JP2010192588A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2010192588A
JP2010192588A JP2009033945A JP2009033945A JP2010192588A JP 2010192588 A JP2010192588 A JP 2010192588A JP 2009033945 A JP2009033945 A JP 2009033945A JP 2009033945 A JP2009033945 A JP 2009033945A JP 2010192588 A JP2010192588 A JP 2010192588A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
semiconductor substrate
insulating film
source
fin portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009033945A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5305969B2 (ja
JP2010192588A5 (ja
Inventor
Hideki Inokuma
熊 英 幹 猪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2009033945A priority Critical patent/JP5305969B2/ja
Priority to US12/563,298 priority patent/US20100207209A1/en
Publication of JP2010192588A publication Critical patent/JP2010192588A/ja
Publication of JP2010192588A5 publication Critical patent/JP2010192588A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5305969B2 publication Critical patent/JP5305969B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/785Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66787Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel
    • H01L29/66795Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7842Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate means for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel region, e.g. using a flexible substrate
    • H01L29/7843Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate means for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel region, e.g. using a flexible substrate the means being an applied insulating layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7842Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate means for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel region, e.g. using a flexible substrate
    • H01L29/7848Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate means for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel region, e.g. using a flexible substrate the means being located in the source/drain region, e.g. SiGe source and drain

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

【課題】フィン型電界効果トランジスタの寄生抵抗を低減し、駆動電流を増大させる。
【解決手段】半導体基板本体部101と、半導体基板本体部101の上に突成された、フィン108と、を有し、フィン108は、両端側の一対のソース/ドレイン領域106および一対のソース/ドレイン領域106に挟まれたチャネル領域107を有するものとして構成された、半導体基板と、
半導体基板本体部101の上に形成された、シリコン酸化物からなる、素子分離絶縁膜102と、
素子分離絶縁膜102の上に形成された、シリコン窒化物又はシリコン炭窒化物からなる、被膜109と、
チャネル領域107におけるフィン108の上に形成されたゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜を介してフィン108におけるチャネル領域107を挟むように形成された、ゲート電極103と、
ソース/ドレイン領域106を覆うと共に被膜109と隙間なく当接する、応力印加層105と、を備える。
【選択図】図1A

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法、例えば、歪みシリコン技術を適用したFinFETおよびその製造方法に関する。
近年、半導体装置の微細化がますます進展し、それにつれて、寄生抵抗、寄生容量および短チャネル効果などの各種寄生効果の影響が増大している。これらの寄生効果を抑制可能な半導体装置を実現するために、フィン型電界効果トランジスタ(以下、FinFETともいう。)の開発が活発に進められている(例えば特許文献1参照)。
特開2005−294789号公報
本発明は、フィン型電界効果トランジスタの寄生抵抗を低減し、駆動電流を増大させることができる半導体装置を提供する。
本発明の一態様によれば、半導体基板本体部と、前記半導体基板本体部の上に前記半導体基板本体部と一体的に突成された、フィン部と、を有し、前記フィン部は、両端側の一対のソース/ドレイン領域および前記一対のソース/ドレイン領域に挟まれたチャネル領域を有するものとして構成された、半導体基板と、
