JP2010219440A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特にMIS(Metal Insulator Semiconductor)型トランジスタのチャンネル領域に応力を与える半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device that applies stress to a channel region of a MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistor and a manufacturing method thereof.
近年、半導体集積回路装置の高集積化に伴い、素子分離技術としてSTI(Shallow Trench Isolation)技術が広く用いられている。 In recent years, with the integration of semiconductor integrated circuit devices, an STI (Shallow Trench Isolation) technique is widely used as an element isolation technique.
しかしながら、素子の微細化に伴い、STI領域が素子領域に及ぼす応力が問題となってきている。すなわち、STI領域は、通常化学気相堆積(CVD)法による酸化シリコン膜が埋め込まれて形成され、CVD法により形成された酸化シリコン膜は一般に体積膨張性であるため、隣接する活性領域に対して圧縮応力を与える。近年の研究により、N型MIS−FET(MIS−type Field Effect Transistor)においては、キャリアである電子の移動方向に対して垂直な方向及び平行な方向に圧縮応力が印加されると、電子の移動度が低下し、P型MIS−FETにおいては、キャリアである正孔の移動方向に対して垂直な方向に圧縮応力が印加されると、キャリアである正孔の移動度が低下し、いずれの場合もMIS−FETの性能の低下をもたらすことが報告されている。なお、P型MIS−FETについては、正孔の移動方向に対して平行な方向に圧縮応力が印加されると、正孔の移動度が向上することも合わせて報告されている。 However, with the miniaturization of elements, the stress exerted by the STI region on the element region has become a problem. That is, the STI region is usually formed by embedding a silicon oxide film by a chemical vapor deposition (CVD) method, and the silicon oxide film formed by the CVD method is generally volume-expandable. To give compressive stress. According to recent research, in N-type MIS-FET (MIS-type Field Effect Transistor), when compressive stress is applied in a direction perpendicular to and parallel to the direction of movement of electrons as carriers, the movement of electrons In a P-type MIS-FET, when compressive stress is applied in a direction perpendicular to the direction of movement of holes that are carriers, the mobility of holes that are carriers decreases. In some cases, it is reported that the performance of the MIS-FET is deteriorated. For P-type MIS-FETs, it has also been reported that the hole mobility improves when compressive stress is applied in a direction parallel to the hole movement direction.
そこで、CMIS(Complementary MIS)型半導体集積回路において、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)法による加工時の表面の平坦化を確保するためのダミー活性領域の配置密度を、N型MIS−FET領域とP型MIS−FET領域とで異ならせることにより、N型MIS−FETとP型MIS−FETとに与える圧縮応力を変化させ、これにより、N型及びP型のMIS−FETの性能を共に向上させる技術が提案されている。 Therefore, in the CMIS (Complementary MIS) type semiconductor integrated circuit, the arrangement density of the dummy active region for ensuring the flatness of the surface at the time of processing by the chemical mechanical polishing (CMP) method is defined as N-type MIS-FET. The compressive stress applied to the N-type MIS-FET and the P-type MIS-FET is changed by making the region different from that of the P-type MIS-FET region, thereby improving the performance of the N-type and P-type MIS-FETs. Techniques for improving both have been proposed.
以下、図8を参照しながら、下記の特許文献1に示されているN型MIS−FETとP型MIS−FETとに与える圧縮応力をそれぞれ変化させる方法について説明する。 Hereinafter, a method for changing the compressive stress applied to the N-type MIS-FET and the P-type MIS-FET shown in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
図8に示すように、N型MIS−FETを構成するPウエル3に形成された、シリコンからなるダミー活性領域11の配置密度は、P型MIS−FETを構成するNウエル4に形成されたダミー活性領域12の配置密度よりも低い。これにより、Pウエル3内のP型活性領域5に及ぶ応力は、Nウエル4内のN型活性領域6と比べて小さくなるため、N型MIS−FETの駆動電流の減少を低減させることができる。
As shown in FIG. 8, the arrangement density of the dummy
一方、P型MIS−FETを構成するNウエル4に形成された、シリコンからなるダミー活性領域12の配置密度は比較的に高い。これにより、Nウエル4内のN型活性領域6に及ぶ応力は比較的に大きく、P型MIS−FETの駆動電流の増大を図ることができる。なお、応力の大きさは、トレンチ分離絶縁膜22のPウエル3における境界線22Laの総長さ寸法とトレンチ分離絶縁膜22のNウエル4における境界線22Lbの総長さ寸法とにおいて、境界線22Lbの総長さ寸法の方が境界線22Laの総長さ寸法よりも長いことにより、P型MIS−FETの圧縮応力がN型MIS−FETの圧縮応力よりも大きいと説明されている。
しかしながら、前記従来の半導体装置には、以下のような問題がある。 However, the conventional semiconductor device has the following problems.
