JP2011097069A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置に関し、例えば、半導体基板に応力を加えることにより、電子又はホールの移動度を変化させたMOS型トランジスタ等に適用されるものである。 The present invention relates to a semiconductor device and is applied to, for example, a MOS transistor in which mobility of electrons or holes is changed by applying stress to a semiconductor substrate.
従来より、大規模集積回路(LSI:large-scale integration)を構成する能動素子の一つとして、MOS(metal oxide semiconductor)型、MIS(metal insulator semiconductor)型に代表される絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下トランジスタ)が知られている。そして、このトランジスタのますますの微細化により、LSI中のトランジスタの数が膨大となっている。そのため、そのトランジスタの数に比例して、LSIから発生する熱量も膨大なものとなってきている。結果、トランジスタを構成するシリコン等の結晶格子の格子振動が激しくなってその熱擾乱が原因の一つになって、電子又はホール(キャリア)の移動度が低減するという問題がある。 Conventionally, an insulated gate field effect transistor represented by a metal oxide semiconductor (MOS) type and a metal insulator semiconductor (MIS) type as one of active elements constituting a large-scale integration (LSI). (Hereinafter referred to as a transistor) is known. The number of transistors in the LSI is enormous due to the further miniaturization of the transistors. For this reason, the amount of heat generated from the LSI has become enormous in proportion to the number of transistors. As a result, there is a problem that the mobility of electrons or holes (carriers) is reduced because the lattice vibration of silicon or the like constituting the transistor becomes intense and one of the thermal disturbances.
そこで、例えば、トランジスタが設けられた半導体基板に、応力を与える絶縁材を埋め込み、トランジスタのチャネル領域に所望の応力を加えて、電子又はホールの移動度を向上させる半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, for example, a semiconductor device has been proposed in which an insulating material that applies stress is embedded in a semiconductor substrate provided with a transistor, and a desired stress is applied to the channel region of the transistor to improve the mobility of electrons or holes ( For example, see Patent Document 1).
しかし、かかる構成では、上記絶縁材が与えることができる応力は、半導体基板等の温度上昇に対して一定である。そのため、LSIの温度が室温から高温(例えば、200℃程度)に上昇した場合には、より激しくなったシリコン等の熱擾乱により応力による効果が不十分となって、電子又はホールの移動度が低減するという問題があった。 However, in such a configuration, the stress that can be given by the insulating material is constant with respect to the temperature rise of the semiconductor substrate or the like. For this reason, when the temperature of the LSI rises from room temperature to a high temperature (for example, about 200 ° C.), the effect of stress becomes insufficient due to the more intense thermal disturbance of silicon or the like, and the mobility of electrons or holes is reduced. There was a problem of reduction.
上記のように従来の半導体装置では、温度が上昇すると電子又はホールの移動度が低減するという事情があった。 As described above, the conventional semiconductor device has a situation in which the mobility of electrons or holes decreases as the temperature rises.
この発明は、温度が上昇するほど電子又はホールの移動度を向上できる半導体装置を提供する。 The present invention provides a semiconductor device capable of improving the mobility of electrons or holes as the temperature rises.
この発明の一態様によれば、半導体基板中のPウェル上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極を挟むように前記Pウェル中に隔離して設けられたソースまたはドレインと、前記ソースまたはドレイン上から前記ゲート電極上に亙って設けられ負の膨張係数を有しチャネル領域に引っ張り応力を加える第1絶縁層を備えたN型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、半導体基板中のNウェル上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極を挟むように前記Nウェル中に隔離して設けられたソースまたはドレインと、前記ソースまたはドレイン上から前記ゲート電極上に亙って設けられ正の膨張係数を有しチャネル領域に圧縮応力を加える第2絶縁層を備えたP型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを具備する半導体装置を提供できる。 According to one aspect of the present invention, a gate electrode provided on a P well in a semiconductor substrate, a source or drain provided in isolation in the P well so as to sandwich the gate electrode, and the source or drain An N-type insulated gate field effect transistor including a first insulating layer provided from above the drain over the gate electrode and having a negative expansion coefficient and applying tensile stress to the channel region; A gate electrode provided on the well, a source or drain provided in the N well so as to sandwich the gate electrode, and a positive electrode provided on the gate electrode from above the source or drain. Device having a P-type insulated gate field effect transistor having a second insulating layer having a coefficient of expansion of 2 and applying a compressive stress to the channel region. .
この発明の一態様によれば、ゲート電極の側壁上に沿って設けられ負の膨張係数を有しチャネル領域に引っ張り応力を加える第1絶縁層を備えたN型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、ゲート電極の側壁上に沿って設けられ正の膨張係数を有しチャネル領域に圧縮応力を加える第2絶縁層を備えたP型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを具備する半導体装置を提供できる。 According to one aspect of the present invention, an N-type insulated gate field effect transistor including a first insulating layer provided along the sidewall of the gate electrode and having a negative expansion coefficient and applying tensile stress to the channel region; A semiconductor device comprising a P-type insulated gate field effect transistor provided along the sidewall of the gate electrode and having a second insulating layer having a positive expansion coefficient and applying compressive stress to the channel region can be provided. .
