JP2010272596A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Hirobumi Shinohara
博文 篠原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technique for suitably setting respective threshold voltages of an n-channel field-effect transistor and a p-channel field-effect transistor, in a semiconductor device having a CMIS device of ≤32 nm in half-pitch size. <P>SOLUTION: In a pMIS formation region, a pMIS 100p is formed which has a gate insulating film 5 consisting of a high dielectric film 5h (for example, an HfO<SB>2</SB>film) in which principally Al is diffused, and a metal gate electrode 6 comprising a laminate film of a lower-layer metal gate electrode 6D and an upper-layer metal gate electrode 6U. In an nMIS formation region, an nMIS 100n is formed which has a gate insulating film 11 consisting of a high dielectric film 5h (for example, an HfO<SB>2</SB>film) in which principally La (lanthanum) is diffused, and a metal gate electrode 12 comprising the upper-layer metal gate electrode 6U. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、金属からなるゲート電極および高誘電体膜からなるゲート絶縁膜を有する電界効果トランジスタの製造に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to the manufacture of a field effect transistor having a gate electrode made of metal and a gate insulating film made of a high dielectric film.

例えば特開2007−110091号公報(特許文献1)には、第1の厚さを有する第1ゲート電極を含むPMOSトランジスタと、第1の厚さよりも薄い第2の厚さを有する第2ゲート電極を含むNMOSトランジスタとを有し、第1ゲート電極および第2ゲート電極の厚さによってPMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタの仕事関数を設定する技術が開示されている。   For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-110091 (Patent Document 1) discloses a PMOS transistor including a first gate electrode having a first thickness and a second gate having a second thickness smaller than the first thickness. And a NMOS transistor including an electrode, and the work function of the PMOS transistor and the NMOS transistor is set by the thicknesses of the first gate electrode and the second gate electrode.

また、特開2007−243009号公報(特許文献2)には、酸化ハフニウム膜よりなるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された酸化アルミニウム膜よりなる金属酸化物膜と、金属酸化物膜上に形成された窒化タンタル膜よりなるゲート電極とを含み、金属酸化物膜はゲート電極の仕事関数値をシフトする機能を有するpチャネル型MISFETが開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2007-243209 (Patent Document 2) discloses a gate insulating film made of a hafnium oxide film, a metal oxide film made of an aluminum oxide film formed on the gate insulating film, and a metal oxide film. A p-channel MISFET is disclosed which includes a gate electrode made of a tantalum nitride film formed thereon, and the metal oxide film has a function of shifting the work function value of the gate electrode.

また、特開2007−19400号公報(特許文献3)には、PMOSトランジスタのゲート電極を第1金属層/多結晶シリコン層の積層構造とし、NMOSトランジスタのゲート電極を第2金属層/多結晶シリコン層の積層構造とし、第2金属層の厚さを第1金属層の厚さよりも薄く形成して、それぞれの閾値を制御する技術が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2007-19400 (Patent Document 3) discloses a PMOS transistor gate electrode having a first metal layer / polycrystalline silicon layer stacked structure and an NMOS transistor gate electrode having a second metal layer / polycrystalline structure. A technique is disclosed in which a laminated structure of silicon layers is formed, the thickness of the second metal layer is formed to be thinner than the thickness of the first metal layer, and the respective threshold values are controlled.

また、S. Kubicek et al.、International Electron Devices Meeting 2008 Technical Digest、2007年、p.49−52(非特許文献1)には、ゲート電極をTaCを主材料とするメタルにより構成し、nMOSのゲート絶縁膜にLaを含むHfを主材料とするhigh−k絶縁膜を用い、pMOSのゲート絶縁膜にAlを含むHfを主材料とするhigh−k絶縁膜を用いたCMOSデバイスが記載されている。   Also, S. Kubicek et al., International Electron Devices Meeting 2008 Technical Digest, 2007, p. 49-52 (Non-patent Document 1) uses a high-k insulating film whose main electrode is made of a metal whose main material is TaC, and whose main material is Hf containing La for the gate insulating film of the nMOS. A CMOS device using a high-k insulating film mainly containing Hf containing Al as a gate insulating film is described.

また、H. Rusty Harris et al., 2007 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers、2007年、p.154−155(非特許文献2)には、NMOSのゲート絶縁膜(high−k絶縁膜)およびメタルゲート電極と、PMOSのゲート絶縁膜(high−k絶縁膜)およびメタルゲート電極とをそれぞれ異なる工程で形成し、さらにPMOSのチャネルをエピタキシャル成長法により形成したSiGeに設けたCMOSデバイスが記載されている。   In addition, H. Rusty Harris et al., 2007 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, 2007, p. In 154 to 155 (Non-patent Document 2), the NMOS gate insulating film (high-k insulating film) and the metal gate electrode are different from the PMOS gate insulating film (high-k insulating film) and the metal gate electrode, respectively. There is described a CMOS device provided in SiGe formed by a process and further having a PMOS channel formed by epitaxial growth.

特開2007−110091号公報JP 2007-110091 A 特開2007−243009号公報JP 2007-243209 A 特開2007−19400号公報JP 2007-19400 A

S. Kubicek et al.、International Electron Devices Meeting 2008 Technical Digest、2007年、p.49−52S. Kubicek et al., International Electron Devices Meeting 2008 Technical Digest, 2007, p. 49-52 H. Rusty Harris et al., 2007 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers、2007年、p.154−155H. Rusty Harris et al., 2007 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, 2007, p. 154-155

SoC(System on a Chip)において使用されるhp(ハーフピッチサイズ)が32nm以下のプレーナ型電界効果トランジスタでは、縮小比例法則に従って、平面寸法のみならず高さ方向の寸法も縮小する必要がある。しかしながら、ゲート絶縁膜を介してゲート電極とシリコン基板との間のリーク電流またはゲート電極とソース・ドレインとの間のリーク電流を抑制する必要があるため、ゲート絶縁膜の物理膜厚を薄くしすぎることはできない。また、多結晶シリコンからなるゲート電極を用いる場合は、典型的に観測されるゲート空乏化は酸化膜換算で0.3nm程度となるため、hp32nmのプレーナ型電界効果トランジスタで要求される等価酸化膜厚(誘電率を考慮してSiO膜と等価な電気的膜厚に換算した膜厚)が1nm程度では、ゲート空乏化の影響が相対的に大きくなり、ゲート容量の向上に限界が生じる。 In a planar type field effect transistor having an hp (half pitch size) of 32 nm or less used in SoC (System on a Chip), it is necessary to reduce not only the planar dimension but also the dimension in the height direction according to the reduction proportional law. However, since it is necessary to suppress the leakage current between the gate electrode and the silicon substrate or the leakage current between the gate electrode and the source / drain through the gate insulating film, the physical thickness of the gate insulating film is reduced. It can't be too much. When a gate electrode made of polycrystalline silicon is used, the gate depletion typically observed is about 0.3 nm in terms of an oxide film, so that an equivalent oxide film required for an hp32 nm planar field effect transistor is used. When the thickness (the film thickness converted to an electrical film thickness equivalent to the SiO 2 film in consideration of the dielectric constant) is about 1 nm, the influence of the gate depletion becomes relatively large, and the improvement of the gate capacitance is limited.

そこで、これらの問題を解決する手段として、例えばゲート絶縁膜に、一般的にHigh−k絶縁膜と呼ばれ誘電率がSiOよりも大きい絶縁材料を用い、ゲート電極に、多結晶Siに変えてメタルを用いる方法が検討されている。前者の方法により、1nmの等価酸化膜厚を確保しつつ、物理膜厚が薄くなりすぎることを防ぐことができる。また、後者の方法により、ゲート空乏化を抑制することができる。 Therefore, as means for solving these problems, for example, an insulating material generally called a High-k insulating film having a dielectric constant larger than that of SiO 2 is used for the gate insulating film, and polycrystalline Si is used for the gate electrode. Therefore, methods using metal have been studied. The former method can prevent the physical film thickness from becoming too thin while ensuring an equivalent oxide film thickness of 1 nm. Further, gate depletion can be suppressed by the latter method.

ところで、ゲート電極をメタルにより構成した場合、ゲート電極に用いるメタルの仕事関数が電界効果トランジスタの閾値電圧を決める大きな要因の一つとなる。使用するメタル材質の候補にはTiN、TiSiN、TaSiN、TaC、W、またはMo等の様々なメタル材質があり、それぞれのメタル材質は基本的には固有の仕事関数を有する。しかしながら、それぞれのメタル材質の仕事関数は成膜条件や成膜前後のプロセス条件にも大きく依存する(例えば前述の特許文献1参照)。言い換えれば、メタル材質の選定のみならず成膜条件や成膜前後のプロセス条件の設定は、閾値電圧を調整するための第1の手段となる。   When the gate electrode is made of metal, the work function of the metal used for the gate electrode is one of the major factors that determine the threshold voltage of the field effect transistor. There are various metal materials such as TiN, TiSiN, TaSiN, TaC, W, and Mo as candidates for the metal material to be used, and each metal material basically has a specific work function. However, the work function of each metal material greatly depends on film formation conditions and process conditions before and after film formation (see, for example, Patent Document 1 described above). In other words, not only the selection of the metal material but also the setting of the film formation conditions and the process conditions before and after the film formation are the first means for adjusting the threshold voltage.

しかしながら、ゲート電極を同一のメタルにより構成し、そしてその膜厚を変えるだけでは、nチャネル型電界効果トランジスタの閾値電圧およびpチャネル型電界効果トランジスタの閾値電圧をバランス良く設定することが難しい。例えばLSTP(Low Standby Power)用としてnチャネル型電界効果トランジスタで+0.4V、pチャネル型電界効果トランジスタで−0.4Vの閾値電圧を得ること、LOP(Low Operation Power)用としてnチャネル型電界効果トランジスタで+0.3V、pチャネル型電界効果トランジスタで−0.3Vの閾値電圧を得ること、HP(High Performance)用としてnチャネル型電界効果トランジスタで+0.2V、pチャネル型電界効果トランジスタで−0.2Vの閾値電圧を得ることは難しい。   However, it is difficult to set the threshold voltage of the n-channel field effect transistor and the threshold voltage of the p-channel field effect transistor in a well-balanced manner by simply forming the gate electrode from the same metal and changing the film thickness. For example, a threshold voltage of +0.4 V is obtained for an n-channel field effect transistor for LSTP (Low Standby Power) and −0.4 V for a p-channel field effect transistor, and an n-channel electric field is used for LOP (Low Operation Power). A threshold voltage of +0.3 V is obtained with an effect transistor and −0.3 V is obtained with a p-channel field effect transistor, and +0.2 V with an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor for HP (High Performance). It is difficult to obtain a threshold voltage of −0.2V.

そこで、近年、High−k絶縁膜の上側または下側に金属酸化物を成膜させて閾値電圧の低減を図ることが検討されている。例えばpチャネル型電界効果トランジスタにおいてHigh−k絶縁膜とメタルゲート電極との間に金属酸化物、例えばAl膜を挿入する技術が開示されている(例えば前述の特許文献2参照)。金属酸化物を挿入する技術は電界効果トランジスタの閾値電圧を調整するための第2の手段として検討されている。 Therefore, in recent years, it has been studied to reduce the threshold voltage by forming a metal oxide on the upper or lower side of the high-k insulating film. For example, a technique is disclosed in which a metal oxide, for example, an Al 2 O 3 film is inserted between a high-k insulating film and a metal gate electrode in a p-channel field effect transistor (see, for example, Patent Document 2 described above). A technique of inserting a metal oxide has been studied as a second means for adjusting the threshold voltage of a field effect transistor.

さらに、一方の電界効果トランジスタの閾値電圧の低減だけでなく、閾値電圧の低減と設定とを目的に、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタのそれぞれに、材質の異なる金属酸化物を挿入する検討も行われている(例えば前述の非特許文献1、2参照)。   Further, for the purpose of reducing and setting the threshold voltage as well as reducing the threshold voltage of one of the field effect transistors, metal oxides of different materials are used for each of the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor. (See, for example, the aforementioned non-patent documents 1 and 2).

ところで、High−k絶縁膜および金属酸化物を採用した場合、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタを製造するプロセスにおいては、工程が複雑で加工が難しく、そして工程数が多いという問題がある。例えば先にpチャネル型電界効果トランジスタを製造する場合、High−k絶縁膜の成膜、pチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物の成膜、nチャネル型電界効果トランジスタ領域のみのpチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物の除去、nチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物の成膜、そしてpチャネル型電界効果トランジスタ領域のみのnチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物の除去という第1のプロセスフローが考えられる。しかし、この第1のプロセスフローでは、nチャネル型電界効果トランジスタ領域とpチャネル型電界効果トランジスタ領域とを分けるために、2回のリソグラフィ・エッチング工程が必要となる。hp32nm以下のプレーナ型電界効果トランジスタのように微細化が進むと、特にSRAM(Static Random Access Memory)のようなnチャネル型電界効果トランジスタのゲート電極とpチャネル型電界効果トランジスタのゲート電極とが接近して、正確な重ね合わせが必要とされる領域では、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタのそれぞれのトランジスタ特性のばらつき増加が懸念される。SRAMでは、面積が小さい程、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタのそれぞれのトランジスタ特性のばらつきが増加して正常なSRAM動作が妨げられるリスクが増加する。そのため、正確な重ね合わせは微細化が進むほど重要性が増す。   By the way, when a high-k insulating film and a metal oxide are employed, in the process of manufacturing an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor, the process is complicated and difficult to process, and the number of processes is large. There's a problem. For example, when a p-channel field effect transistor is manufactured first, a high-k insulating film is formed, a metal oxide for a p-channel field effect transistor is formed, and a p-channel type only in an n-channel field effect transistor region is formed. Removal of metal oxide for field effect transistor, formation of metal oxide for n channel field effect transistor, and removal of metal oxide for n channel field effect transistor only in p channel field effect transistor region A first process flow is possible. However, in this first process flow, in order to separate the n-channel field effect transistor region and the p-channel field effect transistor region, two lithography / etching steps are required. When miniaturization progresses like a planar field effect transistor of hp 32 nm or less, the gate electrode of an n-channel type field effect transistor such as SRAM (Static Random Access Memory) and the gate electrode of a p-channel type field effect transistor approach each other. In a region where accurate overlay is required, there is a concern that variations in transistor characteristics of the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor may increase. In an SRAM, the smaller the area, the greater the risk that normal transistor operation will be hindered due to increased variations in transistor characteristics of the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor. Therefore, the importance of accurate overlay increases as the miniaturization progresses.

