JP2010245433A - 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(110)面を主面とする半導体基板に、金属膜を含むゲート電極を有するMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を備えた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 method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device including a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) having a gate electrode including a metal film on a semiconductor substrate having a (110) plane as a main surface. It relates to a manufacturing method.
半導体集積回路の高性能化の為に、従来のシリコン酸化膜(又はシリコン酸窒化膜)からなるゲート絶縁膜に代わり、アルミナ(Al2O3)、ハフニア(HfO2)、及びハフニウムシリケート(HfSiOx)に代表されるような高誘電体材料からなるゲート絶縁膜の実用化が進められている。また、従来のポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極に代わり、金属膜からなるフルメタルゲート電極、又はポリシリコン膜とゲート絶縁膜との間に金属膜が挿入されたMIPS(Metal-inserted Poly-silicon Stack)構造のゲート電極の実用化が進められている。 In order to improve the performance of semiconductor integrated circuits, alumina (Al 2 O 3 ), hafnia (HfO 2 ), and hafnium silicate (HfSiO) are used instead of the conventional gate insulating film made of silicon oxide film (or silicon oxynitride film). A gate insulating film made of a high dielectric material represented by x ) has been put into practical use. Further, instead of the conventional polysilicon gate electrode made of a polysilicon film, a full metal gate electrode made of a metal film, or MIPS (Metal-inserted Poly-silicon) in which a metal film is inserted between the polysilicon film and the gate insulating film. The use of a gate electrode with a Stack structure is underway.
p型MISFET(以下、「p型MISトランジスタ」と称す)の性能を向上させる技術として、第1に例えば、p型ソースドレイン領域にSiGe層を設ける技術が提案されている。これにより、チャネル領域のゲート長方向に圧縮応力を印加し、p型MISトランジスタの性能を向上させる。 As a technique for improving the performance of a p-type MISFET (hereinafter referred to as “p-type MIS transistor”), for example, a technique for providing a SiGe layer in a p-type source / drain region has been proposed. Thereby, compressive stress is applied in the gate length direction of the channel region, and the performance of the p-type MIS transistor is improved.
第2に例えば、従来の(100)面を主面とする半導体基板(以下、「(100)面基板」と称す)の代わりに、(110)面を主面とする半導体基板(以下、「(110)面基板」と称す)を用いて、(110)面基板にp型MISトランジスタを設ける技術が提案されている(例えば非特許文献1〜3参照)。これにより、正孔移動度を高めて、p型MISトランジスタの性能を向上させる。 Second, for example, instead of a conventional semiconductor substrate having a (100) plane as a main surface (hereinafter referred to as “(100) plane substrate”), a semiconductor substrate having a (110) plane as a main surface (hereinafter referred to as “ (Referred to as non-patent documents 1 to 3), in which a p-type MIS transistor is provided on a (110) plane substrate. This increases the hole mobility and improves the performance of the p-type MIS transistor.
上記第1の例の場合、p型ソースドレイン領域に、新たにSiGe層を設けるため、工程数が増加し、コストが増大するという問題がある。 In the case of the first example, since a new SiGe layer is provided in the p-type source / drain region, there is a problem that the number of processes increases and the cost increases.
これに対し、上記第2の例の場合、(100)面基板から(110)面基板に変更するだけでよいため、工程数が増加することはなく、安価且つ容易にp型MISトランジスタの性能を向上させることができるので、有望視されている。 On the other hand, in the case of the second example, since it is only necessary to change from the (100) plane substrate to the (110) plane substrate, the number of processes does not increase, and the performance of the p-type MIS transistor can be easily and inexpensively. Can be improved, so it is considered promising.
ところで、(110)面基板にp型MISトランジスタを設ける技術において、正孔移動度を高める為に、最適なゲート絶縁膜材料の検討が成されている。 By the way, in the technique of providing a p-type MIS transistor on a (110) plane substrate, an optimum gate insulating film material has been studied in order to increase hole mobility.
半導体装置の微細化に伴い、p型MISトランジスタのさらなる性能向上が要求されている。しかしながら、ゲート絶縁膜材料として最適なゲート絶縁膜材料を用いるだけでは、p型MISトランジスタの性能向上に限界があり、上記の要求を満たすことは困難である。 With the miniaturization of semiconductor devices, further performance improvement of p-type MIS transistors is required. However, there is a limit to improving the performance of the p-type MIS transistor only by using an optimum gate insulating film material as the gate insulating film material, and it is difficult to satisfy the above requirements.
前記に鑑み、本発明の目的は、(110)面を主面とする半導体基板に形成されたp型MISトランジスタを備えた半導体装置において、p型MISトランジスタのさらなる性能向上を図ることである。 In view of the above, an object of the present invention is to further improve the performance of a p-type MIS transistor in a semiconductor device including a p-type MIS transistor formed on a semiconductor substrate having a (110) plane as a main surface.
本発明の目的を達成するために、本件発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以下に示すことを見出した。 In order to achieve the object of the present invention, the present inventors have conducted intensive studies and found out the following.
(100)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおいて、ゲート電極の金属膜の膜厚が小さい場合及び大きい場合の各々における、実効電界と正孔移動度との関係について検証した。図1(a) は、(100)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおける実効電界と正孔移動度との関係を示すグラフである。図1(a) に示す■線は、ゲート電極の金属膜の膜厚が5nmの場合について示し、○線は、ゲート電極の金属膜の膜厚が15nmの場合について示す。 In the p-type MIS transistor formed on the (100) plane substrate, the relationship between the effective electric field and the hole mobility in each of the cases where the thickness of the metal film of the gate electrode is small and large was verified. FIG. 1A is a graph showing the relationship between effective electric field and hole mobility in a p-type MIS transistor formed on a (100) plane substrate. The solid line shown in FIG. 1A indicates the case where the thickness of the metal film of the gate electrode is 5 nm, and the solid line indicates the case where the thickness of the metal film of the gate electrode is 15 nm.
一方、(110)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおいて、ゲート電極の金属膜の膜厚が小さい場合及び大きい場合の各々における、実効電界と正孔移動度との関係について検証した。図1(b) は、(110)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおける実効電界と正孔移動度との関係を示すグラフである。図1(b) に示す■線は、ゲート電極の金属膜の膜厚が5nmの場合について示し、○線は、ゲート電極の金属膜の膜厚が15nmの場合について示す。 On the other hand, in the p-type MIS transistor formed on the (110) plane substrate, the relationship between the effective electric field and the hole mobility was examined when the thickness of the metal film of the gate electrode was small and large. FIG. 1B is a graph showing the relationship between effective electric field and hole mobility in a p-type MIS transistor formed on a (110) plane substrate. The solid line shown in FIG. 1B indicates the case where the thickness of the metal film of the gate electrode is 5 nm, and the solid line indicates the case where the thickness of the metal film of the gate electrode is 15 nm.
なお、図1(a),(b) に示す点線は、(100)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおいて、ゲート絶縁膜にシリコン酸化膜を用いた場合のユニバーサル線である。 The dotted lines shown in FIGS. 1A and 1B are universal lines when a silicon oxide film is used as the gate insulating film in the p-type MIS transistor formed on the (100) plane substrate.
図1(a),(b) において、■線(又は○線)のp型MISトランジスタの構成は、次に示す通りである。p型MISトランジスタは、ゲート絶縁膜と、MIPS構造のゲート電極(即ち、ゲート絶縁膜上に形成された金属膜、及び金属膜上に形成されたシリコン膜からなるゲート電極)とを含む。ゲート絶縁膜は、ハフニウム(Hf)を含む高誘電率膜からなる。ゲート電極の金属膜は、膜厚が5nm(又は膜厚が15nm)の窒化チタン(TiN)膜からなる。ゲート電極のシリコン膜は、膜厚が100nmのポリシリコン膜からなる。 In FIGS. 1A and 1B, the configuration of the p-type MIS transistor of the ■ line (or ◯ line) is as follows. The p-type MIS transistor includes a gate insulating film and a gate electrode having a MIPS structure (that is, a gate electrode made of a metal film formed on the gate insulating film and a silicon film formed on the metal film). The gate insulating film is made of a high dielectric constant film containing hafnium (Hf). The metal film of the gate electrode is a titanium nitride (TiN) film having a thickness of 5 nm (or a thickness of 15 nm). The silicon film of the gate electrode is made of a polysilicon film having a thickness of 100 nm.
図1(a),(b) において、ユニバーサル線のp型MISトランジスタの構成は、次に示す通りである。p型MISトランジスタは、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを含む。ゲート絶縁膜は、SiO2膜からなる。ゲート電極は、膜厚が100nmのポリシリコン膜からなる。 1A and 1B, the configuration of the p-type MIS transistor of the universal line is as follows. The p-type MIS transistor includes a gate insulating film and a gate electrode. The gate insulating film is made of a SiO 2 film. The gate electrode is made of a polysilicon film having a thickness of 100 nm.
従来の(100)面基板の場合、図1(a) に示すように、実効電界が実使用領域、即ち、トランジスタ動作において実際に生じる電界の範囲において、金属膜の膜厚が小さい場合における正孔移動度(■線参照)は、金属膜の膜厚が大きい場合における正孔移動度(○線参照)に比べて高い。 In the case of a conventional (100) plane substrate, as shown in FIG. 1 (a), the effective electric field is positive when the metal film thickness is small in the actual use region, that is, in the range of the electric field actually generated in the transistor operation. The hole mobility (see the ■ line) is higher than the hole mobility (see the ○ line) when the thickness of the metal film is large.
また、(110)面基板の場合、図1(b) に示すように、実効電界が実使用領域、即ち、トランジスタ動作において実際に生じる電界の範囲において、金属膜の膜厚が小さい場合における正孔移動度(■線参照)は、金属膜の膜厚が大きい場合における正孔移動度(○線参照)に比べて高い。 In the case of a (110) plane substrate, as shown in FIG. 1B, the effective electric field is positive in the actual use region, that is, in the range of the electric field actually generated in the transistor operation, when the metal film thickness is small. The hole mobility (see the ■ line) is higher than the hole mobility (see the ○ line) when the thickness of the metal film is large.
金属膜の膜厚が小さい場合における正孔移動度が、金属膜の膜厚が大きい場合における正孔移動度に比べて高くなる度合について、(100)面基板の場合と(110)面基板の場合とで比較したところ、図1(a) 及び図1(b) から判るように、(110)面基板の場合における度合は、(100)面基板の場合における度合に比べて大きい。 Regarding the degree of hole mobility when the metal film thickness is small compared to the hole mobility when the metal film thickness is large, the (100) plane substrate and (110) plane substrate When compared with the case, as can be seen from FIGS. 1A and 1B, the degree in the case of the (110) plane substrate is larger than the degree in the case of the (100) plane substrate.
このことから、本件発明者らは、次に示す知見を見出した。特に(110)面基板に形成されたp型MISトランジスタの場合、ゲート電極の金属膜の膜厚を小さくすることにより、正孔移動度を効果的に高めて、p型MISトランジスタの性能をさらに向上させることができる。 From this, the present inventors have found the following findings. In particular, in the case of a p-type MIS transistor formed on a (110) plane substrate, the hole mobility is effectively increased by reducing the film thickness of the metal film of the gate electrode, thereby further improving the performance of the p-type MIS transistor. Can be improved.
前記の目的を達成するために、本発明は、本件発明者らが見出した知見に基づいて成されたものであり、具体的には、本発明に係る半導体装置は、(110)面を主面とする半導体基板に形成されたp型MISトランジスタを備えた半導体装置であって、p型MISトランジスタは、半導体基板における第1の活性領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート絶縁膜上に形成され第1の金属膜及び第1の金属膜上に形成された第1のシリコン膜からなる第1のゲート電極とを備え、第1の金属膜は、膜厚が1nm以上であって且つ10nm以下であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention has been made on the basis of the knowledge found by the present inventors. Specifically, the semiconductor device according to the present invention mainly has a (110) plane. A semiconductor device including a p-type MIS transistor formed on a semiconductor substrate serving as a surface, wherein the p-type MIS transistor includes a first gate insulating film formed on a first active region in the semiconductor substrate, A first metal film formed on one gate insulating film and a first gate electrode made of a first silicon film formed on the first metal film, the first metal film having a film thickness Is 1 nm or more and 10 nm or less.