この発明の一態様によれば、半導体基板上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極を挟むように前記半導体基板中に隔離して設けられたソースまたはドレインと、前記ソースまたはドレイン上から前記ゲート電極上に亙って設けられチャネル領域に第1引っ張り応力を加える第1絶縁層と、前記第1絶縁層上であって前記第1絶縁層と交差する方向に設けられ、チャネル領域に前記第1引っ張り応力と同時かつ交差する方向に沿って第2引っ張り応力を加える第2絶縁層とを備えた絶縁ゲート型電界効果トランジスタを具備する半導体装置を提供できる。 According to one aspect of the present invention, a gate electrode provided on a semiconductor substrate, a source or drain provided in the semiconductor substrate so as to sandwich the gate electrode, and the source or drain from above A first insulating layer provided over the gate electrode and applying a first tensile stress to the channel region; and provided on the first insulating layer in a direction intersecting the first insulating layer; It is possible to provide a semiconductor device including an insulated gate field effect transistor including a second insulating layer that applies a second tensile stress along a direction that intersects and intersects with the first tensile stress.
この発明の一態様によれば、負の膨張係数を有しチャネル領域に引っ張り応力を加える絶縁層を備えたN型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタを具備し、前記絶縁層は、負の膨張係数を持つパイロセラミックス,HfW2O8,ZrW2O8,Nb2O5,SiO2(faujasite)のうちの少なくとも1つを含む半導体装置を提供できる。 According to one aspect of the present invention, an N-type insulated gate field effect transistor including an insulating layer having a negative expansion coefficient and applying tensile stress to the channel region is provided, and the insulating layer has a negative expansion coefficient. It is possible to provide a semiconductor device including at least one of pyroceramics having HfW 2 O 8 , ZrW 2 O 8 , Nb 2 O 5 , and SiO 2 (faujasite).
この発明の一態様によれば、正の膨張係数を有しチャネル領域に圧縮応力を加える絶縁層を備えたP型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタを具備し、前記絶縁層は、正の膨張係数を持つパイロセラミックス,正の膨張係数を持つガラス,Si3N4,Al2O3,AlNのうちの少なくとも1つを含む半導体装置を提供できる。 According to one aspect of the present invention, a P-type insulated gate field effect transistor including an insulating layer having a positive expansion coefficient and applying compressive stress to the channel region is provided, and the insulating layer has a positive expansion coefficient. A semiconductor device including at least one of pyroceramics having glass, glass having a positive expansion coefficient, Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , and AlN can be provided.
この発明によれば、温度が上昇するほど電子又はホールの移動度を向上できる半導体装置が得られる。 According to the present invention, a semiconductor device capable of improving the mobility of electrons or holes as the temperature rises can be obtained.
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。尚、この説明においては、全図にわたり共通の部分には共通の参照符号を付す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
[第1の実施形態]
この発明の第1の実施形態に係る半導体装置について、図1を用いて説明する。図1は、第1の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
[First Embodiment]
A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device according to the first embodiment.
図示するように、素子分離膜12により分離されたP型の半導体(シリコン等)基板(P-sub)11中のPウェル(P-well)13の上にN型であるNMOSトランジスタN1が設けられ、同一基板11中のNウェル(N-well)13上にP型のPMOSトランジスタP1が設けられている。このトランジスタN1上、P1上を覆うように、層間絶縁膜35が設けられている。
As shown in the figure, an N-type NMOS transistor N1 is provided on a P-