そこで、例えば前述した第1のプロセスフローにおいて、nチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物を成膜した後、pチャネル型電界効果トランジスタ領域のみのnチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物の除去を行わない第2のプロセスフローが提案されている。この第2のプロセスフローを採用することにより、nチャネル型電界効果トランジスタ領域とpチャネル型電界効果トランジスタ領域とを分けるためのリソグラフィ・エッチンング工程を1回に留められて、重ね合わせの問題を低減することができる。   Therefore, for example, in the first process flow described above, after the metal oxide for the n-channel field effect transistor is formed, the metal oxide for the n-channel field effect transistor only in the p-channel field effect transistor region is formed. A second process flow without removal is proposed. By adopting this second process flow, the lithography and etching process for separating the n-channel field effect transistor region and the p-channel field effect transistor region can be stopped at one time, thereby reducing the overlay problem. can do.

また、この第2のプロセスフローを採用することにより、以下の利点を得ることができる。(1)仕事関数または移動度を考慮して、nチャネル型電界効果トランジスタのメタルゲート電極の厚さとpチャネル型電界効果トランジスタのメタルゲート電極の厚さとをそれぞれ決めることができるので、閾値電圧の最適な設定が可能となる。(2)nチャネル型電界効果トランジスタのHigh−k絶縁膜とpチャネル型電界効果トランジスタのHigh−k絶縁膜とを互いに異なる金属酸化物で構成することができるので、それぞれについて閾値電圧の低減と最適な設定とが可能となる。(3)nチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物とpチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物との作り分けを1回のリソグラフィ・エッチング工程で行うことにより重ね合わせずれが抑制できて、その結果としてトランジスタ特性のばらつきを低減することが可能となる。   Further, by adopting this second process flow, the following advantages can be obtained. (1) Considering the work function or mobility, the thickness of the metal gate electrode of the n-channel field effect transistor and the thickness of the metal gate electrode of the p-channel field effect transistor can be determined respectively. Optimal setting is possible. (2) Since the high-k insulating film of the n-channel field effect transistor and the high-k insulating film of the p-channel field effect transistor can be formed of different metal oxides, the threshold voltage can be reduced for each of them. Optimal setting is possible. (3) Overlay deviation can be suppressed by performing separate formation of the metal oxide for the n-channel field effect transistor and the metal oxide for the p-channel field effect transistor in one lithography / etching step, As a result, variations in transistor characteristics can be reduced.

しかし、この第2のプロセスフローでは、pチャネル型電界効果トランジスタ領域において、pチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物にnチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物が接することになる。その結果、互いの効果を相殺してしまい、pチャネル型電界効果トランジスタの閾値電圧の低下の効果が小さくなることが考えられる。この問題は、pチャネル型電界効果トランジスタのHigh−k絶縁膜にはpチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物が接するように、また、nチャネル型電界効果トランジスタのHigh−k絶縁膜にはnチャネル型電界効果トランジスタ用の金属酸化物が接するようにすれば解決する。しかし、前述したように、このようにそれぞれを作り分けるためには2回のリソグラフィ・エッチング工程が必要となり、重ね合わせの問題が生じる。   However, in the second process flow, the metal oxide for the n-channel field effect transistor is in contact with the metal oxide for the p-channel field effect transistor in the p-channel field effect transistor region. As a result, it is conceivable that the mutual effects are offset and the effect of lowering the threshold voltage of the p-channel field effect transistor is reduced. This problem is that the high-k insulating film of the p-channel field effect transistor is in contact with the metal oxide for the p-channel field effect transistor, and the high-k insulating film of the n-channel field effect transistor is in contact with the high-k insulating film. This can be solved by bringing the metal oxide for the n-channel field effect transistor into contact. However, as described above, two lithography / etching steps are required to make each of them in this way, which causes a problem of overlay.

本発明の目的は、hp32nm以下のCMISデバイスを有する半導体装置において、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタのそれぞれの閾値電圧を適切に設定することのできる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of appropriately setting respective threshold voltages of an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor in a semiconductor device having a CMIS device having an hp of 32 nm or less. .

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in this application, an embodiment of a representative one will be briefly described as follows.

この実施の形態は、半導体基板の第1領域にpチャネル型電界効果トランジスタを形成し、半導体基板の第2領域にnチャネル型電界効果トランジスタを形成する半導体装置の製造方法である。半導体基板の主面上に、SiOよりも誘電率の高いHfO膜、Al膜、および第1厚さを有する第1TiN膜を形成する。続いて、第2領域の第1TiN膜およびAl膜を除去した後、半導体基板の主面上にLa膜および第1厚さよりも薄い第2厚さを有する第2TiN膜を形成する。続いて、半導体基板に熱処理を施して、第1領域のHfO膜にAlを拡散させ、第2領域のHfO膜にLaを拡散させた後、半導体基板の主面上に多結晶Si膜を形成する。続いて、第1領域の多結晶Si膜、第2TiN膜、第1TiN膜、Al膜、およびAlが拡散したHfO膜からなる積層膜を加工して、pチャネル型電界効果トランジスタの多結晶Si膜、第2TiN膜、および第1TiN膜からなるゲート電極ならびにAl膜、およびAlが拡散したHfO膜からなるゲート絶縁膜を形成し、第2領域の多結晶Si膜、第2TiN膜、La膜、およびLaが拡散したHfO膜からなる積層膜を加工して、nチャネル型電界効果トランジスタの多結晶Si膜および第2TiN膜からなるゲート電極ならびにLa膜、およびLaが拡散したHfO膜からなるゲート絶縁膜を形成する。 In this embodiment, a p-channel field effect transistor is formed in a first region of a semiconductor substrate, and an n-channel field effect transistor is formed in a second region of the semiconductor substrate. An HfO 2 film, an Al 2 O 3 film having a dielectric constant higher than that of SiO 2 , and a first TiN film having a first thickness are formed on the main surface of the semiconductor substrate. Subsequently, after removing the first TiN film and the Al 2 O 3 film in the second region, a La 2 O 3 film and a second TiN film having a second thickness smaller than the first thickness are formed on the main surface of the semiconductor substrate. Form. Subsequently, heat treatment is performed on the semiconductor substrate, Al is diffused in the HfO 2 film in the first region, La is diffused in the HfO 2 film in the second region, and then the polycrystalline Si film is formed on the main surface of the semiconductor substrate. Form. Subsequently, a multilayer film composed of the polycrystalline Si film, the second TiN film, the first TiN film, the Al 2 O 3 film, and the HfO 2 film in which Al is diffused in the first region is processed to obtain a p-channel field effect transistor. Forming a gate electrode made of a polycrystalline Si film, a second TiN film, and a first TiN film, and a gate insulating film made of an Al 2 O 3 film and an HfO 2 film in which Al is diffused; A laminated film composed of the second TiN film, La 2 O 3 film, and La diffused HfO 2 film is processed to form a gate electrode composed of the polycrystalline Si film and the second TiN film of the n-channel field effect transistor, and La 2 O A gate insulating film composed of three films and an HfO 2 film in which La is diffused is formed.

また、この実施の形態は、半導体基板の第1領域にpチャネル型電界効果トランジスタを形成し、半導体基板の第2領域にnチャネル型電界効果トランジスタを形成する半導体装置の製造方法である。半導体基板の主面上に、SiOよりも誘電率の高いHfO膜、Al膜、および第1厚さを有する第1TiN膜を形成する。続いて、第2領域の第1TiN膜およびAl膜を除去した後、半導体基板の主面上にLa膜および第1厚さよりも薄い第2厚さを有する第2TiN膜を形成する。続いて、La膜上に第1多結晶Si膜を形成した後、第1領域の第1TiN膜の上面が露出するまで、第1多結晶Si膜を研削する。続いて、半導体基板の主面上に第2多結晶Si膜を形成した後、半導体基板に熱処理を施して、第1領域のHfO膜にAlを拡散させ、第2領域のHfO膜にLaを拡散させる。続いて、第1領域の第2多結晶Si膜、第1TiN膜、Al膜、およびAlが拡散したHfO膜からなる積層膜を加工して、pチャネル型電界効果トランジスタの第2多結晶Si膜および第1TiN膜からなるゲート電極ならびにAl膜、およびAlが拡散したHfO膜からなるゲート絶縁膜を形成し、第2領域の第2多結晶Si膜、第1多結晶Si膜、第2TiN膜、La膜、およびLaが拡散したHfO膜からなる積層膜を加工して、nチャネル型電界効果トランジスタの第2多結晶Si膜、第1多結晶Si膜、および第2TiN膜からなるゲート電極ならびにLa膜、およびLaが拡散したHfO膜からなるゲート絶縁膜を形成する。 Further, this embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device in which a p-channel field effect transistor is formed in a first region of a semiconductor substrate and an n-channel field effect transistor is formed in a second region of the semiconductor substrate. An HfO 2 film, an Al 2 O 3 film having a dielectric constant higher than that of SiO 2 , and a first TiN film having a first thickness are formed on the main surface of the semiconductor substrate. Subsequently, after removing the first TiN film and the Al 2 O 3 film in the second region, a La 2 O 3 film and a second TiN film having a second thickness smaller than the first thickness are formed on the main surface of the semiconductor substrate. Form. Subsequently, after forming the first polycrystalline Si film on the La 2 O 3 film, the first polycrystalline Si film is ground until the upper surface of the first TiN film in the first region is exposed. Subsequently, after forming a second polycrystalline Si film on the main surface of the semiconductor substrate, heat treatment is performed to the semiconductor substrate, the HfO 2 film in the first region by diffusing the Al, the HfO 2 film of the second region La diffuses. Subsequently, a laminated film composed of the second polycrystalline Si film, the first TiN film, the Al 2 O 3 film, and the HfO 2 film in which Al is diffused in the first region is processed to obtain the second p-channel field effect transistor. A gate electrode composed of a polycrystalline Si film and a first TiN film, an Al 2 O 3 film, and a gate insulating film composed of an HfO 2 film in which Al is diffused are formed, and the second polycrystalline Si film in the second region, A laminated film composed of the crystalline Si film, the second TiN film, the La 2 O 3 film, and the HfO 2 film in which La is diffused is processed to obtain the second polycrystalline Si film and the first polycrystalline Si film of the n-channel field effect transistor. A gate electrode made of a film, a second TiN film, a La 2 O 3 film, and a gate insulating film made of an HfO 2 film in which La is diffused are formed.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by one embodiment of a representative one will be briefly described as follows.

hp32nm以下のCMISデバイスを有する半導体装置において、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタのそれぞれの閾値電圧を適切に設定することができる。   In a semiconductor device having a CMIS device with an hp of 32 nm or less, the threshold voltages of the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor can be set appropriately.

本発明の実施の形態1によるCMISデバイスを示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the CMIS device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるCMISデバイスの製造工程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process of the CMIS device by Embodiment 1 of this invention. 図2に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part of the same place in FIG. 2 during a manufacturing step for the CMIS device continued from FIG. 2. 図3に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the same portion as that in FIG. 2 during a manufacturing step of the CMIS device subsequent to FIG. 3. 図4に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the same portion as that in FIG. 2 during a manufacturing step of the CMIS device continued from FIG. 4. 図5に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the same portion as that in FIG. 2 during a manufacturing step of the CMIS device continued from FIG. 5. 図6に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 2 during a manufacturing step of the CMIS device continued from FIG. 6. 図7に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the principal part of the same portion as FIG. 2 in the manufacturing step for the CMIS device continued from FIG. 7. 図8に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 9 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 2 of the CMIS device during a manufacturing step following that of FIG. 8; 図9に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 2 of the CMIS device during a manufacturing step following that of FIG. 9; 図10に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the same location as FIG. 2 in the manufacturing process of the CMIS device following FIG. 図11に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the same portion as that in FIG. 2 of the CMIS device during a manufacturing step following that of FIG. 11; 図12に続くCMISデバイスの製造工程中の図2と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the same place as that in FIG. 2 during a manufacturing step of the CMIS device continued from FIG. 12. 本発明の実施の形態2によるCMISデバイスを示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the CMIS device by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるCMISデバイスの製造工程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process of the CMIS device by Embodiment 2 of this invention. 図15に続くCMISデバイスの製造工程中の図15と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of the principal part of the same portion as FIG. 15 in the manufacturing step for the CMIS device continued from FIG. 15; 図16に続くCMISデバイスの製造工程中の図15と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 17 is an essential part cross-sectional view of the same portion as that of FIG. 15 of the CMIS device during a manufacturing step following that of FIG. 16; 図17に続くCMISデバイスの製造工程中の図15と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view of the principal part of the same portion as FIG. 15 in the manufacturing step for the CMIS device continued from FIG. 図18に続くCMISデバイスの製造工程中の図15と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of the principal part of the same portion as FIG. 15 in the manufacturing step for the CMIS device continued from FIG. 図19に続くCMISデバイスの製造工程中の図15と同じ箇所の要部断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view of the principal part of the same portion as FIG. 15 in the manufacturing step for the CMIS device continued from FIG. 19;

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、以下の実施の形態においては、電界効果トランジスタを代表するMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をMISと略し、pチャネル型MISFETをpMISと略し、nチャネル型MISFETをnMISと略す。また、以下の実施の形態において、ウエハと言うときは、Si(Silicon)単結晶ウエハを主とするが、それのみではなく、SOI(Silicon On Insulator)ウエハ、集積回路をその上に形成するための絶縁膜基板等を指すものとする。その形も円形またはほぼ円形のみでなく、正方形、長方形等も含むものとする。   In the following embodiments, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) representing a field effect transistor is abbreviated as MIS, a p-channel type MISFET is abbreviated as pMIS, and an n-channel type MISFET is abbreviated as nMIS. In the following embodiments, the term “wafer” is mainly a Si (Silicon) single crystal wafer. However, not only that, but also an SOI (Silicon On Insulator) wafer and an integrated circuit are formed thereon. Insulating film substrate or the like. The shape includes not only a circle or a substantially circle but also a square, a rectangle and the like.

