JP2010287675A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Fin transistor and its manufacturing method which can easily change its structure, according to its conductivity type. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes: a substrate; a transistor activating region 104 constituted of a convex semiconductor prepared on the substrate; a gate insulating film 105a prepared on a portion of the side and top surfaces of the transistor activating region 104; and a gate electrode 350, prepared on the side surface and top surface of the transistor activating region 104, with the gate insulating film 105a pinched in between. Of the gate electrode 350, the structure of the portion prepared on the side surface of the transistor activating region 104 is mutually different from that of the portion prepared on the top surface of the transistor activating region 104. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に立体型トランジスタに対し最適なゲート電極を形成する方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a method of forming an optimum gate electrode for a three-dimensional transistor.

近年、半導体集積回路装置の高集積化、高機能化及び高速化のためのトランジスタサイズの微細化、特にゲート長の短縮が図られている。しかしながら、従来用いられている平面型トランジスタでは、ゲート長の短縮に伴い、トランジスタ動作オフ時のソース・ドレイン間電流の増大(ショートチャネル効果)が顕著となり、素子として機能しなくなる。この課題を解決するため、立体型トランジスタが提案されている。   2. Description of the Related Art In recent years, miniaturization of transistor size, particularly reduction of gate length, has been attempted for high integration, high functionality, and high speed of semiconductor integrated circuit devices. However, in the conventional planar transistor, as the gate length is shortened, an increase in the source-drain current (short channel effect) when the transistor operation is off becomes remarkable, and the device does not function as an element. In order to solve this problem, a three-dimensional transistor has been proposed.

以下、図7及び図8を参照しながら、立体型トランジスタの製造方法について説明する。なお、ここではシリコンからなる半導体基板上に形成された酸化膜上にシリコン層を有する基板(Silicon on Insulator:以下「SOI基板」と呼ぶ)を用いた場合について述べる。   Hereinafter, a method for manufacturing a three-dimensional transistor will be described with reference to FIGS. Here, the case where a substrate (Silicon on Insulator: hereinafter referred to as “SOI substrate”) having a silicon layer on an oxide film formed on a semiconductor substrate made of silicon is described.

図7(a)〜(d)、図8(a)〜(d)は、従来の半導体装置の製造方法を示す図である。   7A to 7D and 8A to 8D are views showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

まず、図7(a)に示すように、シリコン基板(不図示)上に形成されたシリコン酸化膜701及びシリコン層702を有するSOI基板上に、トランジスタ活性領域パターン703を形成する。   First, as shown in FIG. 7A, a transistor active region pattern 703 is formed on an SOI substrate having a silicon oxide film 701 and a silicon layer 702 formed on a silicon substrate (not shown).

次に、図7(b)に示すように、トランジスタ活性領域パターン703をマスクとしてシリコン層702のエッチングを行う。   Next, as shown in FIG. 7B, the silicon layer 702 is etched using the transistor active region pattern 703 as a mask.

次に、図7(c)に示すように、トランジスタ活性領域パターン703を除去し、トランジスタ活性領域704を形成する。続いて、フォトリソグラフィー工程により形成されたレジストパターンをマスクとしてイオン注入を行い、トランジスタ活性領域704の一部に、n型領域及びp型領域を形成する(不図示)。   Next, as shown in FIG. 7C, the transistor active region pattern 703 is removed, and a transistor active region 704 is formed. Subsequently, ion implantation is performed using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask to form an n-type region and a p-type region in a part of the transistor active region 704 (not shown).

次に、図7(d)に示すように、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜705と、ゲート電極となる金属膜706とを順次堆積する。   Next, as shown in FIG. 7D, an insulating film 705 functioning as a gate insulating film and a metal film 706 serving as a gate electrode are sequentially deposited.

次に、図8(a)に示すように、金属膜706上に、フォトリソグラフィー工程により形成されたゲート電極形成用パターン801を形成する。次いで、図8(b)に示すように、ゲート形成用パターン801を用いて金属膜706をエッチングし、ゲート領域にゲート電極804を形成する。   Next, as shown in FIG. 8A, a gate electrode formation pattern 801 formed by a photolithography process is formed on the metal film 706. Next, as shown in FIG. 8B, the metal film 706 is etched using the gate formation pattern 801 to form a gate electrode 804 in the gate region.

次に、図8(c)に示すように、ゲート電極形成用パターン801を除去する。ここで、トランジスタ活性領域704のうちの領域805、806は、トランジスタのソース領域・ドレイン領域となる。   Next, as shown in FIG. 8C, the gate electrode formation pattern 801 is removed. Here, the regions 805 and 806 of the transistor active region 704 serve as a source region and a drain region of the transistor.

図8(d)は、上記製造工程により作製された立体トランジスタを斜め上から見た場合のイメージ図を示す。なお、図8(d)ではゲート絶縁膜は図示を省略している。このような立体トランジスタは、一般的にFinトランジスタと呼ばれる。以下では、図8(d)中に示したようにFin状のトランジスタ活性領域704の上面部の活性層領域幅をW、トランジスタ活性領域704の側面部の高さをHとする。また、例えば、(100)の面方位を持ったSOI基板上にFinトランジスタを形成した場合、トランジスタ活性領域704の側面部の面方位は(110)となる。つまり、トランジスタ活性領域704が(100)と(110)の二つの面方位を持つこととなる。   FIG. 8D shows an image diagram when the three-dimensional transistor manufactured by the above manufacturing process is viewed obliquely from above. In FIG. 8D, the gate insulating film is not shown. Such a three-dimensional transistor is generally called a Fin transistor. In the following, as shown in FIG. 8D, the active layer region width of the upper surface portion of the Fin-like transistor active region 704 is W, and the side surface portion height of the transistor active region 704 is H. For example, when a Fin transistor is formed on an SOI substrate having a (100) plane orientation, the plane orientation of the side surface of the transistor active region 704 is (110). That is, the transistor active region 704 has two plane orientations (100) and (110).

K. Shin, et al. “Dual Stress Capping Layer Enhancement Study for Hybrid Orientation FinFET CMOS Technology”, IEDM2005K. Shin, et al. “Dual Stress Capping Layer Enhancement Study for Hybrid Orientation FinFET CMOS Technology”, IEDM2005

半導体では、結晶面方位によりバンド構造が異なるため、電子移動度及び正孔移動度が面方位により異なる。例えば、シリコンでの電子移動度は、(100)面が最も大きく、(110)面が最も小さい。一方、正孔移動度は、(110)面が最も大きく、(100)面が最も小さい。つまり、Finトランジスタでは、トランジスタ活性領域が(100)面と(110)面の両方からゲート電極による制御を受けるため、nチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタとで望ましい形状が異なる。nチャネル型トランジスタでは、W>Hが望ましく、pチャネル型トランジスタでは、H>Wが望ましい。   In semiconductors, the band structure differs depending on the crystal plane orientation, so the electron mobility and hole mobility differ depending on the plane orientation. For example, the electron mobility in silicon is the largest in the (100) plane and the smallest in the (110) plane. On the other hand, the hole mobility is highest on the (110) plane and lowest on the (100) plane. That is, in the Fin transistor, since the transistor active region is controlled by the gate electrode from both the (100) plane and the (110) plane, the desired shape differs between the n-channel transistor and the p-channel transistor. For an n-channel transistor, W> H is desirable, and for a p-channel transistor, H> W is desirable.

しかしながら、Finトランジスタを用いてCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を構成する場合、WとHがそれぞれ異なる2種類のトランジスタを同一のSOI基板上に設けることは困難である。   However, when a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) is configured using Fin transistors, it is difficult to provide two types of transistors having different W and H on the same SOI substrate.

また、近年トランジスタのチャネルに応力を与えることでチャネルにおける移動度を向上させ、トランジスタの性能を向上させる、いわゆる歪技術が実用化されている。この歪技術におけるチャネルの移動度にも結晶面方位が大きく影響する。例えば、チャネル領域における(100)面ではnチャネル型トランジスタに最適な応力の方向は引張方向であり、pチャネル型トランジスタに最適な応力の方向は圧縮方向である。これに対し、チャネル領域における(110)面では印加される応力の望ましい方向は(100)面の場合と同じであるが、移動度の向上効果が異なる。従って、歪技術を適用してトランジスタの性能向上を図る場合も、Finトランジスタを用いてCMOSを構成する際に、nチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタの両方に最適な構造を同時に形成することが困難である。   In recent years, a so-called strain technique has been put into practical use, in which mobility is increased in a channel by applying stress to the channel of the transistor, thereby improving the performance of the transistor. The crystal plane orientation greatly affects the channel mobility in this strain technique. For example, in the (100) plane in the channel region, the optimum stress direction for the n-channel transistor is the tensile direction, and the optimum stress direction for the p-channel transistor is the compression direction. On the other hand, in the (110) plane in the channel region, the desired direction of the applied stress is the same as in the (100) plane, but the effect of improving the mobility is different. Therefore, even when improving the performance of a transistor by applying a strain technique, it is possible to simultaneously form an optimum structure for both an n-channel transistor and a p-channel transistor when a CMOS is formed using Fin transistors. Have difficulty.

前記に鑑み、本発明は、導電型に応じて容易に構成を変えることが可能なFinトランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a Fin transistor whose structure can be easily changed according to the conductivity type and a method for manufacturing the same.