NMOSトランジスタN1は、ゲート絶縁膜14、ゲート電極15、ソース/ドレイン16、シリサイド層15S、16S、スペーサ17、絶縁層20、ソース/ドレインコンタクトプラグ31を備えている。
The NMOS transistor N1 includes a
ゲート絶縁膜14は、半導体基板11中のPウェル13上に設けられている。ゲート電極15は、ゲート絶縁膜14上に設けられている。ソース/ドレイン16は、ゲート電極15を挟むようにPウェル13中に隔離して設けられている。シリサイド層15Sはゲート電極15上に設けられ、シリサイド層16Sはソース/ドレイン16上に設けられている。絶縁層20は、シリサイド層16S上、スペーサ17上、およびシリサイド層15S上に亙って連続して設けられている。ソース/ドレインコンタクトプラグ31は、層間絶縁膜35および絶縁層20を貫通し、ソース/ドレイン16表面上に設けられている。
The
絶縁層20は、この実施形態では、アモルファスマトリックス層22と上記アモルファスマトリックス層22中に散在された結晶体21とを備えたいわゆるパイロセラミックス(pyroceramics)により形成された絶縁層である。上記結晶体21は、例えば、LiAlSiO4等により形成されている。そして、絶縁層20は、全体として負の膨張係数(負の膨張率)[△V/V/△T](V:体積、T:温度、△V:体積変化)を有している。ここで、負の膨張係数とは、その体積が温度の上昇に伴って低減する割合をいう。この実施形態に係る絶縁層20の膨張係数は、例えば、−8×10−6/K程度である。上記結晶体21が負の膨張係数を有し、アモルファスマトリックス層22が正の膨張係数を有している。そのため、絶縁層20全体中に占める割合は、アモルファスマトリックス層22よりも結晶体21の方が大きいことが望ましい。
In this embodiment, the
PMOSトランジスタP1は、ゲート絶縁膜24、ゲート電極25、ソース/ドレイン26、シリサイド層25S、26S、スペーサ27、絶縁層30、ソース/ドレインコンタクトプラグ32を備えている。
The PMOS transistor P1 includes a
ゲート絶縁膜24は、Nウェル23上に設けられている。ゲート電極25は、ゲート絶縁膜24上に設けられている。ソース/ドレイン26は、ゲート電極25を挟むようにNウェル23中に隔離して設けられている。シリサイド層25Sはゲート電極25上に設けられ、シリサイド層26Sはソース/ドレイン26上に設けられている。絶縁層30は、シリサイド層26S上、スペーサ27上、およびシリサイド層25S上に亙って連続して設けられている。ソース/ドレインコンタクトプラグ32は、層間絶縁膜35および絶縁層30を貫通し、ソース/ドレイン26表面上に設けられている。
The
絶縁層30は、例えば、Si3N4等により形成されたライナー絶縁層である。さらに、絶縁層30は、正の膨張係数(正の膨張率)[△V/V/△T](V:体積、T:温度、△V:体積変化)を有している。ここで、正の膨張係数とは、その体積が温度の上昇に伴って増大する割合をいう。
The insulating
<動作>
次に、この実施形態に係る半導体装置の動作について説明する。
<Operation>
Next, the operation of the semiconductor device according to this embodiment will be described.
NMOSトランジスタN1の場合、例えば、このトランジスタN1を動作させるために、ゲート電極15及びソース/ドレイン16に所望の電圧が印加される。すると、トランジスタN1は、チャネルを流れる電流によって発熱する。
In the case of the NMOS transistor N1, for example, a desired voltage is applied to the
そして、この熱が絶縁層20に伝導すると、絶縁層20は、自身の負の膨張係数に従って圧縮する。そのため、絶縁層20には、ソース/ドレイン16からシリサイド層15Sに沿って応力18が発生する。結果、チャネル領域19にチャネル長方向に沿って引っ張り応力が加えられる。ここで、上記応力18は、例えば、80〜100[GPa]程度である。
When this heat is conducted to the insulating
PMOSトランジスタP1の場合、例えば、このトランジスタP1を動作させるために、ゲート電極25及びソース/ドレイン26に所望の電圧が印加される。すると、トランジスタP1は、チャネルを流れる電流によって発熱する。
In the case of the PMOS transistor P1, for example, a desired voltage is applied to the
そして、この熱が絶縁層30に伝導すると、絶縁層30は、自身の正の膨張係数に従って膨張する。そのため、絶縁層30には、シリサイド層25Sからソース/ドレイン26に沿って応力28が発生する。結果、チャネル領域29にチャネル長方向に沿って圧縮応力が加えられる。ここで、上記応力28は、例えば、数〜数十[GPa]程度である。
When this heat is conducted to the insulating
尚、上記のようなトランジスタN1、P1の動作電圧に伴う発熱の場合に限らず、広くこのトランジスタN1、P1を備えたLSIが動作する際の発熱等によっても同様の動作が得られることは勿論である。 It should be noted that the same operation can be obtained not only in the case of heat generation due to the operation voltage of the transistors N1 and P1 as described above, but also by heat generation when the LSI including the transistors N1 and P1 is widely operated. It is.
上記のように、この実施形態に係る半導体装置によれば、下記(1)及び(2)に示す効果が得られる。 As described above, according to the semiconductor device of this embodiment, the following effects (1) and (2) can be obtained.
(1)LSIの温度が室温から高温(例えば、200℃程度)に上昇するほど、電子又はホール(キャリア)の移動度を向上できる。 (1) The mobility of electrons or holes (carriers) can be improved as the LSI temperature increases from room temperature to a higher temperature (for example, about 200 ° C.).