本発明に係る半導体装置によると、第1のゲート電極の第1の金属膜の膜厚を1nm以上であって且つ10nm以下にする。これにより、正孔移動度を効果的に高めて、p型MISトランジスタの性能をさらに向上させることができる。 According to the semiconductor device of the present invention, the thickness of the first metal film of the first gate electrode is 1 nm or more and 10 nm or less. Thereby, the hole mobility can be effectively increased and the performance of the p-type MIS transistor can be further improved.
さらに、第1の金属膜の膜厚が10nm以下であるため、EOTの増大を抑制することができる。 Furthermore, since the thickness of the first metal film is 10 nm or less, an increase in EOT can be suppressed.
本発明に係る半導体装置において、第1の金属膜は、膜厚が1nm以上であって且つ5nm以下であることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, the first metal film preferably has a thickness of 1 nm or more and 5 nm or less.
このようにすると、正孔移動度をより効果的に高めることができる。 If it does in this way, hole mobility can be raised more effectively.
本発明に係る半導体装置において、第1のゲート絶縁膜は、金属酸化物からなる高誘電率膜を含むことが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, the first gate insulating film preferably includes a high dielectric constant film made of a metal oxide.
本発明に係る半導体装置において、第1のゲート電極の側面上に形成された断面形状がI字状の第1のオフセットスペーサと、第1のゲート電極の側面上に第1のオフセットスペーサを介して形成された断面形状がL字状の第1のサイドウォールと、第1のサイドウォールの表面上から第1の活性領域における第1のサイドウォールの側方に位置する領域の上面上に跨って形成された第1の絶縁膜とをさらに備えていることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, a first offset spacer having an I-shaped cross section formed on the side surface of the first gate electrode, and a first offset spacer on the side surface of the first gate electrode. The first sidewall having an L-shaped cross-section and the upper surface of the region located on the side of the first sidewall in the first active region from the surface of the first sidewall. It is preferable that the first insulating film is further formed.
本発明に係る半導体装置において、半導体装置は、半導体基板に形成されたn型MISトランジスタをさらに備え、n型MISトランジスタは、半導体基板における第2の活性領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、第2のゲート絶縁膜上に形成された第2の金属膜を有する第2のゲート電極とを備えていることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor device further includes an n-type MIS transistor formed on the semiconductor substrate, and the n-type MIS transistor is formed on the second active region in the semiconductor substrate. It is preferable to include a film and a second gate electrode having a second metal film formed over the second gate insulating film.
本発明に係る半導体装置において、第2のゲート電極は、第2のゲート絶縁膜上に形成された第2の金属膜と、第2の金属膜上に形成された第2のシリコン膜とからなり、第1の金属膜と第2の金属膜とは、互いに同じ膜厚を有し、且つ互いに同じ金属材料からなることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, the second gate electrode includes a second metal film formed on the second gate insulating film and a second silicon film formed on the second metal film. Thus, it is preferable that the first metal film and the second metal film have the same film thickness and are made of the same metal material.
本発明に係る半導体装置において、第2のゲート電極は、第2のゲート絶縁膜上に形成された第2の金属膜と、第2の金属膜上に形成された第3の金属膜と、第3の金属膜上に形成された第2のシリコン膜とからなり、第1の金属膜と第2の金属膜とは、互いに異なる金属材料からなり、第1の金属膜と第3の金属膜とは、互いに同じ膜厚を有し、且つ互いに同じ金属材料からなることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, the second gate electrode includes a second metal film formed on the second gate insulating film, a third metal film formed on the second metal film, A second silicon film formed on the third metal film, wherein the first metal film and the second metal film are made of different metal materials, and the first metal film and the third metal film The films preferably have the same film thickness and are made of the same metal material.
このようにすると、第2のゲート絶縁膜に接する第2の金属膜の金属材料として、第1のゲート絶縁膜に接する第1の金属膜の金属材料(即ち、p型MISトランジスタに適した仕事関数を持つ金属材料)と同じ金属材料を用いずに、n型MISトランジスタに適した仕事関数を持つ金属材料を用いることができる。そのため、n型MISトランジスタの性能を向上させることができる。 In this case, as the metal material of the second metal film in contact with the second gate insulating film, the metal material of the first metal film in contact with the first gate insulating film (that is, work suitable for the p-type MIS transistor). A metal material having a work function suitable for an n-type MIS transistor can be used without using the same metal material as that having a function. Therefore, the performance of the n-type MIS transistor can be improved.
本発明に係る半導体装置において、第2のゲート電極は、第2のゲート絶縁膜上に形成された第2の金属膜からなり、第1の金属膜と第2の金属膜とは、互いに異なる金属材料からなり、第2の金属膜の膜厚は、第1の金属膜の膜厚と第1のシリコン膜の膜厚とを合計した合計膜厚と同等、又は、該合計膜厚よりも大きいことが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, the second gate electrode is composed of a second metal film formed on the second gate insulating film, and the first metal film and the second metal film are different from each other. The second metal film is made of a metal material, and the film thickness of the second metal film is equal to or more than the total film thickness of the film thickness of the first metal film and the film thickness of the first silicon film. Larger is preferred.
このようにすると、第2のゲート絶縁膜に接する第2の金属膜の金属材料として、第1のゲート絶縁膜に接する第1の金属膜の金属材料(即ち、p型MISトランジスタに適した仕事関数を持つ金属材料)と同じ金属材料を用いずに、n型MISトランジスタに適した仕事関数を持つ金属材料を用いることができる。そのため、n型MISトランジスタの性能を向上させることができる。 In this case, as the metal material of the second metal film in contact with the second gate insulating film, the metal material of the first metal film in contact with the first gate insulating film (that is, work suitable for the p-type MIS transistor). A metal material having a work function suitable for an n-type MIS transistor can be used without using the same metal material as that having a function. Therefore, the performance of the n-type MIS transistor can be improved.
本発明に係る半導体装置において、第1の金属膜と第2の金属膜とは、互いに仕事関数が異なっていることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, it is preferable that the first metal film and the second metal film have different work functions.
本発明に係る半導体装置において、第1のゲート絶縁膜と第2のゲート絶縁膜とは、互いに同じ金属酸化物からなる高誘電率膜を含むことが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, it is preferable that the first gate insulating film and the second gate insulating film include high dielectric constant films made of the same metal oxide.
本発明に係る半導体装置において、第2のゲート電極の側面上に形成された断面形状がI字状の第2のオフセットスペーサと、第2のゲート電極の側面上に第2のオフセットスペーサを介して形成された断面形状がL字状の第2のサイドウォールと、第2のサイドウォールの表面上から第2の活性領域における第2のサイドウォールの側方に位置する領域の上面上に跨って形成された第2の絶縁膜とをさらに備えていることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, a second offset spacer having an I-shaped cross-section formed on the side surface of the second gate electrode and a second offset spacer on the side surface of the second gate electrode The second sidewall having an L-shaped cross-section and the upper surface of the region located on the side of the second sidewall in the second active region from the surface of the second sidewall. And a second insulating film formed preferably.
本発明に係る半導体装置において、第2の絶縁膜は、第2の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に引っ張り応力を生じさせる応力絶縁膜であることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, the second insulating film is preferably a stress insulating film that generates tensile stress in the gate length direction of the channel region in the second active region.
このようにすると、応力絶縁膜により、第2の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に引っ張り応力を印加することができるため、n型MISトランジスタの性能を向上させることができる。 In this case, a tensile stress can be applied in the gate length direction of the channel region in the second active region by the stress insulating film, so that the performance of the n-type MIS transistor can be improved.
前記の目的を達成するために、本発明は、本件発明者らが見出した知見に基づいて成されたものであり、具体的には、本発明に係る半導体装置の製造方法は、(110)面を主面とする半導体基板における第1の活性領域に形成されたp型MISトランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、半導体基板における第1の活性領域上に、ゲート絶縁膜形成膜を形成する工程(a)と、ゲート絶縁膜形成膜上に第1の金属膜形成膜を形成する工程(b)と、第1の金属膜形成膜上にシリコン膜形成膜を形成する工程(c)と、シリコン膜形成膜、第1の金属膜形成膜及びゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングすることにより、第1の活性領域上に、ゲート絶縁膜形成膜からなる第1のゲート絶縁膜と、第1の金属膜形成膜からなる第1の金属膜及びシリコン膜形成膜からなる第1のシリコン膜からなる第1のゲート電極とを形成する工程(d)とを備え、第1の金属膜形成膜は、膜厚が1nm以上であって且つ10nm以下であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention has been made on the basis of the knowledge found by the present inventors. Specifically, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes (110) A method for manufacturing a semiconductor device including a p-type MIS transistor formed in a first active region in a semiconductor substrate having a main surface as a surface, wherein a gate insulating film forming film is formed on the first active region in the semiconductor substrate. Forming a first metal film forming film on the gate insulating film forming film (b), and forming a silicon film forming film on the first metal film forming film ( c) and the first gate insulating film formed of the gate insulating film forming film on the first active region by sequentially patterning the silicon film forming film, the first metal film forming film, and the gate insulating film forming film. And a first metal film forming film. And a step (d) of forming a first gate electrode made of a first silicon film made of a metal film and a silicon film forming film, wherein the first metal film forming film has a thickness of 1 nm or more. And it is 10 nm or less.
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、第1のゲート電極の第1の金属膜の膜厚を1nm以上であって且つ10nm以下にする。これにより、正孔移動度を効果的に高めて、p型MISトランジスタの性能をさらに向上させることができる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the thickness of the first metal film of the first gate electrode is set to 1 nm or more and 10 nm or less. Thereby, the hole mobility can be effectively increased and the performance of the p-type MIS transistor can be further improved.
さらに、第1の金属膜の膜厚が10nm以下であるため、EOTの増大を抑制することができる。 Furthermore, since the thickness of the first metal film is 10 nm or less, an increase in EOT can be suppressed.
本発明に係る半導体装置の製造方法において、第1の金属膜形成膜は、膜厚が1nm以上であって且つ5nm以下であることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first metal film forming film preferably has a thickness of 1 nm or more and 5 nm or less.
このようにすると、正孔移動度をより効果的に高めることができる。 If it does in this way, hole mobility can be raised more effectively.
本発明に係る半導体装置の製造方法において、半導体装置は、半導体基板における第2の活性領域に形成されたn型MISトランジスタをさらに備え、工程(a)は、半導体基板における第2の活性領域上に、ゲート絶縁膜形成膜を形成する工程を含み、工程(d)は、シリコン膜形成膜、第1の金属膜形成膜及びゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングすることにより、第2の活性領域上に、ゲート絶縁膜形成膜からなる第2のゲート絶縁膜と、第1の金属膜形成膜からなる第2の金属膜及びシリコン膜形成膜からなる第2のシリコン膜からなる第2のゲート電極とを形成する工程を含むことが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor device further includes an n-type MIS transistor formed in the second active region of the semiconductor substrate, and the step (a) is performed on the second active region of the semiconductor substrate. The step (d) includes forming a second insulating region by sequentially patterning the silicon film forming film, the first metal film forming film, and the gate insulating film forming film. A second gate insulating film comprising a second gate insulating film comprising a gate insulating film forming film, a second metal film comprising a first metal film forming film, and a second silicon film comprising a silicon film forming film. It is preferable to include a step of forming an electrode.
本発明に係る半導体装置の製造方法において、半導体装置は、半導体基板における第2の活性領域に形成されたn型MISトランジスタをさらに備え、工程(a)は、半導体基板における第2の活性領域上に、ゲート絶縁膜形成膜を形成する工程を含み、工程(a)の後で工程(b)の前に、第2の活性領域上のゲート絶縁膜形成膜上に、第2の金属膜形成膜を形成する工程(e)をさらに備え、工程(b)は、第1の活性領域上のゲート絶縁膜形成膜上、及び第2の金属膜形成膜上に、第1の金属膜形成膜を形成する工程を含み、工程(d)は、シリコン膜形成膜、第1の金属膜形成膜、第2の金属膜形成膜及びゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングすることにより、第2の活性領域上に、ゲート絶縁膜形成膜からなる第2のゲート絶縁膜と、第2の金属膜形成膜からなる第2の金属膜、第1の金属膜形成膜からなる第3の金属膜、及びシリコン膜形成膜からなる第2のシリコン膜からなる第2のゲート電極とを形成する工程を含むことが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor device further includes an n-type MIS transistor formed in the second active region of the semiconductor substrate, and the step (a) is performed on the second active region of the semiconductor substrate. Forming a second metal film on the gate insulating film forming film on the second active region after the step (a) and before the step (b). A step (e) of forming a film, wherein the step (b) includes forming a first metal film formation film on the gate insulating film formation film on the first active region and the second metal film formation film; In the step (d), the silicon film forming film, the first metal film forming film, the second metal film forming film, and the gate insulating film forming film are sequentially patterned to form a second active layer. A second gate insulating film comprising a gate insulating film forming film on the region; A second metal film made of the second metal film formation film, a third metal film made of the first metal film formation film, and a second gate made of the second silicon film made of the silicon film formation film It is preferable to include a step of forming an electrode.