前記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、基板と、前記基板上に設けられた凸状の半導体からなるトランジスタ活性領域と、前記トランジスタ活性領域の側面及び上面の一部上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を間に挟んで前記トランジスタ活性領域の一部の側面上及び上面上に設けられたゲート電極とを備え、前記ゲート電極のうち、前記トランジスタ活性領域の側面上に設けられた部分の構成と前記トランジスタ活性領域の上面上に設けられた部分の構成とは互いに異なっている。   In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is provided on a substrate, a transistor active region made of a convex semiconductor provided on the substrate, and a part of a side surface and an upper surface of the transistor active region. A gate electrode provided on a side surface and an upper surface of a part of the transistor active region with the gate insulating film interposed therebetween, and the transistor active region of the gate electrode is included. The configuration of the portion provided on the side surface is different from the configuration of the portion provided on the upper surface of the transistor active region.

トランジスタ活性領域の上面と側面とでは半導体結晶の面方位が互いに異なっており、トランジスタ活性領域の上面近傍、側面近傍にはそれぞれチャネルが形成される。上述の構成によれば、ゲート電極のうち、トランジスタ活性領域の側方に設けられた部分の構成と、トランジスタ活性領域の上方に設けられた部分の構成とが異なっているので、ゲート電極の構成をトランジスタ活性領域の上方に形成された部分とトランジスタ活性領域の側方に形成された部分とで適切に設定することで、両部分の実効仕事関数を互いに異なる値にすることができる。このため、トランジスタ活性領域の高さや幅を変更することなく当該ゲート電極を有するトランジスタの閾値を変更することができる。従って、nチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタを基板上に形成する場合、両トランジスタのトランジスタ活性領域の高さ及び幅を等しくしつつ、両トランジスタの性能を同等程度に揃えることができる。   The plane orientations of the semiconductor crystals are different between the upper surface and the side surface of the transistor active region, and a channel is formed near the upper surface and the side surface of the transistor active region. According to the above configuration, the configuration of the gate electrode is different from the configuration of the portion provided on the side of the transistor active region and the configuration of the portion provided above the transistor active region. By appropriately setting the portion formed above the transistor active region and the portion formed laterally of the transistor active region, the effective work functions of both portions can be set to different values. Therefore, the threshold value of the transistor having the gate electrode can be changed without changing the height or width of the transistor active region. Therefore, when an n-channel transistor and a p-channel transistor are formed on a substrate, the performance of both transistors can be made equal while maintaining the same height and width of the transistor active regions of both transistors.

例えば、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を間に挟んで前記トランジスタ活性領域の一部の側面上及び上面上に設けられた第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極上に設けられた第2のゲート電極とを有しており、前記第1のゲート電極のうち前記トランジスタ活性領域の上方に設けられた部分の膜厚と、前記第1のゲート電極のうち前記トランジスタ活性領域の側方に設けられた部分の膜厚とは互いに異なっていてもよい。   For example, the gate electrode is provided on a first gate electrode provided on a side surface and an upper surface of a part of the transistor active region with the gate insulating film interposed therebetween, and on the first gate electrode. A thickness of a portion of the first gate electrode provided above the transistor active region, and a thickness of the transistor active region of the first gate electrode. The film thickness of the portion provided on the side may be different from each other.

より詳しくは、前記第1のゲート電極のうち前記トランジスタ活性領域の上方に設けられた部分の膜厚は、前記第1のゲート電極のうち前記トランジスタ活性領域の側方に設けられた部分の膜厚よりも小さくてもよい。   More specifically, the film thickness of the portion of the first gate electrode provided above the transistor active region is the film thickness of the portion of the first gate electrode provided on the side of the transistor active region. It may be smaller than the thickness.

前記第1のゲート電極の構成材料は金属材料又は金属化合物であり、前記第2のゲート電極の構成材料はポリシリコンであってもよい。   The constituent material of the first gate electrode may be a metal material or a metal compound, and the constituent material of the second gate electrode may be polysilicon.

前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極とは前記第2のゲート絶縁膜により電気的に分離され、且つ前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極には、互いに独立したゲート電圧が印加されてもよい。   The first gate electrode and the second gate electrode are electrically separated by the second gate insulating film, and the first gate electrode and the second gate electrode include gates independent of each other. A voltage may be applied.

本発明の半導体装置の第1の製造方法は、上部に半導体層を有する基板の前記半導体層上に第1のパターンを形成する工程(a)と、前記第1のパターンをマスクとして前記半導体層をエッチングし、半導体で構成されたトランジスタ活性領域を形成する工程(b)と、前記トランジスタ活性領域を含む前記基板上に第1の絶縁膜及び金属膜を順次形成する工程(c)と、前記金属膜のうち前記トランジスタ活性領域の上方に設けられた部分を薄膜化する工程(d)と、前記工程(d)の後、前記トランジスタ活性領域の上方に、前記トランジスタ活性領域を跨ぐように第2のパターンを形成する工程(e)と、前記第2のパターンをマスクとして少なくとも前記金属膜及び前記第1の絶縁膜をエッチングし、前記トランジスタ形成領域の一部の側面上及び上面上に設けられ、前記第1の絶縁膜の一部からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられ、前記トランジスタ形成領域の上方に設けられた部分の膜厚が前記トランジスタ形成領域の側方に設けられた部分の膜厚よりも小さく、前記金属膜の一部からなる第1のゲート電極とを形成する工程(f)とを備えている。   According to a first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step (a) of forming a first pattern on the semiconductor layer of a substrate having a semiconductor layer thereon, and the semiconductor layer using the first pattern as a mask. (B) forming a transistor active region composed of a semiconductor, (c) sequentially forming a first insulating film and a metal film on the substrate including the transistor active region, A step (d) of thinning a portion of the metal film provided above the transistor active region; and after the step (d), a step is performed so as to straddle the transistor active region above the transistor active region. Step (e) of forming a second pattern, and etching at least the metal film and the first insulating film using the second pattern as a mask, A gate insulating film formed on a part of the first insulating film, and a film thickness of a portion provided on the gate insulating film and above the transistor formation region. Includes a step (f) of forming a first gate electrode which is smaller than the film thickness of the portion provided on the side of the transistor formation region and which is a part of the metal film.

この方法によれば、工程(d)で金属膜のうちトランジスタ活性領域の上方に設けられた部分を薄膜化するので、第1のゲート電極のうちトランジスタ活性領域の上方に形成された部分の膜厚を適切な値に調節することが可能となる。これにより、トランジスタ活性領域の高さや幅を変更することなくnチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタの特性を調節し、揃えることができる。   According to this method, since the portion of the metal film provided above the transistor active region is thinned in the step (d), the film of the portion of the first gate electrode formed above the transistor active region. It becomes possible to adjust the thickness to an appropriate value. This makes it possible to adjust and align the characteristics of the n-channel transistor and the p-channel transistor without changing the height and width of the transistor active region.

本発明の半導体装置の第2の製造方法は、上部に半導体層を有する基板の前記半導体層上に第1の絶縁膜と第1の金属膜とを順次形成した後、前記第1の金属膜をパターニングする工程(a)と、前記第1の金属膜をマスクとして前記第1の絶縁膜と前記半導体層をエッチングし、半導体で構成されたトランジスタ活性領域と、前記トランジスタ活性領域と前記第1の金属膜との間に挟まれ、前記第1の絶縁膜の一部からなる第1のゲート絶縁膜とを形成する工程(b)と、前記トランジスタ活性領域を含む前記基板上、前記第1の金属膜の側面上及び上面上に第2の絶縁膜と第2の金属膜とを順次形成する工程(c)と、前記第2の金属膜の上に、前記トランジスタ活性領域を跨ぐ第1のゲート電極形成用パターンを形成する工程(d)と、前記第1のゲート電極形成用パターンをマスクとして前記第2の金属膜、前記第2の絶縁膜、前記第1の金属膜、及び前記第1のゲート絶縁膜をエッチングし、前記トランジスタ形成領域の側面の一部上、前記第1の金属膜の側面及び上面の一部上に設けられ、前記第2の絶縁膜の一部からなる第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜の上に形成され、前記第2の金属膜からなる第2のゲート電極と、側面と上面が前記第2のゲート絶縁膜を挟んで前記第2のゲート電極に囲まれ、前記第1の金属膜の一部からなる第1のゲート電極とを形成する工程(e)と、前記第2のゲート電極及び前記第2のゲート絶縁膜のうち前記トランジスタ活性領域の上方に形成された部分を除去し、前記第2のゲート電極を前記トランジスタ活性領域及び前記第1のゲート電極の側方に残す工程(f)とを備えている。   According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a first insulating film and a first metal film are sequentially formed on the semiconductor layer of a substrate having a semiconductor layer thereon, and then the first metal film is formed. And patterning the first insulating film and the semiconductor layer using the first metal film as a mask to etch the transistor active region made of a semiconductor, the transistor active region, and the first A step (b) of forming a first gate insulating film which is sandwiched between the first metal insulating film and part of the first insulating film; and on the substrate including the transistor active region, A step (c) of sequentially forming a second insulating film and a second metal film on the side surface and the upper surface of the first metal film; and a first step straddling the transistor active region on the second metal film. A step (d) of forming a gate electrode formation pattern of The second metal film, the second insulating film, the first metal film, and the first gate insulating film are etched using the first gate electrode formation pattern as a mask, and the transistor formation region is etched. A second gate insulating film which is provided on a part of the side surface, part of the side surface and the upper surface of the first metal film, and which is a part of the second insulating film; and the second gate insulating film A second gate electrode made of the second metal film, a side surface and an upper surface being surrounded by the second gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween, and the first metal A step (e) of forming a first gate electrode comprising a part of the film, and removing a portion of the second gate electrode and the second gate insulating film formed above the transistor active region And the second gate electrode is connected to the transistor active region. And and a step (f) to leave the side of said first gate electrode.