また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態1によるCMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor)デバイスを図1を用いて説明する。
(Embodiment 1)
A CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor) device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

半導体基板1の主面には、素子分離2が形成されている。素子分離2は、半導体基板1に形成される素子間の干渉を防止する機能を有し、例えば半導体基板1に溝を形成し、この溝に絶縁膜を埋め込むSTI(Shallow Trench Isolation)法によって形成される。この素子分離2によって分離された活性領域が、pMIS形成領域(第1領域)またはnMIS形成領域(第2領域)となっている。   An element isolation 2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. The element isolation 2 has a function of preventing interference between elements formed on the semiconductor substrate 1, and is formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method in which a groove is formed in the semiconductor substrate 1 and an insulating film is embedded in the groove. Is done. The active region isolated by the element isolation 2 is a pMIS formation region (first region) or an nMIS formation region (second region).

pMIS形成領域の半導体基板1の主面には半導体領域であるn型ウェル3が形成されており、nMIS形成領域の半導体基板1の主面には半導体領域であるp型ウェル4が形成されている。n型ウェル3にはP(リン)またはAs(砒素)などのn型不純物が導入されており、p型ウェル4にはB(ホウ素)などのp型不純物が導入されている。   An n-type well 3 that is a semiconductor region is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region, and a p-type well 4 that is a semiconductor region is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region. Yes. An n-type impurity such as P (phosphorus) or As (arsenic) is introduced into the n-type well 3, and a p-type impurity such as B (boron) is introduced into the p-type well 4.

次に、pMIS形成領域に形成されているpMIS100pの構成について説明する。図1に示すように、pMIS形成領域の半導体基板1の主面に形成されたn型ウェル3上には、ゲート絶縁膜5が形成されている。   Next, the configuration of the pMIS 100p formed in the pMIS formation region will be described. As shown in FIG. 1, a gate insulating film 5 is formed on the n-type well 3 formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region.

このゲート絶縁膜5は主として、例えばSiO(酸化シリコン)よりも誘電率の高い高誘電体膜5hから形成されている。高誘電体膜5hとしては、例えばHfO(酸化ハフニウム)膜、HfON(ハフニウムオキシナイトライド)膜、HfSiO(ハフニウムシリケート)膜、またはHfSiON(ハフニウムシリコンオキシナイトライド)膜のようなハフニウム系絶縁膜を使用する。高誘電体膜5hの上面には金属酸化膜(第1金属酸化膜)5m1、例えばAl(酸化アルミニウム)膜が形成されており、金属酸化膜5m1に含まれる金属(第1金属)、例えばAl(アルミニウム)が高誘電体膜5hに拡散している。半導体基板1と高誘電体膜5hとの間には、酸化膜5s、例えばSiO膜が形成されている。 The gate insulating film 5 is mainly formed of a high dielectric film 5h having a dielectric constant higher than that of, for example, SiO 2 (silicon oxide). Examples of the high dielectric film 5h include a hafnium-based insulating film such as an HfO 2 (hafnium oxide) film, an HfON (hafnium oxynitride) film, an HfSiO (hafnium silicate) film, or an HfSiON (hafnium silicon oxynitride) film. Is used. A metal oxide film (first metal oxide film) 5m1, for example, an Al 2 O 3 (aluminum oxide) film, is formed on the upper surface of the high dielectric film 5h, and a metal (first metal) contained in the metal oxide film 5m1. For example, Al (aluminum) is diffused in the high dielectric film 5h. An oxide film 5s, for example, a SiO 2 film is formed between the semiconductor substrate 1 and the high dielectric film 5h.

ゲート絶縁膜5上には、メタルゲート電極6が形成されている。メタルゲート電極6は、第1メタルゲート電極材料からなる下層メタルゲート電極6Dと第2メタルゲート電極材料からなる上層メタルゲート電極6Uとを積層した構造を有している。下層メタルゲート電極6Dおよび上層メタルゲート電極6Uは、例えばTiN(窒化チタン)膜により構成されるが、これに限定されるものではない。例えばTaN膜、TaSiN膜、TiAlN膜、HfN膜、NiSi1−x膜、PtSi膜、NiTa1−xSi膜、NiPt1−xSi膜、HfSi膜、WSi膜、IrSi1−x膜、TaGe膜、TaCx膜、Mo膜、またはW膜のいずれかの膜により、メタルゲート電極6を構成してもよい。さらに、メタルゲート電極6上には、シリコンゲート電極7が形成されている。シリコンゲート電極7は、例えば1×1020cm−3程度の不純物が導入された多結晶Si膜(シリコンゲート電極材料)により構成される。従って、pMIS100pのゲート電極Gp1は、メタルゲート電極6とシリコンゲート電極7とを積層した構造を有している。 A metal gate electrode 6 is formed on the gate insulating film 5. The metal gate electrode 6 has a structure in which a lower metal gate electrode 6D made of a first metal gate electrode material and an upper metal gate electrode 6U made of a second metal gate electrode material are laminated. The lower metal gate electrode 6D and the upper metal gate electrode 6U are made of, for example, a TiN (titanium nitride) film, but are not limited thereto. For example, TaN film, TaSiN film, TiAlN film, HfN film, Ni x Si 1-x film, PtSi film, Ni x Ta 1-x Si film, Ni x Pt 1-x Si film, HfSi film, WSi film, Ir x The metal gate electrode 6 may be composed of any one of a Si 1-x film, a TaGe film, a TaCx film, a Mo film, and a W film. Furthermore, a silicon gate electrode 7 is formed on the metal gate electrode 6. The silicon gate electrode 7 is composed of a polycrystalline Si film (silicon gate electrode material) into which an impurity of about 1 × 10 20 cm −3 is introduced, for example. Therefore, the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p has a structure in which the metal gate electrode 6 and the silicon gate electrode 7 are stacked.

ゲート電極Gp1の両側の側壁には、例えば絶縁膜よりなるサイドウォール8が形成されている。このサイドウォール8直下の半導体基板1(n型ウェル3)には、半導体領域であるp型拡張領域9が形成されており、p型拡張領域9の外側にはp型拡散領域10が形成されている。p型拡張領域9およびp型拡散領域10にはBなどのp型不純物が導入されており、p型拡散領域10にはp型拡張領域9に比べて高濃度にp型不純物が導入されている。p型拡張領域9およびp型拡散領域10によって、ExtensionまたはLDD(Lightly Doped Drain)構造を有するpMIS100pのソース・ドレイン領域SDが形成される。   On the side walls on both sides of the gate electrode Gp1, side walls 8 made of, for example, an insulating film are formed. A p-type extension region 9 which is a semiconductor region is formed in the semiconductor substrate 1 (n-type well 3) immediately below the sidewall 8, and a p-type diffusion region 10 is formed outside the p-type extension region 9. ing. A p-type impurity such as B is introduced into the p-type extension region 9 and the p-type diffusion region 10, and the p-type impurity is introduced into the p-type diffusion region 10 at a higher concentration than the p-type extension region 9. Yes. The p-type extension region 9 and the p-type diffusion region 10 form a source / drain region SD of the pMIS 100p having an extension or LDD (Lightly Doped Drain) structure.

続いて、nMIS形成領域に形成されているnMIS100nの構成について説明する。図1に示すように、nMIS形成領域の半導体基板1の主面に形成されたp型ウェル4上には、ゲート絶縁膜11が形成されている。   Next, the configuration of the nMIS 100n formed in the nMIS formation region will be described. As shown in FIG. 1, a gate insulating film 11 is formed on the p-type well 4 formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region.

このゲート絶縁膜11は主として、例えばSiOよりも誘電率の高い高誘電体膜5hから形成されている。高誘電体膜5hとしては、例えばHfO膜、HfON膜、HfSiO膜、またはHfSiON膜のようなハフニウム系絶縁膜を使用する。高誘電体膜5hの上面には金属酸化膜(第2金属酸化膜)5m2、例えばLa(酸化ランタン)膜、Y(酸化イットリウム)膜、MgO(酸化マグネシウム)膜、またはSc(酸化スカンジウム)膜が形成されており、金属酸化膜5m2に含まれる金属(第2金属)、例えばLa(ランタン)、Y(イットリウム)、Mg(マグネシウム)、またはSc(スカンジウム)が高誘電体膜5hに拡散している。半導体基板1と高誘電体膜5hとの間には、酸化膜5s、例えばSiO膜が形成されている。 The gate insulating film 11 is formed mainly from, for example, having a dielectric constant higher than that of SiO 2 high dielectric film 5h. As the high dielectric film 5h, for example, a hafnium-based insulating film such as an HfO 2 film, an HfON film, an HfSiO film, or an HfSiON film is used. On the upper surface of the high dielectric film 5h, a metal oxide film (second metal oxide film) 5m2, for example, a La 2 O 3 (lanthanum oxide) film, a Y 2 O 3 (yttrium oxide) film, an MgO (magnesium oxide) film, or A Sc 2 O 3 (scandium oxide) film is formed, and a metal (second metal) contained in the metal oxide film 5m2, such as La (lanthanum), Y (yttrium), Mg (magnesium), or Sc (scandium) Is diffused in the high dielectric film 5h. An oxide film 5s, for example, a SiO 2 film is formed between the semiconductor substrate 1 and the high dielectric film 5h.

ゲート絶縁膜11上には、メタルゲート電極12が形成されている。このメタルゲート電極12は、前述したpMIS100pのゲート電極Gp1の一部を構成するメタルゲート電極6の上層に位置する上層メタルゲート電極6Uと同じ電極材料(第2メタルゲート電極材料)により構成されている。さらに、メタルゲート電極12上には、シリコンゲート電極13が形成されている。このシリコンゲート電極13は、前述したpMIS100pのゲート電極Gp1の他の一部を構成するシリコンゲート電極7と同じシリコンゲート電極材料により構成されている。従って、nMIS100nのゲート電極Gn1は、メタルゲート電極12とシリコンゲート電極13とを積層した構造を有しているが、nMIS100nのゲート電極Gn1の厚さは、pMIS100pのゲート電極Gp1の厚さよりも、pMIS100pのゲート電極Gp1の一部を構成するメタルゲート電極6の下層に位置する下層メタルゲート電極6Dの厚さ分薄くなる。   A metal gate electrode 12 is formed on the gate insulating film 11. The metal gate electrode 12 is made of the same electrode material (second metal gate electrode material) as the upper metal gate electrode 6U located above the metal gate electrode 6 constituting a part of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p described above. Yes. Furthermore, a silicon gate electrode 13 is formed on the metal gate electrode 12. The silicon gate electrode 13 is made of the same silicon gate electrode material as that of the silicon gate electrode 7 constituting the other part of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p described above. Therefore, although the gate electrode Gn1 of the nMIS 100n has a structure in which the metal gate electrode 12 and the silicon gate electrode 13 are stacked, the thickness of the gate electrode Gn1 of the nMIS 100n is larger than the thickness of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p. The lower metal gate electrode 6D positioned below the metal gate electrode 6 constituting a part of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p is thinned by the thickness.

ゲート電極Gn1の両側の側壁には、例えば絶縁膜よりなるサイドウォール8が形成されている。このサイドウォール8直下の半導体基板1(p型ウェル4)には、半導体領域であるn型拡張領域14が形成されており、n型拡張領域14の外側にはn型拡散領域15が形成されている。n型拡張領域14およびn型拡散領域15にはPまたはAsなどのn型不純物が導入されており、n型拡散領域15にはn型拡張領域14に比べて高濃度にn型不純物が導入されている。n型拡張領域14およびn型拡散領域15によって、LDD構造を有するnMIS100nのソース・ドレイン領域SDが形成される。   On the side walls on both sides of the gate electrode Gn1, side walls 8 made of, for example, an insulating film are formed. An n-type extension region 14 which is a semiconductor region is formed in the semiconductor substrate 1 (p-type well 4) immediately below the sidewall 8, and an n-type diffusion region 15 is formed outside the n-type extension region 14. ing. An n-type impurity such as P or As is introduced into the n-type extension region 14 and the n-type diffusion region 15, and the n-type impurity is introduced into the n-type diffusion region 15 at a higher concentration than the n-type extension region 14. Has been. The n-type extension region 14 and the n-type diffusion region 15 form the source / drain region SD of the nMIS 100n having the LDD structure.

このように、pMIS100pのゲート絶縁膜5をAlが拡散した高誘電体膜(例えばHfO膜)5hで構成し、nMIS100nのゲート絶縁膜11をLa、Y、Mg、またはScが拡散した高誘電体膜(例えばHfO膜)5hで構成すること、ならびにpMIS100pのゲート電極Gp1の一部を構成するメタルゲート電極6の厚さ(第1厚さ)とnMIS100nのゲート電極Gn1の一部を構成するメタルゲート電極12の厚さ(第2厚さ)とを変えて(pMIS100pのゲート電極Gp1の一部を構成するメタルゲート電極6の厚さをnMIS100nのゲート電極Gn1の一部を構成するメタルゲート電極12の厚さよりも薄く形成する)、pMIS100pおよびnMIS100nのそれぞれの仕事関数を制御することによって、pMIS100pおよびnMIS100nのそれぞれの閾値電圧を適切な値に設定することができる。 As described above, the gate insulating film 5 of the pMIS 100p is composed of a high dielectric film (for example, HfO 2 film) 5h in which Al is diffused, and the gate insulating film 11 of the nMIS 100n is a high dielectric in which La, Y, Mg, or Sc is diffused. The body film (for example, HfO 2 film) 5h, the thickness (first thickness) of the metal gate electrode 6 constituting a part of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p, and the part of the gate electrode Gn1 of the nMIS 100n The thickness (second thickness) of the metal gate electrode 12 is changed (the thickness of the metal gate electrode 6 constituting a part of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p is changed to the metal constituting the part of the gate electrode Gn1 of the nMIS 100n) And the work function of each of the pMIS 100p and the nMIS 100n is controlled. And it makes it possible to set the threshold voltage of each of pMIS100p and nMIS100n to appropriate values.

次に、本実施の形態1によるCMISデバイスの製造方法について図2〜図13を用いて工程順に説明する。図2〜図13はCMISデバイスの要部断面図である。   Next, the manufacturing method of the CMIS device according to the first embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 2 to 13 are cross-sectional views of the main part of the CMIS device.