前記半導体基板本体部の上に形成された、シリコン酸化物からなる、素子分離絶縁膜と、
前記素子分離絶縁膜の上に形成された、シリコン窒化物又はシリコン炭窒化物からなる、被膜と、
前記チャネル領域における前記フィン部の上に形成された、ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記フィン部における前記チャネル領域を挟むように形成された、ゲート電極と、
前記フィン部における前記ソース/ドレイン領域の上面およびチャネル方向に沿った両側面を覆うと共に前記被膜と隙間なく当接した応力印加層と、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の別態様によれば、半導体基板を準備し、
前記半導体基板上に、第1のマスク材および第2のマスク材を順次堆積し、
前記第1のマスク材および前記第2のマスク材をパターニングし、
パターニングされた前記第2のマスク材をマスクにして、前記半導体基板を表面から所定の深さまでエッチングすることにより、半導体基板本体部と、前記半導体基板本体部の上に前記半導体基板本体部と一体的に突成された、両端側の一対のソース/ドレイン領域および前記一対のソース/ドレイン領域に挟まれたチャネル領域を有する、フィン部と、を形成し、
前記半導体基板本体部、前記フィン部および前記第2のマスク材の上にシリコン酸化膜を堆積し、
前記第2のマスク材をマスクにして、前記シリコン酸化膜を所定の膜厚になるまでエッチングすることにより、前記半導体基板本体部の上に素子分離絶縁膜を形成し、
前記素子分離絶縁膜、前記フィン部および前記第2のマスク材の上に、シリコン窒化膜またはシリコン炭窒化膜を堆積し、
前記第1のマスク材をマスクにして、前記シリコン窒化膜または前記シリコン炭窒化膜を所定の膜厚になるまでエッチングすることにより、前記素子分離絶縁膜の上に被膜を形成し、
前記フィン部の上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記フィン部の前記チャネル領域を挟むゲート電極を形成し、
前記フィン部の前記ソース/ドレイン領域の上面およびチャネル方向に沿った両側面を覆うと共に前記被膜と隙間なく当接する応力印加層を形成する、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、フィン型電界効果トランジスタの寄生抵抗を低減し、駆動電流を増大させることができる。
第1の実施形態に係るFinFETの斜視図である。 第1の実施形態に係るFinFETの上面図である。 図1BのA−A’線に沿う断面図である。 第1の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図2Aに続く、第1の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図2Bに続く、第1の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図2Cに続く、第1の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図2Dに続く、第1の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図2Eに続く、第1の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図2Fに続く、第1の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図2Gに続く、第1の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 第2の実施形態に係るFinFETの斜視図である。 第2の実施形態に係るFinFETの上面図である。 図3BのA−A’線に沿う断面図である。 第2の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図4Aに続く、第2の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図4Bに続く、第2の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図4Cに続く、第2の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 図4Dに続く、第2の実施形態に係るFinFETの製造工程を示す断面図である。 比較例に係るFinFETの斜視図である。 比較例に係るFinFETの上面図である。 図5BのA−A’線に沿う断面図である。
本発明に係る実施形態を説明する前に、本発明者が本発明をなすに至った経緯について説明する。
まず、比較例に係るFinFET500の構成を、図5A〜図5Cを用いて説明する。図5Aは、比較例に係るFinFET500の斜視図である。図5Bは、FinFET500の上面図である。図5Cは、図5BのA−A’線に沿う断面図である。
図5Aからわかるように、FinFET500は、フィン508と、ゲート電極503と、側壁504と、応力印加層505と、ゲート絶縁膜(図示せず)と、を備える。このFinFET500は、素子分離絶縁膜(SiO)502によって隣接する半導体素子と絶縁されている。
フィン(Fin)508は、半導体基板本体部501上にこの半導体基板本体部501と一体的に突成されている。このフィン508は、図5Bからわかるように、ソース/ドレイン領域506と、このソース/ドレイン領域506に挟まれたチャネル領域507とを有する。
ゲート絶縁膜は、チャネル領域507のフィン508上に形成されている。
ゲート電極503は、図5Aからわかるように、チャネル領域507を跨ぐように配置されている。このゲート電極503は、ゲート絶縁膜を介してチャネル領域507を挟んでいる。
側壁504は、ゲート電極503の両側面に形成されている。この側壁504は、例えばシリコン窒化物(Si)からなる。
応力印加層505は、図5A、図5B及び図5Cに示すように、フィン508におけるソース/ドレイン領域506の上面およびチャネル方向に沿った両側面を覆うように形成されている。この応力印加層505は、選択成長により、ソース/ドレイン領域506の上に形成された半導体結晶層である。この半導体結晶層の格子定数は、ソース/ドレイン領域506を構成する半導体結晶の格子定数と異なるように選択される。異なる格子定数とすることで、チャネル領域507に応力を印加して歪みを生成し、これにより、キャリアの移動度を向上させることができる。