この方法によれば、トランジスタ活性領域の上方に位置する第1のゲート電極と、トランジスタ活性領域の側方に位置し、第1のゲート電極と電気的に絶縁された第2のゲート電極とを形成することができる。そのため、第1のゲート電極と第2のゲート電極の材料や膜厚などをトランジスタに適したものとすることができる。また、第1のゲート電極と第2のゲート電極とに個別にゲート電圧を印加してトランジスタの閾値を制御することも可能となる。   According to this method, the first gate electrode located above the transistor active region and the second gate electrode located laterally of the transistor active region and electrically insulated from the first gate electrode are provided. Can be formed. Therefore, the material and film thickness of the first gate electrode and the second gate electrode can be suitable for the transistor. In addition, the threshold voltage of the transistor can be controlled by individually applying a gate voltage to the first gate electrode and the second gate electrode.

なお、基板は半導体基板でもよいが、いわゆるSOI基板を用いることが好ましい。   The substrate may be a semiconductor substrate, but a so-called SOI substrate is preferably used.

本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、いわゆるFinトランジスタのゲート電極の構成を、上面部と側面部とで異なる構成とすることにより、トランジスタ活性領域の高さや幅を変更することなく、チャネルにおける移動度やゲート電極の実効仕事関数を変更することができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the configuration of the gate electrode of the so-called Fin transistor is made different between the upper surface portion and the side surface portion, without changing the height and width of the transistor active region. The mobility in the channel and the effective work function of the gate electrode can be changed.

(a)〜(d)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. (a)〜(d)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. (a)〜(d)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. (a)〜(d)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. (a)〜(d)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. (a)、(b)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. (a)〜(d)は、従来の半導体装置の製造方法を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the manufacturing method of the conventional semiconductor device. (a)〜(d)は、従来の半導体装置の製造方法を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1(a)〜(d)、図2(a)〜(d)、及び図3(a)〜(d)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図1(a)〜(d)、図2(a)〜(d)、及び図3(a)〜(c)において左図は半導体装置の断面を示し、右図は基板上方から見た場合の半導体装置の平面図を示す。なお、図1(d)の平面図においては、構造が理解しやすいように、実際には見えていないトランジスタ活性領域104の形状を点線で示している。   FIGS. 1A to 1D, FIGS. 2A to 2D, and FIGS. 3A to 3D are views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 1A to 1D, FIGS. 2A to 3D, and FIGS. 3A to 3C, the left figure shows a cross section of the semiconductor device, and the right figure is viewed from above the substrate. The top view of the semiconductor device of is shown. In the plan view of FIG. 1D, the shape of the transistor active region 104 that is not actually seen is indicated by a dotted line so that the structure can be easily understood.

まず、図1(a)に示すように、(100)面を主面とするシリコン基板(不図示)上に形成されたシリコン酸化膜(絶縁膜)101と、シリコン酸化膜101上に形成されたシリコン層(半導体層)102とを有するSOI基板を準備する。続いて、このSOI基板の所定領域上に、トランジスタ用の活性領域パターン(第1のパターン)103を形成する。ここで、Finトランジスタにおいて活性領域の高さHとなるシリコン層102の厚みは、30nm〜100nm程度が望ましい。   First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film (insulating film) 101 formed on a silicon substrate (not shown) having a (100) plane as a main surface and a silicon oxide film 101 are formed. An SOI substrate having a silicon layer (semiconductor layer) 102 is prepared. Subsequently, an active region pattern (first pattern) 103 for a transistor is formed on a predetermined region of the SOI substrate. Here, the thickness of the silicon layer 102 which becomes the height H of the active region in the Fin transistor is preferably about 30 nm to 100 nm.

次に、図1(b)、(c)に示すように、活性領域パターン103をマスクとしてシリコン層102のエッチングを行った後、活性領域パターン103を除去する。これにより、シリコン等の半導体からなるトランジスタ活性領域104が形成される。このトランジスタ活性領域104は直方体等の凸状(Fin状)であり、右図(平面図)において例えば横方向(トランジスタのゲート幅方向)よりも縦方向(トランジスタのゲート長方向)の長さが長い長方形の平面形状を有している。次に、トランジスタ活性領域104上にフォトリソグラフィー工程により形成したレジストパターンを用いて不純物のイオン注入を行い、n型領域及びp型領域を形成する(不図示)。nチャネル型Finトランジスタを作製する場合には、トランジスタ活性領域104の平面外形における長辺方向の中央部をp型領域とし、残りをn型領域とする。pチャネル型Finトランジスタを作製する場合には、トランジスタ活性領域104の平面外形における長辺方向の中央部をn型領域とし、残りをp型領域とする。本実施形態ではpチャネル型のFinトランジスタを作製する例を示す。   Next, as shown in FIGS. 1B and 1C, after the silicon layer 102 is etched using the active region pattern 103 as a mask, the active region pattern 103 is removed. Thereby, a transistor active region 104 made of a semiconductor such as silicon is formed. The transistor active region 104 has a convex shape (Fin shape) such as a rectangular parallelepiped, and in the right figure (plan view), for example, the length in the vertical direction (gate length direction of the transistor) is longer than the horizontal direction (gate width direction of the transistor). It has a long rectangular planar shape. Next, ion implantation of impurities is performed on the transistor active region 104 using a resist pattern formed by a photolithography process to form an n-type region and a p-type region (not shown). In the case of manufacturing an n-channel Fin transistor, the central part in the long side direction in the planar outline of the transistor active region 104 is a p-type region, and the rest is an n-type region. In the case of manufacturing a p-channel Fin transistor, the central portion in the long side direction in the planar outline of the transistor active region 104 is an n-type region, and the rest is a p-type region. In this embodiment, an example of manufacturing a p-channel Fin transistor is shown.

次に、図1(d)に示すように、high−k材料を含み、ゲート絶縁膜として機能するHK絶縁膜(第1の絶縁膜)105と、ゲート電極となる金属膜106とをシリコン酸化膜101上と、トランジスタ活性領域104の側面及び上面上とに順次形成する。HK絶縁膜105としては、例えば厚さ1.0nm〜3.0nm程度の酸化ハフニウム膜(例えばHfO)等が用いられ、金属膜106としては、例えば窒化チタン(TiN)膜や窒化タンタル(TaN)膜、あるいはそれらの積層膜などであって、厚みが15nm〜30nmのものが好ましく用いられる。   Next, as shown in FIG. 1D, a HK insulating film (first insulating film) 105 containing a high-k material and functioning as a gate insulating film and a metal film 106 serving as a gate electrode are oxidized with silicon. It forms in order on the film | membrane 101 and on the side surface and upper surface of the transistor active region 104. As the HK insulating film 105, for example, a hafnium oxide film (eg, HfO) having a thickness of about 1.0 nm to 3.0 nm is used, and as the metal film 106, for example, a titanium nitride (TiN) film or a tantalum nitride (TaN) is used. A film or a laminated film thereof having a thickness of 15 nm to 30 nm is preferably used.

次に、図2(a)に示すように、SOI基板の上面(金属膜106の上面)に有機系絶縁膜(第2の絶縁膜)201を塗布する。その後、図2(b)に示すように、化学機械研磨(CMP)によって有機系絶縁膜201の平坦化を行うとともに、有機系絶縁膜201のうちトランジスタ活性領域104上に形成された部分の研磨を行う。この研磨により、金属膜106のうちトランジスタ活性領域104の上面上に形成された部分の厚みがトランジスタ活性領域104の側面上に形成された部分の厚みよりも小さくなる。例えば、金属膜106のうちトランジスタ活性領域104の上面上に形成された部分の厚みは5nm以上10nm以下程度であり、トランジスタ活性領域104の側面上に形成された部分の厚みは20nm以上30nm以下程度であると好ましい。なお、本工程で、化学機械研磨に代えて有機系絶縁膜201の全面エッチバックを行い、併せて金属膜106のうちトランジスタ活性領域104の上面上に形成された部分の厚みを薄く(薄膜化)してもよい。   Next, as shown in FIG. 2A, an organic insulating film (second insulating film) 201 is applied to the upper surface of the SOI substrate (the upper surface of the metal film 106). Thereafter, as shown in FIG. 2B, the organic insulating film 201 is planarized by chemical mechanical polishing (CMP), and the portion of the organic insulating film 201 formed on the transistor active region 104 is polished. I do. By this polishing, the thickness of the portion of the metal film 106 formed on the upper surface of the transistor active region 104 becomes smaller than the thickness of the portion formed on the side surface of the transistor active region 104. For example, the thickness of a portion of the metal film 106 formed on the upper surface of the transistor active region 104 is about 5 nm to 10 nm, and the thickness of a portion formed on the side surface of the transistor active region 104 is about 20 nm to 30 nm. Is preferable. In this step, the entire surface of the organic insulating film 201 is etched back instead of the chemical mechanical polishing, and the thickness of the portion of the metal film 106 formed on the upper surface of the transistor active region 104 is thinned (thinned). )

次に、図2(c)、(d)に示すように、有機系絶縁膜201を除去した後、SOI基板の全面上(金属膜106の上面上)に、膜厚が60nm〜100nm程度のポリシリコン膜(導電膜)203を形成する。   Next, as shown in FIGS. 2C and 2D, after removing the organic insulating film 201, the film thickness is about 60 nm to 100 nm on the entire surface of the SOI substrate (on the upper surface of the metal film 106). A polysilicon film (conductive film) 203 is formed.