このようにすると、第2の金属膜の金属材料として、n型MISトランジスタに適した仕事関数を持つ金属材料を用いることができるため、n型MISトランジスタの性能を向上させることができる。 In this case, since the metal material having a work function suitable for the n-type MIS transistor can be used as the metal material of the second metal film, the performance of the n-type MIS transistor can be improved.
本発明に係る半導体装置の製造方法において、半導体装置は、半導体基板における第2の活性領域に形成されたn型MISトランジスタをさらに備え、工程(a)は、半導体基板における第2の活性領域上に、ゲート絶縁膜形成膜を形成する工程を含み、工程(d)は、シリコン膜形成膜、第1の金属膜形成膜及びゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングすることにより、第2の活性領域上に、ゲート絶縁膜形成膜からなる第2のゲート絶縁膜と、第1の金属膜形成膜からなるダミー金属膜と、シリコン膜形成膜からなるダミーシリコン膜とを形成する工程を含み、工程(d)の後に、ダミーシリコン膜及びダミー金属膜を除去する工程(e)と、工程(e)の後に、第2のゲート絶縁膜上に第2の金属膜からなる第2のゲート電極を形成する工程(f)とをさらに備えていることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the semiconductor device further includes an n-type MIS transistor formed in the second active region of the semiconductor substrate, and the step (a) is performed on the second active region of the semiconductor substrate. The step (d) includes forming a second insulating region by sequentially patterning the silicon film forming film, the first metal film forming film, and the gate insulating film forming film. Forming a second gate insulating film made of a gate insulating film forming film, a dummy metal film made of a first metal film forming film, and a dummy silicon film made of a silicon film forming film; After (d), the step (e) of removing the dummy silicon film and the dummy metal film, and after the step (e), the second gate electrode made of the second metal film is formed on the second gate insulating film. Form Preferably further comprising a step (f).
このようにすると、第2の金属膜の金属材料として、n型MISトランジスタに適した仕事関数を持つ金属材料を用いることができるため、n型MISトランジスタの性能を向上させることができる。 In this case, since the metal material having a work function suitable for the n-type MIS transistor can be used as the metal material of the second metal film, the performance of the n-type MIS transistor can be improved.
さらに、精度良く形成されたダミー金属膜及びダミーシリコン膜を、第2の金属膜と置換することができる。そのため、第2の金属膜からなる第2のゲート電極を精度良く形成することができる。 Furthermore, the dummy metal film and the dummy silicon film formed with high precision can be replaced with the second metal film. Therefore, the second gate electrode made of the second metal film can be formed with high accuracy.
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、(110)面を主面とする半導体基板に形成されたp型MISトランジスタにおいて、第1のゲート電極の第1の金属膜の膜厚を1nm以上であって且つ10nm以下にする。これにより、正孔移動度を効果的に高めて、p型MISトランジスタの性能をさらに向上させることができる。さらに、第1の金属膜の膜厚が10nm以下であるため、EOTの増大を抑制することができる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, in the p-type MIS transistor formed on the semiconductor substrate having the (110) plane as the main surface, the thickness of the first metal film of the first gate electrode is 1 nm. Above and 10 nm or less. Thereby, the hole mobility can be effectively increased and the performance of the p-type MIS transistor can be further improved. Furthermore, since the thickness of the first metal film is 10 nm or less, an increase in EOT can be suppressed.
以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図2(a) 〜(c) 、図3(a) 〜(c) 及び図4(a) 〜(c) を参照しながら説明する。図2(a) 〜図4(c) 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を工程順に示すゲート長方向の要部工程断面図である。なお、図2(a) 〜図4(c) 、後述する図6(a) 〜図7(c) 、及び後述する図8(a) 〜図10(c) において、左側に示す「pMIS領域」とはp型MISトランジスタが形成される領域を示し、右側に示す「nMIS領域」とはn型MISトランジスタが形成される領域を示している。 2 (a) to (c), FIGS. 3 (a) to (c) and FIGS. 4 (a) to (c) are described below with respect to a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The description will be given with reference. 2 (a) to 4 (c) are cross-sectional views of main steps in the gate length direction showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. 2 (a) to 4 (c), FIG. 6 (a) to FIG. 7 (c), which will be described later, and FIG. 8 (a) to FIG. 10 (c), which will be described later. "Indicates a region where a p-type MIS transistor is formed, and" nMIS region "shown on the right side indicates a region where an n-type MIS transistor is formed.
まず、図2(a) に示すように、例えば埋め込み素子分離(Shallow Trench Isolation:STI)法により、例えばp型シリコンからなり、且つ(110)面を主面とする半導体基板10の上部に、トレンチ内に絶縁膜が埋め込まれた素子分離領域11を選択的に形成する。これにより、pMIS領域には、素子分離領域11に囲まれた半導体基板10からなる第1の活性領域10aが形成される。一方、nMIS領域には、素子分離領域11に囲まれた半導体基板10からなる第2の活性領域10bが形成される。その後、リソグラフィ法及びイオン注入法により、半導体基板10におけるpMIS領域に、例えばP(リン)等のn型不純物を注入する。一方、半導体基板10におけるnMIS領域に、例えばB(ホウ素)等のp型不純物を注入する。その後、半導体基板10に対して例えば850℃,30秒間の熱処理を施す。これにより、半導体基板10におけるpMIS領域に、n型ウェル領域12aを形成する。一方、半導体基板10におけるnMIS領域に、p型ウェル領域12bを形成する。
First, as shown in FIG. 2A, by, for example, an embedded element isolation (Shallow Trench Isolation: STI) method, an upper portion of a
次に、図2(b) に示すように、例えば希釈フッ酸処理により、半導体基板10の表面を洗浄した後、例えばISSG(In-Situ Steam Generation)酸化法により、第1の活性領域10a及び第2の活性領域10b上に、例えば膜厚が0.8nm〜1nmのシリコン酸化膜からなる下地膜(図示せず)を形成する。その後、例えば有機金属気相堆積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法、又はALD(Atomic Layer Deposition)法等により、下地膜上に、例えば膜厚が2nmの高誘電率膜からなるゲート絶縁膜形成膜13を堆積する。ここで、ゲート絶縁膜形成膜13は、比誘電率が例えば10以上の金属酸化物からなる高誘電率膜を含むことが好ましい。
Next, as shown in FIG. 2B, after cleaning the surface of the
その後、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法、ALD法又はスパッタ法等により、ゲート絶縁膜形成膜13上に、例えば窒化チタン(TiN)からなる第1の金属膜形成膜14を堆積する。このとき、第1の金属膜形成膜14は、膜厚が、例えば1nm以上であって且つ10nm以下(好ましくは、例えば1nm以上であって且つ5nm以下)である。
Thereafter, a first metal
その後、例えばCVD法により、第1の金属膜形成膜14上に、例えば膜厚が100nmのポリシリコン膜からなるシリコン膜形成膜15を堆積する。
Thereafter, a silicon
次に、図2(c) に示すように、フォトリソグラフィ法により、シリコン膜形成膜15上に、ゲートパターン形状を有するレジストパターン(図示せず)を形成する。その後、レジストパターンをマスクにして、ドライエッチング法により、シリコン膜形成膜15、第1の金属膜形成膜14及びゲート絶縁膜形成膜13を順次パターニングする。これにより、第1の活性領域10a上に、第1のゲート絶縁膜13a、第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aを順次形成する。それと共に、第2の活性領域10b上に、第2のゲート絶縁膜13b、第2の金属膜14b及び第2のシリコン膜15bを順次形成する。その後、レジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 2C, a resist pattern (not shown) having a gate pattern shape is formed on the silicon
このようにして、第1の活性領域10a上に、第1のゲート絶縁膜13aと、第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aからなる第1のゲート電極14Aとを形成する。それと共に、第2の活性領域10b上に、第2のゲート絶縁膜13bと、第2の金属膜14b及び第2のシリコン膜15bからなる第2のゲート電極14Bとを形成する。
In this manner, the first
次に、図3(a) に示すように、例えばCVD法により、半導体基板10上の全面に、例えば膜厚が8nmのシリコン酸化膜からなるオフセットスペーサ用絶縁膜を堆積する。その後、オフセットスペーサ用絶縁膜に対して異方性エッチングを行う。これにより、第1のゲート絶縁膜13a及び第1のゲート電極14Aの側面上に、断面形状がI字状の第1のオフセットスペーサ16aを形成する。それと共に、第2のゲート絶縁膜13b及び第2のゲート電極14Bの側面上に、断面形状がI字状の第2のオフセットスペーサ16bを形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, an insulating film for offset spacer made of, for example, a silicon oxide film having a thickness of 8 nm is deposited on the entire surface of the
その後、リソグラフィ法及びイオン注入法により、第1の活性領域10aに、第1のゲート電極14Aをマスクにして、例えばBF2等のp型不純物を注入する。これにより、第1の活性領域10aにおける第1のゲート電極14Aの側方下に、接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン領域(LDD領域又はエクステンション領域)17aを自己整合的に形成する。一方、第2の活性領域10bに、第2のゲート電極14Bをマスクにして、例えばAs(ヒ素)等のn型不純物を注入する。これにより、第2の活性領域10bにおける第2のゲート電極14Bの側方下に、接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン領域(LDD領域又はエクステンション領域)17bを自己整合的に形成する。
Thereafter, a p-type impurity such as BF 2 is implanted into the first
次に、図3(b) に示すように、例えばCVD法により、半導体基板10上の全面に、例えば膜厚が10nmのシリコン酸化膜からなる内側サイドウォール用絶縁膜、及び膜厚が30nmのシリコン窒化膜からなる外側サイドウォール用絶縁膜を順次堆積する。その後、内側サイドウォール用絶縁膜及び外側サイドウォール用絶縁膜に対して異方性エッチングを行う。これにより、第1のゲート絶縁膜13a及び第1のゲート電極14Aの側面上に、第1のオフセットスペーサ16aを介して、断面形状がL字状の第1の内側サイドウォール18aと第1の外側サイドウォール19aとからなる第1のサイドウォール19Aを形成する。それと共に、第2のゲート絶縁膜13b及び第2のゲート電極14Bの側面上に、第2のオフセットスペーサ16bを介して、断面形状がL字状の第2の内側サイドウォール18bと第2の外側サイドウォール19bとからなる第2のサイドウォール19Bを形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, an insulating film for an inner sidewall made of, for example, a silicon oxide film having a thickness of 10 nm and a film thickness of 30 nm are formed on the entire surface of the
その後、リソグラフィ法及びイオン注入法により、第1の活性領域10aに、第1のゲート電極14A、第1のオフセットスペーサ16a及び第1のサイドウォール19Aをマスクにして、例えばB(ボロン)等のp型不純物を注入する。これにより、第1の活性領域10aにおける第1のサイドウォール19Aの外側方下に、浅いp型ソースドレイン領域17aよりも深い接合深さを有し、接合深さが比較的深いp型ソースドレイン領域20aを自己整合的に形成する。一方、第2の活性領域10bに、第2のゲート電極14B、第2のオフセットスペーサ16b及び第2のサイドウォール19Bをマスクにして、例えばAs(ヒ素)等のn型不純物を注入する。これにより、第2の活性領域10bにおける第2のサイドウォール19Bの外側方下に、浅いn型ソースドレイン領域17bよりも深い接合深さを有し、接合深さが比較的深いn型ソースドレイン領域20bを自己整合的に形成する。その後、熱処理により、深いp型,n型ソースドレイン領域20a,20bに含まれる導電型不純物を活性化させる。
Thereafter, by lithography and ion implantation, the first
次に、図3(c) に示すように、例えば、第1,第2の内側サイドウォール(シリコン酸化膜)18a,18bと選択性のあるドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて、第1,第2の外側サイドウォール(シリコン窒化膜)19a,19bを除去する。 Next, as shown in FIG. 3C, for example, the first and second inner sidewalls (silicon oxide films) 18a and 18b are selectively used with the first or second dry etching method or wet etching method. The second outer side walls (silicon nitride films) 19a and 19b are removed.