上記のように、NMOSトランジスタN1の場合には、このトランジスタN1が動作する際等に発生する熱が絶縁層20に伝導することにより、絶縁層20は自身の負の膨張係数に従って圧縮する。そのため、絶縁層20には、ソース/ドレイン16からシリサイド層15Sに沿って応力18が発生する。結果、チャネル領域19にチャネル長方向に沿って引っ張り応力を加えることができる。
As described above, in the case of the NMOS transistor N1, heat generated when the transistor N1 operates or the like is conducted to the insulating
ここで、NMOSトランジスタの場合には、チャネル領域にチャネル長方向に沿った引っ張り応力が加えられると電子の移動度が向上することが知られている。そのため、基板11等の温度が上昇して高温となった場合であっても、トランジスタN1の電子の移動度を向上することができる。
Here, in the case of an NMOS transistor, it is known that when a tensile stress is applied to the channel region in the channel length direction, the electron mobility is improved. Therefore, even when the temperature of the
PMOSトランジスタP1の場合には、このトランジスタP1が動作する際等に発生する熱が絶縁層30に伝導することにより、絶縁層30は自身の正の膨張係数に従って膨張する。そのため、絶縁層30には、シリサイド層25Sからソース/ドレイン26に沿って応力28が発生する。結果、チャネル領域29にチャネル長方向に沿った圧縮応力を加えることができる。
In the case of the PMOS transistor P1, heat generated when the transistor P1 operates or the like is conducted to the insulating
そのため、基板11等の温度が上昇して高温となった場合であっても、P1のホールの移動度を向上することができる。
Therefore, even when the temperature of the
しかも、高温になるほど上記応力18、28が大きくなるので、電子又はホールの移動度向上の効果は高温になるほど顕著である。
Moreover, since the
また、絶縁層20は、温度上昇に比例してその体積が圧縮するため、チャネル領域19に温度上昇に比例した引っ張り応力を加えることができる。同様に、絶縁層30は、温度上昇に比例してその体積が膨張するため、チャネル領域29に温度上昇に比例した圧縮応力を加えることができる。
Further, since the volume of the insulating
そのため、トランジスタN1、P1を含むLSI等が高温となり、より激しくなったシリコン等の熱擾乱が発生した場合であっても、電子又はホールの移動度が低減することを防止できる。結果、近年のトランジスタの微細化に伴うLSI等の高温状況下において、トランジスタの特性劣化を防止できる点で非常に有利である。 Therefore, even when the LSI including the transistors N1 and P1 becomes high temperature and a more severe thermal disturbance such as silicon occurs, the mobility of electrons or holes can be prevented from being reduced. As a result, it is very advantageous in that deterioration of transistor characteristics can be prevented under high-temperature conditions such as LSIs associated with recent transistor miniaturization.
(2)トランジスタN1、P1の電子又はホールの移動度を同時に向上できる。 (2) The mobility of electrons or holes in the transistors N1 and P1 can be improved at the same time.
上記のように、トランジスタN1、P1は同一基板11上に設けられ、温度上昇に伴い、そのチャネル領域19、29に、同時に所望の引っ張り応力および圧縮応力を加えることができる。
As described above, the transistors N 1 and P 1 are provided on the
そのため、NMOSトランジスタN1及びPMOSトランジスタP1の双方に対して、同時に電子又はホールの移動度を向上できる点で有利である。結果、例えば、トランジスタN1、P1をいわゆるCMOS回路に適用した場合であっても、移動度を向上できるCMOS回路を得られる点で有利である。 Therefore, it is advantageous in that the mobility of electrons or holes can be improved simultaneously with respect to both the NMOS transistor N1 and the PMOS transistor P1. As a result, for example, even when the transistors N1 and P1 are applied to a so-called CMOS circuit, it is advantageous in that a CMOS circuit that can improve mobility can be obtained.
また、絶縁層20、絶縁層30の一方の端部は、互いに結合するように連続して設けられることも可能である。その場合には、絶縁層20、30のいずれか一方が縮む/伸びることによって、他方の絶縁層20、30も伸び/縮みやすくなる。そのため、応力18、28を同時に増大し、チャネル領域19、29に加える引っ張り応力及び圧縮応力を同時に増大でき、電子又はホールの移動度を同時に向上できる点で有利である。
In addition, one end portion of the insulating
<製造方法>
次に、この実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図1に示した半導体装置を例に挙げ、図2乃至図10を用いて説明する。
<Manufacturing method>
Next, a semiconductor device manufacturing method according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 10 by taking the semiconductor device shown in FIG. 1 as an example.
図2は、この実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するためのタイムチャート図である。図3乃至図7、図9、図10は、この実施形態に係る半導体装置の一製造工程を示す断面図である。図8は、この実施形態に係る半導体装置の温度−結晶核形成速度および温度−結晶核成長速度の関係を示す図である。この説明においては、図2に示すタイミングチャート図に則して説明する。 FIG. 2 is a time chart for explaining the semiconductor device manufacturing method according to this embodiment. 3 to 7, 9, and 10 are cross-sectional views showing one manufacturing process of the semiconductor device according to this embodiment. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the temperature-crystal nucleus formation rate and the temperature-crystal nucleus growth rate of the semiconductor device according to this embodiment. This description will be made in accordance with the timing chart shown in FIG.