フィン508を構成するシリコン(Si)と格子定数の異なる応力印加層505の材料として、例えば、シリコンゲルマニウム(SiGe)又は炭化シリコン(SiC)が用いられる。SiGeの場合、格子定数はSiよりも大きいため、チャネル領域507にはゲート長方向(チャネル方向)に圧縮応力が印加される。これにより、正孔の移動度を向上させることができる。一方、SiCの場合、格子定数はSiよりも小さいため、チャネル領域507にはゲート長方向(チャネル方向)に引っ張り応力が印加される。これにより、電子の移動度を向上させることができる。
キャリア移動度を向上させることにより、FinFET500の寄生抵抗を低減させることができると同時に、駆動電流を大きくすることができる。
なお、応力印加層505の体積が大きいほど、チャネル領域507に印加される応力は大きくなる。したがって、応力印加層505を厚く形成することで、応力をある程度大きくすることは可能である。但し、FinFETのサイズが増大するため、多数のFinFETを高密度に集積する観点からは限界がある。
ところで、素子分離絶縁膜502は、シリコン酸化(SiO)膜からなることが一般的である。この場合、図5A〜図5Cからわかるように、応力印加層505を選択成長させる際、ファセット(facet)が生じることを本発明者は独自に知得した。
即ち、図5Aおよび図5Cからわかるように、ソース/ドレイン領域506が素子分離絶縁膜502の表面と接する部分(F1部)において、ファセットが生じる。
さらに、図5Bからわかるように、ソース/ドレイン領域506が側壁504と接する部分(F2部)においても、ファセットが生じる。このようなファセットが発生するメカニズムは現時点で完全に解明されているわけではないが、説明の一つとして、F1部にファセットが生じることによって、このファセット以外の面方位からの成長も阻害され、その結果、F2部においてファセットが生じるものと考えられる。
上記のようにファセットが発生した場合、図5Bおよび図5Cからわかるように、応力印加層505と素子分離絶縁膜502との間、及び応力印加層505と側壁504との間に隙間が生じる。応力印加層505の体積は、このような隙間が生じない場合の体積と比べると小さい。また、F2部に発生したファセットにより応力印加層505と側壁104との間に隙間ができ、チャネル領域507に印加される応力が大幅に減少してしまう。このため、応力印加層505はチャネル領域507に十分な応力が印加することができず、寄生抵抗および駆動電流が十分に改善されないという問題があった。
本発明は、上記の本発明者独自の技術的認識に基づいてなされたものであり、ファセットの発生を防ぐことで、チャネル領域に十分な歪みを発生させ、それにより、寄生抵抗を低減させると同時に駆動電流を向上させるものである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
(第1の実施形態)
第1の実施形態について説明する。本実施形態が前述の比較例と異なる点の一つは、素子分離絶縁膜102を覆う、シリコン窒化物(Si)からなる被膜109を有することである。
まず、第1の実施形態に係るFinFET100の構成を、図1A〜図1Cを用いて説明する。図1Aは、本実施形態に係るFinFET100の斜視図である。図1Bは、FinFET100の上面図である。図1Cは、図1BのA−A’線に沿う断面図である。
図1Aからわかるように、FinFET100は、フィン108と、ゲート電極103と、側壁104と、応力印加層105と、ゲート絶縁膜(図示せず)と、を備える。このFinFET100は、素子分離絶縁膜(SiO)102によって隣接する半導体素子と絶縁されている。
フィン108は、半導体基板本体部101上にこの半導体基板本体部101と一体的に突成されている。このフィン108は、図1Bからわかるように、ソース/ドレイン領域106と、このソース/ドレイン領域106に挟まれたチャネル領域107とを有する。
ゲート絶縁膜は、チャネル領域107のフィン108上に形成されている。
ゲート電極103は、図1Aからわかるように、チャネル領域107を跨ぐように配置されている。このゲート電極103は、ゲート絶縁膜を介してチャネル領域107を挟んでいる。
側壁104は、ゲート電極103の両側面に形成されている。この側壁104は、例えばシリコン窒化物(Si)からなる。
応力印加層105は、図1A〜図1Cに示すように、フィン108におけるソース/ドレイン領域106の上面およびチャネル方向に沿った両側面を覆うように形成されている。この応力印加層105の材料として、例えば、シリコンゲルマニウム(SiGe)又は炭化シリコン(SiC)が用いられる。SiGeはチャネル領域107に対してゲート長方向(チャネル方向)に圧縮応力を印加し、正孔の移動度が向上するため、p型FinFETに適する。一方、SiCはチャネル領域107に対してゲート長方向(チャネル方向)に引っ張り応力を印加し、電子の移動度が向上するため、n型FinFETに適する。
図1A〜図1Cからわかるように、素子分離絶縁膜102の上にシリコン窒化物からなる被膜109が形成されている。これにより、F1部およびF2部においてファセットは発生せず、応力印加層105は被膜109および側壁104に隙間なく当接する。このため、応力印加層105の体積の減少が防止される。また、応力印加層105と側壁104との間の隙間が生じないことからチャネル領域107に効率良く応力を印加することができる。よって、チャネル領域107に対してより高い応力を印加することが可能となり、キャリア移動度が増大する。その結果、寄生抵抗を低減させることができ、また、駆動電流を大きくすることができる。
次に、本実施形態に係るFinFET100の製造方法を、図2A〜図2Hを用いて説明する。
(1)まず、図2Aからわかるように、半導体基板(Si基板)101Aの上に第1のシリコン酸化(SiO)膜111、及び第1のシリコン窒化(Si)膜112を、マスク材として順次堆積する。次いで、この第1のシリコン窒化膜112の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜113を形成する。
(2)次に、図2Aからわかるように、フォトリソグラフィによりフォトレジスト膜113を、フィン108の形状に基づいてパターニングする。
(3)次に、図2Bからわかるように、パターニングされたフォトレジスト膜113をマスクにして、第1のシリコン酸化膜111および第1のシリコン窒化膜112をドライエッチングにより加工する。
(4)次に、図2Cからわかるように、フォトレジスト膜113を除去した後、第1のシリコン窒化膜112をマスクにして、半導体基板101Aをエッチングし、フィン108を形成する。このフィン108は、半導体基板本体部101の上にこの半導体基板本体部101と一体的に突成されている。なお、このフィン108の高さは、例えば100nm〜200nmである。
(5)次に、図2Dからわかるように、半導体基板本体部101、フィン108及び第1のシリコン窒化膜112の上に、第2のシリコン酸化膜102Aを堆積する。