すなわち、ダミー活性領域の配置密度をN型MIS−FETとP型MIS−FETとの各周辺領域で異ならせるという従来の方法は、STIが与える圧縮応力の大きさを緩和することは可能であるものの、N型MIS−FETの性能向上のためにチャンネル領域に引っ張り応力を積極的に印加することはできない。 That is, the conventional method in which the arrangement density of the dummy active regions is different in each peripheral region of the N-type MIS-FET and the P-type MIS-FET can reduce the magnitude of the compressive stress given by the STI. However, a tensile stress cannot be positively applied to the channel region in order to improve the performance of the N-type MIS-FET.
その上、応力の印加方向が半導体基板の上面の面内において等方的であるため、P型MIS−FETの性能向上の効果が限定的となる。 In addition, since the stress application direction is isotropic within the upper surface of the semiconductor substrate, the effect of improving the performance of the P-type MIS-FET is limited.
また、ダミー活性領域の大きさ、形状及び配置場所についても、CMP加工時の平坦性を確保する必要性から、任意の位置に配置することはできない。 Also, the size, shape, and placement location of the dummy active region cannot be placed at any position because of the need to ensure flatness during CMP processing.
前記に鑑み、本発明は、N型MIS−FETとP型MIS−FETとを含む半導体装置において、N型トランジスタ及びP型トランジスタに対してそれぞれ最適な応力を独立して印加できるようにすることを目的とする。 In view of the above, the present invention enables an optimum stress to be independently applied to an N-type transistor and a P-type transistor in a semiconductor device including an N-type MIS-FET and a P-type MIS-FET. With the goal.
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置を、素子分離領域中に周囲に引っ張り応力を与える部材からなる領域と周囲に圧縮応力を与える部材とを選択的に配置することによりN型トランジスタ及びP型トランジスタに対してそれぞれ最適な応力を付与する構成とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an N-type semiconductor device by selectively disposing a region made of a member that applies tensile stress to the periphery and a member that applies compressive stress to the periphery in the element isolation region. A configuration in which optimum stress is applied to each of the transistor and the P-type transistor.
具体的に、本発明に係る半導体装置は、半導体領域に形成され、素子分離領域により互いに絶縁された第1の活性領域及び第2の活性領域と、第1の活性領域に形成され、電子をキャリアとするチャンネル領域を含む第1の導電型素子と、第2の活性領域に形成され、正孔をキャリアとするチャンネル領域を含む第2の導電型素子とを備え、素子分離領域は、絶縁性を有する第1の領域と、第1の領域における第1の活性領域及び第2の活性領域の周囲にそれぞれ第1の領域を介在させて形成され、周囲に引っ張り応力を与える部材からなる第2の領域、及び周囲に圧縮応力を与える部材からなる第3の領域とから構成され、第2の領域及び第3の領域は、第1の導電型素子に対しては第1の活性領域の周辺に、電子の移動方向と垂直な方向及び平行な方向にそれぞれ引っ張り応力を与えるように配置され、且つ、第2の導電型素子に対しては第2の活性領域の周辺に、正孔の移動方向と平行な方向に圧縮応力を与える一方、正孔の移動方向と垂直な方向に引っ張り応力を与えるように配置されていることを特徴とする。 Specifically, a semiconductor device according to the present invention is formed in a first active region and a first active region formed in a semiconductor region and insulated from each other by an element isolation region. A first conductive type element including a channel region serving as a carrier; and a second conductive type element formed in the second active region and including a channel region including a hole as a carrier. A first region having a property, and a first region formed around the first active region and the second active region in the first region with a first region interposed therebetween, and a member that applies tensile stress to the periphery. 2 region and a third region made of a member that applies compressive stress to the surroundings, and the second region and the third region are the first active region with respect to the first conductivity type element. Around the direction perpendicular to the direction of electron movement And a compressive stress in the direction parallel to the direction of movement of holes around the second active region for the second conductivity type element. On the other hand, they are arranged so as to give a tensile stress in a direction perpendicular to the direction of movement of holes.