次に、図3(a)に示すように、フォトリソグラフィー工程により、ゲート電極形成用パターン(第2のパターン)301を、トランジスタ活性領域104を跨ぐようにポリシリコン膜203上に形成する。このゲート電極形成用パターン301は、基板上方から見てトランジスタ活性領域104と交差しており、図3(a)右図において、トランジスタ活性領域104の短辺方向に延びている。   Next, as shown in FIG. 3A, a gate electrode formation pattern (second pattern) 301 is formed on the polysilicon film 203 across the transistor active region 104 by a photolithography process. The gate electrode formation pattern 301 intersects with the transistor active region 104 when viewed from above the substrate, and extends in the short side direction of the transistor active region 104 in the right diagram of FIG.

次に、図3(b)に示すように、ゲート電極形成用パターン301をマスクとして、ポリシリコン膜203、金属膜106及びHK絶縁膜105のエッチングを行う。これにより、トランジスタ活性領域104の一部の側面上及び上面上に、HK絶縁膜105の一部で構成されたゲート絶縁膜105aと、ゲート電極350とが形成される。ここで、ゲート電極350は、金属膜106の一部で構成された下部ゲート電極(第1のゲート電極)106aと、下部ゲート電極106a上に位置し、ポリシリコン膜203の一部で構成された上部ゲート電極(第2のゲート電極)303とで構成される。ゲート電極350は、基板上方から見てトランジスタ活性領域104と交差しており、図3(b)右図において、トランジスタ活性領域104の短辺方向に延びている。   Next, as shown in FIG. 3B, the polysilicon film 203, the metal film 106, and the HK insulating film 105 are etched using the gate electrode formation pattern 301 as a mask. As a result, the gate insulating film 105a formed of a part of the HK insulating film 105 and the gate electrode 350 are formed on the side surface and the upper surface of a part of the transistor active region 104. Here, the gate electrode 350 is formed of a lower gate electrode (first gate electrode) 106a formed of a part of the metal film 106 and a part of the polysilicon film 203 located on the lower gate electrode 106a. And an upper gate electrode (second gate electrode) 303. The gate electrode 350 intersects with the transistor active region 104 when viewed from above the substrate, and extends in the short side direction of the transistor active region 104 in the right diagram of FIG.

次に、図3(c)に示すように、ゲート電極形成用パターン301を除去する。ここで、トランジスタ活性領域104のうちゲート電極350の両側方に位置する領域は、トランジスタのソース/ドレイン領域304、305となっている。   Next, as shown in FIG. 3C, the gate electrode formation pattern 301 is removed. Here, regions located on both sides of the gate electrode 350 in the transistor active region 104 are source / drain regions 304 and 305 of the transistor.

図3(d)は、上記製造工程により作製された立体トランジスタを斜め上から見た場合の斜視図である。なお、図3(d)中では、本実施形態の半導体装置の形状を理解しやすくするため、上部ゲート電極303及びゲート絶縁膜105aは示していない。   FIG. 3D is a perspective view when the three-dimensional transistor manufactured by the above manufacturing process is viewed obliquely from above. In FIG. 3D, the upper gate electrode 303 and the gate insulating film 105a are not shown for easy understanding of the shape of the semiconductor device of this embodiment.

図3(c)、(d)に示すように、本実施形態の半導体装置は、例えばSOI基板の上面(シリコン酸化膜101上)に形成されたFin状のトランジスタ活性領域104と、シリコン酸化膜101の上面上、トランジスタ活性領域104の側面上及び上面上に、間にゲート絶縁膜105aを挟むように設けられたゲート電極350と、トランジスタ活性領域104のうち、ゲート電極350の両側方に位置する領域に形成されたソース/ドレイン領域304、305とを備えている。トランジスタ活性領域104のゲート幅方向(SOI基板上方から見てゲート電極350が延びる方向)の両側面はシリコンの(110)面となっており、トランジスタ活性領域104の上面はシリコンの(100)面となっている。トランジスタ活性領域104のうちゲート電極350に囲まれた部分の両側面近傍と、上面近傍とにはそれぞれチャネルが形成される。ゲート電極350は、金属または金属化合物からなる下部ゲート電極106aと、下部ゲート電極106a上に設けられ、ポリシリコン等からなる上部ゲート電極303とで構成されている。   As shown in FIGS. 3C and 3D, the semiconductor device of this embodiment includes, for example, a Fin-like transistor active region 104 formed on the upper surface (on the silicon oxide film 101) of the SOI substrate, and a silicon oxide film. 101 on the upper surface of the transistor 101, on the side surface and upper surface of the transistor active region 104, with the gate insulating film 105 a interposed therebetween, and on the both sides of the gate electrode 350 in the transistor active region 104. Source / drain regions 304 and 305 formed in the region to be formed. Both side surfaces of the transistor active region 104 in the gate width direction (the direction in which the gate electrode 350 extends when viewed from above the SOI substrate) are silicon (110) surfaces, and the upper surface of the transistor active region 104 is a silicon (100) surface. It has become. Channels are formed in the vicinity of both side surfaces of the portion surrounded by the gate electrode 350 in the transistor active region 104 and in the vicinity of the upper surface. The gate electrode 350 includes a lower gate electrode 106a made of metal or a metal compound, and an upper gate electrode 303 made of polysilicon or the like provided on the lower gate electrode 106a.

また、本実施形態の半導体装置では、トランジスタ活性領域104の上方におけるゲート電極350の構造とトランジスタ活性領域104の側方におけるゲート電極350の構造とは異なっている。具体的には、Finトランジスタにおいて、下部ゲート電極106aのうち、ゲート絶縁膜105aを間に挟んでトランジスタ活性領域104の上面上に形成された部分(上面部ゲート電極306)の膜厚が、下部ゲート電極106aのうち、ゲート絶縁膜105aを間に挟んでトランジスタ活性領域104の側面上に形成された部分(側面部ゲート電極307)の膜厚よりも小さくなっている。   In the semiconductor device of this embodiment, the structure of the gate electrode 350 above the transistor active region 104 is different from the structure of the gate electrode 350 on the side of the transistor active region 104. Specifically, in the Fin transistor, the thickness of the lower gate electrode 106a formed on the upper surface of the transistor active region 104 with the gate insulating film 105a interposed therebetween (upper surface gate electrode 306) is lower. The thickness of the gate electrode 106a is smaller than the thickness of the portion (side surface gate electrode 307) formed on the side surface of the transistor active region 104 with the gate insulating film 105a interposed therebetween.

ポリシリコン/金属積層構造(MIPS構造)を有するゲート電極では、以下に説明するように、金属で構成された下部ゲート電極106aの膜厚を変えることで、トランジスタ活性領域104の高さHや幅Wを変えずにゲート電極の実効仕事関数を変更することができる。   In a gate electrode having a polysilicon / metal laminated structure (MIPS structure), the height H and width of the transistor active region 104 are changed by changing the film thickness of the lower gate electrode 106a made of metal, as will be described below. The effective work function of the gate electrode can be changed without changing W.

MIPS構造を有するゲート電極を備えたMOSトランジスタでは、金属膜−ポリシリコン界面付近に形成される電荷によってリモートクーロン散乱が生じる。用いられる金属膜とゲート絶縁膜の種類によっては、リモートクーロン散乱を起こす固定電荷は、ゲート絶縁膜と金属膜との界面や、ゲート絶縁膜中である場合に生じる場合もある。チャネルの移動度はこのリモートクーロン散乱によって変調される。この変調の大きさは、金属膜−ポリシリコン界面とゲート絶縁膜との距離、つまり金属膜厚に反比例する。従って、金属膜(本実施形態の半導体装置での下部ゲート電極106a)の厚さを薄くすることで、チャネルにおける正孔の移動度を向上させることが可能となる。一方、nチャネル型のFinトランジスタでは、金属膜の厚さを薄くしても、チャネルにおける電子の移動度は向上しないが、固定電荷により電子は走行しやすくなる。   In a MOS transistor including a gate electrode having a MIPS structure, remote Coulomb scattering occurs due to electric charges formed near the metal film-polysilicon interface. Depending on the type of the metal film and the gate insulating film used, the fixed charge that causes remote Coulomb scattering may occur at the interface between the gate insulating film and the metal film or in the gate insulating film. The channel mobility is modulated by this remote Coulomb scattering. The magnitude of this modulation is inversely proportional to the distance between the metal film-polysilicon interface and the gate insulating film, that is, the metal film thickness. Therefore, the mobility of holes in the channel can be improved by reducing the thickness of the metal film (the lower gate electrode 106a in the semiconductor device of this embodiment). On the other hand, in an n-channel Fin transistor, even if the thickness of the metal film is reduced, the mobility of electrons in the channel is not improved, but the electrons easily travel due to fixed charges.