次に、図4(a) に示すように、深いp型,n型ソースドレイン領域20a,20bの表面に形成された自然酸化膜(図示せず)、並びに第1,第2のシリコン膜15a,15bの上面に形成された自然酸化膜(図示せず)を除去する。その後、例えばスパッタ法により、半導体基板10上の全面に、例えば膜厚が10nmのニッケル(Ni)からなるシリサイド用金属膜(図示せず)を堆積する。その後、例えば窒素雰囲気中、320℃の下、1回目のRTA(Rapid Thermal Annealing)処理により、深いp型,n型ソースドレイン領域20a,20bのSiとシリサイド用金属膜のNiとを反応させて、深いp型,n型ソースドレイン領域20a,20bの上部に、ニッケルシリサイドからなる第1,第2の金属シリサイド膜21a,21bを形成する。それと共に、第1,第2のシリコン膜15a,15bのSiとシリサイド用金属膜のNiとを反応させて、第1,第2のシリコン膜15a,15bの上部に、ニッケルシリサイドからなる第3,第4の金属シリサイド膜22a,22bを形成する。その後、硫酸と過酸化水素水との混合液からなるエッチング液中に半導体基板10を浸漬する。これにより、シリサイド用金属膜における素子分離領域11、第1,第2のオフセットスペーサ16a,16b及び第1,第2の内側サイドウォール18a,18b等の上に残存する部分(即ち、シリサイド用金属膜における未反応の部分)を除去する。その後、1回目のRTA処理での温度よりも高い温度(例えば550℃)の下、2回目のRTA処理により、第1,第2の金属シリサイド膜21a,21b及び第3,第4の金属シリサイド膜22a,22bのシリサイド組成比を安定化させる。
Next, as shown in FIG. 4A, natural oxide films (not shown) formed on the surfaces of the deep p-type and n-type source /
次に、図4(b) に示すように、例えばプラズマCVD法により、半導体基板10上の全面に、例えば膜厚50nmのシリコン窒化膜からなる第1,第2絶縁膜23a,23bを堆積する(なお、第1の絶縁膜23aと第2の絶縁膜23bとは、一体に形成されている)。
Next, as shown in FIG. 4B, first and second insulating
その後、例えばCVD法により、第1,第2の絶縁膜23a,23b上に、シリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜24を堆積した後、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、第1の層間絶縁膜24の表面の平坦化を行う。
Thereafter, a first
次に、図4(c) に示すように、通常のMISトランジスタを有する半導体装置の製造方法と同様に、ドライエッチング法により、第1の絶縁膜23a及び第1の層間絶縁膜24に、第1の金属シリサイド膜21aの上面を露出する第1のコンタクトホール25aを形成する。それと共に、第2の絶縁膜23b及び第1の層間絶縁膜24に、第2の金属シリサイド膜21bの上面を露出する第2のコンタクトホール25bを形成する。このとき、第1,第2の絶縁膜23a,23bが露出した時点で一度エッチングを止め、再度エッチングを行う2ステップのエッチング法を用いることにより、第1,第2の金属シリサイド膜21a,21bのオーバーエッチング量を減らすことができる。
Next, as shown in FIG. 4C, the first insulating
その後、スパッタ法又はCVD法により、第1,第2のコンタクトホール25a,25bの底部及び側壁部、並びに第1の層間絶縁膜24上に、チタンと窒化チタンとが順次堆積されてなるバリアメタル膜を形成する。その後、CVD法により、バリアメタル膜上に、第1,第2のコンタクトホール25a,25b内を埋め込むように、タングステンからなる導電膜を堆積する。その後、CMP法により、導電膜及びバリアメタル膜における第1,第2のコンタクトホール25a,25b外に形成された部分を除去する。このようにして、第1,第2のコンタクトホール25a,25b内に、バリアメタル膜を介して導電膜が埋め込まれてなる第1,第2のコンタクトプラグ26a,26bを形成する。その後、第1の層間絶縁膜24上に、第1,第2のコンタクトプラグ26a,26bと電気的に接続する金属配線(図示せず)を形成する。
Thereafter, a barrier metal formed by sequentially depositing titanium and titanium nitride on the bottom and side walls of the first and
以上のようにして、本実施形態に係る半導体装置、即ち、第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aからなる第1のゲート電極14Aを有するp型MISトランジスタPTrと、第2の金属膜14b及び第2のシリコン膜15bからなる第2のゲート電極14Bを有するn型MISトランジスタNTrとを備えた半導体装置を製造することができる。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment, that is, the p-type MIS transistor PTr having the
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成について、図4(c) を参照しながら説明する。 The configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図4(c) に示すように、(110)面を主面とする半導体基板10におけるpMIS領域に、p型MISトランジスタPTrが設けられていると共に、半導体基板10におけるnMIS領域に、n型MISトランジスタNTrが設けられている。
As shown in FIG. 4C, a p-type MIS transistor PTr is provided in the pMIS region of the
p型MISトランジスタPTrは、図4(c) に示すように、第1の活性領域10a上に形成された第1のゲート絶縁膜13aと、第1のゲート絶縁膜13a上に形成された第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aからなる第1のゲート電極14Aと、第1のゲート電極14Aの側面上に形成された断面形状がI字状の第1のオフセットスペーサ16aと、第1の活性領域10aにおける第1のゲート電極14Aの側方下に形成された浅いp型ソースドレイン領域17aと、第1のゲート電極14Aの側面上に第1のオフセットスペーサ16aを介して形成された断面形状がL字状の第1の内側サイドウォール18aと、第1の活性領域10aにおける第1の内側サイドウォール18aの外側方下に形成された深いp型ソースドレイン領域20aと、深いp型ソースドレイン領域20a上に形成された第1の金属シリサイド膜21aと、第1のゲート電極14A上に形成された第3の金属シリサイド膜22aと、第1のゲート電極14Aの上面上から第1の活性領域10aにおける第1の内側サイドウォール18aの側方に位置する領域の上面上に跨って形成された第1の絶縁膜23aとを備えている。
As shown in FIG. 4C, the p-type MIS transistor PTr includes a first
n型MISトランジスタNTrは、図4(c) に示すように、第2の活性領域10b上に形成された第2のゲート絶縁膜13bと、第2のゲート絶縁膜13b上に形成された第2の金属膜14b及び第2のシリコン膜15bからなる第2のゲート電極14Bと、第2のゲート電極14Bの側面上に形成された断面形状がI字状の第2のオフセットスペーサ16bと、第2の活性領域10bにおける第2のゲート電極14Bの側方下に形成された浅いn型ソースドレイン領域17bと、第2のゲート電極14Bの側面上に第2のオフセットスペーサ16bを介して形成された断面形状がL字状の第2の内側サイドウォール18bと、第2の活性領域10bにおける第2の内側サイドウォール18bの外側方下に形成された深いn型ソースドレイン領域20bと、深いn型ソースドレイン領域20b上に形成された第2の金属シリサイド膜21bと、第2のゲート電極14B上に形成された第4の金属シリサイド膜22bと、第2のゲート電極14Bの上面上から第2の活性領域10bにおける第2の内側サイドウォール18bの側方に位置する領域の上面上に跨って形成された第2の絶縁膜23bとを備えている。
As shown in FIG. 4C, the n-type MIS transistor NTr includes a second
一体に形成された第1,第2の絶縁膜23a,23b上には、第1の層間絶縁膜24が形成されている。第1の絶縁膜23a及び第1の層間絶縁膜24には、下端が第1の金属シリサイド膜21aと接続する第1のコンタクトプラグ26aが形成されている。第2の絶縁膜23b及び第1の層間絶縁膜24には、下端が第2の金属シリサイド膜21bと接続する第2のコンタクトプラグ26bが形成されている。
A first
第1の金属膜14aは、膜厚が1nm以上であって且つ10nm以上(好ましくは、1nm以上であって且つ5nm以下)である。
The
第1の金属膜14aと第2の金属膜14bとは、互いに同じ膜厚を有し、且つ互いに同じ金属材料(例えば、TiN)からなる。第1の金属膜14aと第2の金属膜14bとは、仕事関数が互いに同じである。
The
第1のゲート絶縁膜13aと第2のゲート絶縁膜13bとは、互いに同じ金属酸化物からなる高誘電率膜を含む。
The first
既述の通り、本件発明者らが鋭意検討を重ねたところ、次に示す知見を見出した。(110)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおいて、ゲート電極の金属膜の膜厚を小さくすることにより、正孔移動度を効果的に高めて、p型MISトランジスタの性能をさらに向上させることができる。 As described above, the inventors of the present invention made extensive studies and found the following findings. In the p-type MIS transistor formed on the (110) plane substrate, the hole mobility is effectively increased by reducing the film thickness of the metal film of the gate electrode, thereby further improving the performance of the p-type MIS transistor. be able to.
そこで、本件発明者らが、金属膜の膜厚について検証したところ、以下に示すことを見出した。 Then, when this inventors verified about the film thickness of a metal film, it discovered that it showed as follows.
(110)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおける、金属膜の膜厚と正孔移動度との関係、及び金属膜の膜厚と酸化膜換算膜厚(Equivalent Oxide Thickness:EOT)との関係について、図5を参照しながら説明する。図5は、金属膜の膜厚と正孔移動度との関係、及び金属膜の膜厚とEOTとの関係について示すグラフである。 In the p-type MIS transistor formed on the (110) plane substrate, the relationship between the thickness of the metal film and the hole mobility, and the thickness of the metal film and the equivalent oxide thickness (EOT) The relationship will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the thickness of the metal film and the hole mobility, and the relationship between the thickness of the metal film and EOT.
図5に示す△線は、(110)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおける、金属膜の膜厚と正孔移動度との関係について示す。なお、比較の為に、(100)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおける、金属膜の膜厚と正孔移動度との関係について示す(図5:▲線参照)。 The Δ line shown in FIG. 5 indicates the relationship between the thickness of the metal film and the hole mobility in the p-type MIS transistor formed on the (110) plane substrate. For comparison, the relationship between the thickness of the metal film and the hole mobility in a p-type MIS transistor formed on a (100) plane substrate is shown (see FIG. 5: line ▲).
図5に示す□線は、(110)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおける、金属膜の膜厚とEOTとの関係について示す。なお、比較の為に、(100)面基板に形成されたp型MISトランジスタにおける、金属膜の膜厚とEOTとの関係について示す(図5:■線参照)。 The squares shown in FIG. 5 indicate the relationship between the thickness of the metal film and EOT in the p-type MIS transistor formed on the (110) plane substrate. For comparison, the relationship between the thickness of the metal film and the EOT in a p-type MIS transistor formed on a (100) plane substrate is shown (see FIG. 5: ■ line).
なお、△線、▲線、□線、及び■線のp型MISトランジスタの構成は、次に示す通りである。p型MISトランジスタは、ゲート絶縁膜と、MIPS構造のゲート電極とを含む。ゲート絶縁膜は、Hfを含む高誘電率膜からなる。ゲート電極の金属膜は、膜厚が4nm、10nm、又は15nmのTiN膜からなる。ゲート電極のシリコン膜は、膜厚が100nmのポリシリコン膜からなる。 The configuration of the p-type MIS transistors of the △ line, ▲ line, □ line, and ■ line is as follows. The p-type MIS transistor includes a gate insulating film and a gate electrode having a MIPS structure. The gate insulating film is made of a high dielectric constant film containing Hf. The metal film of the gate electrode is a TiN film having a film thickness of 4 nm, 10 nm, or 15 nm. The silicon film of the gate electrode is made of a polysilicon film having a thickness of 100 nm.
−金属膜の膜厚と正孔移動度との関係−
(110)面基板の場合、図5の△線に示すように、金属膜の膜厚が小さくなるに連れて、正孔移動度が高くなる。
-Relationship between metal film thickness and hole mobility-
In the case of a (110) plane substrate, as shown by the Δ line in FIG. 5, the hole mobility increases as the metal film thickness decreases.
図5に示す△線から判るように、金属膜の膜厚を10nm以下にすれば、正孔移動度を効果的に高めることができ、好ましくは、金属膜の膜厚を5nm以下にすれば、正孔移動度をより効果的に高めることができる。 As can be seen from the Δ line shown in FIG. 5, the hole mobility can be effectively increased if the thickness of the metal film is 10 nm or less, and preferably the thickness of the metal film is 5 nm or less. The hole mobility can be increased more effectively.