(6)次に、図2Dからわかるように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、第1のシリコン窒化膜112をストッパーとして第2のシリコン酸化膜102Aを平坦化する。
(7)次に、図2Eからわかるように、第1のシリコン窒化膜112をマスクにして、ドライエッチングにより第2のシリコン酸化膜102Aを後退させ、素子分離絶縁膜102を形成する。なお、後述の工程で形成される被膜109により応力印加層105の体積が減少しないように、素子分離絶縁膜102は少なくとも被膜109の厚さ分だけ薄く形成しておくことが好ましい。この素子分離絶縁膜102の厚さは、例えば20nm〜30nmである。
(8)次に、図2Fからわかるように、素子分離絶縁膜102、フィン108及び第1のシリコン窒化膜112の上に、第2のシリコン窒化膜109Aを堆積する。
(9)次に、図2Fからわかるように、CMP法を用いて、第1のシリコン酸化膜111をストッパーとして第2のシリコン窒化膜109Aを平坦化する。
(10)次に、図2Gからわかるように、第1のシリコン酸化膜111をマスクにして、ドライエッチングにより第2のシリコン窒化膜109Aを後退させ、素子分離絶縁膜102を覆う被膜109を形成する。この被膜109の厚さは、例えば10nmである。なお、素子分離絶縁膜102と被膜109のトータルの厚さは、比較例の素子分離絶縁膜502の厚さとほぼ同じである。
(11)次に、第1のシリコン酸化膜111を除去した後、フィン108上にゲート絶縁膜(図示せず)を堆積する。その後、図2Hからわかるように、ゲート絶縁膜及び被膜109の上に、ポリシリコン103Aを堆積する。これにより、フィン108がポリシリコン103Aに埋め込まれた状態となる。
(12)次に、図2Hからわかるように、ポリシリコン103Aの上に第3のシリコン窒化膜114をマスク材として堆積する。
(13)次に、図2Hからわかるように、第3のシリコン窒化膜114の上にフォトレジストを塗布しフォトレジスト膜115を形成する。次いで、フォトリソグラフィにより、このフォトレジスト膜115をゲート電極の形状に基づいてパターニングする。
(14)次に、パターニングされたフォトレジスト膜115をマスクにして、第3のシリコン窒化膜114をドライエッチングにより加工する。
(15)次に、フォトレジスト膜115を除去した後、第3のシリコン窒化膜114をマスクにして、ドライエッチングによりポリシリコン103Aを加工し、ゲート電極103を形成する。図1Aおよび図1Bからわかるように、このゲート電極103はフィン108のチャネル領域107を跨ぐように形成される。なお、ポリシリコン103Aをエッチングする際、ゲート絶縁膜がエッチングストッパーとなる。
(16)次に、ソース/ドレイン領域106上に堆積されたゲート絶縁膜をエッチングにより除去する。
(17)次に、エクステンション領域(図示せず)にイオン注入を行う。
(18)次に、ゲート電極103、ソース/ドレイン領域106および被膜109の上に、第4のシリコン窒化膜104A(図示せず)を堆積する。次いで、この第4のシリコン窒化膜104Aを全面エッチバックすることにより、ゲート電極103の両側面に側壁104(サイドウォールスペーサ)を形成する。このエッチバックの際、フィン108を覆う第4のシリコン窒化膜104Aを除去する。
(19)次に、ソース/ドレイン領域106にイオン注入を行う。
(20)次に、選択成長により、ソース/ドレイン領域106の上に応力印加層105を形成する。
図1Cからわかるように、F1部においてファセットが生じないため、応力印加層105は被膜109と隙間なく当接している。また、図1Bからわかるように、F2部においてファセットが生じないため、応力印加層105は側壁104とも隙間なく当接している。これにより、応力印加層105は比較例の応力印加層505に比べて体積が大きくなり、ソース/ドレイン領域106に挟まれたチャネル領域107に対して、より大きな応力を印加することができる。
(21)次に、ゲート電極103上の第3のシリコン窒化膜114を除去する。なお、この第3のシリコン窒化膜114は除去しなくてもよい。
上記の工程により、図1Aに示すFinFET100が形成される。なお、これ以降の工程は、従来のFinFETを形成する場合と同様である。即ち、ゲート電極103及び応力印加層105(ソース/ドレイン領域106)の表面に、シリサイド膜を形成する。その後、FinFET100を埋め込むように層間絶縁膜を堆積する。その後、この層間絶縁膜にコンタクトプラグを形成し、このコンタクトプラグを介してFinFET100と電気的に接続されるメタル配線を層間絶縁膜の上に形成する。
なお、上記の説明では、素子分離絶縁膜102を覆う被膜109の材料としてシリコン窒化物を挙げたが、これに限られず、例えばシリコン炭窒化物(SiCN)でもよい。また、側壁104の材料は、シリコン窒化物の代わりに、シリコン酸化物でもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、素子分離絶縁膜102の上に被膜109を形成しファセットの生成を防ぐことで、応力印加層105の体積を増加させることができる。また、応力印加層105と側壁104との間の隙間が生じないことからチャネル領域107に効率良く応力を印加することができる。これにより、チャネル領域107に対してより大きな応力を印加することが可能となり、キャリアの移動度が向上する。その結果、チャネル抵抗が小さくなるので、FinFETの寄生抵抗を低減することができる。また、より高い駆動電流を得ることができる。
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態について説明する。第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点の一つは、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いる点である。
まず、第2の実施形態に係るFinFET200の構成を、図3A〜図3Cを用いて説明する。図3Aは、本実施形態に係るFinFET200の斜視図である。図3Bは、FinFET200の上面図である。図3Cは、図3BのA−A’線に沿う断面図である。
図3Aからわかるように、FinFET200は、フィン208と、ゲート電極203と、側壁204と、応力印加層205と、ゲート絶縁膜(図示せず)と、を備える。このFinFET200は、埋込みシリコン酸化膜であるBOX(Buried Oxide)層202によって隣接する半導体素子と絶縁されている。
フィン208は、BOX層202上に突成されている。このフィン208は、図3Bからわかるように、ソース/ドレイン領域206と、このソース/ドレイン領域206に挟まれたチャネル領域207とを有する。