まず、図2に示すように、例えば単結晶Siに、例えばBなどのp型不純物を導入した半導体基板(この段階では半導体ウエハと称する平面略円形状の半導体の薄板)1を用意する。次に、半導体基板1の主面に素子分離2を形成する。素子分離2は、例えばSiOからなり、STI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon)法などによって形成される。図2では、半導体基板1に形成された溝にSiO膜を埋め込むSTI法によって形成された素子分離2を示している。この素子分離2によって活性領域が分離され、pMIS形成領域およびnMIS形成領域が形成される。 First, as shown in FIG. 2, for example, a semiconductor substrate (in this stage, a substantially circular semiconductor thin plate called a semiconductor wafer) 1 in which a p-type impurity such as B is introduced into single crystal Si is prepared. Next, element isolation 2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. The element isolation 2 is made of, for example, SiO 2 and is formed by an STI (Shallow Trench Isolation) method or a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method. FIG. 2 shows an element isolation 2 formed by the STI method of embedding a SiO 2 film in a groove formed in the semiconductor substrate 1. The active region is isolated by the element isolation 2 to form a pMIS formation region and an nMIS formation region.

次に、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、pMIS形成領域にn型ウェル3を形成する。n型ウェル3は半導体領域であり、PまたはAsなどのn型不純物が導入されている。同様に、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、nMIS形成領域にp型ウェル4を形成する。p型ウェル4は半導体領域であり、Bなどのp型不純物が導入されている。   Next, the n-type well 3 is formed in the pMIS formation region using photolithography and ion implantation. The n-type well 3 is a semiconductor region, and an n-type impurity such as P or As is introduced. Similarly, the p-type well 4 is formed in the nMIS formation region using photolithography and ion implantation. The p-type well 4 is a semiconductor region, and a p-type impurity such as B is introduced.

次に、半導体基板1の主面上に、例えば熱酸化法を用いてSiO膜16を形成する。SiO膜16の厚さは、例えば1nm以下であり、代表的な厚さは、例えば約0.7nmである。続いて、SiO膜16上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法またはALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて高誘電体膜、例えばHfO膜17を形成する。HfO膜17の厚さは、例えば5nm以下であり、代表的な厚さは、例えば約2.0〜2.5nmである。HfO膜17に代えて、例えばHfON膜、HfSiO膜、またはHfSiON膜などの他のハフニウム系絶縁膜を使用することもできる。 Next, the SiO 2 film 16 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 by using, for example, a thermal oxidation method. The thickness of the SiO 2 film 16 is, for example, 1 nm or less, and a typical thickness is, for example, about 0.7 nm. Subsequently, a high dielectric film, for example, an HfO 2 film 17 is formed on the SiO 2 film 16 by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or an ALD (Atomic Layer Deposition) method. The thickness of the HfO 2 film 17 is, for example, 5 nm or less, and a typical thickness is, for example, about 2.0 to 2.5 nm. Instead of the HfO 2 film 17, for example, another hafnium-based insulating film such as an HfON film, an HfSiO film, or an HfSiON film can be used.

次に、半導体基板1に対して熱処理を行う。熱処理は、例えばN雰囲気中において850℃で約5秒間実施される。この熱処理によりHfO膜17の結晶性を向上させることができる。 Next, heat treatment is performed on the semiconductor substrate 1. The heat treatment is performed, for example, at 850 ° C. for about 5 seconds in an N 2 atmosphere. This heat treatment can improve the crystallinity of the HfO 2 film 17.

次に、図3に示すように、HfO膜17上に、例えばALD法を用いてAl膜18を形成する。Al膜18の厚さは、例えば約0.5nmである。 Next, as shown in FIG. 3, an Al 2 O 3 film 18 is formed on the HfO 2 film 17 by using, for example, an ALD method. The thickness of the Al 2 O 3 film 18 is about 0.5 nm, for example.

次に、図4に示すように、Al膜18上に、例えばスパッタリング法を用いて第1メタルゲート電極材料、例えばTiN膜19を形成する。TiN膜19の厚さは、例えば約10nmである。続いて、TiN膜19上に、例えばCVD法を用いてSiN(窒化シリコン)膜20を形成する。SiN膜20の厚さは、例えば約30nmである。 Next, as shown in FIG. 4, a first metal gate electrode material, for example, a TiN film 19 is formed on the Al 2 O 3 film 18 by using, for example, a sputtering method. The thickness of the TiN film 19 is about 10 nm, for example. Subsequently, a SiN (silicon nitride) film 20 is formed on the TiN film 19 by using, for example, a CVD method. The thickness of the SiN film 20 is, for example, about 30 nm.

次に、図5に示すように、フォトリソグラフィ法を用いてpMIS形成領域を覆うレジストパターン21を形成し、このレジストパターン21をマスクとして、レジストパターン21から露出しているnMIS形成領域のSiN膜20を、例えばドライエッチング法を用いて除去する。   Next, as shown in FIG. 5, a resist pattern 21 covering the pMIS formation region is formed by photolithography, and the SiN film in the nMIS formation region exposed from the resist pattern 21 is formed using the resist pattern 21 as a mask. 20 is removed using, for example, a dry etching method.

次に、図6に示すように、レジストパターン21を除去した後、SiN膜20から露出しているnMIS形成領域のTiN膜19を、例えばウエットエッチング法を用いて除去する。このウエットエッチング法では、例えば過酸化水素(H)を含む溶液を用いる。 Next, as shown in FIG. 6, after removing the resist pattern 21, the TiN film 19 in the nMIS formation region exposed from the SiN film 20 is removed by using, for example, a wet etching method. In this wet etching method, for example, a solution containing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is used.

次に、図7に示すように、SiN膜20を、例えばウエットエッチング法を用いて除去する。このウエットエッチング法では、例えばフッ酸(HF)を含む溶液を用いる。   Next, as shown in FIG. 7, the SiN film 20 is removed by using, for example, a wet etching method. In this wet etching method, for example, a solution containing hydrofluoric acid (HF) is used.

次に、図8に示すように、露出しているnMIS形成領域のAl膜18を、例えばウエットエッチング法を用いて除去することにより、その下のHfO膜17を露出させる。ここでは、Al膜18の除去にウエットエッチング法を使用していることから、HfO膜17はエッチングによるダメージを受けにくく、格子欠陥または酸素空乏などは形成されにくい。 Next, as shown in FIG. 8, the exposed Al 2 O 3 film 18 in the nMIS formation region is removed by using, for example, a wet etching method to expose the underlying HfO 2 film 17. Here, since the wet etching method is used to remove the Al 2 O 3 film 18, the HfO 2 film 17 is not easily damaged by etching, and lattice defects or oxygen depletion is hardly formed.

次に、図9に示すように、例えばALD法を用いて、pMIS形成領域ではTiN膜19上に、nMIS形成領域ではHfO膜17上にLa膜22を形成する。La膜22の厚さは、例えば約0.1〜0.3nmである。続いて、例えばスパッタリング法を用いて、La膜22上に第2メタルゲート電極材料、例えばTiN膜23を形成する。TiN膜23の厚さは、例えば約5nmである。La膜22に代えて、Y膜、MgO膜、またはSc膜を用いることもできる。 Next, as shown in FIG. 9, a La 2 O 3 film 22 is formed on the TiN film 19 in the pMIS formation region and on the HfO 2 film 17 in the nMIS formation region, for example, using an ALD method. The thickness of the La 2 O 3 film 22 is, for example, about 0.1 to 0.3 nm. Subsequently, a second metal gate electrode material, for example, a TiN film 23 is formed on the La 2 O 3 film 22 by using, for example, a sputtering method. The thickness of the TiN film 23 is, for example, about 5 nm. Instead of the La 2 O 3 film 22, a Y 2 O 3 film, a MgO film, or a Sc 2 O 3 film can also be used.

次に、図10に示すように、半導体基板1に対して熱処理を行う。熱処理は、例えば1000℃の温度で実施される。この熱処理によって、pMIS形成領域ではAl膜18中のAlがHfO膜17に拡散し、nMIS形成領域ではLa膜22中のLaがHfO膜17に拡散する。 Next, as shown in FIG. 10, a heat treatment is performed on the semiconductor substrate 1. The heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C., for example. This heat treatment diffuses Al in the Al 2 O 3 film 18 is pMIS formation region on the HfO 2 film 17, in the nMIS formation region La in La 2 O 3 film 22 is diffused into the HfO 2 film 17.

ここで、pMIS形成領域ではLa膜22がTiN膜19とTiN膜23との間に挟まれており、このLa膜22中のLaもTiN膜19およびTiN膜23へ拡散する。しかし、下側のTiN膜19へ拡散したLaのほとんどはTiN膜19に留まり、pMIS形成領域のHfO膜17にまで拡散するLaは非常に少ない。従って、pMIS形成領域において、AlのHfO膜17への拡散の効果がLaの拡散によって相殺される危険性は低い。 Here, in the pMIS formation region, the La 2 O 3 film 22 is sandwiched between the TiN film 19 and the TiN film 23, and La in the La 2 O 3 film 22 is also diffused into the TiN film 19 and the TiN film 23. To do. However, most of the La diffused into the lower TiN film 19 remains in the TiN film 19 and very little La diffuses into the HfO 2 film 17 in the pMIS formation region. Therefore, in the pMIS formation region, there is a low risk that the effect of diffusion of Al into the HfO 2 film 17 is offset by the diffusion of La.

また、La膜22の厚さを約0.1〜0.3nmと薄くしたことにより、熱処理によって、そのほとんどのLaおよびO(酸素)はTiN膜19またはTiN膜23に拡散して、TiN膜19とTiN膜23との界面におけるLaおよびOの濃度は低下する。従って、後の工程においてTiN膜19およびTiN膜23を加工する際に、TiN膜19とTiN膜23との界面において、LaおよびOが残存することによるエッチングの不具合(例えばエッチング速度の変化など)は生じにくい。 Further, by reducing the thickness of the La 2 O 3 film 22 to about 0.1 to 0.3 nm, most of La and O (oxygen) is diffused into the TiN film 19 or the TiN film 23 by the heat treatment. The La and O concentrations at the interface between the TiN film 19 and the TiN film 23 decrease. Therefore, when the TiN film 19 and the TiN film 23 are processed in a later process, an etching defect (for example, a change in etching rate) due to La and O remaining at the interface between the TiN film 19 and the TiN film 23. Is unlikely to occur.

エッチング加工性を向上させたい場合は、前述の図9および図10を用いて説明した工程を以下の如く変更する。すなわち、La膜22を成膜した後に熱処理を行い、続いて硝酸過水溶液または塩酸過水溶液等でpMIS形成領域のTiN膜19の上部に残っているLaを除去する。熱処理によってpMIS形成領域ではHfO膜17中にAlが拡散していること、および結晶化しているHfO膜17は硝酸過水溶液または塩酸過水溶液等による処理を行ってもほとんどエッチングされないこと、の2つの理由により硝酸過水溶液または塩酸過水溶液等による処理を行ってもpMIS形成領域のHfO膜17中にAlは存在する。その後、TiN膜23を成膜する。 When it is desired to improve the etching processability, the steps described with reference to FIGS. 9 and 10 are changed as follows. That is, after the La 2 O 3 film 22 is formed, heat treatment is performed, and subsequently, La remaining on the TiN film 19 in the pMIS formation region is removed with a nitric acid / aqueous hydrochloric acid solution or the like. Al is diffused in the HfO 2 film 17 in the pMIS formation region by the heat treatment, and the crystallized HfO 2 film 17 is hardly etched even if a treatment with a nitric acid aqueous solution or a hydrochloric acid aqueous solution is performed. For two reasons, Al is present in the HfO 2 film 17 in the pMIS formation region even if the treatment is performed with a nitric acid / aqueous solution or a hydrochloric acid / aqueous solution. Thereafter, a TiN film 23 is formed.

次に、図11に示すように、TiN膜23上に、例えばCVD法を用いて多結晶Si膜24を形成する。多結晶Si膜24の厚さは、例えば約50nmである。pMIS形成領域およびnMIS形成領域の多結晶Si膜24は、n型不純物またはp型不純物を導入することにより、同じ導電性を示す多結晶Siにより構成してもよいが、pMIS形成領域の多結晶Si膜24をp型の導電性を示す多結晶Siにより構成し、nMIS形成領域の多結晶Si膜24をn型の導電性を示す多結晶Siにより構成してもよい。   Next, as shown in FIG. 11, a polycrystalline Si film 24 is formed on the TiN film 23 by using, for example, a CVD method. The thickness of the polycrystalline Si film 24 is, for example, about 50 nm. The polycrystalline Si film 24 in the pMIS formation region and the nMIS formation region may be composed of polycrystalline Si having the same conductivity by introducing an n-type impurity or a p-type impurity. The Si film 24 may be composed of polycrystalline Si exhibiting p-type conductivity, and the polycrystalline Si film 24 in the nMIS formation region may be composed of polycrystalline Si exhibiting n-type conductivity.