本発明の半導体装置によると、素子分離領域が、絶縁性を有する第1の領域と、第1の領域における第1の活性領域及び第2の活性領域の周囲に、該第1の活性領域及び第2の活性領域との間にそれぞれ第1の領域を介在させて形成され、周囲に引っ張り応力を与える部材からなる第2の領域、及び周囲に圧縮応力を与える部材からなる第3の領域とから構成されている。さらに、第2の領域及び第3の領域は、第1の導電型素子に対しては第1の活性領域の周辺に、電子の移動方向と垂直な方向及び平行な方向にそれぞれ引っ張り応力を与えるように配置され、且つ、第2の導電型素子に対しては第2の活性領域の周辺に、正孔の移動方向と平行な方向に圧縮応力を与える一方、正孔の移動方向と垂直な方向に引っ張り応力を与えるように配置されている。このため、第1の導電型素子(例えばN型MIS−FET)には、第2の領域が第1の活性領域の周辺に配置されることにより、電子の移動方向に対して垂直な方向及び平行な方向にチャンネル領域に対して引っ張り応力が印加される。また、第2の導電型素子(例えばP型MIS−FET)には、第2の領域が正孔の移動方向に垂直な方向に配置され、且つ第3の領域が正孔の移動方向と平行な方向に配置されることにより、正孔の移動方向に対して垂直方向には引っ張り応力が印加され、また、平行方向には圧縮応力がチャンネル領域に印加される。このため、第1の導電型素子及び第2の導電型素子の双方に対して最適な応力を同時に且つ独立して印加できるので、双方の素子の性能向上を図ることができる。 According to the semiconductor device of the present invention, the element isolation region includes the first active region and the first active region around the first active region and the second active region in the first region. A second region formed of a member that applies a tensile stress to the periphery, and a third region formed of a member that applies a compressive stress to the periphery, each formed between the second active region and the first region. It is composed of Further, the second region and the third region give a tensile stress to the periphery of the first active region with respect to the first conductivity type element in a direction perpendicular to and parallel to the electron movement direction, respectively. For the second conductivity type element, a compressive stress is applied to the periphery of the second active region in a direction parallel to the hole movement direction, while being perpendicular to the hole movement direction. It is arranged to give a tensile stress in the direction. For this reason, in the first conductivity type element (for example, N-type MIS-FET), the second region is arranged around the first active region, and thus the direction perpendicular to the electron moving direction and A tensile stress is applied to the channel region in a parallel direction. Further, in the second conductivity type element (for example, P-type MIS-FET), the second region is arranged in a direction perpendicular to the hole moving direction, and the third region is parallel to the hole moving direction. By arranging them in such a direction, tensile stress is applied in the direction perpendicular to the direction of hole movement, and compressive stress is applied to the channel region in the parallel direction. For this reason, since the optimal stress can be applied simultaneously and independently to both the first conductivity type element and the second conductivity type element, the performance of both elements can be improved.
本発明の半導体装置において、第2の領域は、第1の活性領域の周囲で且つ電子の移動方向に対して垂直な方向及び平行な方向と、第2の活性領域における正孔の移動方向に対して垂直な方向とに形成されており、第3の領域は、第2の活性領域における正孔の移動方向に対して平行な方向に形成されていてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the second region has a direction perpendicular to and parallel to the electron movement direction around the first active region, and a hole movement direction in the second active region. The third region may be formed in a direction parallel to the hole moving direction in the second active region.
本発明の半導体装置において、第2の領域には、オゾンTEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate)膜、シリコン窒化膜又は多孔質シリコン酸化膜を用いることができる。 In the semiconductor device of the present invention, an ozone TEOS (tetra-ethyl-ortho-silicate) film, a silicon nitride film, or a porous silicon oxide film can be used for the second region.
また、本発明の半導体装置において、第3の領域には、高密度プラズマTEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate)膜又はシリコンリッチ酸化膜を用いることができる。ここで、シリコンリッチ酸化膜とは、シリコン(Si)の組成比が化学量論比と比べて高い酸化シリコンからなる膜をいう。 In the semiconductor device of the present invention, a high-density plasma TEOS (tetra-ethyl-ortho-silicate) film or a silicon-rich oxide film can be used for the third region. Here, the silicon-rich oxide film refers to a film made of silicon oxide in which the composition ratio of silicon (Si) is higher than the stoichiometric ratio.
本発明の半導体装置において、第2の領域及び第3の領域の少なくとも一方は、複数に分割されていてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, at least one of the second region and the third region may be divided into a plurality.
本発明の半導体装置において、第2の領域及び第3の領域の各平面寸法は、100nm以上且つ10μm以下であってもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the planar dimensions of the second region and the third region may be not less than 100 nm and not more than 10 μm.
本発明の半導体装置において、第1の導電型素子と第2の導電型素子とは、電気的に接続されることによりインバータ回路を構成していてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the first conductivity type element and the second conductivity type element may constitute an inverter circuit by being electrically connected.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体領域の上部の第1の領域に、絶縁性を有する素子分離領域を選択的に形成することにより、素子分離領域に囲まれてなる第1の活性領域及び第2の活性領域をそれぞれ形成する工程(a)と、第1の領域における第1の活性領域及び第2の活性領域の少なくとも一方の周囲に間隔をおいて、周囲に引っ張り応力を与える部材からなる第2の領域を選択的に形成する工程(b)と、第1の領域における第1の活性領域及び第2の活性領域の少なくとも一方の周囲に間隔をおいて、周囲に圧縮応力を与える部材からなる第3の領域を選択的に形成する工程(c)と、第1の活性領域に、電子をキャリアとするチャンネル領域を含む第1の導電型素子を形成する工程(d)と、第2の活性領域に、正孔をキャリアとするチャンネル領域を含む第2の導電型素子を形成する工程(e)とを備え、第2の領域及び第3の領域は、第1の導電型素子に対して第1の活性領域の周辺に、電子の移動方向と垂直な方向及び平行な方向にそれぞれ引っ張り応力を与えるように配置し、且つ、第2の導電型素子に対して第2の活性領域の周辺に、正孔の移動方向と平行な方向に圧縮応力を与える一方、正孔の移動方向と垂直な方向に引っ張り応力を与えるように配置することを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first active region surrounded by an element isolation region is formed by selectively forming an insulating element isolation region in a first region above the semiconductor region. Forming a region and a second active region, respectively, and applying a tensile stress to the periphery of the first region with a space around at least one of the first active region and the second active region A step (b) of selectively forming a second region made of a member, and a compressive stress around the first active region and at least one of the second active regions in the first region with a space therebetween. A step (c) of selectively forming a third region made of a material providing a member, and a step (d) of forming a first conductivity type element including a channel region having electrons as carriers in the first active region. And holes in the second active region And (e) forming a second conductivity type element including a channel region serving as a carrier, wherein the second region and the third region are the first active region with respect to the first conductivity type element. Around the periphery of the second active region with respect to the second conductivity type element, the hole is moved so that tensile stress is applied to the periphery in a direction perpendicular to and parallel to the electron movement direction. The compressive stress is applied in the direction parallel to the direction, and the tensile stress is applied in the direction perpendicular to the hole moving direction.