まず、周知の工程を用いて半導体基板11中に素子分離膜12を形成し、NMOS、PMOS形成領域に、例えば、ボロン(B)やリン(P)等の不純物を注入しPウェル13とNウェル23を形成する(図示せず)。さらに、周知の工程を用いて、ゲート絶縁膜14、24、ゲート電極15、25、ソース/ドレイン16、26、スペーサ17、27、及びシリサイド層15S、16S、25S、26Sを形成する(図示せず)。
First, the
続いて、図3に示すように、PMOS形成領域42上に、例えば、CVD(chemical vapor deposition)法を用いてシリコン窒化(Si3N4)膜等を堆積して、保護膜43を形成する。その後、NMOS形成領域41上及び保護膜43上に、例えば、CVD法を用いてシリコン酸化膜(SiO2)45を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film or the like is deposited on the
続いて、図4に示すように、保護膜43をマスクとして、NMOS形成領域41に、例えば、イオン注入法によりリチウム(Li)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)等のイオン(結晶種)46を注入する。
Subsequently, as shown in FIG. 4, ions (crystal seeds) such as lithium (Li), aluminum (Al), and titanium (Ti) are formed in the
続いて、図2、図5に示すように、時刻t1〜t2の間、例えば、酸素雰囲気中において、温度T1(例えば、1000℃程度)で時間Δt1(例えば、10分程度)の間熱処理することによって、アモルファス層47を形成し、アモスファス状態にする。
Subsequently, as shown in FIGS. 2 and 5, heat treatment is performed between time t1 and t2, for example, in an oxygen atmosphere at a temperature T1 (for example, about 1000 ° C.) for a time Δt1 (for example, about 10 minutes). As a result, an
続いて、時刻t2の際に、降温速度α1において温度T2(例えば、600℃程度)まで冷却する。ここで、上記速度α1はできるだけ大きい(速い)ほうが望ましい。 Subsequently, at time t2, the temperature is decreased to a temperature T2 (for example, about 600 ° C.) at a temperature decrease rate α1. Here, it is desirable that the speed α1 is as large as possible (fast).
続いて、図6に示すように、時刻t3〜t4の間、上記アモルファス層47を、例えば、温度T2(例えば、600℃程度)において時間Δt2(例えば、5分間程度)のアニ−ルする。そして、上記アモルファス層47中に高密度に結晶核48を析出させる。ここで、上記結晶核48の大きさは、例えば、数nm(ナノメータ)程度である。
Subsequently, as shown in FIG. 6, during the time t3 to t4, the
さらに、上記工程(時刻t3〜t4)において、熱処理を行う温度は、結晶核48が最も速く析出される温度T2(この実施形態では600℃)であることが望ましい。即ち、図8中の実線51に示すように、温度T2の時に結晶核48が析出する速度が、最も速い速度V1であるため、短時間で高密度の結晶核48が形成される。
Furthermore, in the above steps (time t3 to t4), the temperature for performing the heat treatment is desirably a temperature T2 (600 ° C. in this embodiment) at which the
続いて、時刻t4の際に、上記結晶核48を備えたアモルファス層47を、昇温速度α2において温度T3(例えば、650℃程度)まで上昇させる。ここで、昇温速度α2は、上記結晶核48の不均一な成長を防止するために、大きい(速い)方が望ましい。
Subsequently, at time t4, the
続いて、図7に示すように、時刻t5〜t6の間、上記結晶核48を備えたアモルファス層48を、例えば、温度T3(例えば、650℃程度)において時間Δt3(例えば、10分間程度)の間アニ−ルすることによって、上記結晶核48を成長させ結晶体21を形成する。同時に、上記結晶核48を成長させて結晶体21を形成することによって、アモルファス層47中に上記イオン注入工程により注入されたイオン(結晶種)46を十分に析出させて、アモルファスマトリックス層22を形成する。結果、アモルファスマトリックス層22と結晶体21とを備えたパイロセラミックスを形成し、絶縁層20を形成する。ここで、上記結晶体21の大きさは、例えば、数nm〜数十nm程度である。
Subsequently, as shown in FIG. 7, during the time t5 to t6, the
さらに、上記工程(時刻t5〜t6)において、アニ−ルを行う温度は、結晶核48が最も速く成長する温度T3であることが望ましい。即ち、図8中の実線52に示すように、温度T3の時に結晶核48が成長する速度が、最も早く成長する速度V2となり、短時間で結晶核48が成長する。
Further, in the above steps (time t5 to t6), the annealing temperature is desirably a temperature T3 at which the
ここで、図8中の実線51、52との囲まれた領域55でアニ−ルをすることは望ましくない。領域55では、結晶核48の密度も低くなり、成長も十分にできないためである。
Here, it is not desirable to anneal the
続いて、時刻t6の際に、絶縁層20を、降温速度α3で室温程度にまで冷却する。ここで、速度α3は結晶成長で生じた内部応力を緩和するために、できるだけ小さい(遅い)方が望ましい。
Subsequently, at time t6, the insulating
以上の工程により、パイロセラミックス(pyroceramics)により形成された絶縁層20を製造する。尚、この実施形態に示したパイロセラミックスの組成は、一例であり、例えば、Li2O−Al2O3−SiO2−TiO2等の組み合わせでアモルファス状態になれる組成であればどれでも良い。
The insulating
続いて、図9に示すように、NMOS領域41の絶縁層20上に、例えば、CVD法によってシリコン窒化膜等を堆積し、保護膜56を形成する。その後、PMOS領域42の保護膜43を除去する。その後、PMOS形成領域42上及び保護膜56上に、例えば、CVD法を用いて正の膨張係数を有するSi4N4等を堆積し、絶縁層30を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 9, a silicon nitride film or the like is deposited on the insulating
続いて、図10に示すように、NMOS形成領域41中の保護膜56を除去する。その後、絶縁層20上及び絶縁層30上に、例えば、CVD法を用いてシリコン酸化膜(SiO2)を堆積し、層間絶縁膜35を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 10, the
続いて、ソース/ドレイン16、26上の層間絶縁膜35、絶縁層20、30を、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)法等の異方性エッチングを用いて除去し、トレンチを形成する(図示せず)。その後、上記トレンチ内に、例えば、Cu等を埋め込み、ソース/ドレインコンタクトプラグ31、32を形成する(図示せず)。
Subsequently, the
以上の製造工程により、図1に示す半導体装置を製造する。 The semiconductor device shown in FIG. 1 is manufactured by the above manufacturing process.