ゲート絶縁膜は、チャネル領域207のフィン208上に形成されている。
ゲート電極203は、図3Aからわかるように、チャネル領域207を跨ぐように配置されている。このゲート電極203は、ゲート絶縁膜を介してチャネル領域207を挟んでいる。
側壁204は、ゲート電極203の両側面に形成されている。この側壁204は、例えばシリコン窒化物(Si)からなる。
応力印加層205は、図3A〜図3Cに示すように、フィン208におけるソース/ドレイン領域206の上面およびチャネル方向に沿った両側面を覆うように形成されている。この応力印加層205の材料として、例えば、シリコンゲルマニウム(SiGe)又は炭化シリコン(SiC)が用いられる。SiGeはチャネル領域207に対してゲート長方向(チャネル方向)に圧縮応力を印加し、正孔の移動度が向上するため、p型FinFETに適する。一方、SiCはチャネル領域207に対してゲート長方向(チャネル方向)に引っ張り応力を印加し、電子の移動度が向上するため、n型FinFETに適する。
図3A〜図3Cからわかるように、BOX層202の上にシリコン窒化物からなる被膜209が形成されている。これにより、F1部およびF2部においてファセットは発生せず、応力印加層205は被膜209および側壁204に隙間なく当接する。このため、応力印加層205の体積の減少が防止される。また、応力印加層205と側壁204との間の隙間が生じないことからチャネル領域207に効率良く応力を印加することができる。よって、チャネル領域207により高い応力を印加することが可能となり、キャリア移動度が増大する。その結果、寄生抵抗を低減させることができ、また、駆動電流を大きくすることができる。
次に、本実施形態に係るFinFET200の製造方法を、図4A〜図4Eを用いて説明する。
(1)まず、図4Aからわかるように、SOI基板220の上に、第1のシリコン酸化(SiO)膜211、及び第1のシリコン窒化(Si)膜212を、マスク材として順次堆積する。なお、SOI基板220は、支持基板(Si基板)201の上に、シリコン酸化物からなるBOX層202、及び単結晶シリコンからなるSOI(Silicon On Insulator)層208Aが順次積層されたものである。次いで、この第1のシリコン窒化膜212の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜213を形成する。
(2)次に、図4Aからわかるように、フォトリソグラフィによりフォトレジスト膜213を、フィン208の形状に基づいてパターニングする。
(3)次に、図4Bからわかるように、パターニングされたフォトレジスト膜213をマスクにして、第1のシリコン酸化膜211および第1のシリコン窒化膜212をドライエッチングにより加工する。
(4)次に、図4Cからわかるように、フォトレジスト膜213を除去した後、第1のシリコン窒化膜212をマスクにして、SOI層208AをBOX層202が露呈するまでエッチングし、フィン208を形成する。このフィン208の高さは、例えば100nm〜200nmである。
(5)次に、図4Dからわかるように、BOX層202、フィン208及び第1のシリコン窒化膜212の上に、第2のシリコン窒化膜209Aを堆積する。
(6)次に、図4Dからわかるように、CMP法を用いて、第1のシリコン酸化膜211をストッパーとして第2のシリコン窒化膜209Aを平坦化する。
(7)次に、図4Eからわかるように、第1のシリコン酸化膜211をマスクにして、ドライエッチングにより第2のシリコン窒化膜209Aを後退させ、BOX層202を覆う被膜209を形成する。この被膜209の厚さは、例えば10nmである。
以降の工程は、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
なお、上記の説明では、BOX層202を覆う被膜209の材料としてシリコン窒化物を挙げたが、これに限られず、例えばシリコン炭窒化物(SiCN)でもよい。また、側壁204の材料は、シリコン窒化物の代わりに、シリコン酸化物でもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、BOX層202の上に被膜209を形成しファセットの生成を防ぐことで、応力印加層205の体積を増加させることができる。また、応力印加層205と側壁204との間の隙間が生じないことからチャネル領域207に効率良く応力を印加することができる。これにより、チャネル領域207に対してより大きな応力を印加することが可能となり、キャリアの移動度が向上する。その結果、チャネル抵抗が小さくなるので、FinFETの寄生抵抗を低減することができる。また、より高い駆動電流を得ることができる。
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
100、200、500:FinFET
101A:半導体基板
101、501:半導体基板本体部
102A:第2のシリコン酸化膜
102、502:素子分離絶縁膜
103A:ポリシリコン
103、203、503:ゲート電極
104A:第4のシリコン窒化膜
104、204、504:側壁
105、205、505:応力印加層
106、206、506:ソース/ドレイン領域
107、207、507:チャネル領域
108、208、508: フィン(Fin)
109A、209A:第2のシリコン窒化膜
109、209:被膜
111、211:第1のシリコン酸化膜
112、212:第1のシリコン窒化膜
113、213:フォトレジスト膜
114:第3のシリコン窒化膜
115:フォトレジスト膜
201:支持基板
202:BOX層(埋込みシリコン酸化膜)
208A:SOI層
220:SOI基板

Claims (5)

  1. 半導体基板本体部と、前記半導体基板本体部の上に前記半導体基板本体部と一体的に突成された、フィン部と、を有し、前記フィン部は、両端側の一対のソース/ドレイン領域および前記一対のソース/ドレイン領域に挟まれたチャネル領域を有するものとして構成された、半導体基板と、
    前記半導体基板本体部の上に形成された、シリコン酸化物からなる、素子分離絶縁膜と、
    前記素子分離絶縁膜の上に形成された、シリコン窒化物又はシリコン炭窒化物からなる、被膜と、
    前記チャネル領域における前記フィン部の上に形成された、ゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜を介して、前記フィン部における前記チャネル領域を挟むように形成された、ゲート電極と、
    前記フィン部における前記ソース/ドレイン領域の上面およびチャネル方向に沿った両側面を覆うと共に、前記被膜と隙間なく当接した応力印加層と、