本発明の半導体装置の製造方法によると、素子分離領域内に形成される第2の領域及び第3の領域は、第1の導電型素子に対して第1の活性領域の周辺に、電子の移動方向と垂直な方向及び平行な方向にそれぞれ引っ張り応力を与えるように配置し、且つ、第2の導電型素子に対して第2の活性領域の周辺に、正孔の移動方向と平行な方向に圧縮応力を与える一方、正孔の移動方向と垂直な方向に引っ張り応力を与えるように配置する。このように、第1の導電型素子(例えばN型MIS−FET)には、第2の領域を第1の活性領域の周辺に配置することにより、電子の移動方向に対して垂直な方向及び平行な方向にチャンネル領域に対して引っ張り応力が印加される。また、第2の導電型素子(例えばP型MIS−FET)には、第2の領域を正孔の移動方向と垂直な方向に配置し、且つ第3の領域を正孔の移動方向と平行な方向に配置することにより、正孔の移動方向に対して垂直方向には引っ張り応力が印加され、また、平行方向には圧縮応力がチャンネル領域に印加される。このため、第1の導電型素子及び第2の導電型素子の双方に対して最適な応力を同時に且つ独立して印加できるので、双方の素子の性能向上を図ることができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the second region and the third region formed in the element isolation region are arranged around the first active region with respect to the first conductivity type element. A direction parallel to the direction of movement of holes around the second active region with respect to the second conductivity type element, so that tensile stress is applied in a direction perpendicular to the direction of movement and a direction parallel to the direction of movement. While compressive stress is applied, the tensile stress is applied in a direction perpendicular to the direction of hole movement. As described above, in the first conductivity type element (for example, N-type MIS-FET), the second region is arranged around the first active region, and thereby the direction perpendicular to the moving direction of electrons and A tensile stress is applied to the channel region in a parallel direction. In the second conductivity type element (for example, P-type MIS-FET), the second region is arranged in a direction perpendicular to the hole movement direction, and the third region is parallel to the hole movement direction. By arranging in such a direction, tensile stress is applied in the direction perpendicular to the direction of hole movement, and compressive stress is applied to the channel region in the parallel direction. For this reason, since the optimal stress can be applied simultaneously and independently to both the first conductivity type element and the second conductivity type element, the performance of both elements can be improved.
本発明の半導体装置の製造方法において、第2の領域は、第1の活性領域の周囲で且つ電子の移動方向に対して垂直な方向及び平行な方向と、第2の活性領域における正孔の移動方向に対して垂直な方向とに形成し、第3の領域は、第2の活性領域における正孔の移動方向に対して平行な方向に形成してもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the second region includes a direction around the first active region and in a direction perpendicular to and parallel to the direction of electron movement, and holes in the second active region. The third region may be formed in a direction parallel to the moving direction of holes in the second active region.
本発明の半導体装置の製造方法において、第2の領域には、オゾンTEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate)膜、シリコン窒化膜又は多孔質シリコン酸化膜を用いることができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, an ozone TEOS (tetra-ethyl-ortho-silicate) film, a silicon nitride film, or a porous silicon oxide film can be used for the second region.
本発明の半導体装置の製造方法において、第3の領域には、高密度プラズマTEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate)膜又はシリコンリッチ酸化膜を用いることができる。 In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, a high-density plasma TEOS (tetra-ethyl-ortho-silicate) film or a silicon-rich oxide film can be used in the third region.