次に、図12に示すように、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、pMIS形成領域にゲート絶縁膜5およびゲート電極Gp1を形成し、nMIS形成領域にゲート絶縁膜11およびゲート電極Gn1を形成する。   Next, as shown in FIG. 12, the gate insulating film 5 and the gate electrode Gp1 are formed in the pMIS formation region using the photolithography method and the dry etching method, and the gate insulating film 11 and the gate electrode Gn1 are formed in the nMIS formation region. Form.

pMIS形成領域に形成されたゲート絶縁膜5はSiO膜16(酸化膜5s)、Alが拡散したHfO膜17(高誘電体膜5h)、およびAl膜18(金属酸化膜5m1)により構成され、ゲート電極Gp1はメタルゲート電極6およびシリコンゲート電極7により構成されている。さらに、メタルゲート電極6はTiN膜19(下層メタルゲート電極6D)およびTiN膜23(上層メタルゲート電極6U)により構成され、シリコンゲート電極7は多結晶Si膜24により構成されている。 The gate insulating film 5 formed in the pMIS formation region includes an SiO 2 film 16 (oxide film 5s), an Al diffused HfO 2 film 17 (high dielectric film 5h), and an Al 2 O 3 film 18 (metal oxide film 5m1). The gate electrode Gp1 is composed of the metal gate electrode 6 and the silicon gate electrode 7. Further, the metal gate electrode 6 is constituted by a TiN film 19 (lower metal gate electrode 6D) and a TiN film 23 (upper metal gate electrode 6U), and the silicon gate electrode 7 is constituted by a polycrystalline Si film 24.

nMIS形成領域に形成されたゲート絶縁膜11はSiO膜16(酸化膜5s)、Laが拡散したHfO膜17(高誘電体膜5h)、およびLa膜22(金属酸化膜5m2)により構成され、ゲート電極Gn1はメタルゲート電極12およびシリコンゲート電極13により構成されている。さらに、メタルゲート電極12はTiN膜23(上層メタルゲート電極6U)により構成され、シリコンゲート電極13は多結晶Si膜24により構成されている。 The gate insulating film 11 formed in the nMIS formation region includes a SiO 2 film 16 (oxide film 5s), a La diffused HfO 2 film 17 (high dielectric film 5h), and a La 2 O 3 film 22 (metal oxide film 5m2). The gate electrode Gn1 is composed of a metal gate electrode 12 and a silicon gate electrode 13. Further, the metal gate electrode 12 is composed of a TiN film 23 (upper layer metal gate electrode 6U), and the silicon gate electrode 13 is composed of a polycrystalline Si film 24.

pMIS形成領域に形成されたゲート電極Gp1の一部を構成するメタルゲート電極6はTiN膜19およびTiN膜23からなるが、nMIS形成領域に形成されたゲート電極Gn1の一部を構成するメタルゲート電極12はTiN膜23からなる。従って、pMIS形成領域に形成されたゲート電極Gp1の一部を構成するメタルゲート電極6の厚さおよびnMIS形成領域に形成されたゲート電極Gn1の一部を構成するメタルゲート電極12の厚さを、それぞれ仕事関数を考慮した最適な値に設定することができる。本実施の形態1では、pMIS形成領域に形成されたゲート電極Gp1の一部を構成するメタルゲート電極6の厚さを約15nmとし、nMIS形成領域に形成されたゲート電極Gn1の一部を構成するメタルゲート電極12の厚さを約5nmとして、互いの厚さを約10nm異なる値に設定している。   The metal gate electrode 6 constituting a part of the gate electrode Gp1 formed in the pMIS formation region is composed of the TiN film 19 and the TiN film 23, and the metal gate constituting a part of the gate electrode Gn1 formed in the nMIS formation region. The electrode 12 is made of a TiN film 23. Therefore, the thickness of the metal gate electrode 6 constituting a part of the gate electrode Gp1 formed in the pMIS formation region and the thickness of the metal gate electrode 12 constituting a part of the gate electrode Gn1 formed in the nMIS formation region are determined. , Each can be set to an optimum value considering the work function. In the first embodiment, the thickness of the metal gate electrode 6 constituting a part of the gate electrode Gp1 formed in the pMIS formation region is set to about 15 nm, and a part of the gate electrode Gn1 formed in the nMIS formation region is constituted. The thickness of the metal gate electrode 12 to be set is about 5 nm, and the thicknesses of the metal gate electrodes 12 are set to be different from each other by about 10 nm.

次に、図13に示すように、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、pMIS形成領域にゲート電極Gp1に対して自己整合的にp型拡張領域9を形成する。p型拡張領域9は半導体領域であり、半導体基板1にBなどのp型不純物を導入することにより形成することができる。同様に、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、nMIS形成領域にゲート電極Gn1に対して自己整合的にn型拡張領域14を形成する。n型拡張領域14は半導体領域であり、半導体基板1にPまたはAsなどのn型不純物を導入することにより形成することができる。   Next, as shown in FIG. 13, the p-type extension region 9 is formed in the pMIS formation region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode Gp1 by using a photolithography method and an ion implantation method. The p-type extension region 9 is a semiconductor region and can be formed by introducing a p-type impurity such as B into the semiconductor substrate 1. Similarly, the n-type extension region 14 is formed in the nMIS formation region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode Gn1 using photolithography and ion implantation. The n-type extension region 14 is a semiconductor region and can be formed by introducing an n-type impurity such as P or As into the semiconductor substrate 1.

次に、半導体基板1の主面上に絶縁膜を形成した後、ドライエッチング法を用いて、この絶縁膜を異方性エッチングすることにより、pMIS形成領域のゲート電極Gp1およびnMIS形成領域のゲート電極Gn1のそれぞれの側壁にサイドウォール8を形成する。   Next, after an insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, the gate electrode Gp1 in the pMIS formation region and the gate in the nMIS formation region are anisotropically etched using a dry etching method. Sidewalls 8 are formed on the respective side walls of the electrode Gn1.

次に、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、pMIS形成領域にゲート電極Gp1およびサイドウォール8に対して自己整合的にp型拡散領域10を形成する。p型拡散領域10は半導体領域であり、半導体基板1にBなどのp型不純物を導入することにより形成することができる。同様に、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、nMIS形成領域にゲート電極Gn1およびサイドウォール8に対して自己整合的にn型拡散領域15を形成する。n型拡散領域15は半導体領域であり、半導体基板1にPまたはAsなどのn型不純物を導入することにより形成することができる。   Next, a p-type diffusion region 10 is formed in the pMIS formation region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode Gp1 and the sidewall 8 by using a photolithography method and an ion implantation method. The p-type diffusion region 10 is a semiconductor region and can be formed by introducing a p-type impurity such as B into the semiconductor substrate 1. Similarly, an n-type diffusion region 15 is formed in the nMIS formation region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode Gn1 and the sidewall 8 by using a photolithography method and an ion implantation method. The n-type diffusion region 15 is a semiconductor region and can be formed by introducing an n-type impurity such as P or As into the semiconductor substrate 1.

次に、半導体基板1に対して熱処理を行う。熱処理は、例えば1000℃の温度で実施される。この熱処理によって、pMIS形成領域のp型拡張領域9およびp型拡散領域10に導入されたp型不純物を活性化し、nMIS形成領域のn型拡張領域14およびn型拡散領域15に導入されたn型不純物を活性化させる。この熱処理においてもpMIS形成領域ではAl膜18中のAlがHfO膜17に拡散し、nMIS形成領域ではLa膜22中のLaがHfO膜17に拡散する。 Next, heat treatment is performed on the semiconductor substrate 1. The heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C., for example. By this heat treatment, the p-type impurity introduced into the p-type extension region 9 and the p-type diffusion region 10 in the pMIS formation region is activated, and the n-type extension region 14 and the n-type diffusion region 15 in the nMIS formation region are introduced. Activate type impurities. Al in the Al 2 O 3 film 18 is also pMIS formation region in the heat treatment are diffused into the HfO 2 film 17, in the nMIS formation region La in La 2 O 3 film 22 is diffused into the HfO 2 film 17.

次に、半導体基板1の主面上に、例えばCVD法を用いて層間絶縁膜25、例えばTEOS(テトラエトキシシラン(Si(OC))膜を形成した後、この層間絶縁膜25の表面を、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて研削することにより、その表面を平坦に加工する。続いて、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、層間絶縁膜25に接続孔26を形成する。 Next, after an interlayer insulating film 25, for example, a TEOS (tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 )) film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 by using, for example, a CVD method, this interlayer insulating film The surface of 25 is ground by using, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, so that the surface is processed to be flat. Subsequently, a connection hole 26 is formed in the interlayer insulating film 25 by using a photolithography method and a dry etching method.

次に、接続孔26の底面および内壁を含む層間絶縁膜25上に、例えばスパッタリング法を用いてTi(チタン)/TiN(窒化チタン)膜を順次堆積してTi/TiN膜を形成する。Ti/TiN膜は、例えば後の工程で接続孔26の内部に埋め込まれる材料が拡散するのを防止する、いわゆるバリア機能を有している。続いて、半導体基板1の主面上に、例えばCVD法を用いて接続孔26の内部を埋め込むようにW(タングステン)膜を形成する。続いて、W膜およびTi/TiN膜を、例えばCMP法を用いて研削することにより、接続孔26の内部にプラグ27を形成する。   Next, a Ti / TiN film is formed by sequentially depositing a Ti (titanium) / TiN (titanium nitride) film on the interlayer insulating film 25 including the bottom surface and inner wall of the connection hole 26 by using, for example, a sputtering method. The Ti / TiN film has a so-called barrier function that prevents, for example, a material embedded in the connection hole 26 from diffusing in a later step. Subsequently, a W (tungsten) film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 so as to bury the inside of the connection hole 26 by using, for example, a CVD method. Subsequently, the plug 27 is formed inside the connection hole 26 by grinding the W film and the Ti / TiN film using, for example, a CMP method.

続いて、半導体基板1の主面上にTi/TiN膜、Al膜、およびTi/TiN膜を、例えばスパッタリング法を用いて順次形成する。続いて、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、これらの膜を加工して、配線28を形成する。この後、さらに上層の配線を形成するが、ここでの説明は省略する。以上の工程により、pMIS100pおよびnMIS100nからなるCMISデバイスが略完成する。   Subsequently, a Ti / TiN film, an Al film, and a Ti / TiN film are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 by using, for example, a sputtering method. Subsequently, these films are processed using a photolithography method and a dry etching method to form the wiring 28. Thereafter, an upper layer wiring is formed, but the description thereof is omitted here. Through the above steps, a CMIS device composed of pMIS 100p and nMIS 100n is substantially completed.

このように、pMIS100pのゲート絶縁膜5を構成するHfO膜17に接する金属酸化物(Al膜18)とnMIS100nのゲート絶縁膜11を構成するHfO膜17に接する金属酸化物(La膜22)とを作り分ける工程において、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いた工程が1回であることから、フォトリソグラフィ工程における合わせずれに起因したpMIS100pまたはnMIS100nのトランジスタ特性のばらつきを低減することができる。 Thus, the metal oxide (Al 2 O 3 film 18) in contact with the HfO 2 film 17 constituting the gate insulating film 5 of the pMIS 100p and the metal oxide (in contact with the HfO 2 film 17 constituting the gate insulating film 11 of the nMIS 100n). In the process of separately forming the La 2 O 3 film 22), since the process using the photolithography method and the dry etching method is performed once, the transistor characteristics of the pMIS 100p or the nMIS 100n due to misalignment in the photolithography process Can be reduced.

このように、本実施の形態1によれば、(1)pMIS100pのゲート電極Gp1の一部を構成するメタルゲート電極6の厚さとnMIS100nのゲート電極Gn1の一部を構成するメタルゲート電極12の厚さとをそれぞれ別に決めることができるので、閾値電圧の最適な設定が可能となる。(2)pMIS100pのゲート絶縁膜5をAlが拡散した高誘電体膜5h(例えばHfO膜17)で構成し、nMIS100nのゲート絶縁膜11をLa、Y、Mg、またはScが拡散した高誘電体膜5h(例えばHfO膜17)で構成することができるので、それぞれについて閾値電圧の低減と最適な設定とが可能となる。(3)pMIS100pのゲート絶縁膜5を構成する高誘電体膜5h(例えばHfO膜17)に接する金属酸化膜5m1(例えばAl膜18)とnMIS100nのゲート絶縁膜11を構成する高誘電体膜5h(例えばHfO膜17)に接する金属酸化膜5m2(例えばLa膜22)との作り分けを1回のリソグラフィ・エッチング工程で行うことにより重ね合わせずれが抑制できて、その結果としてトランジスタ特性のばらつきを低減することが可能となる。(4)pMIS100pのゲート絶縁膜5を構成する高誘電体膜5h(例えばHfO膜17)およびnMIS100nのゲート絶縁膜11を構成する高誘電体膜5h(例えばHfO膜17)に、それぞれ適した金属酸化膜5m1、5m2のみが接するプロセスフローを提供することができる。 Thus, according to the first embodiment, (1) the thickness of the metal gate electrode 6 constituting a part of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p and the metal gate electrode 12 constituting a part of the gate electrode Gn1 of the nMIS 100n. Since the thickness can be determined separately, the threshold voltage can be optimally set. (2) The gate insulating film 5 of the pMIS 100p is composed of a high dielectric film 5h (for example, an HfO 2 film 17) in which Al is diffused, and the gate insulating film 11 of the nMIS 100n is a high dielectric in which La, Y, Mg, or Sc is diffused. Since the body film 5h (for example, the HfO 2 film 17) can be used, the threshold voltage can be reduced and optimally set for each. (3) The metal oxide film 5m1 (for example, Al 2 O 3 film 18) in contact with the high dielectric film 5h (for example, the HfO 2 film 17) constituting the gate insulating film 5 of the pMIS 100p and the high that forms the gate insulating film 11 of the nMIS 100n. By performing the separate formation with the metal oxide film 5m2 (for example, the La 2 O 3 film 22) in contact with the dielectric film 5h (for example, the HfO 2 film 17) in one lithography / etching process, overlay deviation can be suppressed, As a result, variations in transistor characteristics can be reduced. A high dielectric film 5h constituting the high dielectric film 5h (e.g. HfO 2 film 17) and the gate insulating film 11 of nMIS100n constituting the gate insulating film 5 (4) pMIS100p (e.g. HfO 2 film 17), each suitable for In addition, a process flow in which only the metal oxide films 5m1 and 5m2 are in contact with each other can be provided.

(実施の形態2)
本実施の形態2によるCMISデバイスを図14を用いて説明する。前述した実施の形態1と相違する点は、pMISおよびnMISのそれぞれのゲート電極の構造である。
(Embodiment 2)
A CMIS device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The difference from the first embodiment described above is the structure of the gate electrodes of pMIS and nMIS.

すなわち、前述の実施の形態1では、pMIS100pのゲート電極Gp1の一部を構成するメタルゲート電極6を2層のメタル膜(上層メタルゲート電極6Uおよび下層メタルゲート電極6D)で構成し、nMIS100nのゲート電極Gn1の一部を構成するメタルゲート電極12を1層のメタル膜(上層メタルゲート電極6U)で構成することにより、pMIS100pのメタルゲート電極6の厚さをnMIS100nのメタルゲート電極12の厚さよりも厚く形成している。   That is, in the first embodiment described above, the metal gate electrode 6 that constitutes a part of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p is composed of two layers of metal films (upper layer metal gate electrode 6U and lower layer metal gate electrode 6D), and the nMIS 100n By forming the metal gate electrode 12 constituting a part of the gate electrode Gn1 with a single layer metal film (upper layer metal gate electrode 6U), the thickness of the metal gate electrode 6 of the pMIS 100p is set to the thickness of the metal gate electrode 12 of the nMIS 100n. It is thicker than the thickness.