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 支持基板と、前記支持基板の上に形成された、シリコン酸化物からなる、BOX層と、前記BOX層の上に突成されたフィン部と、を有し、前記フィン部は、両端側の一対のソース/ドレイン領域および前記一対のソース/ドレイン領域に挟まれたチャネル領域を有するものとして構成された、SOI基板と、
    前記BOX層の上に形成された、シリコン窒化物又はシリコン炭窒化物からなる、被膜と、
    前記チャネル領域における前記フィン部の上に形成された、ゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜を介して、前記フィン部における前記チャネル領域を挟むように形成された、ゲート電極と、
    前記フィン部における前記ソース/ドレイン領域の上面およびチャネル方向に沿った両側面を覆うと共に、前記被膜と隙間なく当接した応力印加層と、
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の半導体装置であって、
    前記ゲート電極の両側面に形成された、シリコン窒化物またはシリコン酸化物からなる側壁をさらに備え、
    前記応力印加層は前記側壁と隙間なく当接することを特徴とする半導体装置。
  4. 半導体基板を準備し、
    前記半導体基板上に、第1のマスク材および第2のマスク材を順次堆積し、
    前記第1のマスク材および前記第2のマスク材をパターニングし、
    パターニングされた前記第2のマスク材をマスクにして、前記半導体基板を表面から所定の深さまでエッチングすることにより、半導体基板本体部と、前記半導体基板本体部の上に前記半導体基板本体部と一体的に突成された、両端側の一対のソース/ドレイン領域および前記一対のソース/ドレイン領域に挟まれたチャネル領域を有する、フィン部と、を形成し、
    前記半導体基板本体部、前記フィン部および前記第2のマスク材の上にシリコン酸化膜を堆積し、
    前記第2のマスク材をマスクにして、前記シリコン酸化膜を所定の膜厚になるまでエッチングすることにより、前記半導体基板本体部の上に素子分離絶縁膜を形成し、
    前記素子分離絶縁膜、前記フィン部および前記第2のマスク材の上に、シリコン窒化膜またはシリコン炭窒化膜を堆積し、
    前記第1のマスク材をマスクにして、前記シリコン窒化膜または前記シリコン炭窒化膜を所定の膜厚になるまでエッチングすることにより、前記素子分離絶縁膜の上に被膜を形成し、
    前記フィン部の上にゲート絶縁膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜を介して、前記フィン部の前記チャネル領域を挟むゲート電極を形成し、
    前記フィン部の前記ソース/ドレイン領域の上面およびチャネル方向に沿った両側面を覆うと共に前記被膜と隙間なく当接する応力印加層を形成する、
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 支持基板の上にBOX層およびSOI層が順次積層されたSOI基板を準備し、
    前記SOI層上に、第1のマスク材および第2のマスク材を順次堆積し、
    前記第1のマスク材および前記第2のマスク材をパターニングし、
    パターニングされた前記第2のマスク材をマスクにして、前記SOI層を前記BOX層が露呈するまでエッチングすることにより、前記BOX層上に突成された、両端側の一対のソース/ドレイン領域および前記一対のソース/ドレイン領域に挟まれたチャネル領域を有するフィン部を形成し、
    前記BOX層、前記フィン部および前記第2のマスク材の上に、シリコン窒化膜またはシリコン炭窒化膜を堆積し、
    前記第1のマスク材をマスクにして、前記シリコン窒化膜または前記シリコン炭窒化膜を所定の膜厚になるまでエッチングすることにより、前記BOX層の上に被膜を形成し、
    前記フィン部の上にゲート絶縁膜を形成し、
    前記ゲート絶縁膜を介して、前記フィン部の前記チャネル領域を挟むゲート電極を形成し、
    前記フィン部の前記ソース/ドレイン領域の上面およびチャネル方向に沿った両側面を覆うと共に前記被膜と隙間なく当接する応力印加層を形成する、
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP2009033945A 2009-02-17 2009-02-17 半導体装置 Expired - Fee Related JP5305969B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009033945A JP5305969B2 (ja) 2009-02-17 2009-02-17 半導体装置
US12/563,298 US20100207209A1 (en) 2009-02-17 2009-09-21 Semiconductor device and producing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009033945A JP5305969B2 (ja) 2009-02-17 2009-02-17 半導体装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2010192588A true JP2010192588A (ja) 2010-09-02
JP2010192588A5 JP2010192588A5 (ja) 2011-04-21
JP5305969B2 JP5305969B2 (ja) 2013-10-02

Family

ID=42559148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009033945A Expired - Fee Related JP5305969B2 (ja) 2009-02-17 2009-02-17 半導体装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20100207209A1 (ja)
JP (1) JP5305969B2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9024364B2 (en) 2012-03-12 2015-05-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Fin-FET with mechanical stress of the fin perpendicular to the substrate direction
KR20160011742A (ko) * 2014-07-22 2016-02-02 삼성전자주식회사 반도체 소자