本発明に係る半導体装置及び製造方法によると、N型MIS−FETとP型MIS−FETとを含む半導体装置において、N型トランジスタ及びP型トランジスタに対してそれぞれ最適な応力を独立して印加できるため、N型MIS−FETとP型MIS−FETの双方に対して応力の印加による性能向上を図ることができる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method of the present invention, in a semiconductor device including an N-type MIS-FET and a P-type MIS-FET, optimum stress can be independently applied to the N-type transistor and the P-type transistor, respectively. Therefore, performance can be improved by applying stress to both the N-type MIS-FET and the P-type MIS-FET.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の平面構成を示している。 FIG. 1 shows a planar configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、例えば、シリコン(Si)からなる半導体基板201には、第1絶縁領域101に区画されたP型の第1の活性領域(Pウエル)103とN型の第2の活性領域(Nウエル)104とが形成されている。第1の活性領域103の上には、ゲート絶縁膜(図示せず)を介在させたゲート電極105が形成されており、第2の活性領域104の上には、ゲート絶縁膜(図示せず)を介在させたゲート電極106が形成されている。
As shown in FIG. 1, for example, a
第1の活性領域103には、ソース及びドレイン注入としてN型のドーパント、例えば燐(P)イオン又は砒素(As)イオンが注入されて、その表面の近傍がN型とされたソース103a及びドレイン103bが形成されている。また、第2の活性領域104には、ソース及びドレイン注入としてP型のドーパント、例えばホウ素(B)イオンが注入されて、その表面の近傍がP型とされたソース104b及びドレイン104aが形成されている。
An N-type dopant, for example, phosphorus (P) ions or arsenic (As) ions are implanted into the first
このような構成を採ることにより、第1の活性領域103にはN型MIS−FET50が形成され、第2の活性領域104にはP型MIS−FET60が形成される。
By adopting such a configuration, the N-type MIS-
第1絶縁領域101における第1の活性領域103の周囲には、該第1の活性領域103と近接し、且つゲート電極105のゲート幅方向及びゲート長方向にそれぞれ対向するように複数の第2絶縁領域107が配置されている。ここで、第1絶縁領域101は、通常のCVD法による酸化シリコンがトレンチに充填されて形成されている。また、各第2絶縁領域107は、周囲に引っ張り応力を与える絶縁性材料、例えばオゾンTEOS(O3−TEOS)がトレンチに充填されて形成されている。これにより、N型MIS−FET50のチャンネル領域には、キャリアである電子の進行方向に対して平行な方向及び垂直な方向に対してそれぞれ引っ張り応力を印加することができる。
Around the first
一方、第1絶縁領域101における第2の活性領域104の周囲には、該第2の活性領域104と近接し、且つゲート幅方向に互い対向するように第2絶縁領域107が配置されると共に、ゲート長方向に互いに対向するように第3絶縁領域108が配置されている。ここで、第3絶縁領域108は、周囲に圧縮応力を与える絶縁性材料、例えば高密度プラズマTEOS(HDP−TEOS)膜がトレンチに充填されて形成されている。このように、第1絶縁領域101に第2絶縁領域107と第3絶縁領域108とを各活性領域103、104に近接し且つ選択的に配置することにより、P型MIS−FET60のチャンネル領域には、キャリアである正孔の進行方向に対して、平行な方向には圧縮応力が印加され、垂直な方向には引っ張り応力が印加される。
On the other hand, a second
従って、本実施形態に係る素子分離領域は、第1絶縁領域101、第2絶縁領域107及び第3絶縁領域108により構成される。
Therefore, the element isolation region according to the present embodiment includes the first
図2にN型MIS−FET50及びP型MIS−FET60について、キャリアの進行方向と各MIS−FET50、60の性能向上を図ることができる応力の印加方向を示す。図2に示す応力の印加方向は、図1で説明した内容と対応している。
FIG. 2 shows the carrier traveling direction and the stress application direction that can improve the performance of the MIS-
なお、第2絶縁領域107及び第3絶縁領域108の平面寸法は、長辺が100nm以上且つ10μm以下程度で、その平面形状は例えば方形でよい。さらに、第2絶縁領域107及び第3絶縁領域108の少なくとも一方は、複数個に分割して配置してもよい。また、第2絶縁領域107及び第3絶縁領域108と各活性領域103、104との距離(間隔)は、それぞれ10nm程度から10μm程度の範囲である。
The planar dimensions of the second
ここで、図1に示すように、半導体基板201にN型MIS−FET50とP型MIS−FET60とを隣接して配置し、N型MIS−FET50のゲート電極105とP型MIS−FET60のゲート電極106とを互いに接続して信号入力端子とする。さらに、第2の活性領域104のソース104bとVDD端子(図示せず)とを接続し、第1の活性領域103のソース103aを接地し、第1の活性領域103のドレイン103bと第2の活性領域104のドレイン104aとを接続して出力端子とすることにより、基本的なインバータ回路を構成することができる。
Here, as shown in FIG. 1, an N-type MIS-
以上のように、第1の実施形態によると、N型MIS−FET50とP型MIS−FET60とのそれぞれに対して最適な方向の応力を独立して印加することができる。すなわち、N型MIS−FET50においては、第1の活性領域103の周囲で且つ電子が流れる方向と平行な方向及び垂直な方向にそれぞれ対向するように、周囲に引っ張り応力を付与する第2絶縁領域107を第1絶縁領域101内に形成している。また、P型MIS−FET60においては、第2の活性領域104の近傍で且つ正孔が流れる方向に垂直な方向に、周囲に引っ張り応力を付与する第2絶縁領域107を第1絶縁領域101内に形成し、さらに、第2の活性領域104の近傍で且つ正孔が流れる方向に平行な方向に、周囲に圧縮応力を付与する第3絶縁領域108を第1絶縁領域101内に形成している。これにより、N型MIS−FET50及びP型MIS−FET60の各性能の向上を同時に且つ独立して行うことができるので、優れた半導体装置を実現できる。
As described above, according to the first embodiment, the stress in the optimum direction can be independently applied to each of the N-type MIS-
また、各MIS−FET50、60に印加される応力は、第2絶縁領域107と第3絶縁領域108との大きさと位置によって広範囲に制御できるため、個別のMIS−FET50、60に対して最適な応力を印加することが可能となる。例えば、チャンネル幅が十分に大きいMIS−FETの場合は、オン電流が十分に大きいことから応力を印加する必要がない。その結果、周囲に配置される第2絶縁領域107及び第3絶縁領域108を省略することにより、半導体装置の微細化が可能となる。さらに、各活性領域103、104に応力を印加することの副作用としての、STIからなる素子分離領域の端部でのシリコンからなる半導体基板201の結晶欠陥の発生を回避できる。
Further, since the stress applied to each MIS-
以下、前記のように構成された半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device configured as described above will be described with reference to the drawings.