これに対して、本実施の形態2では、図14に示すように、pMIS200pのゲート電極Gp2の一部を構成するメタルゲート電極30を相対的に厚い1層のメタル膜で構成し、nMIS200nのゲート電極Gn2の一部を構成するメタルゲート電極31を相対的に薄い1層のメタル膜で構成することにより、pMIS200pのメタルゲート電極30の厚さをnMIS200nのメタルゲート電極31の厚さよりも厚く形成している。   On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIG. 14, the metal gate electrode 30 that constitutes a part of the gate electrode Gp2 of the pMIS 200p is constituted by a relatively thick single layer metal film, and the nMIS 200n By forming the metal gate electrode 31 constituting a part of the gate electrode Gn2 from a relatively thin metal film, the thickness of the metal gate electrode 30 of the pMIS 200p is thicker than the thickness of the metal gate electrode 31 of the nMIS 200n. Forming.

また、前述の実施の形態1では、pMIS100pのゲート電極Gp1の他の一部を構成するシリコンゲート電極7の厚さとnMIS100nのゲート電極Gn1の他の一部を構成するシリコンゲート電極13の厚さとは、同じ厚さであり、半導体基板1の主面からpMIS100pのゲート電極Gp1の上面までの高さが、半導体基板1の主面からnMIS100nのゲート電極Gn1の上面までの高さよりも高い。   In the first embodiment described above, the thickness of the silicon gate electrode 7 constituting another part of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p and the thickness of the silicon gate electrode 13 constituting another part of the gate electrode Gn1 of the nMIS 100n Are the same thickness, and the height from the main surface of the semiconductor substrate 1 to the upper surface of the gate electrode Gp1 of the pMIS 100p is higher than the height from the main surface of the semiconductor substrate 1 to the upper surface of the gate electrode Gn1 of the nMIS 100n.

これに対して、本実施の形態2では、図14に示すように、pMIS200pのゲート電極Gp2の他の一部を構成するシリコンゲート電極32の厚さをnMIS200nのゲート電極Gn2の他の一部を構成するシリコンゲート電極33の厚さよりも薄く形成することにより、半導体基板1の主面からpMIS200pのゲート電極Gp2の上面までの高さと半導体基板1の主面からnMIS200nのゲート電極Gn2の上面までの高さとを同じにしている。   On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIG. 14, the thickness of the silicon gate electrode 32 constituting the other part of the gate electrode Gp2 of the pMIS 200p is set to the other part of the gate electrode Gn2 of the nMIS 200n. Is formed to be thinner than the thickness of the silicon gate electrode 33 constituting the height from the main surface of the semiconductor substrate 1 to the upper surface of the gate electrode Gp2 of the pMIS 200p and from the main surface of the semiconductor substrate 1 to the upper surface of the gate electrode Gn2 of the nMIS 200n. The height is the same.

次に、本実施の形態2によるCMISデバイスの製造方法を図15〜図20を用いて工程順に説明する。図15〜図20はCMISデバイスの要部断面図である。なお、pMIS形成領域の半導体基板1の主面上にSiO膜16、HfO膜17、Al膜18、TiN膜19、La膜22、およびTiN膜23を形成し、nMIS形成領域の半導体基板1の主面上にSiO膜16、HfO膜17、La膜22、およびTiN膜23を形成するまでの製造過程(前述した実施の形態1において図2〜図9を用いて説明した工程)は、前述した実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する。 Next, a method for manufacturing a CMIS device according to the second embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 15 to 20 are cross-sectional views of main parts of the CMIS device. An SiO 2 film 16, an HfO 2 film 17, an Al 2 O 3 film 18, a TiN film 19, a La 2 O 3 film 22, and a TiN film 23 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region, A manufacturing process until the SiO 2 film 16, the HfO 2 film 17, the La 2 O 3 film 22, and the TiN film 23 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region (FIG. 2 in the first embodiment described above). Since the steps described with reference to FIG. 9 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

前述した実施の形態1において図9を用いて説明した製造工程に続いて、図15に示すように、TiN膜23上に、例えばCVD法を用いて多結晶Si膜(第1シリコンゲート電極材料)34を形成する。多結晶Si膜34の厚さは、例えば約100nmである。   Following the manufacturing process described with reference to FIG. 9 in the first embodiment, as shown in FIG. 15, a polycrystalline Si film (first silicon gate electrode material) is formed on the TiN film 23 by using, for example, the CVD method. ) 34 is formed. The thickness of the polycrystalline Si film 34 is, for example, about 100 nm.

次に、図16に示すように、pMIS形成領域のTiN膜19が露出するまで、例えばCMP法を用いて多結晶Si膜34、TiN膜23、およびLa膜22を研削する。これにより、pMIS形成領域の半導体基板1の主面上にSiO膜16、HfO膜17、Al膜18、およびTiN膜19を残し、nMIS形成領域の半導体基板1の主面上にSiO膜16、HfO膜17、La膜22、TiN膜23、および多結晶Si膜34を残す。ここで、pMIS形成領域の半導体基板1の主面からTiN膜19の上面までの高さとnMIS形成領域の半導体基板1の主面から多結晶Si膜34の上面までの高さとは同じになる。 Next, as shown in FIG. 16, until the TiN film 19 in the pMIS formation region is exposed, the polycrystalline Si film 34, the TiN film 23, and the La 2 O 3 film 22 are ground using, for example, the CMP method. Thus, the SiO 2 film 16, the HfO 2 film 17, the Al 2 O 3 film 18, and the TiN film 19 are left on the main surface of the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region, and on the main surface of the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region. The SiO 2 film 16, the HfO 2 film 17, the La 2 O 3 film 22, the TiN film 23, and the polycrystalline Si film 34 are left. Here, the height from the main surface of the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region to the upper surface of the TiN film 19 is the same as the height from the main surface of the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region to the upper surface of the polycrystalline Si film 34.

次に、図17に示すように、半導体基板1の主面上に、例えばCVD法を用いて多結晶Si膜(第2シリコンゲート電極材料)35を形成する。多結晶Si膜35の厚さは、例えば約50nmである。なお、pMIS形成領域の多結晶Si膜35およびnMIS形成領域の多結晶Si膜34、35は、n型不純物またはp型不純物を導入することにより、同じ導電性を示す多結晶Siにより構成してもよいが、pMIS形成領域の多結晶Si膜35をp型の導電性を示す多結晶Siにより構成し、nMIS形成領域の多結晶Si膜34、35をn型の導電性を示す多結晶Siにより構成してもよい。   Next, as shown in FIG. 17, a polycrystalline Si film (second silicon gate electrode material) 35 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 by using, for example, a CVD method. The thickness of the polycrystalline Si film 35 is, for example, about 50 nm. The polycrystalline Si film 35 in the pMIS formation region and the polycrystalline Si films 34 and 35 in the nMIS formation region are made of polycrystalline Si showing the same conductivity by introducing n-type impurities or p-type impurities. However, the polycrystalline Si film 35 in the pMIS formation region is made of polycrystalline Si showing p-type conductivity, and the polycrystalline Si films 34 and 35 in the nMIS formation region are made of polycrystalline Si showing n-type conductivity. You may comprise by.

次に、半導体基板1に対して熱処理を行う。熱処理は、例えば1000℃の温度で実施される。この熱処理によって、pMIS形成領域ではAl膜18中のAlがHfO膜17に拡散し、nMIS形成領域ではLa膜22中のLaがHfO膜17に拡散する。 Next, heat treatment is performed on the semiconductor substrate 1. The heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C., for example. This heat treatment diffuses Al in the Al 2 O 3 film 18 is pMIS formation region on the HfO 2 film 17, in the nMIS formation region La in La 2 O 3 film 22 is diffused into the HfO 2 film 17.

ここで、前述した実施の形態1では、pMIS形成領域においてLa膜22がTiN膜19とTiN膜23との間に挟まれており、熱処理によってLa膜22中のLaがTiN膜19およびTiN膜23へ拡散する。しかし、本実施の形態2では、pMIS形成領域にLa膜22は形成されていないので、前述した実施の形態1のようなpMIS形成領域における熱処理によるLaの拡散の心配は全くない。 Here, in the first embodiment described above, La 2 O 3 film 22 in the pMIS formation region is sandwiched between the TiN film 19 and the TiN film 23, and La in La 2 O 3 film 22 by heat treatment It diffuses into the TiN film 19 and the TiN film 23. However, in the second embodiment, since the La 2 O 3 film 22 is not formed in the pMIS formation region, there is no concern about diffusion of La due to the heat treatment in the pMIS formation region as in the first embodiment.

なお、前述した実施の形態1では、HfO膜17へのAlまたはLaの拡散を行う熱処理は、半導体基板1の主面上(全面)にTiN膜(上側のTiN膜)23を形成した後に行ったが(前述の図10を用いて説明した工程)、本実施の形態2では、上記熱処理は、半導体基板1の主面上(全面)に多結晶Si膜(上側の多結晶Si膜)35を形成した後に行う。これは、本実施の形態2では、半導体基板1の主面上(全面)にTiN膜23を形成し、さらにその上に多結晶Si膜34を形成し(前述の図15を用いて説明した工程)、その後、pMIS形成領域のTiN膜19が露出するまで、例えばCMP法により多結晶Si膜34、TiN膜23、およびLa膜22を研削する(前述の図16を用いて説明した工程)。上記熱処理をこの研削工程よりも前に行っていると、La膜22を完全に除去することができず、一部にLa膜22が残ってしまう。一部にでもLa膜22が残ると、前述した実施の形態1において説明したLaおよびOが残存することによるエッチングの不具合(例えばエッチング速度の変化など)が生じる。そのため、La膜22を完全に除去するために、上記熱処理は、多結晶Si膜34、TiN膜23、およびLa膜22を研削する工程よりも後に行う。 In the first embodiment, the heat treatment for diffusing Al or La into the HfO 2 film 17 is performed after the TiN film (upper TiN film) 23 is formed on the main surface (entire surface) of the semiconductor substrate 1. Although performed (the process described with reference to FIG. 10 described above), in the second embodiment, the heat treatment is performed on the main surface (entire surface) of the semiconductor substrate 1 with a polycrystalline Si film (upper polycrystalline Si film). After forming 35. In the second embodiment, the TiN film 23 is formed on the main surface (entire surface) of the semiconductor substrate 1, and the polycrystalline Si film 34 is further formed thereon (described with reference to FIG. 15 described above). Step) Thereafter, until the TiN film 19 in the pMIS formation region is exposed, the polycrystalline Si film 34, the TiN film 23, and the La 2 O 3 film 22 are ground by, eg, CMP (described with reference to FIG. 16 described above). Process). If the heat treatment is performed before this grinding step, the La 2 O 3 film 22 cannot be completely removed, and the La 2 O 3 film 22 remains in part. If the La 2 O 3 film 22 remains in part, etching defects (for example, changes in the etching rate) due to the remaining La and O described in the first embodiment will occur. Therefore, in order to completely remove the La 2 O 3 film 22, the heat treatment is performed after the step of grinding the polycrystalline Si film 34, the TiN film 23, and the La 2 O 3 film 22.

次に、図18に示すように、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、pMIS形成領域にゲート絶縁膜5およびゲート電極Gp2を形成し、nMIS形成領域にゲート絶縁膜11およびゲート電極Gn2を形成する。   Next, as shown in FIG. 18, the gate insulating film 5 and the gate electrode Gp2 are formed in the pMIS formation region by using the photolithography method and the dry etching method, and the gate insulating film 11 and the gate electrode Gn2 are formed in the nMIS formation region. Form.

pMIS形成領域に形成されたゲート絶縁膜5はSiO膜16(酸化膜5s)、Alが拡散したHfO膜17(高誘電体膜5h)、およびAl膜18(金属酸化膜5m1)により構成され、ゲート電極Gp2はメタルゲート電極30およびシリコンゲート電極32により構成されている。さらに、メタルゲート電極30はTiN膜19により構成され、シリコンゲート電極32は多結晶Si膜35により構成されている。 The gate insulating film 5 formed in the pMIS formation region includes an SiO 2 film 16 (oxide film 5s), an Al diffused HfO 2 film 17 (high dielectric film 5h), and an Al 2 O 3 film 18 (metal oxide film 5m1). The gate electrode Gp2 is composed of the metal gate electrode 30 and the silicon gate electrode 32. Further, the metal gate electrode 30 is composed of the TiN film 19, and the silicon gate electrode 32 is composed of the polycrystalline Si film 35.

nMIS形成領域に形成されたゲート絶縁膜11はSiO膜16(酸化膜5s)、Laが拡散したHfO膜17(高誘電体膜5h)、およびLa膜22(金属酸化膜5m2)により構成され、ゲート電極Gn2はメタルゲート電極31およびシリコンゲート電極33により構成されている。さらに、メタルゲート電極31はTiN膜23により構成され、シリコンゲート電極33は多結晶Si膜34、35により構成されている。 The gate insulating film 11 formed in the nMIS formation region includes a SiO 2 film 16 (oxide film 5s), a La diffused HfO 2 film 17 (high dielectric film 5h), and a La 2 O 3 film 22 (metal oxide film 5m2). The gate electrode Gn2 is composed of a metal gate electrode 31 and a silicon gate electrode 33. Further, the metal gate electrode 31 is composed of a TiN film 23, and the silicon gate electrode 33 is composed of polycrystalline Si films 34 and 35.

pMIS形成領域に形成されたゲート電極Gp2の一部を構成するメタルゲート電極30はTiN膜19により形成され、nMIS形成領域に形成されたゲート電極Gn2の一部を構成するメタルゲート電極31は、TiN膜19とは異なる工程で形成されたTiN膜23により形成される。従って、TiN膜19とTiN膜23との厚さを互いに異なる厚さに設定することができるので、pMIS形成領域に形成されたゲート電極Gp2の一部を構成するメタルゲート電極30の厚さおよびnMIS形成領域に形成されたゲート電極Gn1の一部を構成するメタルゲート電極31の厚さを、それぞれ仕事関数を考慮した最適な値に設定することができる。本実施の形態2では、pMIS形成領域に形成されたゲート電極Gp2の一部を構成するメタルゲート電極30の厚さを約15〜20nmとし、nMIS形成領域に形成されたゲート電極Gn2の一部を構成するメタルゲート電極31の厚さを約2〜5nmとして、互いの厚さを約10〜18nm異なる値に設定している。   The metal gate electrode 30 constituting a part of the gate electrode Gp2 formed in the pMIS formation region is formed by the TiN film 19, and the metal gate electrode 31 constituting a part of the gate electrode Gn2 formed in the nMIS formation region is The TiN film 19 is formed by a TiN film 23 formed in a different process. Therefore, since the thicknesses of the TiN film 19 and the TiN film 23 can be set different from each other, the thickness of the metal gate electrode 30 constituting a part of the gate electrode Gp2 formed in the pMIS formation region and The thickness of the metal gate electrode 31 constituting a part of the gate electrode Gn1 formed in the nMIS formation region can be set to an optimum value in consideration of the work function. In the second embodiment, the thickness of the metal gate electrode 30 constituting a part of the gate electrode Gp2 formed in the pMIS formation region is about 15 to 20 nm and a part of the gate electrode Gn2 formed in the nMIS formation region. The thickness of the metal gate electrode 31 that constitutes is set to about 2 to 5 nm, and the thicknesses of the metal gate electrodes 31 are set to different values by about 10 to 18 nm.