−金属膜の膜厚とEOTとの関係−
(110)面基板の場合、図5の□線に示すように、金属膜の膜厚が4nm以上であって且つ10nm以下の範囲内では、EOTは、ほぼ一定である。一方、金属膜の膜厚が10nmを超えると、EOTは、金属膜の膜厚が大きくなるに連れて、増大する。
-Relationship between metal film thickness and EOT-
In the case of a (110) plane substrate, as shown by the □ line in FIG. 5, the EOT is substantially constant when the thickness of the metal film is 4 nm or more and 10 nm or less. On the other hand, when the thickness of the metal film exceeds 10 nm, EOT increases as the thickness of the metal film increases.
EOTが大きくなると、p型MISトランジスタの駆動能力が低下するという不具合が生じる。そのため、EOTの増大抑制の観点から、金属膜の膜厚は、図5の□線から判るように、10nm以下にすることが好ましい。 When EOT becomes large, there arises a problem that the driving capability of the p-type MIS transistor is lowered. Therefore, from the viewpoint of suppressing the increase in EOT, the thickness of the metal film is preferably 10 nm or less as can be seen from the □ line in FIG.
なお、金属膜の膜厚が大きくなるに連れて、EOTが増大する要因は、次に示すものと考えられる。金属膜の膜厚が大きくなるに連れて、金属膜に含まれる酸素量が多くなる。金属膜に含まれる酸素は、金属膜の形成後に施される熱処理(具体的には例えば、RTA処理等)の際に、ゲート絶縁膜に拡散する。そのため、金属膜の膜厚が大きくなるに連れて、ゲート絶縁膜に拡散する酸素量が多くなるため、EOTが増大する。 The factors that increase EOT as the thickness of the metal film increases are considered as follows. As the thickness of the metal film increases, the amount of oxygen contained in the metal film increases. Oxygen contained in the metal film diffuses into the gate insulating film during heat treatment (specifically, for example, RTA treatment) performed after the metal film is formed. Therefore, as the thickness of the metal film increases, the amount of oxygen that diffuses into the gate insulating film increases, so that EOT increases.
以上のように、金属膜の膜厚を10nm以下にすることにより、正孔移動度を効果的に高めて、p型MISトランジスタの性能をさらに向上させることができる。加えて、金属膜の膜厚を10nm以下にすることにより、EOTの増大を抑制することができる。さらに、金属膜の膜厚を5nm以下にすることにより、正孔移動度をより効果的に高めることができる。従って、金属膜の膜厚の上限は、10nm(好ましくは、5nm)であることが好ましい。 As described above, by setting the thickness of the metal film to 10 nm or less, the hole mobility can be effectively increased and the performance of the p-type MIS transistor can be further improved. In addition, an increase in EOT can be suppressed by setting the thickness of the metal film to 10 nm or less. Furthermore, the hole mobility can be more effectively increased by setting the thickness of the metal film to 5 nm or less. Therefore, the upper limit of the thickness of the metal film is preferably 10 nm (preferably 5 nm).
一方、金属膜の膜厚の下限は、1nmであることが好ましい。この理由は、次に示すものである。第1に、金属膜を均一に成膜するには、金属膜の膜厚が1nm以上であることが好ましい。金属膜の膜厚が1nm未満の場合、金属膜を均一に成膜することが困難である。第2に、ゲート電極の空乏化を抑制するには、金属膜の膜厚が1nm以上であることが好ましい。金属膜の膜厚が1nm未満の場合、ゲート電極が空乏化され易く、ゲート電極の空乏化により、ゲート絶縁膜の実効的な膜厚が増大する。従って、成膜均一性の観点、及び空乏化抑制の観点から、金属膜の膜厚の下限は、1nmであることが好ましい。 On the other hand, the lower limit of the thickness of the metal film is preferably 1 nm. The reason for this is as follows. First, in order to form a metal film uniformly, it is preferable that the film thickness of the metal film is 1 nm or more. When the thickness of the metal film is less than 1 nm, it is difficult to form the metal film uniformly. Secondly, in order to suppress depletion of the gate electrode, the thickness of the metal film is preferably 1 nm or more. When the thickness of the metal film is less than 1 nm, the gate electrode is easily depleted, and the effective thickness of the gate insulating film increases due to the depletion of the gate electrode. Therefore, the lower limit of the film thickness of the metal film is preferably 1 nm from the viewpoint of film formation uniformity and depletion suppression.
本実施形態によると、(110)面を主面とする半導体基板10に形成されたp型MISトランジスタにおいて、第1のゲート電極14Aの第1の金属膜14aの膜厚を1nm以上であって且つ10nm以下(好ましくは、1nm以上であって且つ5nm以下)にする。これにより、正孔移動度を効果的に高めて、p型MISトランジスタの性能をさらに向上させることができる。
According to the present embodiment, in the p-type MIS transistor formed on the
さらに、第1の金属膜14aの膜厚が10nm以下であるため、EOTの増大を抑制することができる。
Furthermore, since the thickness of the
なお、本実施形態では、図3(c) に示すように、第1,第2の外側サイドウォール19a,19bを除去した後、図4(b) に示すように、互いに一体に形成された第1,第2の絶縁膜23a,23bとして、例えばプラズマCVD法により、シリコン窒化膜からなる下地絶縁膜を形成する場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
In this embodiment, as shown in FIG. 3 (c), after the first and second
第1に例えば、第1,第2の外側サイドウォールの除去後、第1の絶縁膜として、下地絶縁膜を形成する一方、第2の絶縁膜として、第2の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に引っ張り応力を生じさせる応力絶縁膜を形成してもよい。ここで、応力絶縁膜の形成方法の具体例としては、例えばプラズマCVD法により、水素を多量に含むシリコン窒化膜を堆積した後、紫外線照射により、シリコン窒化膜に含まれる水素を飛ばして、応力絶縁膜を形成する方法が挙げられる。 First, for example, after removing the first and second outer sidewalls, a base insulating film is formed as the first insulating film, while the gate of the channel region in the second active region is used as the second insulating film. A stress insulating film that generates tensile stress in the long direction may be formed. Here, as a specific example of the method of forming the stress insulating film, a silicon nitride film containing a large amount of hydrogen is deposited by, for example, a plasma CVD method, and then the hydrogen contained in the silicon nitride film is blown off by ultraviolet irradiation, thereby causing stress. A method of forming an insulating film is given.
このようにすると、応力絶縁膜により、第2の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に引っ張り応力を印加することができるため、n型MISトランジスタの性能を向上させることができる。 In this case, a tensile stress can be applied in the gate length direction of the channel region in the second active region by the stress insulating film, so that the performance of the n-type MIS transistor can be improved.
加えて、第2の外側サイドウォールの除去後に応力絶縁膜が形成されるため、第2の外側サイドウォールの除去分だけ、応力絶縁膜を厚く形成することができるので、第2の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に引っ張り応力を効果的に印加することができる。 In addition, since the stress insulating film is formed after the removal of the second outer side wall, the stress insulating film can be formed as thick as the second outer side wall is removed. A tensile stress can be effectively applied in the gate length direction of the channel region.
さらに、第2の外側サイドウォールの除去後に応力絶縁膜が形成されるため、第2の外側サイドウォールの除去分だけ、応力絶縁膜を、第2の活性領域におけるチャネル領域に近付けて形成することができるので、第2の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に引っ張り応力を効果的に印加することができる。 Furthermore, since the stress insulating film is formed after the removal of the second outer side wall, the stress insulating film is formed as close to the channel region in the second active region as the second outer side wall is removed. Therefore, tensile stress can be effectively applied in the gate length direction of the channel region in the second active region.
第2に例えば、第1,第2の外側サイドウォールの除去後、第1の絶縁膜として、第1の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に圧縮応力を生じさせる第1の応力絶縁膜を形成する一方、第2の絶縁膜として、第2の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に引っ張り応力を生じさせる第2の応力絶縁膜を形成してもよい。 Second, for example, after removing the first and second outer sidewalls, a first stress insulating film that generates compressive stress in the gate length direction of the channel region in the first active region is used as the first insulating film. On the other hand, a second stress insulating film that generates a tensile stress in the gate length direction of the channel region in the second active region may be formed as the second insulating film.
このようにすると、上記第1の例と同様の効果を得ることができる。 In this way, the same effect as in the first example can be obtained.
さらに、第1の応力絶縁膜により、第1の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に圧縮応力を印加することができるため、p型MISトランジスタの性能を向上させることができる。 Furthermore, since the compressive stress can be applied in the gate length direction of the channel region in the first active region by the first stress insulating film, the performance of the p-type MIS transistor can be improved.
加えて、第1の外側サイドウォールの除去後に第1の応力絶縁膜が形成されるため、第1の外側サイドウォールの除去分だけ、第1の応力絶縁膜を厚く形成することができるので、第1の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に圧縮応力を効果的に印加することができる。 In addition, since the first stress insulating film is formed after the removal of the first outer side wall, the first stress insulating film can be formed thicker by the amount removed of the first outer side wall. A compressive stress can be effectively applied in the gate length direction of the channel region in the first active region.
さらに、第1の外側サイドウォールの除去後に第1の応力絶縁膜が形成されるため、第1の外側サイドウォールの除去分だけ、第1の応力絶縁膜を、第1の活性領域におけるチャネル領域に近付けて形成することができるので、第1の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に圧縮応力を効果的に印加することができる。 Further, since the first stress insulating film is formed after the removal of the first outer side wall, the first stress insulating film is removed from the channel region in the first active region by the amount removed of the first outer side wall. Therefore, compressive stress can be effectively applied in the gate length direction of the channel region in the first active region.
なお、本実施形態におけるゲート絶縁膜形成膜13に含まれる高誘電率膜の金属酸化物の具体例としては、例えば酸化ハフニウム(HfO2)、ハフニウムシリケート(HfSiO)及び窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)等のハフニウム系酸化物、並びにタンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)又はランタン(La)等を含む酸化物が挙げられる。
As specific examples of the metal oxide of the high dielectric constant film included in the gate insulating
また、本実施形態では、シリコン膜形成膜15として、ポリシリコン膜を用いたが、これに代えて、例えばアモルファスシリコン膜又はシリコン膜等を用いてもよい。
In the present embodiment, a polysilicon film is used as the silicon
また、本実施形態では、シリサイド用金属膜の材料として、Niを用いたが、これに代えて、例えば白金、コバルト、チタン及びタングステン等のシリサイド用金属を用いてもよい。 In this embodiment, Ni is used as the material for the silicide metal film. However, instead of this, a metal for silicide such as platinum, cobalt, titanium, and tungsten may be used.
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、第2の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、前述の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法と相違する点を中心に説明し、共通する点については適宜省略して説明する。
(Second Embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described mainly with respect to the differences from the semiconductor device according to the first embodiment and the manufacturing method thereof, and common points will be omitted as appropriate. I will explain.
以下に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図6(a) 〜(c) 及び図7(a) 〜(c) を参照しながら説明する。図6(a) 〜図7(c) は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示すゲート長方向の要部工程断面図である。なお、図6(a) 〜図7(c) において、第1の実施形態における構成要素と同一の構成要素には、第1の実施形態における図2(a) 〜図4(c) に示す符号と同一の符号を付している。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6 (a) to (c) and FIGS. 7 (a) to (c). FIG. 6A to FIG. 7C are cross-sectional views of main steps in the gate length direction showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. 6 (a) to 7 (c), the same components as those in the first embodiment are shown in FIGS. 2 (a) to 4 (c) in the first embodiment. The same reference numerals as those in FIG.
まず、第1の実施形態における図2(a) に示す工程と同様の工程を行う。これにより、図2(a) に示す構成と同様の構成を得る。 First, the same process as the process shown in FIG. 2A in the first embodiment is performed. As a result, a configuration similar to the configuration shown in FIG.