図3〜図6は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、図3〜図6は図1のIII−III線における断面と対応している。 3 to 6 show cross-sectional structures in the order of steps of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. 3 to 6 correspond to a cross section taken along line III-III in FIG.
まず、図3に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法により、シリコンからなる半導体基板201の上部の素子分離形成領域にトレンチを選択的に形成する。その後、CVD法により、形成されたトレンチにシリコン酸化膜を充填するように堆積する。続いて、化学機械研磨(CMP)法又はエッチングバック法により、半導体基板201の主面上に堆積したシリコン酸化膜を除去することにより、半導体基板201の上部に、各活性領域を区画する酸化シリコンからなる第1絶縁領域101を形成する。ここで、半導体基板201に形成される第1絶縁領域101の深さは、例えば300nm程度としている。その後、イオン注入法により、P型のドーパント、例えばボロン(B)イオンを半導体基板201の活性領域に選択的にイオン注入することにより、該活性領域をP型の第1の活性領域103とする。また、イオン注入法により、N型のドーパント、例えば砒素(As)イオンを半導体基板201における第1の活性領域103と隣接する活性領域に選択的にイオン注入することにより、該活性領域をN型の第2の活性領域104とする。なお、第1の活性領域103と第2の活性領域104との形成順序は、特に問われない。
First, as shown in FIG. 3, a trench is selectively formed in an element isolation formation region on an upper part of a
次に、図4に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法により、第1絶縁領域101における第1の活性領域103の周囲に、該第1の活性領域103から間隔をおき且つそれぞれ対向する位置に深さが200nm程度のトレンチを形成する。同時に、第1絶縁領域101における第2の活性領域104上に形成されるゲート電極と交差する領域に、該第2の活性領域104から間隔をおき且つ互いに対向する位置に深さが200nm程度のトレンチを形成する。続いて、シリコン源にTEOSを用い、酸素源にオゾン(O3)を用いたCVD法により、半導体基板201の上の全面に各トレンチを充填するようにオゾンTEOS(O3−TEOS)膜を堆積する。その後、CMP法又はエッチングバック法により、半導体基板201及び第1絶縁領域101の主面上のオゾンTEOS膜を除去することにより、第2絶縁領域107を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, the first
第2絶縁領域107は、オゾンTEOS膜により充填されているため、周囲に引っ張り応力を与える。なお、第2絶縁領域107の深さは、第1の活性領域103と第2の活性領域104の表面部分に応力を与えることができる深さであればよく、本実施形態においては200nm程度としているが、第2絶縁領域107が絶縁性材料で形成される限りは、第1絶縁領域101よりも深く形成してもよい。また、第2の活性領域104の近傍に形成される第2絶縁領域107は図4には現れない。
Since the second
次に、図5に示すように、第1絶縁領域101における第2の活性領域104上に形成されるゲート電極と並行に位置する領域に、該第2の活性領域104から間隔をおき且つ互いに対向する位置に深さが200nm程度のトレンチを形成する。続いて、シリコン源にTEOSを用い、酸素源に酸素(O2)を用いた高密度プラズマCVD法により、半導体基板201の上の全面に各トレンチを充填するように高密度プラズマTEOS(HDP−TEOS)膜を堆積する。その後、CMP法又はエッチングバック法により、半導体基板201、第1絶縁領域101及び第2絶縁領域107の主面上のHDP−TEOS膜を除去することにより、第3絶縁領域108を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, the first
第3絶縁領域108は、HDP−TEOS膜により充填されているため、周囲に圧縮応力を与える。なお、第3絶縁領域108の深さは、第2絶縁膜107と同様に、第2の活性領域104の表面部分に応力を与えることができる深さであればよく、本実施形態においては200nm程度としているが、第3絶縁領域108が絶縁性材料で形成される限りは、第1絶縁領域101よりも深く形成してもよい。
Since the third
次に、図6に示すように、例えば熱酸化法により、第1の活性領域103及び第2の活性領域104の上に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜210を形成する。その後、CVD法により、ゲート絶縁膜210の上に、導電性を持たせたポリシリコン膜を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びエッチング法により、ポリシリコン膜及びゲート絶縁膜210を所定の形状にパターニングすることにより、第1の活性領域103の上にゲート絶縁膜210を介在させたゲート電極105を形成し、第2の活性領域104の上にゲート絶縁膜210を介在させたゲート電極106を形成する。ここで、ポリシリコン膜は堆積時に導電性を持たせる代わりに、堆積後に導電性を付与するイオン注入等を行ってもよい。さらには、この導電性を付与する工程において、N型MIS−FET50を構成するゲート電極105の導電型をN型とし、P型MIS−FET60を構成するゲート電極106の導電型をP型としてもよい。
Next, as shown in FIG. 6, a
その後、図示はしないが、第1の活性領域103に対してゲート電極105をマスクとしてN型の不純物を選択的にイオン注入することにより、ソース103a及びドレイン103bを形成する。また、第2の活性領域104に対してゲート電極106をマスクとしてP型の不純物をイオン注入することにより、ソース104b及びドレイン104aを形成して、図1に示す半導体装置を得る。