フォトリソグラフィ法では、pMIS形成領域では多結晶Si膜35、TiN膜19、Al膜18、HfO膜17、およびSiO膜16からなる積層膜を、nMIS形成領域では多結晶シリコン膜34、35、TiN膜23、La膜22、HfO膜17、およびSiO膜16からなる積層膜をドライエッチングによって順次加工する際のレジストパターンが形成される。このレジストパターンは、まず、半導体基板1の主面上にフォトレジスト膜を塗布し、その後、このフォトレジスト膜に対して露光および現像処理を施すことにより形成される。pMIS形成領域の上記積層膜の上面とnMIS形成領域の上記積層膜の上面とに高低差があると、焦点距離の違いによる解像不良等が生じるが、本実施の形態2では、pMIS形成領域の上記積層膜の上面とnMIS形成領域の上記積層膜の上面とに高低差はないので、解像度の良い微細なレジストパターンを形成することができる。従って、pMIS200pのゲート電極Gp2およびnMIS200nのゲート電極Gn2を再現性良く、微細に加工することができる。 In the photolithography method, a laminated film composed of the polycrystalline Si film 35, the TiN film 19, the Al 2 O 3 film 18, the HfO 2 film 17, and the SiO 2 film 16 is formed in the pMIS formation region, and the polycrystalline silicon film is formed in the nMIS formation region. Thus, a resist pattern is formed when a laminated film composed of the films 34 and 35, the TiN film 23, the La 2 O 3 film 22, the HfO 2 film 17, and the SiO 2 film 16 is sequentially processed by dry etching. This resist pattern is formed by first applying a photoresist film on the main surface of the semiconductor substrate 1 and then exposing and developing the photoresist film. If there is a difference in level between the upper surface of the stacked film in the pMIS formation region and the upper surface of the stacked film in the nMIS formation region, a resolution failure or the like due to a difference in focal length occurs. In the second embodiment, the pMIS formation region Since there is no difference in level between the upper surface of the laminated film and the upper surface of the laminated film in the nMIS formation region, a fine resist pattern with good resolution can be formed. Therefore, the gate electrode Gp2 of the pMIS 200p and the gate electrode Gn2 of the nMIS 200n can be finely processed with good reproducibility.

次に、図19に示すように、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、pMIS形成領域にゲート電極Gp2に対して自己整合的にp型拡張領域9を形成する。p型拡張領域9は半導体領域であり、半導体基板1にBなどのp型不純物を導入することにより形成することができる。同様に、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、nMIS形成領域にゲート電極Gn2に対して自己整合的にn型拡張領域14を形成する。n型拡張領域14は半導体領域であり、半導体基板1にPまたはAsなどのn型不純物を導入することにより形成することができる。   Next, as shown in FIG. 19, using the photolithography method and the ion implantation method, the p-type extension region 9 is formed in the pMIS formation region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode Gp2. The p-type extension region 9 is a semiconductor region and can be formed by introducing a p-type impurity such as B into the semiconductor substrate 1. Similarly, the n-type extension region 14 is formed in the nMIS formation region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode Gn2 by using a photolithography method and an ion implantation method. The n-type extension region 14 is a semiconductor region and can be formed by introducing an n-type impurity such as P or As into the semiconductor substrate 1.

次に、半導体基板1の主面上に絶縁膜を形成した後、ドライエッチング法を用いて、この絶縁膜を異方性エッチングすることにより、pMIS形成領域のゲート電極Gp2およびnMIS形成領域のゲート電極Gn2のそれぞれの側壁にサイドウォール8を形成する。   Next, after forming an insulating film on the main surface of the semiconductor substrate 1, the insulating film is anisotropically etched using a dry etching method, whereby the gate electrode Gp2 in the pMIS forming region and the gate in the nMIS forming region are formed. Sidewalls 8 are formed on the respective side walls of the electrode Gn2.

次に、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、pMIS形成領域にゲート電極Gp2およびサイドウォール8に対して自己整合的にp型拡散領域10を形成する。p型拡散領域10は半導体領域であり、半導体基板1にBなどのp型不純物を導入することにより形成することができる。同様に、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、nMIS形成領域にゲート電極Gn2およびサイドウォール8に対して自己整合的にn型拡散領域15を形成する。n型拡散領域15は半導体領域であり、半導体基板1にPまたはAsなどのn型不純物を導入することにより形成することができる。   Next, a p-type diffusion region 10 is formed in the pMIS formation region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode Gp2 and the sidewall 8 by using a photolithography method and an ion implantation method. The p-type diffusion region 10 is a semiconductor region and can be formed by introducing a p-type impurity such as B into the semiconductor substrate 1. Similarly, an n-type diffusion region 15 is formed in the nMIS formation region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode Gn2 and the sidewall 8 by using a photolithography method and an ion implantation method. The n-type diffusion region 15 is a semiconductor region and can be formed by introducing an n-type impurity such as P or As into the semiconductor substrate 1.

次に、半導体基板1に対して熱処理を行う。熱処理は、例えば1000℃の温度で実施される。この熱処理によって、pMIS形成領域のp型拡張領域9およびp型拡散領域10に導入されたp型不純物を活性化し、nMIS形成領域のn型拡張領域14およびn型拡散領域15に導入されたn型不純物を活性化させる。この熱処理においてもpMIS形成領域ではAl膜18中のAlがHfO膜17に拡散し、nMIS形成領域ではLa膜22中のLaがHfO膜17に拡散する。 Next, heat treatment is performed on the semiconductor substrate 1. The heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C., for example. By this heat treatment, the p-type impurity introduced into the p-type extension region 9 and the p-type diffusion region 10 in the pMIS formation region is activated, and the n-type extension region 14 and the n-type diffusion region 15 in the nMIS formation region are introduced. Activate type impurities. Al in the Al 2 O 3 film 18 is also pMIS formation region in the heat treatment are diffused into the HfO 2 film 17, in the nMIS formation region La in La 2 O 3 film 22 is diffused into the HfO 2 film 17.

次に、半導体基板1の主面上に、例えばCVD法を用いて層間絶縁膜25を形成した後、この層間絶縁膜25の表面を、例えばCMP法を用いて研削することにより平坦に加工する。   Next, after an interlayer insulating film 25 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 by using, for example, a CVD method, the surface of the interlayer insulating film 25 is processed to be flat by grinding, for example, by using the CMP method. .

次に、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、層間絶縁膜25に接続孔26を形成する。フォトリソグラフィ法では、層間絶縁膜25をドライエッチングによって加工する際のレジストパターンが形成される。前述したpMIS200pのゲート電極Gp2およびnMIS200nのゲート電極Gn2の形成と同様に、層間絶縁膜25の表面に高低差があると、焦点距離の違いによる解像不良等が生じるが、本実施の形態2では、層間絶縁膜25の表面は平坦であり高低差はないので、解像度の良い微細なレジストパターンを形成することができる。   Next, a connection hole 26 is formed in the interlayer insulating film 25 by using a photolithography method and a dry etching method. In the photolithography method, a resist pattern is formed when the interlayer insulating film 25 is processed by dry etching. Similar to the formation of the gate electrode Gp2 of the pMIS 200p and the gate electrode Gn2 of the nMIS 200n described above, if there is a difference in height on the surface of the interlayer insulating film 25, a resolution failure due to a difference in focal length occurs. Then, since the surface of the interlayer insulating film 25 is flat and has no height difference, a fine resist pattern with good resolution can be formed.

さらに、pMIS形成領域の半導体基板1の主面からゲート電極Gp2の上面(シリコンゲート電極32の上面)までの高さとnMIS形成領域の半導体基板1の主面からゲート電極Gn2の上面(シリコンゲート電極33の上面)までの高さとは同じであることから、pMIS200pのゲート電極Gp2上の層間絶縁膜25の厚さとnMIS200nのゲート電極Gn2上の層間絶縁膜25の厚さとが同じになる。従って、pMIS200pのゲート電極Gp2に達する接続孔26とnMIS200nのゲート電極Gn2に達する接続孔26とを同じ形状に形成することができて、pMIS形成領域およびnMIS形成領域において、微細な接続孔26を再現性良く形成することができる。   Further, the height from the main surface of the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region to the upper surface of the gate electrode Gp2 (upper surface of the silicon gate electrode 32) and the upper surface of the gate electrode Gn2 from the main surface of the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region (silicon gate electrode). Therefore, the thickness of the interlayer insulating film 25 on the gate electrode Gp2 of the pMIS 200p is the same as the thickness of the interlayer insulating film 25 on the gate electrode Gn2 of the nMIS 200n. Therefore, the connection hole 26 reaching the gate electrode Gp2 of the pMIS 200p and the connection hole 26 reaching the gate electrode Gn2 of the nMIS 200n can be formed in the same shape, and the fine connection hole 26 is formed in the pMIS formation region and the nMIS formation region. It can be formed with good reproducibility.

その後は、図20に示すように、前述した実施の形態1と同様にして、プラグ27および配線28等を形成することにより、CMISデバイスが略完成する。   Thereafter, as shown in FIG. 20, the CMIS device is substantially completed by forming the plug 27, the wiring 28, and the like in the same manner as in the first embodiment.

このように、本実施の形態2によれば、pMIS形成領域のゲート電極Gp2の一部を構成するメタルゲート電極30は1層のTiN膜19からなり、前述した実施の形態1のように、メタルゲート電極6の間にLa膜22を挿入していたことにより懸念されるLa拡散の影響を完全に払拭することができる。従って、pMIS形成領域において、AlのHfO膜17への拡散の効果がLaの拡散によって相殺される危険性は無い。 As described above, according to the second embodiment, the metal gate electrode 30 constituting a part of the gate electrode Gp2 in the pMIS formation region is formed of the single layer TiN film 19, and as in the first embodiment described above, The influence of La diffusion, which is a concern due to the insertion of the La 2 O 3 film 22 between the metal gate electrodes 6, can be completely eliminated. Therefore, in the pMIS formation region, there is no risk that the effect of diffusion of Al into the HfO 2 film 17 is offset by the diffusion of La.

また、半導体基板1の主面からpMIS200pのゲート電極Gp2の上面までの高さと半導体基板1の主面からnMIS200nのゲート電極Gn2の上面までの高さが同じであることから、pMIS200pのゲート電極Gp2およびnMIS200nのゲート電極Gn2をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法により形成する際、フォトリソグラフィ工程では解像度の良い微細なレジストパターンを形成することができるので、再現性の良い微細なpMIS200pのゲート電極Gp2およびnMIS200nのゲート電極Gn2が形成できる。   Further, since the height from the main surface of the semiconductor substrate 1 to the upper surface of the gate electrode Gp2 of the pMIS 200p is the same as the height from the main surface of the semiconductor substrate 1 to the upper surface of the gate electrode Gn2 of the nMIS 200n, the gate electrode Gp2 of the pMIS 200p. When the gate electrode Gn2 of the nMIS 200n is formed by a photolithography method and a dry etching method, a fine resist pattern with high resolution can be formed in the photolithography process, so that the gate electrode Gp2 of the fine pMIS 200p with good reproducibility and The gate electrode Gn2 of the nMIS 200n can be formed.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、半導体装置、特にhpが32nm以下の半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used in manufacturing industries for manufacturing semiconductor devices, particularly semiconductor devices having an hp of 32 nm or less.

1 半導体基板
2 素子分離
3 n型ウェル
4 p型ウェル
5 ゲート絶縁膜
5h 高誘電体膜
5m1、5m2 金属酸化膜
5s 酸化膜
6 メタルゲート電極
6D 下層メタルゲート電極
6U 上層メタルゲート電極
7 シリコンゲート電極
8 サイドウォール
9 p型拡張領域
10 p型拡散領域
11 ゲート絶縁膜
12 メタルゲート電極
13 シリコンゲート電極
14 n型拡張領域
15 n型拡散領域
16 SiO(酸化シリコン)膜
17 HfO(酸化ハフニウム)膜
18 Al(酸化アルミニウム)膜
19 TiN(窒化チタン)膜
20 SiN(窒化シリコン)膜
21 レジストパターン
22 La(酸化ランタン)膜
23 TiN(窒化チタン)膜
24 多結晶Si(シリコン)膜
25 層間絶縁膜
26 接続孔
27 プラグ
28 配線
30、31 メタルゲート電極
32、33 シリコンゲート電極
34、35 多結晶Si(シリコン)膜
100n、200n nチャネル型MISFET
100p、200p pチャネル型MISFET
Gn1、Gn2、Gp1、Gp2 ゲート電極
SD ソース・ドレイン領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Element isolation | separation 3 N-type well 4 P-type well 5 Gate insulating film 5h High dielectric film 5m1, 5m2 Metal oxide film 5s Oxide film 6 Metal gate electrode 6D Lower metal gate electrode 6U Upper metal gate electrode 7 Silicon gate electrode 8 Sidewall 9 p-type extension region 10 p-type diffusion region 11 gate insulating film 12 metal gate electrode 13 silicon gate electrode 14 n-type extension region 15 n-type diffusion region 16 SiO 2 (silicon oxide) film 17 HfO 2 (hafnium oxide) Film 18 Al 2 O 3 (aluminum oxide) film 19 TiN (titanium nitride) film 20 SiN (silicon nitride) film 21 Resist pattern 22 La 2 O 3 (lanthanum oxide) film 23 TiN (titanium nitride) film 24 Polycrystalline Si ( Silicon) film 25 interlayer insulating film 26 connection hole 27 plug 28 wiring 30 1 metal gate electrodes 32 and 33 a silicon gate electrodes 34, 35 of polycrystalline Si (silicon) film 100n, 200n n-channel type MISFET
100p, 200p p-channel MISFET
Gn1, Gn2, Gp1, Gp2 Gate electrode SD Source / drain region