次に、図6(a) に示すように、例えば希釈フッ酸処理により、半導体基板10の表面を洗浄した後、例えばISSG酸化法により、第1の活性領域10a及び第2の活性領域10b上に、例えば膜厚が0.8nm〜1nmのシリコン酸化膜からなる下地膜(図示せず)を形成する。その後、例えばMOCVD法又はALD法等により、下地膜上に、例えば膜厚が2nmの高誘電率膜からなるゲート絶縁膜形成膜13を堆積する。
Next, as shown in FIG. 6A, after the surface of the
その後、例えばCVD法、ALD法又はスパッタ法等により、ゲート絶縁膜形成膜13上に、例えば膜厚が5nmの窒化タンタル(TaN)からなる第2の金属膜形成膜27を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法により、第2の金属膜形成膜27上に、pMIS領域を開口しnMIS領域を覆うレジストパターン28を形成する。
Thereafter, a second metal
次に、図6(b) に示すように、レジストパターン28をマスクにして、ドライエッチング法又はウェットエッチング法により、第2の金属膜形成膜27におけるpMIS領域に形成された部分を除去する。これにより、ゲート絶縁膜形成膜13におけるpMIS領域に形成された部分の上面を露出させる一方、ゲート絶縁膜形成膜13におけるnMIS領域に形成された部分の上に、第2の金属膜形成膜27を残存させる。その後、レジストパターン28を除去する。
Next, as shown in FIG. 6B, using the resist
このようにして、第2の活性領域10b上のゲート絶縁膜形成膜13(即ち、ゲート絶縁膜形成膜13における第2の活性領域10b上に形成された部分)の上に、第2の金属膜形成膜27を形成する。
In this way, the second metal is formed on the gate insulating
その後、例えばCVD法、ALD法又はスパッタ法等により、ゲート絶縁膜形成膜13におけるpMIS領域に形成された部分、及び第2の金属膜形成膜27の上に、例えばTiNからなる第1の金属膜形成膜14を堆積する。このとき、第1の金属膜形成膜14は、膜厚が、例えば1nm以上であって且つ10nm以下(好ましくは、例えば1nm以上であって且つ5nm以下)である。
Thereafter, the first metal made of, for example, TiN is formed on the portion of the gate insulating
このようにして、第1の活性領域10a上のゲート絶縁膜形成膜13(即ち、ゲート絶縁膜形成膜13における第1の活性領域10a上に形成された部分)、及び第2の金属膜形成膜27の上に、第1の金属膜形成膜14を形成する。
In this way, the gate insulating
次に、図6(c) に示すように、例えばCVD法により、第1の金属膜形成膜14上に、例えば膜厚が100nmのポリシリコン膜からなるシリコン膜形成膜15を堆積する。
Next, as shown in FIG. 6C, a silicon
次に、図7(a) に示すように、フォトリソグラフィ法により、シリコン膜形成膜15上に、ゲートパターン形状を有するレジストパターン(図示せず)を形成する。その後、レジストパターンをマスクにして、ドライエッチング法により、シリコン膜形成膜15、第1の金属膜形成膜14、第2の金属膜形成膜27及びゲート絶縁膜形成膜13を順次パターニングする。これにより、第1の活性領域10a上に、第1のゲート絶縁膜13a、第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aを順次形成する。それと共に、第2の活性領域10b上に、第2のゲート絶縁膜13b、第2の金属膜27b、第3の金属膜14bx及び第2のシリコン膜15bを順次形成する。その後、レジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 7A, a resist pattern (not shown) having a gate pattern shape is formed on the silicon
このようにして、第1の活性領域10a上に、第1のゲート絶縁膜13aと、第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aからなる第1のゲート電極14Aとを形成する。それと共に、第2の活性領域10b上に、第2のゲート絶縁膜13bと、第2の金属膜27b、第3の金属膜14bx及び第2のシリコン膜15bからなる第2のゲート電極27Bとを形成する。
In this manner, the first
次に、図7(b) に示すように、第1のゲート絶縁膜13a及び第1のゲート電極14Aの側面上に、第1のオフセットスペーサ16aを形成する。それと共に、第2のゲート絶縁膜13b及び第2のゲート電極27Bの側面上に、第2のオフセットスペーサ16bを形成する。その後、第1の活性領域10aにおける第1のゲート電極14Aの側方下に、接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン領域17aを形成する。一方、第2の活性領域10bにおける第2のゲート電極27Bの側方下に、接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン領域17bを形成する。このように、第1の実施形態における図3(a) に示す工程と同様の工程を行う。
Next, as shown in FIG. 7B, a first offset
その後、第1の実施形態における図3(b) 〜(c) 及び図4(a) 〜(c) に示す工程と同様の工程を順次行い、図7(c) に示す構成を得る。 Thereafter, the same steps as those shown in FIGS. 3B to 3C and FIGS. 4A to 4C in the first embodiment are sequentially performed to obtain the configuration shown in FIG. 7C.
以上のようにして、本実施形態に係る半導体装置、即ち、第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aからなる第1のゲート電極14Aを有するp型MISトランジスタPTrと、第2の金属膜27b、第3の金属膜14bx及び第2のシリコン膜15bからなる第2のゲート電極27Bを有するn型MISトランジスタNTrとを備えた半導体装置を製造することができる。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment, that is, the p-type MIS transistor PTr having the
以下に、本実施形態と第1の実施形態との構成上の相違点について、説明する。 Hereinafter, differences in configuration between the present embodiment and the first embodiment will be described.
第1の実施形態では、図4(c) に示すように、第2のゲート電極14Bが、例えばTiNからなる第2の金属膜14bと、例えばポリシリコン膜からなる第2のシリコン膜15bとからなる。第2のゲート絶縁膜13bと接する第2の金属膜14bは、第1のゲート絶縁膜13aと接する第1の金属膜14aと同じ膜厚を有し、且つ第1の金属膜14aと同じ金属材料からなる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4C, the
これに対し、本実施形態では、図7(c) に示すように、第2のゲート電極27Bが、例えばTaNからなる第2の金属膜27bと、例えばTiNからなる第3の金属膜14bxと、例えばポリシリコン膜からなる第2のシリコン膜15bとからなる。第2のゲート絶縁膜13bと接する第2の金属膜27bは、第1のゲート絶縁膜13aと接する第1の金属膜14aと異なる金属材料からなる(言い換えれば、第2の金属膜27bは、第1の金属膜14aと仕事関数が異なる)。第3の金属膜14bxは、第1の金属膜14aと同じ膜厚を有し、且つ第1の金属膜14aと同じ金属材料からなる。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 7C, the
このように、本実施形態と第1の実施形態とでは、第2のゲート絶縁膜13bに接する金属膜の金属材料が異なる(第1の実施形態:TiN,第2の実施形態:TaN)。TaNの仕事関数は、TiNの仕事関数に比べて、n型MISトランジスタに適した仕事関数を持つ。そのため、本実施形態では、第1の実施形態に比べて、n型MISトランジスタNTrの性能を向上させることができる。
Thus, the metal material of the metal film in contact with the second
本実施形態によると、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
さらに、第2の金属膜27bの金属材料として、n型MISトランジスタに適した仕事関数を持つ金属材料(例えばTaN)を用いることができるため、n型MISトランジスタの性能を向上させることができる。
Furthermore, since the metal material (for example, TaN) having a work function suitable for the n-type MIS transistor can be used as the metal material of the
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、第3の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、前述の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法と相違する点を中心に説明し、共通する点については適宜省略して説明する。
(Third embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the third embodiment will be described mainly with respect to differences from the semiconductor device according to the above-described first embodiment and the manufacturing method thereof, and common points will be omitted as appropriate. I will explain.
以下に、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図8(a) 〜(c) 、図9(a) 〜(c) 及び図10(a) 〜(c) を参照しながら説明する。図8(a) 〜図10(c) は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示すゲート長方向の要部工程断面図である。なお、図8(a) 〜図10(c) において、第1の実施形態における構成要素と同一の構成要素には、第1の実施形態における図2(a) 〜図4(c) に示す符号と同一の符号を付している。 8A to 8C, FIGS. 9A to 9C, and FIGS. 10A to 10C are described below with respect to a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The description will be given with reference. FIG. 8A to FIG. 10C are cross-sectional views of relevant steps in the gate length direction showing the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment of the present invention in the order of steps. 8 (a) to 10 (c), the same constituent elements as those in the first embodiment are shown in FIGS. 2 (a) to 4 (c) in the first embodiment. The same reference numerals as those in FIG.
まず、第1の実施形態における図2(a) 〜図2(b) に示す工程と同様の工程を順次行う。これにより、図2(b) に示す構成と同様の構成を得る。 First, steps similar to those shown in FIGS. 2A to 2B in the first embodiment are sequentially performed. As a result, a configuration similar to the configuration shown in FIG.
次に、図8(a) に示すように、フォトリソグラフィ法により、シリコン膜形成膜上に、ゲートパターン形状を有するレジストパターン(図示せず)を形成する。その後、レジストパターンをマスクにして、ドライエッチング法により、シリコン膜形成膜、第1の金属膜形成膜及びゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングする。これにより、第1の活性領域10a上に、第1のゲート絶縁膜13a、第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aを順次形成する。それと共に、第2の活性領域10b上に、第2のゲート絶縁膜13b、ダミー金属膜14by及びダミーシリコン膜15byを順次形成する。その後、レジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 8A, a resist pattern (not shown) having a gate pattern shape is formed on the silicon film formation film by photolithography. Thereafter, using the resist pattern as a mask, the silicon film forming film, the first metal film forming film, and the gate insulating film forming film are sequentially patterned by dry etching. Thus, the first
このようにして、第1の活性領域10a上に、第1のゲート絶縁膜13aと、第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aからなる第1のゲート電極14Aとを形成する。それと共に、第2の活性領域10b上に、第2のゲート絶縁膜13bと、ダミー金属膜14by及びダミーシリコン膜15byからなるダミーゲート電極14BYとを形成する。
In this manner, the first
次に、第1の実施形態における図3(a) 〜図4(a) に示す工程と同様の工程を順次行った後、図8(b) に示すように、例えばプラズマCVD法により、半導体基板10上の全面に、例えば膜厚50nmのシリコン窒化膜からなる第1,第2絶縁膜23a,23bを堆積する(なお、第1の絶縁膜23aと第2の絶縁膜23bとは、一体に形成されている)。
Next, the same steps as those shown in FIGS. 3A to 4A in the first embodiment are sequentially performed, and then, as shown in FIG. First and second insulating
次に、図8(c) に示すように、例えばCVD法により、第1,第2の絶縁膜23a,23b上に、シリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜24を堆積する。その後、例えばCMP法により、第1,第2の絶縁膜23a,23bにおける第3,第4の金属シリサイド膜22a,22b上に形成された部分の上面が露出するまで、第1の層間絶縁膜24の研磨除去を行う。その後、引き続き、CMP法により、第1のシリコン膜15a及びダミーシリコン膜15byの上面が露出するまで、第1の層間絶縁膜24、第1,第2の絶縁膜23a,23b、第3,第4の金属シリサイド膜22a,22b、第1,第2のオフセットスペーサ16a,16b、及び第1,第2の内側サイドウォール18a,18bの研磨除去を行う。
Next, as shown in FIG. 8C, a first
次に、図9(a) に示すように、半導体基板10上に、pMIS領域を覆いnMIS領域を開口するレジストパターン29を形成する。その後、レジストパターン29をマスクにして、ダミー金属膜14by、第2のオフセットスペーサ16b、第2の内側サイドウォール18b、第2の絶縁膜23b及び第1の層間絶縁膜24と選択性のあるドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて、ダミーゲート電極14BYにおけるダミーシリコン膜15byを除去する。
Next, as shown in FIG. 9A, a resist
次に、図9(b) に示すように、レジストパターン29をマスクにして、第2のゲート絶縁膜13b、第2のオフセットスペーサ16b、第2の内側サイドウォール18b、第2の絶縁膜23b及び第1の層間絶縁膜24と選択性のあるウェットエッチング法を用いて、ダミーゲート電極14BYにおけるダミー金属膜14byを除去する。その後、レジストパターン29を除去する。
Next, as shown in FIG. 9B, using the resist
このようにして、ダミーゲート電極14BYにおけるダミーシリコン膜15by及びダミー金属膜14byを順次除去して、底面に第2のゲート絶縁膜13bが露出する凹部30を形成する。
In this manner, the dummy silicon film 15by and the dummy metal film 14by in the dummy gate electrode 14BY are sequentially removed to form a
次に、図9(c) に示すように、例えばCVD法、ALD法又はスパッタ法等により、半導体基板10上の全面に、凹部30内を埋め込むように、例えばTaNからなる第2の金属膜形成膜31を堆積する。
Next, as shown in FIG. 9C, the second metal film made of TaN, for example, is embedded in the entire surface of the
次に、図10(a) に示すように、例えばCMP法又はエッチバック法により、第1の層間絶縁膜24の上面が露出するまで、第2の金属膜形成膜31を除去する。これにより、凹部30内に、第2の金属膜31bを形成する。
Next, as shown in FIG. 10A, the second metal
このようにして、第2のゲート絶縁膜13b上に、第2の金属膜31bからなる第2のゲート電極31Bを形成する。
In this manner, the
次に、図10(b) に示すように、第1のシリコン膜15aの上面に形成された自然酸化膜(図示せず)を除去した後、例えばスパッタ法により、半導体基板10上の全面に、例えば膜厚が10nmのNiからなるシリサイド用金属膜(図示せず)を堆積する。その後、例えば窒素雰囲気中、320℃の下、1回目のRTA処理により、第1のシリコン膜15aのSiとシリサイド用金属膜のNiとを反応させて、第1のシリコン膜15aの上部に、ニッケルシリサイドからなる金属シリサイド膜32を形成する。その後、硫酸と過酸化水素水との混合液からなるエッチング液中に半導体基板10を浸漬する。これにより、シリサイド用金属膜における第1の層間絶縁膜24、第1,第2の絶縁膜23a,23b、第1,第2の内側サイドウォール18a,18b及び第1,第2のオフセットスペーサ16a,16b等の上に残存する部分(即ち、シリサイド用金属膜における未反応の部分)を除去する。その後、1回目のRTA処理での温度よりも高い温度(例えば550℃)の下、2回目のRTA処理により、金属シリサイド膜32のシリサイド組成比を安定化させる。
Next, as shown in FIG. 10B, after removing a natural oxide film (not shown) formed on the upper surface of the
次に、図10(c) に示すように、例えばCVD法により、第1の層間絶縁膜24上に、第1,第2のゲート電極14A,31Bを覆うように、第2の層間絶縁膜33を堆積した後、例えばCMP法により、第2の層間絶縁膜33の表面の平坦化を行う。
Next, as shown in FIG. 10C, the second interlayer insulating film is formed on the first
その後、通常のMISトランジスタを有する半導体装置の製造方法と同様に、ドライエッチング法により、第1の絶縁膜23a、第1の層間絶縁膜24及び第2の層間絶縁膜33に、第1の金属シリサイド膜21aの上面を露出する第1のコンタクトホール25aを形成する。それと共に、第2の絶縁膜23b、第1の層間絶縁膜24及び第2の層間絶縁膜33に、第2の金属シリサイド膜21bの上面を露出する第2のコンタクトホール25bを形成する。その後、第1,第2のコンタクトホール25a,25b内に、バリアメタル膜を介して導電膜が埋め込まれてなる第1,第2のコンタクトプラグ26a,26bを形成する。その後、第2の層間絶縁膜33上に、第1,第2のコンタクトプラグ26a,26bと電気的に接続する金属配線(図示せず)を形成する。
After that, the
以上のようにして、本実施形態に係る半導体装置、即ち、第1の金属膜14a及び第1のシリコン膜15aからなる第1のゲート電極14Aを有するp型MISトランジスタPTrと、第2の金属膜31bからなる第2のゲート電極31Bを有するn型MISトランジスタNTrとを備えた半導体装置を製造することができる。
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment, that is, the p-type MIS transistor PTr having the
以下に、本実施形態と第1の実施形態との構成上の相違点について、説明する。 Hereinafter, differences in configuration between the present embodiment and the first embodiment will be described.