上記のように、この実施形態に係る半導体装置の製造方法では、結晶種46が注入されたアモルファス層47をアニ−ルすることにより、アモルファス層47中に結晶核48を形成する(図6)。続いて、上記アモルファス層47をさらにアニ−ルすることにより結晶核48を成長させて結晶体21を形成すると共に、アモルファスマトリックス層22を形成し、パイロセラミックス材料からなる絶縁層20を形成する(図7)。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, the
その結果、結晶核48の形成温度領域(時刻t3〜t4)と結晶体21の成長温度領域(時刻t5〜t6)という二段階に分けてアニ−ル(熱処理)工程を設計・実施することにより、全体として負の膨張係数を有する絶縁層20を形成する。
As a result, the annealing (heat treatment) process is designed and carried out in two stages: a formation temperature region of the crystal nucleus 48 (time t3 to t4) and a growth temperature region of the crystal body 21 (time t5 to t6). Then, the insulating
上記のような製造方法によれば、以下(1)乃至(4)に示す効果が得られる。 According to the manufacturing method as described above, the following effects (1) to (4) can be obtained.
(1)トランジスタP1、N1の電子又はホール(キャリア)の最適な移動度を選択できる。 (1) The optimal mobility of electrons or holes (carriers) of the transistors P1 and N1 can be selected.
チャネル領域19、29に加えられる引っ張り応力及び圧縮応力の大きさは、絶縁層20、30の膜圧及びその長さに比例して増大する。
The magnitudes of tensile stress and compressive stress applied to the
そのため、シリコン酸化膜45(図3)やSi4N4層30(図9)を形成する際に、反応時間等の条件を制御し、最適な膜厚及び長さを選択することによって、トランジスタN1、P1の電子又はホールの最適な移動度を選択できる点で有利である。 Therefore, when forming the silicon oxide film 45 (FIG. 3) and the Si 4 N 4 layer 30 (FIG. 9), the conditions such as the reaction time are controlled, and the optimum film thickness and length are selected, whereby the transistor This is advantageous in that the optimum mobility of N1 and P1 electrons or holes can be selected.
さらに、必要に応じて、例えば、絶縁層20の膜厚を絶縁層30の膜厚の2倍程度に選択する等によって、トランジスタN1、P1のチャネル領域19、29に加えられる引っ張り応力又は圧縮応力の大きさを変化させ、移動度のバランスを必要に応じて調整することもできる。
Further, if necessary, for example, the tensile stress or the compressive stress applied to the
(2)熱工程を適切に選択することにより、幅広い範囲で絶縁層20の膨張係数の制御が可能であるため、実際のデバイス動作に最適な絶縁層20の膨張係数を選択できる。
(2) Since the expansion coefficient of the insulating
図8に示すように、絶縁層20は、結晶核48が形成される実線51で示す温度領域および結晶核48が成長する実線52で示す温度領域の二つの温度領域を備えている。そのため、例えば、実線51で示す温度領域では低い温度で熱処理をし、実線52で示す温度領域では結晶核の成長速度が最も速い温度T3で熱処理をすると、膨張係数の比較的低い絶縁層20を形成できる。
As shown in FIG. 8, the insulating
このように、上記熱処理工程(図6、図7)の際に、上記実線51、52で示す温度領域の温度(例えば、T2、T3)、時間(例えば、Δt2、Δt3)を多様に組み合わせて選択できることにより、密度および大きさが多様な結晶体21及びアモルファスマトリックス層22を形成できる。そのため、膨張係数のマージンを拡大でき、容易に目的の膨張係数を有した絶縁層20を形成できる点で有利である。
As described above, in the heat treatment step (FIGS. 6 and 7), the temperature (for example, T2, T3) and the time (for example, Δt2, Δt3) indicated by the
また、上記イオン注入工程(図4)の際に、結晶種46の種類・組成・注入量等を選択することによって、必要な膨張係数を制御することも可能である。
Further, in the ion implantation step (FIG. 4), the necessary expansion coefficient can be controlled by selecting the type, composition, implantation amount, etc. of the
上記のように、組成等が同様であっても、イオン注入工程(図4)、熱処理工程(図6、図7)の際に最適なものを多様に選択することができるため、目的に応じて幅広い範囲での膨張係数の制御が可能である。 As described above, even if the composition and the like are the same, the optimum one can be selected in the ion implantation step (FIG. 4) and the heat treatment step (FIGS. 6 and 7). The expansion coefficient can be controlled in a wide range.