トランジスタ活性領域104の上面である(100)面は、正孔移動度が(110)面に比べて低いが、上面部ゲート電極306の厚みを薄くした状態で負の電荷を金属膜-ポリシリコン界面に生じさせることで、移動度の向上を図ることが可能となる。従って、本実施形態によればpチャネル型のFinトランジスタのトランジスタ活性領域の高さHと幅Wを、nチャネル型のFinトランジスタにとって最適な値に設定した場合であっても、p型トランジスタ特性を向上させることが可能となる。   The (100) plane, which is the upper surface of the transistor active region 104, has a hole mobility lower than that of the (110) plane, but negative charges are transferred from the metal film-polysilicon with the thickness of the upper gate electrode 306 being reduced. By causing it to occur at the interface, the mobility can be improved. Therefore, according to the present embodiment, even when the height H and width W of the transistor active region of the p-channel Fin transistor are set to optimum values for the n-channel Fin transistor, the p-type transistor characteristics Can be improved.

特に、本実施形態の半導体装置の製造方法においては、図2(b)に示す工程で金属膜106の研磨量を調節することでチャネルにおける移動度を任意に調節できる。また、MIPS構造では金属膜厚により実効仕事関数が変化するので、各基板面方位でトランジスタの閾値電圧を任意に調節することができる。   In particular, in the semiconductor device manufacturing method of this embodiment, the mobility in the channel can be arbitrarily adjusted by adjusting the polishing amount of the metal film 106 in the step shown in FIG. In the MIPS structure, since the effective work function changes depending on the metal film thickness, the threshold voltage of the transistor can be arbitrarily adjusted in each substrate surface orientation.

本実施形態の製造方法においては、図1(b)、(c)に示す工程で、pチャネル型トランジスタ用のトランジスタ活性領域104と同じサイズのnチャネル型トランジスタ用のトランジスタ活性領域を、pチャネル型トランジスタ用のトランジスタ活性領域104と同時に形成することができる。その後、nチャネル型トランジスタに適したゲート電極を形成することで、複雑な工程を経ずにnチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタの性能を同等程度に揃えることができる。そのため、レイアウト等の制約を設けることなくFinトランジスタで構成されたCMOSトランジスタを作製することが可能となる。   In the manufacturing method of this embodiment, in the steps shown in FIGS. 1B and 1C, the transistor active region for the n-channel transistor having the same size as the transistor active region 104 for the p-channel transistor is converted into the p-channel. It can be formed simultaneously with the transistor active region 104 for the type transistor. After that, by forming a gate electrode suitable for the n-channel transistor, the performance of the n-channel transistor and the p-channel transistor can be equalized without complicated processes. Therefore, it is possible to manufacture a CMOS transistor including a Fin transistor without providing restrictions such as layout.

なお、本実施形態では、トランジスタのチャネルに歪みを与えるためのストレス膜をトランジスタ上に設ける技術や、SiGeでソース・ドレイン領域を形成し、チャネルに歪みを与える技術などの歪技術と本実施形態の技術と組み合わせた方法については説明していないが、歪技術による移動度変調とゲート構造による実効仕事関数の変調は独立に制御可能なため、歪技術と組合せることは可能である。すなわち、本実施形態の方法と歪技術とを組み合わせることで、トランジスタの移動度をさらに向上させることが可能である。   In the present embodiment, a distortion technique such as a technique for providing a stress film on the transistor for distorting the channel of the transistor, a technique for forming a source / drain region with SiGe, and distorting the channel, and the present embodiment. Although the method combined with this technique is not described, since the mobility modulation by the distortion technique and the modulation of the effective work function by the gate structure can be controlled independently, it can be combined with the distortion technique. That is, the mobility of the transistor can be further improved by combining the method of this embodiment and the distortion technique.

なお、以上では(100)面を主面とするシリコン基板を含むSOI基板上にFinトランジスタを設ける例を説明したが、(110)面や(111)面など他の結晶面を主面とするシリコン基板を用いる場合でも、本実施形態の方法によりnチャネル型とpチャネル型のFinトランジスタの性能を容易に揃えることが可能である。   In the above, an example in which a Fin transistor is provided on an SOI substrate including a silicon substrate having a (100) plane as a main surface has been described. However, another crystal plane such as the (110) plane or the (111) plane is set as a main plane. Even when a silicon substrate is used, the performance of the n-channel and p-channel Fin transistors can be easily aligned by the method of this embodiment.

また、上部にシリコン層を有するSOI基板に代えて一般的なシリコン基板(バルクシリコン基板)を用いた場合でも本実施形態の方法によれば上述の効果を得ることができる。   Further, even when a general silicon substrate (bulk silicon substrate) is used instead of the SOI substrate having the silicon layer on the upper portion, the above-described effects can be obtained according to the method of the present embodiment.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図4、図5及び図6を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6.

図4(a)〜(d)、図5(a)〜(d)、及び図6(a)、(b)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図4(a)〜(d)、図5(a)〜(d)、及び図6(a)において左図は半導体装置の断面を示し、右図は基板上方から見た場合の半導体装置の平面図を示す。なお、図4(c)の平面図においては、構造が理解しやすいように、実際には見えていないトランジスタ活性領域405の形状を点線で示している。   4A to 4D, FIGS. 5A to 5D, and FIGS. 6A and 6B are views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. 4A to 4D, FIGS. 5A to 5D, and FIG. 6A, the left figure shows a cross section of the semiconductor device, and the right figure shows the semiconductor device as viewed from above the substrate. A plan view is shown. In the plan view of FIG. 4C, the shape of the transistor active region 405 that is not actually seen is shown by a dotted line so that the structure can be easily understood.

まず、図4(a)に示すように、(100)面を主面とするシリコン基板(不図示)上に形成されたシリコン酸化膜401と、シリコン酸化膜401上に形成されたシリコン層(半導体層)402とを有するSOI基板を準備する。続いて、このSOI基板上に、例えばhigh-k材料からなり、後に第1のゲート絶縁膜として機能する第1のHK絶縁膜403と、第1金属膜とを公知の方法で順次形成する。次に、第1金属膜を選択的にエッチングして、第1の金属膜の一部で構成されたトランジスタ用の活性領域パターン404を形成する。ここで、シリコン層402の厚みは30nm〜100nm程度が望ましく、第1のHK絶縁膜403が、例えば酸化ハフニウム(HfO等)で構成された場合の厚みは2nm〜3nm程度が望ましい。また、第1の金属膜は例えばTiNで構成され、その厚みは10nm以上30nm以下程度が望ましい。   First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 401 formed on a silicon substrate (not shown) having a (100) plane as a main surface, and a silicon layer (on the silicon oxide film 401) An SOI substrate having a semiconductor layer 402 is prepared. Subsequently, on the SOI substrate, a first HK insulating film 403 made of, for example, a high-k material and functioning as a first gate insulating film later, and a first metal film are sequentially formed by a known method. Next, the first metal film is selectively etched to form an active region pattern 404 for a transistor composed of a part of the first metal film. Here, the thickness of the silicon layer 402 is preferably about 30 nm to 100 nm, and the thickness when the first HK insulating film 403 is made of, for example, hafnium oxide (HfO or the like) is preferably about 2 nm to 3 nm. The first metal film is made of, for example, TiN, and the thickness is desirably about 10 nm to 30 nm.

次に、図4(b)に示すように、活性領域パターン404をマスクとして第1のHK絶縁膜403及びシリコン層402のエッチングを行い、第1のゲート絶縁膜403aと、直方体等、凸状(Fin状)のトランジスタ活性領域405を形成する。トランジスタ活性領域405のHはシリコン層402の厚みと同じである。次に、トランジスタ活性領域405上にフォトリソグラフィー工程により形成したレジストパターンを用いて不純物のイオン注入を行い、n型領域及びp型領域を形成する(不図示)。nチャネル型Finトランジスタを作製する場合には、トランジスタ活性領域405の平面外形における長辺方向の中央部をp型領域とし、残りをn型領域とする。pチャネル型Finトランジスタを作製する場合には、トランジスタ活性領域104の平面外形における長辺方向の中央部をn型領域とし、残りをp型領域とする。   Next, as shown in FIG. 4B, the first HK insulating film 403 and the silicon layer 402 are etched using the active region pattern 404 as a mask, and the first gate insulating film 403a and a rectangular parallelepiped or other convex shape are formed. A (Fin-like) transistor active region 405 is formed. H of the transistor active region 405 is the same as the thickness of the silicon layer 402. Next, ion implantation of impurities is performed on the transistor active region 405 using a resist pattern formed by a photolithography process to form an n-type region and a p-type region (not shown). In the case of manufacturing an n-channel Fin transistor, the central portion in the long side direction in the planar outline of the transistor active region 405 is a p-type region, and the rest is an n-type region. In the case of manufacturing a p-channel Fin transistor, the central portion in the long side direction in the planar outline of the transistor active region 104 is an n-type region, and the rest is a p-type region.