第1の実施形態では、図4(c) に示すように、第1の絶縁膜23aは、第1のゲート電極14Aの上面上から、第1の活性領域10aにおける第1の内側サイドウォール18aの側方に位置する領域の上面上に跨って形成されている。同様に、第2の絶縁膜23bは、第2のゲート電極14Bの上面上から、第2の活性領域10bにおける第2の内側サイドウォール18bの側方に位置する領域の上面上に跨って形成されている。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4C, the first insulating
これに対し、本実施形態では、図10(c) に示すように、第1の絶縁膜23aは、第1の内側サイドウォール18aの表面上から、第1の活性領域10aにおける第1の内側サイドウォール18aの側方に位置する領域の上面上に跨って形成されている。同様に、第2の絶縁膜23bは、第2の内側サイドウォール18bの表面上から、第2の活性領域10bにおける第2の内側サイドウォール18bの側方に位置する領域の上面上に跨って形成されている。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 10C, the first insulating
第1の実施形態では、図4(c) に示すように、第2のゲート電極14Bが、例えばTiNからなる第2の金属膜14bと、例えばポリシリコン膜からなる第2のシリコン膜15bとからなる。第2のゲート絶縁膜13bと接する第2の金属膜14bは、第1のゲート絶縁膜13aと接する第1の金属膜14aと同じ膜厚を有し、且つ第1の金属膜14aと同じ金属材料からなる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4C, the
これに対し、本実施形態では、図10(c) に示すように、第2のゲート電極31Bが、例えばTaNからなる第2の金属膜31bからなる。第2のゲート絶縁膜13bと接する第2の金属膜31bは、第1のゲート絶縁膜13aと接する第1の金属膜14aと異なる金属材料からなる(言い換えれば、第2の金属膜31bは、第1の金属膜14aと仕事関数が異なる)。第2の金属膜31bの膜厚T31bは、第1の金属膜14aの膜厚T14aと第1のシリコン膜15aの膜厚T15aとを合計した合計膜厚よりも大きい(T31b>T14a+T15a)。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 10C, the
このように、本実施形態と第1の実施形態とでは、第2のゲート絶縁膜13bに接する金属膜の金属材料が異なる(第1の実施形態:TiN,第3の実施形態:TaN)。また、本実施形態における第2のゲート電極31Bは、金属膜のみからなるのに対し、第1の実施形態における第2のゲート電極14Bは、金属膜とシリコン膜とからなる。
Thus, the metal material of the metal film in contact with the second
ここで、第2の金属膜31bのみからなる第2のゲート電極31Bは、次のようにして形成される。図8(a) に示すように、シリコン膜形成膜、第1の金属膜形成膜及びゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングして、第2のゲート絶縁膜13bと、ダミー金属膜14by及びダミーシリコン膜15byからなるダミーゲート電極14BYとを形成する。その後、図9(b) に示すように、ダミーゲート電極14BYにおけるダミーシリコン膜15by及びダミー金属膜14byを順次除去して、凹部30を形成する。その後、図10(a) に示すように、凹部30内に第2の金属膜31bを形成して、第2の金属膜31bのみからなる第2のゲート電極31Bを形成する。
Here, the
金属膜のみからなるゲート電極の形成方法として、上記の方法の他に、次に示す方法が挙げられる。金属膜形成膜及びゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングして、ゲート絶縁膜と、金属膜のみからなるゲート電極とを形成する。しかしながら、この方法では、次に示す不具合が生じる。一般に、金属膜形成膜は、シリコン膜形成膜に比べて、精度良くパターニングすることが困難である。そのため、この方法では、金属膜形成膜の膜厚が比較的大きいため、ゲート電極を精度良く形成することができない。 In addition to the above method, the following method can be used as a method for forming a gate electrode made of only a metal film. The metal film forming film and the gate insulating film forming film are sequentially patterned to form a gate insulating film and a gate electrode made of only the metal film. However, this method has the following problems. In general, it is difficult to pattern a metal film forming film with higher accuracy than a silicon film forming film. Therefore, in this method, since the metal film forming film is relatively thick, the gate electrode cannot be formed with high accuracy.
これに対し、本実施形態では、第1の金属膜形成膜の膜厚は比較的小さいため、ダミーゲート電極14BYを精度良く形成することができる。これにより、精度良く形成されたダミーゲート電極14BYにおけるダミーシリコン膜15by及びダミー金属膜14byを順次除去して形成された凹部(即ち、精度良く形成された凹部)30内に、第2の金属膜31bを形成することができる。そのため、第2の金属膜31bからなる第2のゲート電極31Bを精度良く形成することができる。
On the other hand, in this embodiment, since the first metal film forming film is relatively thin, the dummy gate electrode 14BY can be formed with high accuracy. As a result, the second metal film is formed in the concave portion (that is, the concave portion formed with high precision) 30 formed by sequentially removing the dummy silicon film 15by and the dummy metal film 14by in the dummy gate electrode 14BY formed with high precision. 31b can be formed. Therefore, the
本実施形態によると、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
加えて、第2の金属膜31bの金属材料として、n型MISトランジスタに適した仕事関数を持つ金属材料(例えばTaN)を用いることができるため、n型MISトランジスタの性能を向上させることができる(即ち、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる)。
In addition, since the metal material (for example, TaN) having a work function suitable for the n-type MIS transistor can be used as the metal material of the
さらに、第1の金属膜形成膜の膜厚が比較的小さいため、ダミーゲート電極14BYを精度良く形成することができる。これにより、精度良く形成されたダミーゲート電極14BYにおけるダミー金属膜14by及びダミーシリコン膜15byを、第2の金属膜31bと置換することができる。そのため、第2の金属膜31bからなる第2のゲート電極31Bを精度良く形成することができる。
Furthermore, since the thickness of the first metal film forming film is relatively small, the dummy gate electrode 14BY can be formed with high accuracy. Thereby, the dummy metal film 14by and the dummy silicon film 15by in the dummy gate electrode 14BY formed with high precision can be replaced with the
なお、本実施形態では、図10(a) に示すように、第2のゲート電極31Bを形成した後、図10(b) に示すように、第1のシリコン膜15aの上部に金属シリサイド膜32を形成し、その後、図10(c) に示すように、第2の層間絶縁膜33及び第1,第2のコンタクトプラグ26a,26bを形成する場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
In this embodiment, after forming the
例えば、第2のゲート電極の形成後、第1のシリコン膜の上部に金属シリサイド膜を形成することなく、第2の層間絶縁膜及び第1,第2のコンタクトプラグを形成してもよい。この場合、第2の金属膜の膜厚は、第1の金属膜の膜厚と第1のシリコン膜の膜厚とを合計した合計膜厚と同等である。 For example, after forming the second gate electrode, the second interlayer insulating film and the first and second contact plugs may be formed without forming the metal silicide film on the first silicon film. In this case, the thickness of the second metal film is equal to the total thickness obtained by adding the thickness of the first metal film and the thickness of the first silicon film.
本発明は、(110)面を主面とする半導体基板に形成されたp型MISトランジスタにおいて、p型MISトランジスタの性能をさらに向上させることができるため、p型MISトランジスタを備えた半導体装置及びその製造方法に有用である。 The present invention can further improve the performance of a p-type MIS transistor in a p-type MIS transistor formed on a semiconductor substrate having a (110) plane as a main surface. It is useful for the manufacturing method.
10 半導体基板
10a 第1の活性領域
10b 第2の活性領域
11 素子分離領域
12a n型ウェル領域
12b p型ウェル領域
13 ゲート絶縁膜形成膜
13a 第1のゲート絶縁膜
13b 第2のゲート絶縁膜
14 第1の金属膜形成膜
14a 第1の金属膜
14b 第2の金属膜
15 シリコン膜形成膜
15a 第1のシリコン膜
15b 第2のシリコン膜
14A 第1のゲート電極
14B 第2のゲート電極
16a 第1のオフセットスペーサ
16b 第2のオフセットスペーサ
17a 浅いp型ソースドレイン領域
17b 浅いn型ソースドレイン領域
18a 第1の内側サイドウォール
18b 第2の内側サイドウォール
19a 第1の外側サイドウォール
19b 第2の外側サイドウォール
19A 第1のサイドウォール
19B 第2のサイドウォール
20a 深いp型ソースドレイン領域
20b 深いn型ソースドレイン領域
21a 第1の金属シリサイド膜
21b 第2の金属シリサイド膜
22a 第3の金属シリサイド膜
22b 第4の金属シリサイド膜
23a 第1の絶縁膜
23b 第2の絶縁膜
24 第1の層間絶縁膜
25a 第1のコンタクトホール
25b 第2のコンタクトホール
26a 第1のコンタクトプラグ
26b 第2のコンタクトプラグ
27 第2の金属膜形成膜
27b 第2の金属膜
14bx 第3の金属膜
27B 第2のゲート電極
28 レジストパターン
14by ダミー金属膜
15by ダミーシリコン膜
14BY ダミーゲート電極
29 レジストパターン
30 凹部
31 第2の金属膜形成膜
31b 第2の金属膜
31B 第2のゲート電極
32 金属シリサイド膜
33 第2の層間絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate 10a 1st active region 10b 2nd active region 11 Element isolation region 12a N-type well region 12b P-type well region 13 Gate insulating film formation film 13a 1st gate insulating film 13b 2nd gate insulating film 14 First metal film formation film 14a First metal film 14b Second metal film 15 Silicon film formation film 15a First silicon film 15b Second silicon film 14A First gate electrode 14B Second gate electrode 16a First One offset spacer 16b Second offset spacer 17a Shallow p-type source / drain region 17b Shallow n-type source / drain region 18a First inner side wall 18b Second inner side wall 19a First outer side wall 19b Second outer side Side wall 19A First side wall 19B Second side Wall 20a Deep p-type source / drain region 20b Deep n-type source / drain region 21a First metal silicide film 21b Second metal silicide film 22a Third metal silicide film 22b Fourth metal silicide film 23a First insulating film 23b 2nd insulating film 24 1st interlayer insulating film 25a 1st contact hole 25b 2nd contact hole 26a 1st contact plug 26b 2nd contact plug 27 2nd metal film formation film 27b 2nd metal film 14bx third metal film 27B second gate electrode 28 resist pattern 14by dummy metal film 15by dummy silicon film 14BY dummy gate electrode 29 resist pattern 30 recess 31 second metal film formation film 31b second metal film 31B second Gate electrode 32 Metal silicidation 33 Second interlayer insulating film
Claims (17)
前記p型MISトランジスタは、
前記半導体基板における第1の活性領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に形成され第1の金属膜及び前記第1の金属膜上に形成された第1のシリコン膜からなる第1のゲート電極とを備え、
前記第1の金属膜は、膜厚が1nm以上であって且つ10nm以下であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising a p-type MIS transistor formed on a semiconductor substrate having a (110) plane as a main surface,
The p-type MIS transistor is
A first gate insulating film formed on a first active region in the semiconductor substrate;
A first gate electrode formed on the first gate insulating film and comprising a first metal film and a first silicon film formed on the first metal film;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal film has a thickness of 1 nm or more and 10 nm or less.