(3)より具体的には、例えば、温度T2、T3、時間Δt2>時間Δt3を選択することにより、負の膨張係数が大きく、大きな引っ張り応力を加えることができる絶縁層20を形成することができる。
(3) More specifically, for example, by selecting temperatures T2 and T3, time Δt2> time Δt3, the insulating
チャネル領域19により大きな引っ張り応力を加える絶縁層として働く一観点としては、負の膨張係数がより大きいことがある。そのためには、結晶体21がより高密度で緻密に形成されていることが望ましい。ここで、時間Δt2を大きく取ると結晶核48が形成する密度を高くでき、時間Δt3を大きくとると1つの結晶核48を大きく成長させて大きな結晶体21を形成できる。
One aspect of acting as an insulating layer that applies a greater tensile stress to the
よって、この実施形態のように温度T2、T3を選択した場合は、温度T2、T3のいずれも結晶核の形成速度・成長速度が最も早い温度であるから(図8)、時間Δt2が時間Δt3よりも大きく(時間Δt2>時間Δt3)することにより、結晶体21が高密度で緻密に形成されたパイロセラミクスの絶縁層20を形成することができる。時間Δt2が小さすぎると結晶核48の密度が低下して、結晶体21を緻密に形成できない。一方、時間Δt3が大き過ぎると、1つの結晶核48が大きく成長しすぎてストレスによるクラックが生じる可能性がある。
Therefore, when the temperatures T2 and T3 are selected as in this embodiment, both the temperatures T2 and T3 are the temperatures at which the crystal nucleus formation rate / growth rate is the fastest (FIG. 8), so the time Δt2 is the time Δt3. Larger than (time Δt2> time Δt3), it is possible to form the pyroceramic insulating
そのため、絶縁層20中に占める割合を、アモルファスマトリックス層22よりも結晶体21方がより大きくなるように形成できる。結果、絶縁層20の全体の膨張係数を負とさせ、負の膨張係数をより大きくできる点で有利である。
Therefore, the proportion of the
(4)結晶核48の成長を均一にして、絶縁層20が加える応力を均一化できる。
(4) The growth of the
速度α2をできるだけ大きく(速く)することによって、アモルファス層47の温度を結晶核48が最も速く成長する温度T3に速く到達して温度の不均一を防止し、結晶核48それぞれが成長する時刻を均一にできる。そのため、結晶核48を均一に成長させて結晶体21の粒径を均一にでき、絶縁層20が加える応力を均一化できる点で有利である。
By making the speed α2 as large as possible (fast), the temperature of the
[第2の実施形態]
次に、この発明の第2の実施形態に係る半導体装置について、図11を用いて説明する。この説明において、上記第1の実施形態と重複する部分の説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this description, the description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図示するように、半導体基板11上のPウェル13上にNMOSトランジスタN2が設けられ、Nウェル23上にPMOSトランジスタP1が設けられている。
As shown in the figure, an NMOS transistor N2 is provided on a P well 13 on a
この実施形態に係る半導体装置は、シリサイド層16S上、スペーサ17上、及びシリサイド層15S上に亙って負の膨張係数を有する絶縁層として、HfW2O2層61が設けられている点で上記第1の実施形態と相違している。このHfW2O8層61は、室温から約800K程度の範囲において、−10×10−6/K程度の膨張係数を有している。
In the semiconductor device according to this embodiment, an HfW 2 O 2 layer 61 is provided as an insulating layer having a negative expansion coefficient over the
そのため、トランジスタN2が動作する際等において温度が上昇した場合には、HfW2O8層61は圧縮し、ソース/ドレイン16からシリサイド層15Sに沿って応力18が発生する。結果、チャネル領域19には、チャネル長方向に沿った引っ張り応力を加えることができ、電子の移動度を向上できる。
Therefore, when the temperature rises when the transistor N2 operates, the HfW 2 O 8 layer 61 is compressed, and a
その他の構成・動作等は、上記第1の実施形態と同様である。 Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
上記のように、この実施形態に係る半導体装置によれば、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この実施形態に係る半導体装置は、シリサイド層16S上、スペーサ17上、及びシリサイド層15Sに亙って、負の膨張係数を有する絶縁層として、HfW2O8層61が設けられている。
As described above, according to the semiconductor device of this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, in the semiconductor device according to this embodiment, the HfW 2 O 8 layer 61 is provided as an insulating layer having a negative expansion coefficient over the
さらに、このHfW2O8層61の膨張係数は、室温程度から変化し、かつ800K程度までにわたる広い範囲において変化する。そのため、デバイスが動作する温度環境に広く対応できる点で有利である。 Furthermore, the expansion coefficient of the HfW 2 O 8 layer 61 changes from about room temperature and changes over a wide range up to about 800K. Therefore, it is advantageous in that it can widely cope with the temperature environment in which the device operates.