JP2017224666A (ja) * 2016-06-14 2017-12-21 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2020532124A (ja) * 2017-08-28 2020-11-05 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation 半導体構造体および半導体構造体を製造する方法
DE112020003224T5 (de) 2019-07-03 2022-03-17 Sony Semiconductor Solutions Corporation Halbleitervorrichtung und verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8362575B2 (en) * 2009-09-29 2013-01-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Controlling the shape of source/drain regions in FinFETs
US8362572B2 (en) * 2010-02-09 2013-01-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Lower parasitic capacitance FinFET
DE112011106023T5 (de) * 2011-12-23 2014-09-11 Intel Corporation Nanodrahtstrukturen mit nicht diskreten Source- und Drain-Gebieten
KR101876793B1 (ko) 2012-02-27 2018-07-11 삼성전자주식회사 전계효과 트랜지스터 및 그 제조 방법
US8912606B2 (en) 2012-04-24 2014-12-16 Globalfoundries Inc. Integrated circuits having protruding source and drain regions and methods for forming integrated circuits
CN103824775B (zh) * 2012-11-16 2018-04-24 中国科学院微电子研究所 FinFET及其制造方法
US9159834B2 (en) * 2013-03-14 2015-10-13 International Business Machines Corporation Faceted semiconductor nanowire
KR102038486B1 (ko) * 2013-04-09 2019-10-30 삼성전자 주식회사 반도체 장치 및 그 제조 방법
US20150014808A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 United Microelectronics Corp. Semiconductor structure and fabrication method thereof
US8952420B1 (en) 2013-07-29 2015-02-10 Stmicroelectronics, Inc. Method to induce strain in 3-D microfabricated structures
US9099559B2 (en) 2013-09-16 2015-08-04 Stmicroelectronics, Inc. Method to induce strain in finFET channels from an adjacent region
US9812336B2 (en) * 2013-10-29 2017-11-07 Globalfoundries Inc. FinFET semiconductor structures and methods of fabricating same
KR102287398B1 (ko) 2015-01-14 2021-08-06 삼성전자주식회사 반도체 장치
US9768261B2 (en) * 2015-04-17 2017-09-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor structure and method of forming the same
US10084085B2 (en) 2015-06-11 2018-09-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Fin field effect transistor (FinFET) device structure with stop layer and method for forming the same
US9614086B1 (en) * 2015-12-30 2017-04-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Conformal source and drain contacts for multi-gate field effect transistors
KR102468784B1 (ko) 2018-06-29 2022-11-22 삼성전자주식회사 반도체 소자
WO2023133725A1 (zh) * 2022-01-12 2023-07-20 华为技术有限公司 一种晶体管、半导体集成电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196822A (ja) * 2005-01-17 2006-07-27 Fujitsu Ltd 半導体装置とその製造方法
JP2007250665A (ja) * 2006-03-14 2007-09-27 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100532353B1 (ko) * 2004-03-11 2005-11-30 삼성전자주식회사 핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조방법
US7282766B2 (en) * 2005-01-17 2007-10-16 Fujitsu Limited Fin-type semiconductor device with low contact resistance
JP2007134577A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Toshiba Corp 半導体装置
US7910994B2 (en) * 2007-10-15 2011-03-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. System and method for source/drain contact processing