前記第1の金属膜は、膜厚が1nm以上であって且つ5nm以下であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal film has a thickness of 1 nm or more and 5 nm or less.
前記第1のゲート絶縁膜は、金属酸化物からなる高誘電率膜を含むことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate insulating film includes a high dielectric constant film made of a metal oxide.
前記第1のゲート電極の側面上に形成された断面形状がI字状の第1のオフセットスペーサと、
前記第1のゲート電極の側面上に前記第1のオフセットスペーサを介して形成された断面形状がL字状の第1のサイドウォールと、
前記第1のサイドウォールの表面上から前記第1の活性領域における前記第1のサイドウォールの側方に位置する領域の上面上に跨って形成された第1の絶縁膜とをさらに備えていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A first offset spacer having an I-shaped cross-section formed on a side surface of the first gate electrode;
A first sidewall having an L-shaped cross-section formed on the side surface of the first gate electrode via the first offset spacer;
A first insulating film formed across the upper surface of a region located on the side of the first sidewall in the first active region from the surface of the first sidewall; A semiconductor device.
前記半導体装置は、前記半導体基板に形成されたn型MISトランジスタをさらに備え、
前記n型MISトランジスタは、
前記半導体基板における第2の活性領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2の金属膜を有する第2のゲート電極とを備えていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device of any one of Claims 1-4 WHEREIN:
The semiconductor device further includes an n-type MIS transistor formed on the semiconductor substrate,
The n-type MIS transistor is
A second gate insulating film formed on a second active region in the semiconductor substrate;
And a second gate electrode having a second metal film formed on the second gate insulating film.
前記第2のゲート電極は、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された前記第2の金属膜と、前記第2の金属膜上に形成された第2のシリコン膜とからなり、
前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とは、互いに同じ膜厚を有し、且つ互いに同じ金属材料からなることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5,
The second gate electrode includes the second metal film formed on the second gate insulating film and a second silicon film formed on the second metal film,
The first metal film and the second metal film have the same film thickness and are made of the same metal material.
前記第2のゲート電極は、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された前記第2の金属膜と、前記第2の金属膜上に形成された第3の金属膜と、前記第3の金属膜上に形成された第2のシリコン膜とからなり、
前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とは、互いに異なる金属材料からなり、
前記第1の金属膜と前記第3の金属膜とは、互いに同じ膜厚を有し、且つ互いに同じ金属材料からなることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5,
The second gate electrode includes the second metal film formed on the second gate insulating film, a third metal film formed on the second metal film, and the third metal film. A second silicon film formed on the metal film,
The first metal film and the second metal film are made of different metal materials,
The semiconductor device, wherein the first metal film and the third metal film have the same film thickness and are made of the same metal material.
前記第2のゲート電極は、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された前記第2の金属膜からなり、
前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とは、互いに異なる金属材料からなり、
前記第2の金属膜の膜厚は、前記第1の金属膜の膜厚と前記第1のシリコン膜の膜厚とを合計した合計膜厚と同等、又は、該合計膜厚よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5,
The second gate electrode is composed of the second metal film formed on the second gate insulating film,
The first metal film and the second metal film are made of different metal materials,
The film thickness of the second metal film is equal to or greater than the total film thickness obtained by adding the film thickness of the first metal film and the film thickness of the first silicon film. A semiconductor device characterized by the above.
前記第1の金属膜と前記第2の金属膜とは、互いに仕事関数が異なっていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 5, 7, and 8,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal film and the second metal film have different work functions.
前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜とは、互いに同じ金属酸化物からなる高誘電率膜を含むことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 5 to 9,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate insulating film and the second gate insulating film include high dielectric constant films made of the same metal oxide.
前記第2のゲート電極の側面上に形成された断面形状がI字状の第2のオフセットスペーサと、
前記第2のゲート電極の側面上に前記第2のオフセットスペーサを介して形成された断面形状がL字状の第2のサイドウォールと、
前記第2のサイドウォールの表面上から前記第2の活性領域における前記第2のサイドウォールの側方に位置する領域の上面上に跨って形成された第2の絶縁膜とをさらに備えていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device of any one of Claims 5-10,
A second offset spacer having an I-shaped cross-section formed on a side surface of the second gate electrode;
A second sidewall having an L-shaped cross-section formed on the side surface of the second gate electrode via the second offset spacer;
And a second insulating film formed across the upper surface of the region located on the side of the second sidewall in the second active region from the surface of the second sidewall. A semiconductor device.
前記第2の絶縁膜は、前記第2の活性領域におけるチャネル領域のゲート長方向に引っ張り応力を生じさせる応力絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 11,
The semiconductor device, wherein the second insulating film is a stress insulating film that generates a tensile stress in the gate length direction of the channel region in the second active region.
前記半導体基板における前記第1の活性領域上に、ゲート絶縁膜形成膜を形成する工程(a)と、
前記ゲート絶縁膜形成膜上に第1の金属膜形成膜を形成する工程(b)と、
前記第1の金属膜形成膜上にシリコン膜形成膜を形成する工程(c)と、
前記シリコン膜形成膜、前記第1の金属膜形成膜及び前記ゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングすることにより、前記第1の活性領域上に、前記ゲート絶縁膜形成膜からなる第1のゲート絶縁膜と、前記第1の金属膜形成膜からなる第1の金属膜及び前記シリコン膜形成膜からなる第1のシリコン膜からなる第1のゲート電極とを形成する工程(d)とを備え、
前記第1の金属膜形成膜は、膜厚が1nm以上であって且つ10nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device including a p-type MIS transistor formed in a first active region in a semiconductor substrate having a (110) plane as a main surface,
Forming a gate insulating film forming film on the first active region in the semiconductor substrate;
A step (b) of forming a first metal film forming film on the gate insulating film forming film;
Forming a silicon film formation film on the first metal film formation film (c);
By sequentially patterning the silicon film formation film, the first metal film formation film, and the gate insulation film formation film, a first gate insulation made of the gate insulation film formation film is formed on the first active region. And (d) forming a film and a first metal film made of the first metal film forming film and a first gate electrode made of the first silicon film made of the silicon film forming film,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first metal film forming film has a thickness of 1 nm or more and 10 nm or less.
前記第1の金属膜形成膜は、膜厚が1nm以上であって且つ5nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 13,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first metal film forming film has a thickness of 1 nm or more and 5 nm or less.
前記半導体装置は、前記半導体基板における第2の活性領域に形成されたn型MISトランジスタをさらに備え、
前記工程(a)は、前記半導体基板における前記第2の活性領域上に、前記ゲート絶縁膜形成膜を形成する工程を含み、
前記工程(d)は、前記シリコン膜形成膜、前記第1の金属膜形成膜及び前記ゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングすることにより、前記第2の活性領域上に、前記ゲート絶縁膜形成膜からなる第2のゲート絶縁膜と、前記第1の金属膜形成膜からなる第2の金属膜及び前記シリコン膜形成膜からなる第2のシリコン膜からなる第2のゲート電極とを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 13 or 14,
The semiconductor device further includes an n-type MIS transistor formed in a second active region in the semiconductor substrate,
The step (a) includes a step of forming the gate insulating film forming film on the second active region in the semiconductor substrate,
In the step (d), the gate insulating film forming film is formed on the second active region by sequentially patterning the silicon film forming film, the first metal film forming film, and the gate insulating film forming film. Forming a second gate insulating film comprising: a second metal film comprising the first metal film forming film; and a second gate electrode comprising the second silicon film comprising the silicon film forming film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体装置は、前記半導体基板における第2の活性領域に形成されたn型MISトランジスタをさらに備え、
前記工程(a)は、前記半導体基板における前記第2の活性領域上に、前記ゲート絶縁膜形成膜を形成する工程を含み、
前記工程(a)の後で前記工程(b)の前に、前記第2の活性領域上の前記ゲート絶縁膜形成膜上に、第2の金属膜形成膜を形成する工程(e)をさらに備え、
前記工程(b)は、前記第1の活性領域上の前記ゲート絶縁膜形成膜上、及び前記第2の金属膜形成膜上に、前記第1の金属膜形成膜を形成する工程を含み、
前記工程(d)は、前記シリコン膜形成膜、前記第1の金属膜形成膜、前記第2の金属膜形成膜及び前記ゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングすることにより、前記第2の活性領域上に、前記ゲート絶縁膜形成膜からなる第2のゲート絶縁膜と、前記第2の金属膜形成膜からなる第2の金属膜、前記第1の金属膜形成膜からなる第3の金属膜、及び前記シリコン膜形成膜からなる第2のシリコン膜からなる第2のゲート電極とを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 13 or 14,
The semiconductor device further includes an n-type MIS transistor formed in a second active region in the semiconductor substrate,
The step (a) includes a step of forming the gate insulating film forming film on the second active region in the semiconductor substrate,
A step (e) of forming a second metal film forming film on the gate insulating film forming film on the second active region after the step (a) and before the step (b); Prepared,
The step (b) includes a step of forming the first metal film forming film on the gate insulating film forming film on the first active region and on the second metal film forming film,
In the step (d), the second active region is formed by sequentially patterning the silicon film forming film, the first metal film forming film, the second metal film forming film, and the gate insulating film forming film. A second gate insulating film made of the gate insulating film forming film, a second metal film made of the second metal film forming film, and a third metal film made of the first metal film forming film. And a step of forming a second gate electrode made of the second silicon film made of the silicon film forming film.
前記半導体装置は、前記半導体基板における第2の活性領域に形成されたn型MISトランジスタをさらに備え、
前記工程(a)は、前記半導体基板における前記第2の活性領域上に、前記ゲート絶縁膜形成膜を形成する工程を含み、
前記工程(d)は、前記シリコン膜形成膜、前記第1の金属膜形成膜及び前記ゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングすることにより、前記第2の活性領域上に、前記ゲート絶縁膜形成膜からなる第2のゲート絶縁膜と、前記第1の金属膜形成膜からなるダミー金属膜と、前記シリコン膜形成膜からなるダミーシリコン膜とを形成する工程を含み、
前記工程(d)の後に、前記ダミーシリコン膜及び前記ダミー金属膜を除去する工程(e)と、
前記工程(e)の後に、前記第2のゲート絶縁膜上に第2の金属膜からなる第2のゲート電極を形成する工程(f)とをさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 13 or 14,
The semiconductor device further includes an n-type MIS transistor formed in a second active region in the semiconductor substrate,
The step (a) includes a step of forming the gate insulating film forming film on the second active region in the semiconductor substrate,
In the step (d), the gate insulating film forming film is formed on the second active region by sequentially patterning the silicon film forming film, the first metal film forming film, and the gate insulating film forming film. Forming a second gate insulating film made of, a dummy metal film made of the first metal film forming film, and a dummy silicon film made of the silicon film forming film,
A step (e) of removing the dummy silicon film and the dummy metal film after the step (d);
A step (f) of forming a second gate electrode made of a second metal film on the second gate insulating film after the step (e) is further provided. Production method.
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