After that, although not shown, a
なお、第1の実施形態においては、第2絶縁領域107に充填する材料として、オゾンTEOS膜を例に挙げたが、オゾンTEOS膜に限られない。例えば、シリコン窒化膜又は多孔質シリコン酸化膜等の、周囲に引っ張り応力を与える材料であれば同様に使用することができる。
In the first embodiment, the ozone TEOS film is exemplified as a material filling the second
また、第3絶縁領域108に充填する材料として、HDP−TEOS膜を例に挙げたが、HDP−TEOS膜に限られない。例えば、シリコンリッチ酸化膜等の、周囲に圧縮応力を与える材料であれば同様に使用することができる。
Further, although the HDP-TEOS film is exemplified as a material filling the third
さらに、本実施形態からも明らかなように、第2絶縁領域107及び第3絶縁領域108は、その周囲を第1絶縁領域101で囲まれていることから、形成材料は絶縁性に限られず、導電性を有する材料、例えばシリコン(Si)若しくはゲルマニウム(Ge)、又はこれらの化合物を用いることができる。
Further, as is clear from this embodiment, the second
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図7は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の平面構成を示している。図7において、図1と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。 FIG. 7 shows a planar configuration of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those in FIG.
図7に示すように、第2の実施形態の特徴は、P型MIS−FET60を構成するゲート電極106の配置方向を90°だけ回転して、N型MIS−FET50を構成するゲート電極105の配置方向と交差する方向としている。
As shown in FIG. 7, the feature of the second embodiment is that the arrangement direction of the
ゲート電極106をこのような配置とすることにより、P型MIS−FET60のチャンネル領域のうち、正孔の移動方向に対して垂直な方向に引っ張り応力を印加する第2絶縁領域107が、N型MIS−FET50に引っ張り応力を印加する第2絶縁領域107と共有化することできる。このため、第1の実施形態と同様の効果を持つ半導体装置をより微細化することができる。
By arranging the
また、図7に示すように、N型MIS−FET50とP型MIS−FET60とを隣接して配置した場合には、基本的な回路であるインバータ回路を構成することができる。すなわち、N型MIS−FET50のゲート電極105とP型MIS−FET60のゲート電極106と互いにを接続して信号入力端子とする。さらに、第2の活性領域104のソース104bとVDD端子(図示せず)とを接続し、第1の活性領域103のソース103aを接地し、第1の活性領域103のドレイン103bと第2の活性領域104のドレイン104aとを接続して出力端子とすればよい。
Further, as shown in FIG. 7, when the N-type MIS-
なお、第1及び第2の実施形態においては、第2絶縁領域107及び第3絶縁領域108の平面寸法及び深さ寸法をあらかじめ決定した後、各絶縁領域107、108に充填する材料を選択することにより、応力の大きさを調整することが可能となる。
In the first and second embodiments, the planar dimensions and depth dimensions of the second
また、N型MIS−FET50及びP型MIS−FET60に印加される応力が図2に示す関係を満たす限りは、第2絶縁領域107及び第3絶縁領域108の配置位置は、図1及び図7の配置に限定されない。例えば、応力が図2に示す関係を満たす限りは、第3絶縁領域108をN型MIS−FET50における第1の活性領域103の第2絶縁領域107の外側に配置する等、第2絶縁領域107と第3絶縁領域108とを混在させてもよい。
As long as the stress applied to the N-type MIS-
また、第1及び第2の実施形態において、半導体基板201にシリコンを用いたが、シリコンに限られず、本発明は、シリコンゲルマニウム(SiGe)からなる半導体領域を有する半導体基板、さらには、砒化ガリウム(GaAs)又は窒化ガリウム(GaN)からなる基板にも適用可能である。
In the first and second embodiments, silicon is used for the
本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、N型MIS−FETとP型MIS−FETとを含む半導体装置においてN型トランジスタ及びP型トランジスタに対してそれぞれ最適な応力を独立して印加できることから、双方のFETに対して応力の印加による性能向上を図ることができ、MIS−FETを含む半導体装置等に有用である。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can independently apply optimum stress to the N-type transistor and the P-type transistor in the semiconductor device including the N-type MIS-FET and the P-type MIS-FET, respectively. The performance can be improved by applying stress to both FETs, which is useful for semiconductor devices including MIS-FETs.
