランジスタとは閾値電圧が異なる第2の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に少なくとも1種類の第1の金属を付着する工程と、
前記第1のレジストパターンを剥離する工程と、
前記第2の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に第2のレジストパターンを形成する工程と、
前記第2のレジストパターンをマスクとして、前記第1の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に少なくとも1種類の第2の金属を付着する工程と、
前記第2のレジストパターンを剥離する工程と、
前記半導体基板及び前記ゲート絶縁膜に熱処理を行う工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法。
(Appendix 7)
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first resist pattern on the gate insulating film in a region for forming a first field effect transistor;
Using the first resist pattern as a mask, at least one first type of first insulating film is formed on the gate insulating film in a region where a second field effect transistor having a threshold voltage different from that of the first field effect transistor is formed. Attaching metal,
Peeling the first resist pattern;
Forming a second resist pattern on the gate insulating film in a region for forming the second field effect transistor;
Depositing at least one second metal on the gate insulating film in the region where the first field effect transistor is to be formed using the second resist pattern as a mask;
Peeling the second resist pattern;
Performing a heat treatment on the semiconductor substrate and the gate insulating film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film.
(付記8)
前記第1の金属と前記第2の金属とは、異なる面密度で前記ゲート絶縁膜上に付着する付記7に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 8)
The manufacturing method of a semiconductor device according to
(付記9)
前記第1の電界効果型トランジスタのチャネル不純物の濃度は、前記第2の電界効果型トランジスタのチャネル不純物の濃度と異なる付記7又は8に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 9)
The semiconductor device manufacturing method according to
(付記10)
前記金属は、Hf、Zr、Al、La、Y、Ti、Ta、W、Ir及びPtからなる群から選択される付記7から9のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 10)
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
2 シリコン基板
3 素子分離領域
4、5、6 ウェル
7 ゲート絶縁膜
10、30、40、50、60、70 レジストパターン
11 ポリシリコン
12、13、14 ゲート電極
15 LDD領域
16 サイドウォール絶縁膜
17 ソース/ドレイン領域
18 シリサイド
19、22 層間絶縁膜
20、23 コンタクトプラグ
21、24 配線
2
Claims (7)
前記半導体基板上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
を含む閾値電圧が異なる複数種類の電界効果型トランジスタを備え、
前記電界効果型トランジスタの少なくとも1種類は、前記ゲート絶縁膜に少なくとも1種類の金属が存在する半導体装置。 A semiconductor substrate;
A gate insulating film provided on the semiconductor substrate;
A gate electrode provided on the gate insulating film;
Including a plurality of types of field effect transistors having different threshold voltages including:
At least one of the field effect transistors is a semiconductor device in which at least one metal is present in the gate insulating film.
第1の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記第1の電界効果型トランジスタとは閾値電圧が異なる第2の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に少なくとも1種類の金属を付着する工程と、
前記レジストパターンを剥離する工程と、
前記半導体基板及び前記ゲート絶縁膜に熱処理を行う工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a resist pattern on the gate insulating film in a region for forming a first field effect transistor;
Depositing at least one metal on the gate insulating film in a region where a second field effect transistor having a threshold voltage different from that of the first field effect transistor is formed using the resist pattern as a mask; ,
Removing the resist pattern;
Performing a heat treatment on the semiconductor substrate and the gate insulating film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film.
第1の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に第1のレジストパターンを形成する工程と、
前記第1のレジストパターンをマスクとして、前記第1の電界効果型トランジスタとは閾値電圧が異なる第2の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に少なくとも1種類の第1の金属を付着する工程と、
前記第1のレジストパターンを剥離する工程と、
前記第2の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に第2のレジストパターンを形成する工程と、
前記第2のレジストパターンをマスクとして、前記第1の電界効果型トランジスタを形成する領域内の前記ゲート絶縁膜上に少なくとも1種類の第2の金属を付着する工程と、
前記第2のレジストパターンを剥離する工程と、
前記半導体基板及び前記ゲート絶縁膜に熱処理を行う工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first resist pattern on the gate insulating film in a region for forming a first field effect transistor;
Using the first resist pattern as a mask, at least one first type of first insulating film is formed on the gate insulating film in a region where a second field effect transistor having a threshold voltage different from that of the first field effect transistor is formed. Attaching metal,
Peeling the first resist pattern;
Forming a second resist pattern on the gate insulating film in a region for forming the second field effect transistor;
Depositing at least one second metal on the gate insulating film in the region where the first field effect transistor is to be formed using the second resist pattern as a mask;
Peeling the second resist pattern;
Performing a heat treatment on the semiconductor substrate and the gate insulating film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film.
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JP2008218633A JP2010056239A (en) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | Semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device |
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JP2010157641A (en) * | 2008-12-29 | 2010-07-15 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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