次に、図4(c)に示すように、SOI基板の上面上、トランジスタ活性領域104の側面上、第1のゲート絶縁膜403aの側面上、活性領域パターン404の側面上及び上面上に第2のHK絶縁膜407、第2の金属膜408を順次形成する。第2のHK絶縁膜407としては、例えば厚さ1.0nm以上3.0nm以下程度の酸化ハフニウム膜を用い、第2の金属膜408としては、例えば厚さが15nm以上30nm以下程度のTaN膜などを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 4C, on the upper surface of the SOI substrate, on the side surface of the transistor active region 104, on the side surface of the first gate insulating film 403a, on the side surface and on the upper surface of the active region pattern 404. Second HK insulating film 407 and second metal film 408 are sequentially formed. As the second HK insulating film 407, for example, a hafnium oxide film having a thickness of about 1.0 nm to 3.0 nm is used. As the second metal film 408, for example, a TaN film having a thickness of about 15 nm to 30 nm is used. Etc. can be used.

次に、図4(d)に示すように、第2の金属膜408上にゲート電極形成用パターン409を形成する。   Next, as shown in FIG. 4D, a gate electrode formation pattern 409 is formed on the second metal film 408.

次に、図5(a)に示すように、ゲート電極形成用パターン409をマスクとして第2の金属膜408と第2のHK絶縁膜407のエッチングを行った後、ゲート電極形成用パターン409を除去する。これにより、第2のゲート絶縁膜407aを間に挟んでシリコン酸化膜401上、トランジスタ活性領域405の側面上、第1のゲート絶縁膜403aの側面上、活性領域パターン404の側面上及び上面上に第2のゲート電極503を形成する。第2のゲート電極503は、基板上方から見てトランジスタ活性領域405と交差しており、図5(a)右図において、トランジスタ活性領域405の短辺方向に延びている。また、本工程では、第2のゲート電極503の両側方に位置するトランジスタ活性領域405上の活性領域パターン404、第1のゲート絶縁膜403aの一部もエッチングにより除去する。これにより、活性領域パターン(第1の金属膜)404の一部からなる第1のゲート電極602が形成される。   Next, as shown in FIG. 5A, the second metal film 408 and the second HK insulating film 407 are etched using the gate electrode formation pattern 409 as a mask, and then the gate electrode formation pattern 409 is formed. Remove. As a result, the second gate insulating film 407a is sandwiched between the silicon oxide film 401, the side surface of the transistor active region 405, the side surface of the first gate insulating film 403a, the side surface and the upper surface of the active region pattern 404. Then, a second gate electrode 503 is formed. The second gate electrode 503 intersects the transistor active region 405 when viewed from above the substrate, and extends in the short side direction of the transistor active region 405 in the right diagram of FIG. In this step, the active region pattern 404 on the transistor active region 405 located on both sides of the second gate electrode 503 and a part of the first gate insulating film 403a are also removed by etching. As a result, a first gate electrode 602 made of a part of the active region pattern (first metal film) 404 is formed.

その後、図5(b)に示すように、ゲート電極形成用パターン409を除去する。   Thereafter, as shown in FIG. 5B, the gate electrode formation pattern 409 is removed.

次に、図5(c)、(d)に示すように、SOI基板上面及び第2のゲート電極503の上面に有機系絶縁膜504を塗布した後、CMPによる有機系絶縁膜504の平坦化を行うとともに、第2のゲート電極503、第2のゲート絶縁膜407aの一部を除去し、第1のゲート電極602の上面を露出させる。本工程により、トランジスタ活性領域405の両側方に第2のゲート電極503が残る。なお、本工程ではCMPに代えて有機系絶縁膜504のエッチバックを行い、これと併せて第2のゲート電極503及び第2のゲート絶縁膜407aのうちトランジスタ活性領域405の上方に形成された部分を除去してもよい。また、第1のゲート電極602を一部エッチングして第1のゲート電極602の膜厚を適当な値に調節してもよい。   Next, as shown in FIGS. 5C and 5D, an organic insulating film 504 is applied to the upper surface of the SOI substrate and the upper surface of the second gate electrode 503, and then the organic insulating film 504 is planarized by CMP. And a part of the second gate electrode 503 and the second gate insulating film 407a are removed, and the upper surface of the first gate electrode 602 is exposed. By this step, the second gate electrode 503 remains on both sides of the transistor active region 405. In this step, the organic insulating film 504 is etched back instead of CMP, and is formed above the transistor active region 405 in the second gate electrode 503 and the second gate insulating film 407a. The portion may be removed. Alternatively, the first gate electrode 602 may be partially etched to adjust the thickness of the first gate electrode 602 to an appropriate value.

次に、図6(a)に示すように、有機系絶縁膜504を除去することで、本実施形態の半導体装置が作製できる。ここで、トランジスタ活性領域405のうちゲート電極350の両側方に位置する領域は、トランジスタのソース/ドレイン領域604、605となっている。また、第1のゲート電極602と第2のゲート電極503とは、第2のHK絶縁膜407により絶縁されている。なお、以下では第1のゲート電極602と第2のゲート電極503とを合わせて「ゲート電極610」と表記し、第1のゲート絶縁膜403aと第2のゲート絶縁膜407aとを合わせて「ゲート絶縁膜615」と表記するものとする。   Next, as shown in FIG. 6A, by removing the organic insulating film 504, the semiconductor device of this embodiment can be manufactured. Here, regions located on both sides of the gate electrode 350 in the transistor active region 405 are source / drain regions 604 and 605 of the transistor. The first gate electrode 602 and the second gate electrode 503 are insulated by the second HK insulating film 407. Hereinafter, the first gate electrode 602 and the second gate electrode 503 are collectively referred to as a “gate electrode 610”, and the first gate insulating film 403a and the second gate insulating film 407a are collectively referred to as “ It is expressed as “gate insulating film 615”.

次に、基板(作製中の半導体装置)の上面上にポリシリコン膜を形成した後、第2のゲート電極形成パターンを形成し、これをマスクとして用いてポリシリコンからなるゲート電極を形成してもよい。   Next, after a polysilicon film is formed on the upper surface of the substrate (semiconductor device being fabricated), a second gate electrode formation pattern is formed, and this is used as a mask to form a gate electrode made of polysilicon. Also good.

図6(b)は、上記製造工程により作製された立体トランジスタを斜め上から見た場合の斜視図である。なお、図6(b)中では、本実施形態の半導体装置の形状を理解しやすくするため、第1のゲート絶縁膜403a、第2のゲート絶縁膜407aは示していない。   FIG. 6B is a perspective view when the three-dimensional transistor manufactured by the above manufacturing process is viewed obliquely from above. In FIG. 6B, the first gate insulating film 403a and the second gate insulating film 407a are not shown for easy understanding of the shape of the semiconductor device of this embodiment.

図6(a)、(b)に示すように、本実施形態の半導体装置は、例えばSOI基板の上面(シリコン酸化膜401上)に形成されたFin状のトランジスタ活性領域405と、シリコン酸化膜401の上面上、トランジスタ活性領域405の側面上及び上面上に、間にゲート絶縁膜615を挟むように設けられたゲート電極610と、トランジスタ活性領域405のうち、ゲート電極610の両側方に位置する領域に形成されたソース/ドレイン領域604、605とを備えている。トランジスタ活性領域405のゲート幅方向の両側面はシリコンの(110)面となっており、トランジスタ活性領域405の上面はシリコンの(100)面となっている。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the semiconductor device of this embodiment includes, for example, a Fin-like transistor active region 405 formed on the upper surface (on the silicon oxide film 401) of the SOI substrate, and a silicon oxide film. The gate electrode 610 is provided on the upper surface of 401, on the side surface and the upper surface of the transistor active region 405 so as to sandwich the gate insulating film 615 therebetween, and the transistor active region 405 is positioned on both sides of the gate electrode 610. Source / drain regions 604 and 605 formed in the region to be formed. Both side surfaces of the transistor active region 405 in the gate width direction are silicon (110) surfaces, and the upper surface of the transistor active region 405 is a silicon (100) surface.

ゲート絶縁膜615は、上述のように、第1のゲート絶縁膜403aと第2のゲート絶縁膜407aとを有している。ゲート電極610は、トランジスタ活性領域405上に、間に第1のゲート絶縁膜403aを挟むように設けられた第1のゲート電極602と、トランジスタ活性領域405の両側面上に、間に第2のゲート絶縁膜407aを挟むように設けられた第2のゲート電極503とを有している。第1のゲート電極602と第2のゲート電極503とは共に金属または金属化合物で構成されている。ただし、第1のゲート電極602と第2のゲート電極503とは異なる導電体材料で構成されていればよく、一方がポリシリコン又はポリシリコンと金属との積層膜で構成され、他方が金属又は金属化合物で構成されていてもよい。本実施形態のFinトランジスタでは、トランジスタ活性領域405のうちゲート電極610に囲まれた部分の両側面近傍と、上面近傍とにそれぞれチャネルが形成される。   As described above, the gate insulating film 615 includes the first gate insulating film 403a and the second gate insulating film 407a. The gate electrode 610 includes a first gate electrode 602 provided on the transistor active region 405 so as to sandwich the first gate insulating film 403a therebetween, and a second electrode on both side surfaces of the transistor active region 405. And a second gate electrode 503 provided so as to sandwich the gate insulating film 407a therebetween. Both the first gate electrode 602 and the second gate electrode 503 are made of a metal or a metal compound. However, the first gate electrode 602 and the second gate electrode 503 may be made of different conductive materials, one of which is made of polysilicon or a laminated film of polysilicon and metal, and the other is made of metal or You may be comprised with the metal compound. In the Fin transistor of this embodiment, channels are formed in the vicinity of both sides of the portion surrounded by the gate electrode 610 in the transistor active region 405 and in the vicinity of the top surface.

本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、Finトランジスタにおいて、トランジスタ活性領域405の上方に設けられた第1のゲート電極602の厚みと、トランジスタ活性領域405の側方に設けられた第2のゲート電極503の厚みとを別々に設定することができる。また、第1のゲート電極602と第2のゲート電極503の構成材料を互いに異なる材料とすることも可能となる。このように、金属材料や厚みを変えることで、第1のゲート電極602と第2のゲート電極503の実効仕事関数を変えることが可能となり、トランジスタ活性領域405の上面近傍に形成されるチャネルとトランジスタ活性領域405の側面近傍に形成されるチャネルとに電流を流すための閾値をそれぞれ別個に設定することが可能となる。そのため、両閾値をそれぞれ最適な値に設定することが可能となる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, in the Fin transistor, the thickness of the first gate electrode 602 provided above the transistor active region 405 and the second provided on the side of the transistor active region 405. The thickness of the gate electrode 503 can be set separately. In addition, the first gate electrode 602 and the second gate electrode 503 can be made of different materials. In this manner, by changing the metal material and thickness, the effective work functions of the first gate electrode 602 and the second gate electrode 503 can be changed, and a channel formed in the vicinity of the upper surface of the transistor active region 405 It is possible to separately set thresholds for flowing current to a channel formed in the vicinity of the side surface of the transistor active region 405. Therefore, both threshold values can be set to optimum values.

さらに、第1のゲート電極602と第2のゲート電極503とが第2のゲート絶縁膜407aにより絶縁されているため、両ゲート電極に別個に電圧を印加することが可能である。このため、本実施形態の半導体装置では、トランジスタの閾値を変えることと同等以上に自由度の高い電流制御が可能となる。また、Finトランジスタを新しい動作モードで駆動することが可能となる。   Further, since the first gate electrode 602 and the second gate electrode 503 are insulated by the second gate insulating film 407a, it is possible to apply a voltage to both gate electrodes separately. For this reason, in the semiconductor device of this embodiment, it is possible to perform current control with a degree of freedom equal to or higher than changing the threshold value of the transistor. In addition, the Fin transistor can be driven in a new operation mode.

なお、本実施形態では、トランジスタのチャネルに歪みを与えるためのストレス膜をトランジスタ上に設ける技術や、SiGeでソース・ドレイン領域を形成し、チャネルに歪みを与える技術などの歪技術と本実施形態の技術と組み合わせた方法については説明していないが、歪技術による移動度変調とゲート構造による実効仕事関数の変調は独立に制御可能なため、歪技術と組合せることは可能である。   In the present embodiment, a distortion technique such as a technique for providing a stress film on the transistor for distorting the channel of the transistor, a technique for forming a source / drain region with SiGe, and distorting the channel, and the present embodiment. Although the method combined with this technique is not described, since the mobility modulation by the distortion technique and the modulation of the effective work function by the gate structure can be controlled independently, it can be combined with the distortion technique.

なお、本実施形態の製造方法は、Finトランジスタがpチャネル型であってもnチャネル型であっても適用できる。   Note that the manufacturing method of this embodiment can be applied regardless of whether the Fin transistor is a p-channel type or an n-channel type.

また、本実施形態の製造方法において、図4(b)に示す工程で、pチャネル型トランジスタ用のトランジスタ活性領域405とnチャネル型トランジスタ用のトランジスタ活性領域405とを同時に形成することができる。その後、各導電型のトランジスタに適した構成を有するゲート電極を形成することができるため、複雑な工程を経ずにCMOSトランジスタを作製することができる。特に、本実施形態の製造方法によれば、第1のゲート電極602と第2のゲート電極503とを適切な形状とすることでトランジスタ閾値をトランジスタの導電型に応じた最適な値に設定することが可能となるので、nチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタの性能を同等程度に揃えることができる。そのため、レイアウト等の制約を設けることなくFinトランジスタで構成されたCMOSトランジスタを容易に作製することが可能となる。   In the manufacturing method of this embodiment, the transistor active region 405 for the p-channel transistor and the transistor active region 405 for the n-channel transistor can be formed at the same time in the step shown in FIG. After that, a gate electrode having a structure suitable for each conductivity type transistor can be formed, so that a CMOS transistor can be manufactured without complicated processes. In particular, according to the manufacturing method of the present embodiment, the transistor threshold value is set to an optimum value according to the conductivity type of the transistor by appropriately forming the first gate electrode 602 and the second gate electrode 503. Therefore, the performances of the n-channel transistor and the p-channel transistor can be made equal. Therefore, a CMOS transistor composed of Fin transistors can be easily manufactured without providing restrictions such as layout.

なお、以上で説明した第1及び第2の実施形態に係る半導体装置では、トランジスタ活性領域104、405が、上面及び側面とは面方位が異なる斜面等をさらに有していてもよく、ゲート電極がこの斜面上にさらに設けられていてもよい。   In the semiconductor devices according to the first and second embodiments described above, the transistor active regions 104 and 405 may further include a slope having a plane orientation different from that of the upper surface and the side surface, and the gate electrode May be further provided on this slope.

なお、以上で説明したのは本発明の実施形態の一例であって、各部材の材料やサイズ等は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で半導体装置の構成や製造方法を変更してもよい。   Note that what has been described above is an example of an embodiment of the present invention, and the material, size, and the like of each member are not limited to the above-described embodiment, and the semiconductor device is within the scope of the present invention. The configuration and manufacturing method may be changed.

以上説明したように、本発明は、Finトランジスタを有する半導体装置の特性向上ならびに製造工程改善に有用である。   As described above, the present invention is useful for improving the characteristics of a semiconductor device having Fin transistors and improving the manufacturing process.

101 シリコン酸化膜
102、402 シリコン層
103、404 活性領域パターン
104、405 トランジスタ活性領域
105 HK絶縁膜
105a、615 ゲート絶縁膜
106 金属膜
106a 下部ゲート電極
201、504 有機系絶縁膜
203 ポリシリコン膜
301、409 ゲート電極形成用パターン
303 上部ゲート電極
304、305、604、605 ソース/ドレイン領域
306 上面部ゲート電極
307 側面部ゲート電極
350、610 ゲート電極
401 シリコン酸化膜
402 シリコン層
403a 第1のゲート絶縁膜
403 第1のHK絶縁膜
407 第2のHK絶縁膜
407a 第2のゲート絶縁膜
408 第2の金属膜
503 第2のゲート電極
602 第1のゲート電極
101 Silicon oxide film 102, 402 Silicon layer 103, 404 Active region pattern 104, 405 Transistor active region 105 HK insulating film 105a, 615 Gate insulating film 106 Metal film 106a Lower gate electrode 201, 504 Organic insulating film 203 Polysilicon film 301 409 Gate electrode formation pattern 303 Upper gate electrodes 304, 305, 604, 605 Source / drain regions 306 Upper surface gate electrode 307 Side surface gate electrodes 350, 610 Gate electrode 401 Silicon oxide film 402 Silicon layer 403a First gate insulation Film 403 First HK insulating film 407 Second HK insulating film 407a Second gate insulating film 408 Second metal film 503 Second gate electrode 602 First gate electrode

Claims (14)