50 N型MIS−FET
60 P型MIS−FET
101 第1絶縁領域
103 第1の活性領域
103a ソース
103b ドレイン
104 第2の活性領域
104a ドレイン
104b ソース
105 ゲート電極
106 ゲート電極
107 第2絶縁領域
108 第3絶縁領域
201 半導体基板
210 ゲート絶縁膜
50 N-type MIS-FET
60 P-type MIS-FET
101 first
Claims (11)
前記第1の活性領域に形成され、電子をキャリアとするチャンネル領域を含む第1の導電型素子と、
前記第2の活性領域に形成され、正孔をキャリアとするチャンネル領域を含む第2の導電型素子とを備え、
前記素子分離領域は、
絶縁性を有する第1の領域と、前記第1の領域における前記第1の活性領域及び第2の活性領域の周囲にそれぞれ前記第1の領域を介在させて形成され、周囲に引っ張り応力を与える部材からなる第2の領域、及び周囲に圧縮応力を与える部材からなる第3の領域とから構成され、
前記第2の領域及び第3の領域は、前記第1の導電型素子に対しては前記第1の活性領域の周辺に、電子の移動方向と垂直な方向及び平行な方向にそれぞれ引っ張り応力を与えるように配置され、且つ、前記第2の導電型素子に対しては前記第2の活性領域の周辺に、正孔の移動方向と平行な方向に圧縮応力を与える一方、正孔の移動方向と垂直な方向に引っ張り応力を与えるように配置されていることを特徴とする半導体装置。 A first active region and a second active region formed in a semiconductor region and insulated from each other by an element isolation region;
A first conductivity type element including a channel region formed in the first active region and having electrons as carriers;
A second conductivity type element including a channel region formed in the second active region and having holes as carriers,
The element isolation region is
A first region having an insulating property and the first active region and the second active region in the first region are formed with the first region interposed therebetween, and a tensile stress is applied to the periphery. A second region composed of a member, and a third region composed of a member that applies compressive stress to the surroundings,
The second region and the third region apply tensile stress to the periphery of the first active region with respect to the first conductive type element in a direction perpendicular to and parallel to an electron moving direction, respectively. And a compressive stress is applied to the second conductive type element around the second active region in a direction parallel to the hole moving direction, while the hole moving direction. And a semiconductor device which is arranged so as to give a tensile stress in a direction perpendicular to the semiconductor device.
前記第3の領域は、前記第2の活性領域における正孔の移動方向に対して平行な方向に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The second region includes a direction around and parallel to the direction of movement of electrons around the first active region and a direction perpendicular to the direction of movement of holes in the second active region. Formed in the direction,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the third region is formed in a direction parallel to a movement direction of holes in the second active region.
前記第1の領域における前記第1の活性領域及び第2の活性領域の少なくとも一方の周囲に間隔をおいて、周囲に引っ張り応力を与える部材からなる第2の領域を選択的に形成する工程(b)と、
前記第1の領域における前記第1の活性領域及び第2の活性領域の少なくとも一方の周囲に間隔をおいて、周囲に圧縮応力を与える部材からなる第3の領域を選択的に形成する工程(c)と、
前記第1の活性領域に、電子をキャリアとするチャンネル領域を含む第1の導電型素子を形成する工程(d)と、
前記第2の活性領域に、正孔をキャリアとするチャンネル領域を含む第2の導電型素子を形成する工程(e)とを備え、
前記第2の領域及び第3の領域は、前記第1の導電型素子に対して前記第1の活性領域の周辺に、電子の移動方向と垂直な方向及び平行な方向にそれぞれ引っ張り応力を与えるように配置し、且つ、前記第2の導電型素子に対して前記第2の活性領域の周辺に、正孔の移動方向と平行な方向に圧縮応力を与える一方、正孔の移動方向と垂直な方向に引っ張り応力を与えるように配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。 By selectively forming an element isolation region having an insulating property in the first region above the semiconductor region, a first active region and a second active region surrounded by the element isolation region are formed, respectively. Step (a) to perform,
A step of selectively forming a second region made of a member that applies a tensile stress to the periphery of at least one of the first active region and the second active region in the first region. b) and
A step of selectively forming a third region made of a member that applies a compressive stress around the first active region and the second active region in the first region at an interval around at least one of the first active region and the second active region; c) and
Forming a first conductivity type element including a channel region in which electrons are carriers in the first active region (d);
Forming a second conductive type element including a channel region having holes as carriers in the second active region (e),
The second region and the third region give a tensile stress to the first conductive type element around the first active region in a direction perpendicular to and parallel to an electron movement direction, respectively. And compressive stress is applied in the direction parallel to the hole movement direction around the second active region with respect to the second conductive type element, while being perpendicular to the hole movement direction. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is arranged so as to give a tensile stress in any direction.
前記第3の領域は、前記第2の活性領域における正孔の移動方向に対して平行な方向に形成することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 The second region includes a direction around and parallel to the direction of movement of electrons around the first active region and a direction perpendicular to the direction of movement of holes in the second active region. Forming with direction,
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the third region is formed in a direction parallel to a movement direction of holes in the second active region.
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