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196822A (ja) * 2005-01-17 2006-07-27 Fujitsu Ltd 半導体装置とその製造方法
JP2007250665A (ja) * 2006-03-14 2007-09-27 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9024364B2 (en) 2012-03-12 2015-05-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Fin-FET with mechanical stress of the fin perpendicular to the substrate direction
US9252277B2 (en) 2012-03-12 2016-02-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
KR20160011742A (ko) * 2014-07-22 2016-02-02 삼성전자주식회사 반도체 소자
KR102216511B1 (ko) * 2014-07-22 2021-02-18 삼성전자주식회사 반도체 소자
JP2017224666A (ja) * 2016-06-14 2017-12-21 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
CN107507864A (zh) * 2016-06-14 2017-12-22 瑞萨电子株式会社 半导体器件及其制造方法
CN107507864B (zh) * 2016-06-14 2022-09-20 瑞萨电子株式会社 半导体器件及其制造方法
JP2020532124A (ja) * 2017-08-28 2020-11-05 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation 半導体構造体および半導体構造体を製造する方法
JP7128262B2 (ja) 2017-08-28 2022-08-30 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 半導体構造体および半導体構造体を製造する方法
DE112020003224T5 (de) 2019-07-03 2022-03-17 Sony Semiconductor Solutions Corporation Halbleitervorrichtung und verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
JP5305969B2 (ja) 2013-10-02
US20100207209A1 (en) 2010-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5305969B2 (ja) 半導体装置
KR102473659B1 (ko) 반도체 소자
US8450813B2 (en) Fin transistor structure and method of fabricating the same
JP5587639B2 (ja) 半導体構造体およびその形成方法(内部応力を有する半導体ナノワイヤ)
US8445973B2 (en) Fin transistor structure and method of fabricating the same
JP5159413B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US8080838B2 (en) Contact scheme for FINFET structures with multiple FINs
US9887264B2 (en) Nanowire field effect transistor (FET) and method for fabricating the same
US7932141B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
CN111128887B (zh) 形成半导体器件的方法
US20130020640A1 (en) Semiconductor device structure insulated from a bulk silicon substrate and method of forming the same
CN112530943A (zh) 半导体器件及其制造方法
WO2014082340A1 (zh) FinFET及其制造方法
CN107346782B (zh) 鳍型场效应晶体管及其制造方法
JP6076584B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
WO2014023047A1 (zh) FinFET及其制造方法
WO2014071664A1 (zh) FinFET及其制造方法
CN107123670B (zh) 鳍式场效应晶体管及其形成方法
US20130292779A1 (en) Semiconductor device and semiconductor device production process
TWI744333B (zh) 半導體裝置及其製程
CN113130488B (zh) 一种半导体器件及其制造方法
JP2006245267A (ja) 半導体装置
US20200212205A1 (en) Semiconductor fin structure and method of fabricating the same
US9583593B2 (en) FinFET and method of manufacturing the same
CN116266560A (zh) 用于形成堆叠式fet器件的方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110309

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110309

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130205

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130329

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130625

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees