JP2010287812A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)電界効果トランジスタを有する半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) field effect transistor and a manufacturing method thereof.
MOS電界効果トランジスタの電流特性を向上させる構成として、半導体基板上にMOS電界効果トランジスタを覆うように、MOS電界効果トランジスタのチャネル領域に応力を発生する応力膜を形成することが知られている。 As a configuration for improving the current characteristics of the MOS field effect transistor, it is known to form a stress film that generates stress in the channel region of the MOS field effect transistor so as to cover the MOS field effect transistor on the semiconductor substrate.
特に、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタに関しては、応力膜に圧縮応力膜を用いることで、電流特性が向上することが知られている。さらに、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタに関しては、応力膜に引っ張り応力膜を用いることで、電流特性が向上することが知られている。 In particular, regarding a P-channel MOS field effect transistor, it is known that a current characteristic is improved by using a compressive stress film as a stress film. Furthermore, it is known that an N channel type MOS field effect transistor improves current characteristics by using a tensile stress film as a stress film.
また、応力膜によるチャネル領域への応力の発生の仕方を工夫して、さらに、MOS電界効果トランジスタの電流特性を向上させる技術も知られている。 Also known is a technique for improving the current characteristics of a MOS field effect transistor by devising a way of generating a stress in a channel region by a stress film.
しかしながら、MOS電界効果トランジスタのさらなる微細化が進んだ場合には、上記背景技術ではMOS電界効果トランジスタの電流特性を十分に向上できない可能性がある。 However, when the MOS field effect transistor is further miniaturized, the above-described background art may not be able to sufficiently improve the current characteristics of the MOS field effect transistor.
この課題はPチャネル型MOS電界効果トランジスタおよびNチャネル型MOS電界効果トランジスタのそれぞれに発生するものであるが、本発明の一観点では、このうちPチャネル型MOS電界効果トランジスタの課題に注目している。 This problem occurs in each of the P-channel MOS field effect transistor and the N-channel MOS field effect transistor. In one aspect of the present invention, attention is paid to the problem of the P-channel MOS field effect transistor. Yes.
本発明の一観点の半導体装置によれば、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタが形成された半導体基板の上方に、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように圧縮応力膜が形成され、さらに、この圧縮応力膜には、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタのチャネル方向に沿った間隙部が設けられ、この間隙部により圧縮応力膜のうちPチャネル型MOS電界効果トランジスタのゲート電極を覆っている部分がチャネル方向と垂直に交わる方向に分割されている。 According to the semiconductor device of one aspect of the present invention, the compressive stress film is formed on the semiconductor substrate on which the P-channel MOS field effect transistor is formed so as to cover the P-channel MOS field effect transistor. The compressive stress film is provided with a gap along the channel direction of the P-channel MOS field effect transistor, and the gap covers the portion of the compressive stress film covering the gate electrode of the P-channel MOS field effect transistor. It is divided in a direction perpendicular to the channel direction.
開示の半導体装置では、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタのチャネル領域に発生する圧縮応力のうち、チャネル方向と垂直に交わる方向の圧縮応力を選択的に低減して、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流特性を向上させることが可能となる。 In the disclosed semiconductor device, among the compressive stresses generated in the channel region of the P-channel MOS field effect transistor, the compressive stress in the direction perpendicular to the channel direction is selectively reduced, so that the P-channel MOS field effect transistor The current characteristics can be improved.
まず、本発明の半導体装置の第1実施形態について、図1〜図5を用いて説明する。
図1は、第1実施形態に係る半導体装置の一例の上面図であり、図3は図1の半導体装置の点鎖線A−Aに対応する断面図であり、図4は図1の半導体装置の点鎖線B−Bに対応する断面図である。
First, a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a top view of an example of the semiconductor device according to the first embodiment, FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to the dotted line AA of the semiconductor device of FIG. 1, and FIG. 4 is the semiconductor device of FIG. It is sectional drawing corresponding to the dashed-dotted line BB.
第1実施形態に係る半導体装置は、図1、図3および図4に示されるように、素子形成領域110と素子形成領域110を包囲する素子分離領域120とを備える半導体基板100を有する。
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the semiconductor device according to the first embodiment includes a
半導体基板100には例えばシリコン基板が用いられ、素子分離領域120はシリコン酸化膜(SiO2)等の絶縁性を有する物質を用いて形成されている。
さらに、第1実施形態に係る半導体装置は、素子形成領域110に形成されたソース領域111とドレイン領域112とチャネル領域113と、半導体基板100の上方にゲート絶縁膜130を介して形成されたゲート電極200とを備える。これらの構成により、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタが構成されている。
For example, a silicon substrate is used as the
Furthermore, the semiconductor device according to the first embodiment includes a
チャネル領域113は、ソース領域111とドレイン領域112との間に位置し、ゲート電極200はチャネル領域113の上方に形成されている。
素子形成領域110にはn型ウェルが形成されており、ソース領域111とドレイン領域112にはp型の不純物イオンが注入されている。ゲート電極200には例えばポリシリコン膜が用いられている。ゲート絶縁膜130には例えばシリコン酸化膜(SiO2)が用いられている。ゲート電極200の側壁には側壁絶縁膜210が形成されている。
The
An n-type well is formed in the
ゲート電極200は素子形成領域110の一辺から対向する辺に向かって連続して延在しており、ゲート電極200の延在方向の両端部は素子分離領域120上にそれぞれ位置している。
The
Pチャネル型MOS電界効果トランジスタは、例えば、ソース領域111とドレイン領域112とを結ぶチャネル方向Lが半導体基板100の〈110〉軸と沿うように配置されている。
For example, the P-channel MOS field effect transistor is arranged such that the channel direction L connecting the
ここで、チャネル方向Lは、ゲート電極200の延在方向と垂直に交わる方向であり、ゲート長方向と称される場合もある。
さらに、第1実施形態に係る半導体装置は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように半導体基板100の上方に形成された圧縮応力膜300を有する。
Here, the channel direction L is a direction perpendicular to the extending direction of the
Furthermore, the semiconductor device according to the first embodiment includes a
圧縮応力膜は、MOS電界効果トランジスタを覆うことで、MOS電界効果トランジスタのチャネル領域に圧縮応力を発生させる性質を備える。
第1実施形態では、圧縮応力膜300によりPチャネル型MOS電界効果トランジスタのチャネル領域113に圧縮応力が発生し、これにより、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流量を増加することが可能となる。
The compressive stress film has a property of generating a compressive stress in the channel region of the MOS field effect transistor by covering the MOS field effect transistor.
In the first embodiment, a compressive stress is generated in the
圧縮応力膜300には例えばシリコン窒化膜(SiN)が用いられている。
圧縮応力膜300は、ゲート電極200を覆うように素子形成領域110上および素子分離領域120上に形成されている。
For example, a silicon nitride film (SiN) is used for the
The
さらに、第1実施形態では、圧縮応力膜300にチャネル方向Lに沿った間隙部310が設けられ、間隙部310により圧縮応力膜300のうちゲート電極200を覆っている部分がチャネル方向Lと垂直に交わる方向に分割されている。
Furthermore, in the first embodiment, the
図2は図1の圧縮応力膜300の上面を示した図である。ここで、チャネル方向Lと垂直に交わる方向とは、つまり、ゲート電極200の延在方向である。
すなわち、間隙部310はゲート電極200の延在方向における中間領域上に位置するように設けられており、間隙部310によりゲート電極200の延在方向に分割された圧縮応力膜300はそれぞれゲート電極200を覆っている。ここで、ゲート電極200の中間領域とは、ゲート電極200の延在方向における両端部の間に挟まれた領域のことである。
FIG. 2 is a view showing the upper surface of the
That is, the
さらに、間隙部310は素子形成領域110の上方に位置している。間隙部310は素子形成領域110のチャネル方向Lにおける一端から対向する他端に渡って連続するように設けられ、間隙部310のチャネル方向Lにおける両端は素子分離領域120の上方にそれぞれ位置している。
Further, the
ここで、圧縮応力膜300は間隙部310を包囲するように連続的に形成されている。
第1実施形態では、上述した通り、圧縮応力膜300にチャネル方向Lに沿った間隙部310が設けられ、間隙部310により圧縮応力膜300のうちゲート電極200を覆っている部分がチャネル方向Lと垂直に交わる方向に分割されている。この構成によれば、圧縮応力膜300によりチャネル領域113に発生する圧縮応力のうち、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を選択的に低減することが可能となる。
Here, the
In the first embodiment, as described above, the
つまり、第1実施形態では、圧縮応力膜300によりチャネル領域113に発生する圧縮応力のうち、チャネル方向Lに発生する圧縮応力を維持しつつ、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を低減することが可能となる。
That is, in the first embodiment, among the compressive stresses generated in the
ここで、図5は、P型半導体基板において、〈110〉軸方向に流れる電流の電流増加率と、〈110〉軸方向に発生する圧縮応力および〈110〉軸方向と垂直に交わる方向に発生する圧縮応力との関係を示した計算結果である。 Here, FIG. 5 shows the current increase rate of the current flowing in the <110> axis direction, the compressive stress generated in the <110> axis direction, and the direction perpendicular to the <110> axis direction in the P-type semiconductor substrate. It is the calculation result which showed the relationship with the compressive stress to do.
図5の符号510の枠内に縦方向に並んだ各値は、〈110〉軸方向に発生する圧縮応力(Mpa)を示し、上から下に向かって値が大きくなっている。0.0Mpaから140.0Mpaまで、20.0Mpa間隔の値が記載されている。
Each value arranged in the vertical direction within the frame of
図5の符号520の枠内に横方向に並んだ各値は、〈110〉軸方向と垂直に交わる方向に発生する圧縮応力(Mpa)を示し、左から右に向かって値が大きくなっている。−140.0Mpaから140.0Mpaまで、20.0Mpa間隔の値が記載されている。
Each value arranged in the horizontal direction in the frame indicated by
図5の符号530の枠内の各数値は、〈110〉軸方向および〈110〉軸方向と垂直に交わる方向に所定の圧縮応力が発生した場合に、〈110〉軸方向に流れる電流の増加率(%)を示したものである。増加率は、〈110〉軸方向および〈110〉軸方向と垂直に交わる方向に発生する圧縮応力が共に0.0Mpaの場合の電流値を基準としている。
Each numerical value in the frame indicated by
この計算結果から明らかなように、〈110〉軸方向の圧縮応力が増加するに伴い〈110〉方向に流れる電流は増加し、〈110〉軸方向と垂直に交わる方向の圧縮応力が増加するに伴い〈110〉方向に流れる電流は低下する。 As is clear from this calculation result, as the compressive stress in the <110> axial direction increases, the current flowing in the <110> direction increases and the compressive stress in the direction perpendicular to the <110> axial direction increases. Accordingly, the current flowing in the <110> direction decreases.
例えば、〈110〉軸方向と垂直に交わる方向に発生する応力が0.0Mpaの場合、〈110〉軸方向に発生する応力が20.0Mpa、40.0Mpa、60.0Mpaと増加するに伴い電流増加率は1.436、2.871、4.307%と増大する。 For example, if the stress generated in the direction perpendicular to the <110> axis direction is 0.0 Mpa, the current increases as the stress generated in the <110> axis direction increases to 20.0 Mpa, 40.0 Mpa, and 60.0 Mpa. The increase rate increases to 1.436, 2.871, 4.307%.
一方、〈110〉軸方向に発生する応力が0.0Mpaの場合、〈110〉軸方向と垂直に交わる方向に発生する応力が20.0Mpa、40.0Mpa、60.0Mpaと増加するに伴い電流増加率は−1.326、−2.653、−3.979%と低下する。 On the other hand, when the stress generated in the <110> axial direction is 0.0 Mpa, the current generated as the stress generated in the direction perpendicular to the <110> axial direction increases to 20.0 Mpa, 40.0 Mpa, and 60.0 Mpa. The increase rate decreases to -1.326, -2.653, and -3.979%.
第1実施形態において、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを、例えば、チャネル方向Lが半導体基板100の〈110〉軸に沿うように配置する。その場合、チャネル領域113をチャネル方向Lに流れる電流と、チャネル領域113に発生する圧縮応力との関係は、上記の計算結果と同じ関係になると考えられる。
In the first embodiment, the P-channel MOS field effect transistor is arranged so that the channel direction L is along the <110> axis of the
すなわち、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタに関しては、チャネル領域113に発生する圧縮応力のうちチャネル方向Lの圧縮応力の増加に伴い電流量は増加するが、チャネル方向Lに対して垂直方向の圧縮応力の増加に伴い電流量は低減すると考えられる。換言すると、チャネル領域113に発生するチャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力の低下に伴い電流量は増加すると考えられる。
That is, for the P-channel MOS field effect transistor, the amount of current increases with an increase in the compressive stress in the channel direction L among the compressive stresses generated in the
第1実施形態によれば、上述した通り、チャネル領域113に発生する圧縮応力のうち、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を選択的に低減することが可能となる。このため、第1実施形態では、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流量を増加することが可能となる。これにより、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流特性を向上させることが可能となる。
According to the first embodiment, as described above, among the compressive stresses generated in the
さらに、第1実施形態では、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流特性を、圧縮応力膜300に設けられた間隙部310の位置を工夫したことで実現することが可能となる。このため、第1実施形態では、新たな材料を用いることや複雑な構成を必要とせず、特性が向上された半導体装置を安価に提供することが可能となる。
Furthermore, in the first embodiment, the current characteristics of the P-channel MOS field effect transistor can be realized by devising the position of the
さらに、第1実施形態では、圧縮応力膜300が形成されたPチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように半導体基板100の上方に引っ張り応力膜400が形成されている。
Furthermore, in the first embodiment, the
詳しくは、圧縮応力膜300が形成されたPチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように半導体基板100の上方に層間絶縁膜350が形成され、この層間絶縁膜350の上方に引っ張り応力膜400が形成されている。
Specifically, an
引っ張り応力膜400には例えばシリコン窒化膜(SiN)が用いられている。
引っ張り応力膜400は、素子形成領域110の上方および素子分離領域120の上方に形成され、ソース領域111およびドレイン領域112の上方を覆っている。
For example, a silicon nitride film (SiN) is used for the
The
さらに、第1実施形態では、引っ張り応力膜400には、チャネル方向Lと垂直に交わる方向に間隙部410が設けられている。
間隙部410によりゲート電極200は引っ張り応力膜400から露出されている。間隙部410により引っ張り応力膜400はチャネル方向Lに分割されている。分割された一方の引っ張り応力膜401はソース領域111上に位置し、分割されたもう一方の引っ張り応力膜402はドレイン領域112上に位置している。分割された引っ張り応力膜401、402はそれぞれゲート電極200から離間して配置されている。
Furthermore, in the first embodiment, the
The
なお、ここでは、チャネル方向Lにおける素子形成領域110の両端部がそれぞれ引っ張り応力膜400から露出している場合を例示している。
第1実施形態では、上述した通り、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように半導体基板100の上方に引っ張り応力膜400が形成され、この引っ張り応力膜400にチャネル方向Lと垂直に交わる方向に間隙部410が設けられている。この構成によれば、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の引っ張り応力を素子形成領域110に選択的に発生させることが可能となる。或いは、圧縮応力膜300が素子形成領域110に発生させる圧縮応力のうち、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を選択的に低減することが可能となる。
Here, the case where both end portions of the
In the first embodiment, as described above, the
このため、第1実施形態では、チャネル領域113に発生する圧縮応力のうち、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を選択的にさらに低減することが可能となる。
これにより、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流量を増加することが可能となり、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流特性をさらに向上させることが可能となる。
For this reason, in the first embodiment, among the compressive stresses generated in the
As a result, the current amount of the P-channel MOS field effect transistor can be increased, and the current characteristics of the P-channel MOS field effect transistor can be further improved.
ここで、引っ張り応力膜400により、チャネル領域113に発生したチャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を十分に低減することが可能となる場合には、圧縮応力膜300に間隙部310を必ずしも設ける必要は無い。
Here, if the
図6は第1実施形態の半導体装置の変形例の上面図であり、図7は図6の圧縮応力膜300の上面を示した図である。
変形例では、圧縮応力膜300は間隙部310によりチャネル方向Lと垂直に交わる方向に分断されている。
FIG. 6 is a top view of a modification of the semiconductor device of the first embodiment, and FIG. 7 is a view showing the top surface of the
In the modification, the
つまり、間隙部310によりチャネル方向Lと垂直に交わる方向に分割された各圧縮応力膜300は、独立した膜として形成されている。
変形例のような構成によっても、チャネル領域113に効果的に圧縮応力を発生させ、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流特性を向上させることが可能となる。
That is, each
Even with the configuration as in the modified example, it is possible to effectively generate compressive stress in the
次に、半導体装置の第2実施形態について、図8〜図11を用いて説明する。
図8は、第2実施形態に係る半導体装置の一例の上面図であり、図10は図8の半導体装置の点鎖線A−Aに対応する断面図であり、図11は図8の半導体装置の点鎖線B−Bに対応する断面図である。
Next, a second embodiment of the semiconductor device will be described with reference to FIGS.
8 is a top view of an example of the semiconductor device according to the second embodiment, FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to the dotted line AA of the semiconductor device of FIG. 8, and FIG. 11 is the semiconductor device of FIG. It is sectional drawing corresponding to the dashed-dotted line BB.
第2実施形態に係る半導体装置は、図8、図10および図11に示されるように、素子分離領域120と、素子分離領域120により分離されて隣り合う第1の素子形成領域110aと第2の素子形成領域110bとを備える半導体基板100を有する。
As shown in FIGS. 8, 10, and 11, the semiconductor device according to the second embodiment includes an
第2実施形態に係る半導体装置は、第1の素子形成領域110aに形成された第1のPチャネル型MOS電界効果トランジスタと、第2の素子形成領域110bに形成された第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタとを有する。
The semiconductor device according to the second embodiment includes a first P-channel MOS field effect transistor formed in the first
第1の素子形成領域110aおよび第2の素子形成領域110bのそれぞれにはソース領域111とドレイン領域112とチャネル領域113とが設けられ、各チャネル領域113の上方にはゲート絶縁膜130を介してゲート電極200が形成されている。
A
第1のPチャネル型MOS電界効果トランジスタと第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタとは、各チャネル方向Lが同じ方向となるように配置されている。さらに、第1のPチャネル型MOS電界効果トランジスタと第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタとは、各チャネル方向Lが、例えば、半導体基板100の〈110〉軸と沿うように配置されている。
The first P-channel MOS field effect transistor and the second P-channel MOS field effect transistor are arranged so that the channel directions L are the same. Further, the first P-channel MOS field effect transistor and the second P-channel MOS field effect transistor are arranged such that each channel direction L is, for example, along the <110> axis of the
ここで、第1の素子形成領域110aと第2の素子形成領域110bとは、第1のPチャネル型MOS電界効果トランジスタおよび第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタのチャネル方向Lと垂直に交わる方向に隣り合って配置されている。
Here, the first
第2実施形態では、第1のPチャネル型MOS電界効果トランジスタと第2のPチャネル型電界効果トランジスタとは共通のゲート電極200を備える。
ゲート電極200は第1の素子形成領域110aから素子分離領域120を介して第2の素子形成領域110bに渡って連続して形成されている。
In the second embodiment, the first P-channel MOS field effect transistor and the second P-channel MOS field effect transistor have a
The
第2実施形態に係る半導体装置は、第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように半導体基板100の上方に形成された圧縮応力膜300を有している。
The semiconductor device according to the second embodiment has a
圧縮応力膜300は、ゲート電極200を覆うように第1の素子形成領域110aの上方および第2の素子形成領域110bの上方および素子分離領域120の上方に形成されている。
The
さらに、第2実施形態では、圧縮応力膜300に第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタのチャネル方向Lに沿った間隙部310が設けられている。
図9は図8の圧縮応力膜300の上面を示した図である。
Furthermore, in the second embodiment, the
FIG. 9 is a view showing the upper surface of the
間隙部310により圧縮応力膜300のうちゲート電極200を覆っている部分がチャネル方向Lと垂直に交わる方向に分割されている。
間隙部310は第1の素子形成領域110aと第2の素子形成領域110bとの間に位置する素子分離領域120の上方に位置している。
A portion of the
The
チャネル方向Lにおける間隙部310の両端部は、各第1および第2の素子形成領域110a、110bのチャネル方向Lにおける端部よりも、ゲート電極200に対してチャネル方向Lに遠ざかるように位置している。
Both end portions of the
ここで、圧縮応力膜300は間隙部310を包囲するように連続的に形成されている。
第2実施形態では、上述した通り、圧縮応力膜300にチャネル方向Lに沿った間隙部310が設けられ、間隙部310により圧縮応力膜300のうちゲート電極200を覆っている部分がチャネル方向Lと垂直に交わる方向に分割されている。この構成によれば、圧縮応力膜300により第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタの各チャネル領域113に発生する圧縮応力のうち、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を選択的に低減することが可能となる。
Here, the
In the second embodiment, as described above, the
第1実施形態で説明した通り、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタに関しては、チャネル領域に発生する圧縮応力のうちチャネル方向の応力の増加に伴い電流量は増加するがチャネル方向に対して垂直方向の応力の増加に伴い電流量は低減すると考えられる。換言すると、チャネル領域に発生するチャネル方向と垂直に交わる方向の圧縮応力の低下に伴い電流量は増加すると考えられる。 As described in the first embodiment, in the P-channel MOS field effect transistor, the amount of current increases as the stress in the channel direction increases among the compressive stresses generated in the channel region, but in the direction perpendicular to the channel direction. It is considered that the amount of current decreases as the stress increases. In other words, it is considered that the amount of current increases as the compressive stress in the direction perpendicular to the channel direction generated in the channel region decreases.
これにより、第2実施形態では、共通のゲート電極200を備える2つのPチャネル型MOS電界効果トランジスタを有する半導体装置において、各Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流特性を向上させることが可能となる。
Thereby, in the second embodiment, in a semiconductor device having two P-channel MOS field effect transistors having a
さらに、第2実施形態では、圧縮応力膜300が形成された第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように半導体基板100の上方に引っ張り応力膜400が形成されている。
Furthermore, in the second embodiment, the
詳しくは、圧縮応力膜300が形成された第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように半導体基板100の上方に層間絶縁膜350が形成され、この層間絶縁膜350上に引っ張り応力膜400が形成されている。
Specifically, an
引っ張り応力膜400は、第1および第2の素子形成領域110a、110b上および素子分離領域120の上方に形成され、第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタの各ソース領域111および各ドレイン領域112の上方を覆っている。
The
さらに、第2実施形態では、引っ張り応力膜400には、チャネル方向Lと垂直に交わる方向に間隙部410が設けられている。
間隙部410によりゲート電極200は引っ張り応力膜400から露出され、さらに、引っ張り応力膜400はチャネル方向Lに分割されている。分割された一方の引っ張り応力膜401はソース領域111上に位置し、分割されたもう一方の引っ張り応力膜402はドレイン領域112上に位置している。分割された引っ張り応力膜401、402はそれぞれゲート電極200から離間して配置されている。
Furthermore, in the second embodiment, the
The
なお、ここでは、第1および第2の素子形成領域110a、110bのチャネル方向Lにおける各両端部がそれぞれ引っ張り応力膜400から露出している場合を例示している。
Here, the case where both end portions in the channel direction L of the first and second
第2実施形態では、上述の通り、第1、第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように半導体基板100の上方に引っ張り応力膜400が形成され、この引っ張り応力膜400にチャネル方向Lと垂直に交わる方向に間隙部410が設けられている。この構成によれば、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の引っ張り応力を第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタの各素子形成領域110a、110bに選択的に発生させることが可能となる。或いは、圧縮応力膜300が各素子形成領域110a、110bに発生させる圧縮応力のうち、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を選択的に低減することが可能となる。
In the second embodiment, as described above, the
このため、第2実施形態では、第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタの各チャネル領域113に発生する圧縮応力のうち、チャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を選択的にさらに低減することが可能となる。
Therefore, in the second embodiment, among the compressive stresses generated in the
これにより、第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流量を増加することが可能となり、第1および第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流特性をさらに向上させることが可能となる。 This makes it possible to increase the current amounts of the first and second P-channel MOS field effect transistors, and to further improve the current characteristics of the first and second P-channel MOS field effect transistors. It becomes.
ここで、引っ張り応力膜400により各Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの各チャネル領域113に発生したチャネル方向Lと垂直に交わる方向の圧縮応力を十分に低減することが可能な場合は、圧縮応力膜300に間隙部310を設ける必要は無い。
Here, if the compressive stress in the direction perpendicular to the channel direction L generated in each
図12は第2実施形態の半導体装置の変形例1の上面図であり、図13は図12の圧縮応力膜300の上面を示した図である。
変形例1では、圧縮応力膜300は間隙部310によりチャネル方向Lと垂直に交わる方向に分断されている。
FIG. 12 is a top view of
In the first modification, the
つまり、間隙部310によりチャネル方向Lと垂直に交わる方向に分割された各圧縮応力膜300は、独立した膜として形成されている。
図14は第2実施形態の半導体装置の変形例2の上面図であり、図15は図14の圧縮応力膜300の上面を示した図である。
That is, each
FIG. 14 is a top view of Modification 2 of the semiconductor device of the second embodiment, and FIG. 15 is a view showing the top surface of the
変形例2では、圧縮応力膜300に間隙部310は複数設けられている。各間隙部310は、第1および第2の素子形成領域110a、110b上にそれぞれ設けられている。
さらに、変形例2では、第1および第2の素子形成領域110a、110bの対向している各端部は、圧縮応力膜300に個別に設けられた間隙部310によりそれぞれ圧縮応力膜300から露出している。
In the second modification, a plurality of
Furthermore, in the second modification, the opposing end portions of the first and second
さらに、変形例2では、ゲート電極200の延在方向における両端部は圧縮応力膜300から露出している。
図16は第2実施形態の半導体装置の変形例3の上面図であり、図17は図16の圧縮応力膜300の上面を示した図である。
Furthermore, in Modification 2, both end portions in the extending direction of the
FIG. 16 is a top view of
変形例3では、圧縮応力膜300に間隙部310は複数設けられている。各間隙部310は、第1および第2の素子形成領域110a、110bの上方にそれぞれ設けられている。
In the third modification, a plurality of
さらに、変形例3では、第1および第2の素子形成領域110a、110bの互いに対向している各端部は、圧縮応力膜300に設けられた共通の間隙部310によりそれぞれ圧縮応力膜300から露出している。
Further, in the third modification, the opposing end portions of the first and second
さらに、変形例3では、ゲート電極200の延在方向における両端部は圧縮応力膜300から露出している。
変形例1〜3のような構成によっても、チャネル領域113に効果的に圧縮応力を発生させ、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタの電流特性を向上させることが可能となる。
Further, in
Even with the configurations as in the first to third modifications, it is possible to effectively generate compressive stress in the
次に、第1および第2実施形態に係る半導体装置の製造方法について、第3実施形態として説明する。
図18〜21は、第3実施形態を説明する半導体装置の断面図である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first and second embodiments will be described as a third embodiment.
18 to 21 are cross-sectional views of the semiconductor device illustrating the third embodiment.
まず、図18(A)に示されるように、ソース領域111とドレイン領域112とチャネル領域113とを備え、チャネル領域113の上方にゲート絶縁膜130を介してゲート電極200が形成された半導体基板100を準備する。
First, as shown in FIG. 18A, a semiconductor substrate including a
ここで、ソース領域111とドレイン領域112とチャネル領域113とゲート絶縁膜130とゲート電極200とはPチャネル型MOS電界効果トランジスタを構成している。
Here, the
次に、図18(B)に示されるように、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように半導体基板100の上方に圧縮応力膜300を形成する。
第3実施形態では、圧縮応力膜300には例えばシリコン窒化膜(SiN)が用いられ、圧縮応力膜300はプラズマCVD(plasma−enhanced chemical vapor deposition)法により成膜されている。プラズマ化用の高周波電力のパワー、成膜雰囲気の圧力、および成膜ガスの流量等の成膜パラメータのいずれかを増減させることで圧縮応力膜300を形成することができる。ここで、成膜された圧縮応力膜300の膜厚は、50nm〜100nmである。
Next, as shown in FIG. 18B, a
In the third embodiment, for example, a silicon nitride film (SiN) is used as the
次に、圧縮応力膜300の上方にフォトレジストマスクを形成し、このフォトレジストマスクを用いて圧縮応力膜300をエッチングして、図19(A)に示されるように、圧縮応力膜300に間隙部310を設ける。エッチングには、選択エッチング法が用いられる。
Next, a photoresist mask is formed above the
次に、図19(B)に示されるように、圧縮応力膜300が形成された半導体基板100の上方に層間絶縁膜350を形成する。層間絶縁膜350には例えば酸化膜が用いられている。
Next, as shown in FIG. 19B, an
次に、図20(A)に示されるように、層間絶縁膜350が形成された半導体基板100の上方に引っ張り応力膜400を形成する。
第3実施形態では、引っ張り応力膜400には例えばシリコン窒化膜(SiN)が用いられ、引っ張り応力膜400はプラズマCVD(plasma−enhanced chemical vapor deposition)法により成膜されている。プラズマ化用の高周波電力のパワー、成膜雰囲気の圧力、および成膜ガスの流量等の成膜パラメータのいずれかを増減させることで引っ張り応力膜400を形成することができる。ここで、成膜された引っ張り応力膜400の膜厚は、50nm〜100nmである。
Next, as shown in FIG. 20A, a
In the third embodiment, for example, a silicon nitride film (SiN) is used as the
次に、引っ張り応力膜400の上方にフォトレジストマスクを形成し、このフォトレジストマスクを用いて引っ張り応力膜400をエッチングして、図20(B)に示されるように、引っ張り応力膜400に間隙部410を設ける。エッチングには、選択エッチング法が用いられる。
Next, a photoresist mask is formed above the
次に、図21に示されるように、引っ張り応力膜400が形成された半導体基板100の上方に、層間絶縁膜360を形成する。層間絶縁膜360には例えば酸化膜が用いられている。
Next, as shown in FIG. 21, an
以上説明した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1) 半導体基板と、
前記半導体基板に形成されたソース領域とドレイン領域と該ソース領域と該ドレイン領域との間に位置するチャネル領域と、前記チャネル領域の上方に形成されたゲート電極とを備えたPチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように前記半導体基板の上方に形成された圧縮応力膜とを有し、
前記圧縮応力膜には、前記ソース領域と前記ドレイン領域とを結ぶチャネル方向に沿った間隙部が設けられ、
前記間隙部により前記圧縮応力膜のうち前記ゲート電極を覆っている部分が前記チャネル方向と垂直に交わる方向に分割されていることを特徴とする半導体装置。
Regarding the embodiment described above, the following additional notes are further disclosed.
(Appendix 1) a semiconductor substrate;
A P-channel MOS electric field comprising a source region and a drain region formed on the semiconductor substrate, a channel region located between the source region and the drain region, and a gate electrode formed above the channel region. An effect transistor;
A compressive stress film formed over the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor;
The compressive stress film is provided with a gap along the channel direction connecting the source region and the drain region,
A portion of the compressive stress film covering the gate electrode by the gap is divided in a direction perpendicular to the channel direction.
(付記2) 前記半導体基板は、素子分離領域と該素子分離領域に包囲された素子形成領域とを備え、
前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタは、前記素子形成領域に形成され、
前記圧縮応力膜に設けられた前記間隙部は、前記素子形成領域の上方に位置していることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(Supplementary Note 2) The semiconductor substrate includes an element isolation region and an element formation region surrounded by the element isolation region.
The P-channel MOS field effect transistor is formed in the element formation region,
The semiconductor device according to
(付記3) 前記間隙部は、前記素子形成領域の前記チャネル方向における一端から他方の端に渡って設けられていることを特徴とする付記2に記載の半導体装置。
(付記4) 前記半導体基板は、素子分離領域と、前記素子分離領域により分離され且つ前記チャネル方向と垂直に交わる方向に隣り合う第1の素子形成領域と第2の素子形成領域とを備え、
前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタは、前記第1の素子形成領域に形成された第1のPチャネル型MOS電界効果トランジスタ部と、前記第2の素子形成領域に形成された第2のPチャネル型MOS電界効果トランジスタ部とを備え、
前記ゲート電極は、前記第1の素子形成領域から前記素子分離領域を介して前記第2の素子形成領域に渡って連続して形成されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(Supplementary note 3) The semiconductor device according to supplementary note 2, wherein the gap portion is provided from one end to the other end in the channel direction of the element formation region.
(Supplementary Note 4) The semiconductor substrate includes an element isolation region, and a first element formation region and a second element formation region which are separated by the element isolation region and are adjacent to each other in a direction perpendicular to the channel direction.
The P-channel MOS field effect transistor includes a first P-channel MOS field effect transistor portion formed in the first element formation region and a second P-channel formed in the second element formation region. Type MOS field effect transistor section,
The semiconductor device according to
(付記5) 前記間隙部は、前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域との間に位置する前記素子分離領域の上方に位置していることを特徴とする付記4に記載の半導体装置。 (Supplementary note 5) The supplementary note 4, wherein the gap is located above the element isolation region located between the first element formation region and the second element formation region. Semiconductor device.
(付記6) 前記チャネル方向が前記半導体基板の〈110〉軸に沿うように前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタは配置されていることを特徴とする付記1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。 (Additional remark 6) The said P channel type MOS field effect transistor is arrange | positioned so that the said channel direction may follow the <110> axis | shaft of the said semiconductor substrate, The additional description 1-5 characterized by the above-mentioned. Semiconductor device.
(付記7) 前記圧縮応力膜が形成された前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように前記半導体基板の上方に引っ張り応力膜が形成され、
前記引っ張り応力膜には、前記チャネル方向と垂直に交わる方向に間隙部が設けられていることを特徴とする付記1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。
(Appendix 7) A tensile stress film is formed over the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor on which the compressive stress film is formed,
7. The semiconductor device according to any one of
(付記8) 前記引っ張り応力膜は、前記ソース領域の上方および前記ドレイン領域の上方に配置されていることを特徴とする付記7に記載の半導体装置。
(付記9) 前記引っ張り応力膜に設けられた前記間隙部は、前記ゲート電極の上方に位置していることを特徴とする付記7又は8に記載の半導体装置。
(Supplementary note 8) The semiconductor device according to
(Additional remark 9) The said gap | interval part provided in the said tensile stress film | membrane is located above the said gate electrode, The semiconductor device of
(付記10) 半導体基板と、
前記半導体基板に形成されたソース領域とドレイン領域と該ソース領域と該ドレイン領域との間に位置するチャネル領域と、前記チャネル領域の上方に形成されたゲート電極とを備えたPチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように前記半導体基板の上方に形成された圧縮応力膜と、
前記圧縮応力膜が形成された前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように前記半導体基板の上方に引っ張り応力膜が形成され、
前記引っ張り応力膜には、前記ソース領域と前記ドレイン領域とを結ぶチャネル方向と垂直に交わる方向に間隙部が設けられていることを特徴とする半導体装置。
(Supplementary Note 10) a semiconductor substrate;
A P-channel MOS electric field comprising a source region and a drain region formed on the semiconductor substrate, a channel region located between the source region and the drain region, and a gate electrode formed above the channel region. An effect transistor;
A compressive stress film formed over the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor;
A tensile stress film is formed over the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor on which the compressive stress film is formed;
The semiconductor device according to
(付記11) 半導体基板にソース領域とドレイン領域とを形成し、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の領域の上方にゲート電極を形成して、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを形成する工程と、
前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように前記半導体基板の上方に圧縮応力膜を形成する工程と、
前記圧縮応力膜に、前記ソース領域と前記ドレイン領域とを結ぶチャネル方向に沿った間隙部を設ける工程とを有し、
前記間隙部により前記圧縮応力膜のうち前記ゲート電極を覆っている部分が前記チャネル方向と垂直に交わる方向に分割されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 11) The process which forms a source region and a drain region in a semiconductor substrate, forms a gate electrode above the region between the source region and the drain region, and forms a P-channel MOS field effect transistor When,
Forming a compressive stress film over the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor;
Providing the compressive stress film with a gap along the channel direction connecting the source region and the drain region,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a portion of the compressive stress film covering the gate electrode is divided by the gap in a direction perpendicular to the channel direction.
(付記12) 前記圧縮応力膜が形成された前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように前記半導体基板の上方に引っ張り応力膜を形成する工程と、
前記引っ張り応力膜に、前記チャネル方向と垂直に交わる方向に間隙部を設ける工程とを有することを特徴とする付記11に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 12) A step of forming a tensile stress film above the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor on which the compressive stress film is formed;
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, further comprising a step of providing a gap in the tensile stress film in a direction perpendicular to the channel direction.
(付記13) 前記チャネル方向が前記半導体基板の〈110〉軸に沿うように前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを配置することを特徴とする付記11又は12に記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 13) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 11 or 12, wherein the P-channel MOS field effect transistor is arranged so that the channel direction is along a <110> axis of the semiconductor substrate.
100 半導体基板
110,110a,110b 素子形成領域
111 ソース領域
112 ドレイン領域
113 チャネル領域
120 素子分離領域
130 ゲート絶縁膜
200 ゲート電極
210 側壁絶縁膜
300 圧縮応力膜
310,410 間隙部
350,360 層間絶縁膜
400 引っ張り応力膜
L チャネル方向
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体基板に形成されたソース領域とドレイン領域と該ソース領域と該ドレイン領域との間に位置するチャネル領域と、前記チャネル領域の上方に形成されたゲート電極とを備えたPチャネル型MOS電界効果トランジスタと、
前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように前記半導体基板の上方に形成された圧縮応力膜とを有し、
前記圧縮応力膜には、前記ソース領域と前記ドレイン領域とを結ぶチャネル方向に沿った間隙部が設けられ、
前記間隙部により前記圧縮応力膜のうち前記ゲート電極を覆っている部分が前記チャネル方向と垂直に交わる方向に分割されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A P-channel MOS electric field comprising a source region and a drain region formed in the semiconductor substrate, a channel region located between the source region and the drain region, and a gate electrode formed above the channel region. An effect transistor;
A compressive stress film formed over the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor;
The compressive stress film is provided with a gap along the channel direction connecting the source region and the drain region,
A portion of the compressive stress film covering the gate electrode by the gap is divided in a direction perpendicular to the channel direction.
前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタは、前記素子形成領域に形成され、
前記圧縮応力膜に設けられた前記間隙部は、前記素子形成領域の上方に位置していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate includes an element isolation region and an element formation region surrounded by the element isolation region,
The P-channel MOS field effect transistor is formed in the element formation region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gap provided in the compressive stress film is located above the element formation region.
前記引っ張り応力膜には、前記チャネル方向と垂直に交わる方向に間隙部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 A tensile stress film is formed over the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor on which the compressive stress film is formed;
The semiconductor device according to claim 1, wherein a gap is provided in the tensile stress film in a direction perpendicular to the channel direction.
前記Pチャネル型MOS電界効果トランジスタを覆うように前記半導体基板の上方に圧縮応力膜を形成する工程と、
前記圧縮応力膜に、前記ソース領域と前記ドレイン領域とを結ぶチャネル方向に沿った間隙部を設ける工程とを有し、
前記間隙部により前記圧縮応力膜のうち前記ゲート電極を覆っている部分が前記チャネル方向と垂直に交わる方向に分割されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a source region and a drain region in a semiconductor substrate, forming a gate electrode above a region between the source region and the drain region, and forming a P-channel MOS field effect transistor;
Forming a compressive stress film over the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor;
Providing the compressive stress film with a gap along the channel direction connecting the source region and the drain region,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a portion of the compressive stress film covering the gate electrode is divided by the gap in a direction perpendicular to the channel direction.
前記引っ張り応力膜に、前記チャネル方向と垂直に交わる方向に間隙部を設ける工程とを有することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a tensile stress film above the semiconductor substrate so as to cover the P-channel MOS field effect transistor on which the compressive stress film is formed;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of providing a gap in the tensile stress film in a direction perpendicular to the channel direction.
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CN110021598A (en) * | 2019-04-30 | 2019-07-16 | 上海新微技术研发中心有限公司 | Method for forming strained layer, semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
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2009
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CN110021598B (en) * | 2019-04-30 | 2021-04-27 | 上海新微技术研发中心有限公司 | Method for forming strained layer, semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
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