Claims (20)

半導体基板の第1領域にpチャネル型電界効果トランジスタを形成し、前記半導体基板の第2領域にnチャネル型電界効果トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板の主面上にSiOよりも誘電率の高い高誘電体膜を形成する工程と、
(b)前記高誘電体膜上に第1金属を含む第1金属酸化膜を形成する工程と、
(c)前記第1金属酸化膜上に第1厚さを有する第1メタルゲート電極材料を形成する工程と、
(d)前記第2領域の前記第1メタルゲート電極材料および前記第1金属酸化膜を除去する工程と、
(e)前記(d)工程の後、前記半導体基板の主面上に第2金属を含む第2金属酸化膜を形成する工程と、
(f)前記第2金属酸化膜上に第2厚さを有する第2メタルゲート電極材料を形成する工程と、
(g)前記(f)工程の後、前記半導体基板に熱処理を施して、前記第1領域の前記高誘電体膜に前記第1金属を拡散させ、前記第2領域の前記高誘電体膜に前記第2金属を拡散させる工程と、
(h)前記(g)工程の後、前記半導体基板の主面上にシリコンゲート電極材料を形成する工程と、
(i)前記第1領域の前記シリコンゲート電極材料、前記第2メタルゲート電極材料、前記第1メタルゲート電極材料、前記第1金属酸化膜、および前記第1金属が拡散した前記高誘電体膜からなる積層膜を加工して、前記pチャネル型電界効果トランジスタの前記シリコンゲート電極材料、前記第2メタルゲート電極材料、および前記第1メタルゲート電極材料からなるゲート電極ならびに前記第1金属酸化膜、および前記第1金属が拡散した前記高誘電体膜からなるゲート絶縁膜を形成し、
前記第2領域の前記シリコンゲート電極材料、前記第2メタルゲート電極材料、前記第2金属酸化膜、および前記第2金属が拡散した前記高誘電体膜からなる積層膜を加工して、前記nチャネル型電界効果トランジスタの前記シリコンゲート電極材料および前記第2メタルゲート電極材料からなるゲート電極ならびに前記第2金属酸化膜、および前記第2金属が拡散した前記高誘電体膜からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
を含み、
前記第2メタルゲート電極材料の前記第2厚さは、前記第1メタルゲート電極材料の前記第1厚さよりも薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a p-channel field effect transistor in a first region of a semiconductor substrate and forming an n-channel field effect transistor in a second region of the semiconductor substrate,
(A) forming a high dielectric film having a dielectric constant higher than that of SiO 2 on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming a first metal oxide film containing a first metal on the high dielectric film;
(C) forming a first metal gate electrode material having a first thickness on the first metal oxide film;
(D) removing the first metal gate electrode material and the first metal oxide film in the second region;
(E) after the step (d), forming a second metal oxide film containing a second metal on the main surface of the semiconductor substrate;
(F) forming a second metal gate electrode material having a second thickness on the second metal oxide film;
(G) After the step (f), the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment to diffuse the first metal into the high dielectric film in the first region, and to the high dielectric film in the second region. Diffusing the second metal;
(H) After the step (g), a step of forming a silicon gate electrode material on the main surface of the semiconductor substrate;
(I) The silicon gate electrode material, the second metal gate electrode material, the first metal gate electrode material, the first metal oxide film, and the high dielectric film in which the first metal is diffused in the first region A gate electrode made of the silicon gate electrode material, the second metal gate electrode material, and the first metal gate electrode material of the p-channel field effect transistor, and the first metal oxide film. And forming a gate insulating film made of the high dielectric film in which the first metal is diffused,
Processing the laminated film composed of the silicon gate electrode material, the second metal gate electrode material, the second metal oxide film, and the high dielectric film in which the second metal is diffused in the second region; A gate electrode made of the silicon gate electrode material and the second metal gate electrode material of the channel type field effect transistor, the second metal oxide film, and a gate insulating film made of the high dielectric film in which the second metal is diffused. Forming, and
Including
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second thickness of the second metal gate electrode material is thinner than the first thickness of the first metal gate electrode material.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記高誘電体膜は、HfO膜、HfON膜、HfSiO膜、またはHfSiOn膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the high dielectric film is an HfO 2 film, an HfON film, an HfSiO film, or an HfSiOn film. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記第1金属は、Alであることを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal is Al. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記第2金属は、La、Y、Mg、またはScであることを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal is La, Y, Mg, or Sc. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記第1および第2メタルゲート電極材料は、TiN、TaN、TaSiN、TiAlN、HfN、NiSi1−x、PtSi、NiTa1−xSi、NiPt1−xSi、HfSi、WSi、IrSi1−x、TaGe、TaCx、Mo、またはWであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second metal gate electrode material, TiN, TaN, TaSiN, TiAlN , HfN, Ni x Si 1-x, PtSi, Ni x Ta 1-x Si , Ni x Pt 1-x Si, HfSi, WSi, Ir x Si 1-x , TaGe, TaCx, Mo, or W. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記第1および第2メタルゲート電極材料に前記第2金属が拡散していることを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal is diffused in the first and second metal gate electrode materials. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記第1金属酸化膜の厚さは、0.5nmであることを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal oxide film has a thickness of 0.5 nm. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記第2金属酸化膜の厚さは、0.1nm〜0.3nmであることを特徴とする半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal oxide film has a thickness of 0.1 nm to 0.3 nm. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記(a)工程の前に、
(j)前記半導体基板の主面上にSiO膜を形成する工程と、
をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein before the step (a),
(J) forming a SiO 2 film on the main surface of the semiconductor substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising:
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記(d)工程は、
(d1)前記第1メタルゲート電極材料上に絶縁膜を形成する工程と、
(d2)前記第2領域の前記絶縁膜をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて除去する工程と、
(d3)前記第2領域の前記第1メタルゲート電極材料をウエットエッチング法を用いて除去する工程と、
(d4)前記第1領域の前記絶縁膜をウエットエッチング法を用いて除去する工程と、
(d5)前記第2領域の前記第1金属酸化膜をウエットエッチング法を用いて除去する工程と、
をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step (d) includes:
(D1) forming an insulating film on the first metal gate electrode material;
(D2) removing the insulating film in the second region using a photolithography method and a dry etching method;
(D3) removing the first metal gate electrode material in the second region using a wet etching method;
(D4) removing the insulating film in the first region using a wet etching method;
(D5) removing the first metal oxide film in the second region using a wet etching method;
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising:
半導体基板の第1領域にpチャネル型電界効果トランジスタを形成し、前記半導体基板の第2領域にnチャネル型電界効果トランジスタを形成する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板の主面上にSiOよりも誘電率の高い高誘電体膜を形成する工程と、
(b)前記高誘電体膜上に第1金属を含む第1金属酸化膜を形成する工程と、
(c)前記第1金属酸化膜上に第1厚さを有する第1メタルゲート電極材料を形成する工程と、
(d)前記第2領域の前記第1メタルゲート電極材料および前記第1金属酸化膜を除去する工程と、
(e)前記(d)工程の後、前記半導体基板の主面上に第2金属を含む第2金属酸化膜を形成する工程と、
(f)前記第2金属酸化膜上に第2厚さを有する第2メタルゲート電極材料を形成する工程と、
(g)前記第2メタルゲート電極材料上に第1シリコンゲート電極材料を形成する工程と、
(h)前記第1領域の前記第1メタルゲート電極材料の上面が露出するまで、前記第1シリコンゲート電極材料を研削する工程と、
(i)前記(h)工程の後、前記半導体基板の主面上に第2シリコンゲート電極材料を形成する工程と、
(j)前記(i)工程の後、前記半導体基板に熱処理を施して、前記第1領域の前記高誘電体膜に前記第1金属を拡散させ、前記第2領域の前記高誘電体膜に前記第2金属を拡散させる工程と、
(k)前記第1領域の前記第2シリコンゲート電極材料、前記第1メタルゲート電極材料、前記第1金属酸化膜、および前記第1金属が拡散した前記高誘電体膜からなる積層膜を加工して、前記pチャネル型電界効果トランジスタの前記第2シリコンゲート電極材料および前記第1メタルゲート電極材料からなるゲート電極、ならびに前記第1金属酸化膜および前記第1金属が拡散した前記高誘電体膜からなるゲート絶縁膜を形成し、
前記第2領域の前記第2シリコンゲート電極材料、前記第1シリコンゲート電極材料、前記第2メタルゲート電極材料、前記第2金属酸化膜、および前記第2金属が拡散した前記高誘電体膜からなる積層膜を加工して、前記nチャネル型電界効果トランジスタの前記第2シリコンゲート電極材料、前記第1シリコンゲート電極材料および前記第2メタルゲート電極材料からなるゲート電極、ならびに前記第2金属酸化膜および前記第2金属が拡散した前記高誘電体膜からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
を含み、
前記第2メタルゲート電極材料の前記第2厚さは、前記第1メタルゲート電極材料の前記第1厚さよりも薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a p-channel field effect transistor in a first region of a semiconductor substrate and forming an n-channel field effect transistor in a second region of the semiconductor substrate,
(A) forming a high dielectric film having a dielectric constant higher than that of SiO 2 on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming a first metal oxide film containing a first metal on the high dielectric film;
(C) forming a first metal gate electrode material having a first thickness on the first metal oxide film;
(D) removing the first metal gate electrode material and the first metal oxide film in the second region;
(E) after the step (d), forming a second metal oxide film containing a second metal on the main surface of the semiconductor substrate;
(F) forming a second metal gate electrode material having a second thickness on the second metal oxide film;
(G) forming a first silicon gate electrode material on the second metal gate electrode material;
(H) grinding the first silicon gate electrode material until an upper surface of the first metal gate electrode material in the first region is exposed;
(I) After the step (h), forming a second silicon gate electrode material on the main surface of the semiconductor substrate;
(J) After the step (i), the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment to diffuse the first metal into the high dielectric film in the first region, and to the high dielectric film in the second region. Diffusing the second metal;
(K) Processing a laminated film including the second silicon gate electrode material, the first metal gate electrode material, the first metal oxide film, and the high dielectric film in which the first metal is diffused in the first region. The gate electrode made of the second silicon gate electrode material and the first metal gate electrode material of the p-channel field effect transistor, and the high dielectric material in which the first metal oxide film and the first metal are diffused Forming a gate insulating film made of a film,
From the second silicon gate electrode material, the first silicon gate electrode material, the second metal gate electrode material, the second metal oxide film, and the high dielectric film in which the second metal is diffused in the second region The laminated film is processed to form the second silicon gate electrode material of the n-channel field effect transistor, the gate electrode made of the first silicon gate electrode material and the second metal gate electrode material, and the second metal oxide. Forming a gate insulating film made of the high dielectric film in which the film and the second metal are diffused;
Including
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second thickness of the second metal gate electrode material is thinner than the first thickness of the first metal gate electrode material.
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、前記高誘電体膜は、HfO膜、HfON膜、HfSiO膜、またはHfSiOn膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the high dielectric film is an HfO 2 film, an HfON film, an HfSiO film, or an HfSiOn film. 請求項11記載の半導体装置の製造方法において、前記第1金属は、Alであることを特徴とする半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the first metal is Al. 請求項11記載の半導体装置の製造方法において、前記第2金属は、La、Y、Mg、またはScであることを特徴とする半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the second metal is La, Y, Mg, or Sc. 請求項11記載の半導体装置の製造方法において、前記第1および第2メタルゲート電極材料は、TiN、TaN、TaSiN、TiAlN、HfN、NiSi1−x、PtSi、NiTa1−xSi、NiPt1−xSi、HfSi、WSi、IrSi1−x、TaGe、TaCx、Mo、またはWであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the first and second metal gate electrode material, TiN, TaN, TaSiN, TiAlN , HfN, Ni x Si 1-x, PtSi, Ni x Ta 1-x Si , Ni x Pt 1-x Si, HfSi, WSi, Ir x Si 1-x , TaGe, TaCx, Mo, or W. 請求項11記載の半導体装置の製造方法において、前記第1金属酸化膜の厚さは、0.5nmであることを特徴とする半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the first metal oxide film has a thickness of 0.5 nm. 請求項11記載の半導体装置の製造方法において、前記第2金属酸化膜の厚さは、0.1nmから0.3nmであることを特徴とする半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein a thickness of the second metal oxide film is 0.1 nm to 0.3 nm. 請求項11記載の半導体装置の製造方法において、前記第1領域の前記半導体基板の主面から前記pチャネル型電界効果トランジスタのゲート電極の上面までの高さと、前記第2領域の前記半導体基板の主面から前記nチャネル型電界効果トランジスタのゲート電極の上面までの高さとが同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein a height from a main surface of the semiconductor substrate in the first region to an upper surface of a gate electrode of the p-channel field effect transistor, and a height of the semiconductor substrate in the second region. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a height from a main surface to an upper surface of a gate electrode of the n-channel field effect transistor is the same. 請求項11記載の半導体装置の製造方法において、前記(a)工程の前に、
(k)前記半導体基板の主面上にSiO膜を形成する工程と、
をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein before the step (a),
(K) forming a SiO 2 film on the main surface of the semiconductor substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising:
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、前記(d)工程は、
(d1)前記第1メタルゲート電極材料上に絶縁膜を形成する工程と、
(d2)前記第2領域の前記絶縁膜をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて除去する工程と、
(d3)前記第2領域の前記第1メタルゲート電極材料をウエットエッチング法を用いて除去する工程と、
(d4)前記第1領域の前記絶縁膜をウエットエッチング法を用いて除去する工程と、
(d5)前記第2領域の前記第1金属酸化膜をウエットエッチング法を用いて除去する工程と、
をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the step (d) includes:
(D1) forming an insulating film on the first metal gate electrode material;
(D2) removing the insulating film in the second region using a photolithography method and a dry etching method;
(D3) removing the first metal gate electrode material in the second region using a wet etching method;
(D4) removing the insulating film in the first region using a wet etching method;
(D5) removing the first metal oxide film in the second region using a wet etching method;
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising:
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