基板と、
前記基板上に設けられた凸状の半導体からなるトランジスタ活性領域と、
前記トランジスタ活性領域の一部の側面上及び上面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を間に挟んで前記トランジスタ活性領域の一部の側面上及び上面上に設けられたゲート電極とを備え、
前記ゲート電極のうち、前記トランジスタ活性領域の側面上に設けられた部分の構成と前記トランジスタ活性領域の上面上に設けられた部分の構成とは互いに異なっている半導体装置。
A substrate,
A transistor active region made of a convex semiconductor provided on the substrate;
A gate insulating film provided on a side surface and an upper surface of a part of the transistor active region;
A gate electrode provided on a side surface and an upper surface of a part of the transistor active region with the gate insulating film interposed therebetween,
A semiconductor device in which a configuration of a portion of the gate electrode provided on a side surface of the transistor active region and a configuration of a portion provided on an upper surface of the transistor active region are different from each other.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を間に挟んで前記トランジスタ活性領域の一部の側面上及び上面上に設けられた第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極上に設けられた第2のゲート電極とを有しており、
前記第1のゲート電極のうち前記トランジスタ活性領域の上方に設けられた部分の膜厚と、前記第1のゲート電極のうち前記トランジスタ活性領域の側方に設けられた部分の膜厚とは互いに異なっていること特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The gate electrode includes a first gate electrode provided on a side surface and an upper surface of a part of the transistor active region with the gate insulating film interposed therebetween, and a first gate electrode provided on the first gate electrode. Two gate electrodes,
The film thickness of the portion of the first gate electrode provided above the transistor active region and the film thickness of the portion of the first gate electrode provided on the side of the transistor active region are mutually different. A semiconductor device characterized by being different.
請求項2に記載の半導体装置おいて、
前記第1のゲート電極のうち前記トランジスタ活性領域の上方に設けられた部分の膜厚は、前記第1のゲート電極のうち前記トランジスタ活性領域の側方に設けられた部分の膜厚よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The thickness of the portion of the first gate electrode provided above the transistor active region is smaller than the thickness of the portion of the first gate electrode provided on the side of the transistor active region. A semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1のゲート電極の構成材料は金属材料又は金属化合物であり、前記第2のゲート電極の構成材料はポリシリコンであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the constituent material of the first gate electrode is a metal material or a metal compound, and the constituent material of the second gate electrode is polysilicon.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は、間に前記ゲート絶縁膜を挟んで前記トランジスタ活性領域の上面上に設けられた第1のゲート電極と、間に前記ゲート絶縁膜を挟んで前記トランジスタ活性領域の側面上に設けられ、前記第1のゲート電極とは異なる材料で構成された第2のゲート電極とを有していることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The gate electrode is provided on a side surface of the transistor active region with the gate insulating film interposed between the first gate electrode provided on the upper surface of the transistor active region with the gate insulating film interposed therebetween. And a second gate electrode made of a material different from that of the first gate electrode.
請求項5に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜は、前記第1のゲート電極と前記トランジスタ活性領域との間に設けられた第1のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート電極と前記トランジスタ活性領域との間に設けられた第2のゲート絶縁膜とを有していることを特徴とする半導体装置。、
The semiconductor device according to claim 5,
The gate insulating film is provided between the first gate insulating film provided between the first gate electrode and the transistor active region, and between the second gate electrode and the transistor active region. A semiconductor device comprising: a second gate insulating film. ,
請求項6に記載の半導体装置において、
前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜とは互いに異なる材料で構成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The semiconductor device, wherein the first gate insulating film and the second gate insulating film are made of different materials.
請求項6または7に記載の半導体装置において、
前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極とは前記第2のゲート絶縁膜により電気的に分離され、且つ前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極には、互いに独立したゲート電圧が印加されることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6 or 7,
The first gate electrode and the second gate electrode are electrically separated by the second gate insulating film, and the first gate electrode and the second gate electrode include gates independent of each other. A semiconductor device, wherein a voltage is applied.
上部に半導体層を有する基板の前記半導体層上に第1のパターンを形成する工程(a)と、
前記第1のパターンをマスクとして前記半導体層をエッチングし、半導体で構成されたトランジスタ活性領域を形成する工程(b)と、
前記トランジスタ活性領域を含む前記基板上に第1の絶縁膜及び金属膜を順次形成する工程(c)と、
前記金属膜のうち前記トランジスタ活性領域の上方に設けられた部分を薄膜化する工程(d)と、
前記工程(d)の後、前記トランジスタ活性領域の上方に、前記トランジスタ活性領域を跨ぐように第2のパターンを形成する工程(e)と、
前記第2のパターンをマスクとして少なくとも前記金属膜及び前記第1の絶縁膜をエッチングし、前記トランジスタ形成領域の一部の側面上及び上面上に設けられ、前記第1の絶縁膜の一部からなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられ、前記トランジスタ形成領域の上方に設けられた部分の膜厚が前記トランジスタ形成領域の側方に設けられた部分の膜厚よりも小さく、前記金属膜の一部からなる第1のゲート電極とを形成する工程(f)とを備えている半導体装置の製造方法。
Forming a first pattern on the semiconductor layer of the substrate having a semiconductor layer thereon (a);
Etching the semiconductor layer using the first pattern as a mask to form a transistor active region composed of a semiconductor;
(C) sequentially forming a first insulating film and a metal film on the substrate including the transistor active region;
A step (d) of thinning a portion of the metal film provided above the transistor active region;
After the step (d), a step (e) of forming a second pattern above the transistor active region so as to straddle the transistor active region;
Etching at least the metal film and the first insulating film using the second pattern as a mask, provided on a part of side surfaces and an upper surface of the transistor formation region, and from a part of the first insulating film And a film thickness of a portion provided on the gate insulating film and above the transistor formation region is smaller than a film thickness of a portion provided on the side of the transistor formation region, And (f) forming a first gate electrode made of a part of the metal film.
請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(e)は、前記金属膜の上に導電膜を形成する工程(e1)と、前記導電膜の上に前記第2のパターンを形成する工程(e2)とを含んでおり、
前記工程(f)では、前記第2のパターンをマスクとして前記金属膜及び前記第1の絶縁膜と共に前記導電膜をエッチングし、前記第1のゲート電極の上に前記導電膜の一部からなる第2のゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
The step (e) includes a step (e1) of forming a conductive film on the metal film and a step (e2) of forming the second pattern on the conductive film,
In the step (f), the conductive film is etched together with the metal film and the first insulating film using the second pattern as a mask, and a part of the conductive film is formed on the first gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a second gate electrode.
請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(d)では、前記金属膜上に第2の絶縁膜を形成した後、前記第2の絶縁膜のエッチバックまたは化学機械研磨と併せて前記トランジスタ活性領域の薄膜化を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9 or 10,
In the step (d), after forming a second insulating film on the metal film, the transistor active region is thinned together with etch back or chemical mechanical polishing of the second insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
上部に半導体層を有する基板の前記半導体層上に第1の絶縁膜と第1の金属膜とを順次形成した後、前記第1の金属膜をパターニングする工程(a)と、
前記第1の金属膜をマスクとして前記第1の絶縁膜と前記半導体層をエッチングし、半導体で構成されたトランジスタ活性領域と、前記トランジスタ活性領域と前記第1の金属膜との間に挟まれ、前記第1の絶縁膜の一部からなる第1のゲート絶縁膜とを形成する工程(b)と、
前記トランジスタ活性領域を含む前記基板上、前記第1の金属膜の側面上及び上面上に第2の絶縁膜と第2の金属膜とを順次形成する工程(c)と、
前記第2の金属膜の上に、前記トランジスタ活性領域を跨ぐ第1のゲート電極形成用パターンを形成する工程(d)と、
前記第1のゲート電極形成用パターンをマスクとして前記第2の金属膜、前記第2の絶縁膜、前記第1の金属膜、及び前記第1のゲート絶縁膜をエッチングし、前記トランジスタ形成領域の一部の側面上、前記第1の金属膜の側面及び上面の一部上に設けられ、前記第2の絶縁膜の一部からなる第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜の上に形成され、前記第2の金属膜からなる第2のゲート電極と、側面と上面が前記第2のゲート絶縁膜を挟んで前記第2のゲート電極に囲まれ、前記第1の金属膜の一部からなる第1のゲート電極とを形成する工程(e)と、
前記第2のゲート電極及び前記第2のゲート絶縁膜のうち前記トランジスタ活性領域の上方に形成された部分を除去し、前記第2のゲート電極を前記トランジスタ活性領域及び前記第1のゲート電極の側方に残す工程(f)とを備えている半導体装置の製造方法。
(A) patterning the first metal film after sequentially forming a first insulating film and a first metal film on the semiconductor layer of the substrate having a semiconductor layer thereon;
The first insulating film and the semiconductor layer are etched using the first metal film as a mask, and sandwiched between a transistor active region made of a semiconductor, the transistor active region, and the first metal film (B) forming a first gate insulating film made of a part of the first insulating film;
A step (c) of sequentially forming a second insulating film and a second metal film on the substrate including the transistor active region, on a side surface and an upper surface of the first metal film;
A step (d) of forming a first gate electrode formation pattern straddling the transistor active region on the second metal film;
The second metal film, the second insulating film, the first metal film, and the first gate insulating film are etched using the first gate electrode formation pattern as a mask, and the transistor formation region is etched. A second gate insulating film provided on a part of the side surface, part of the side surface and the upper surface of the first metal film, and comprising a part of the second insulating film; and the second gate insulating film A second gate electrode made of the second metal film, a side surface and an upper surface being surrounded by the second gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween, and the first metal Forming a first gate electrode comprising a portion of the film (e);
A portion of the second gate electrode and the second gate insulating film formed above the transistor active region is removed, and the second gate electrode is formed on the transistor active region and the first gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step (f) to be left laterally.
請求項12に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(f)の後、前記基板上、前記第1のゲート電極上、及び前記第2のゲート電極上に導電膜を形成した後、前記トランジスタ活性領域を跨ぐ第2のゲート電極形成用パターンを前記導電膜上に形成する工程(g)と、
前記第2のゲート電極形成用パターンをマスクとして前記導電膜のエッチングを行い、前記第1のゲート電極上及び前記第2のゲート電極上に前記導電膜の一部からなる第3のゲート電極を形成する工程(h)とをさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
After the step (f), after forming a conductive film on the substrate, on the first gate electrode, and on the second gate electrode, a second gate electrode formation pattern straddling the transistor active region Forming on the conductive film (g),
The conductive film is etched using the second gate electrode formation pattern as a mask, and a third gate electrode made of a part of the conductive film is formed on the first gate electrode and the second gate electrode. And a step (h) of forming a semiconductor device.
請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(f)では、前記基板上、前記第1のゲート電極上及び前記第2のゲート電極上に第3の絶縁膜を形成した後、前記第3の絶縁膜のエッチバックまたは化学機械研磨と併せて前記第2のゲート電極及び前記第2のゲート絶縁膜のうち前記トランジスタ活性領域の上方に形成された部分の除去を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12 or 13,
In the step (f), a third insulating film is formed on the substrate, the first gate electrode, and the second gate electrode, and then the third insulating film is etched back or chemically mechanically polished. In addition, a method of manufacturing a semiconductor device, wherein a portion of the second gate electrode and the second gate insulating film formed above the transistor active region is removed.
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