このように、必要に応じて、HfW2O8層61を適用した構成とすることも可能である。 As described above, the HfW 2 O 8 layer 61 may be applied as necessary.
次に、この実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図11に示した半導体装置を例に挙げて、図12及び図13を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13 by taking the semiconductor device shown in FIG. 11 as an example.
まず、HfOCl2・6H2Oの水溶液をH2WO4のアンモニウム溶液に入れて化学反応を起こさせ、その反応物のHfW2O8を形成する(図示せず)。こうして得られたHfW2O8を乾燥し、600℃/hで1200℃程度まで加熱して、この温度で2時間程度保持し、HfW2O8粉末を形成する(図示せず)。 First, an aqueous solution of HfOCl 2 .6H 2 O is put into an ammonium solution of H 2 WO 4 to cause a chemical reaction to form HfW 2 O 8 as a reaction product (not shown). The HfW 2 O 8 thus obtained is dried, heated to about 1200 ° C. at 600 ° C./h, and kept at this temperature for about 2 hours to form HfW 2 O 8 powder (not shown).
続いて、図12に示すように、上記HfW2O8粉末をシンターリング(sintering)することによってペレット(pellet)状態にしたセラミックスターゲット63を作製する。
Subsequently, as shown in FIG. 12, a
続いて、レーザーアブレーション(laser ablation)法を用いて、光源64から照射されたレーザービーム65を上記ターゲット63に照射してターゲット63を熱することによって、ターゲット63中のHfW2O8粉末を羽毛状(plume)66にして飛ばす。
Subsequently, the
続いて、図13に示すように、上記羽毛状66に飛ばされたHfW2O8粉末を半導体基板11のNMOS形成領域41に蒸着及び堆積し、HfW2O2層61を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 13, the HfW 2 O 8 powder blown into the
その後、上記第1の実施形態と同様の工程を用いて、絶縁層30及び層間絶縁膜35を形成し、図11に示す半導体装置を製造する。
Thereafter, the insulating
上記のような製造方法によれば、上記第1の実施形態と同様な効果が得られる。さらに、この実施形態に係る半導体装置の製造方法では、HfW2O8粉末を半導体基板11のNMOS形成領域41に蒸着させる際に、半導体基板11の温度を、例えば、400℃程度と低減することができる。
According to the manufacturing method as described above, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, when the HfW 2 O 8 powder is deposited on the
そのため、インプラプロファイルなどに対する影響が少なく、高性能デバイスを作製できる点で非常に有効である。 Therefore, there is little influence on the implantation profile and the like, which is very effective in that a high-performance device can be manufactured.
さらに、ターゲット63から羽毛状66に飛ばされたHfW2O8分子・原子等は、単に蒸発するだけでなく、非常に高い動的エネルギー(例えば、温度に換算すれば1億℃程度)を有している。そのため、例え同じ組成であっても、基板11に蒸着されたHfW2O8層61は、より高い負の膨張係数等のその他の方法では得られない物性を得ることができる。
Furthermore, the HfW 2 O 8 molecules / atoms etc. that are blown from the
さらに、この方法によれば、原子を一層ずつ積層することができ、制御性を向上できる点で有利である。 Furthermore, this method is advantageous in that atoms can be stacked one by one and controllability can be improved.
尚、上記レーザーアブレーション法に限らず、上記セラミックスターゲット63をターゲットにしたスパッタリング法等によっても、基板11上のNMOS形成領域41上にHfW2O8層61等を形成することが可能である。
The HfW 2 O 8 layer 61 and the like can be formed on the
さらに、この実施形態においては、絶縁層20の例として、HfW2O8層61を挙げて説明したが、このHfW2O8層61の代わりに、例えば、ZrW2O8層、Nb2O5層等を適用することも可能である。上記ZrW2O8層が適用された場合には、例えば、室温から約1200℃までの範囲において、−10×10−6/K程度の負の膨張係数を有する。
Furthermore, in this embodiment, the HfW 2 O 8 layer 61 has been described as an example of the insulating
[第3の実施形態]
次に、この発明の第3の実施形態に係る半導体装置について、図14を用いて説明する。この説明において、上記第1の実施形態と重複する部分の説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this description, the description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図示するように、Nウェル23上に、PMOSトランジスタP2が設けられている。そして、シリサイド層26S上、スペーサ27上、及びシリサイド層25S上に亙って、絶縁層としてAl2O3層71が設けられている点で上記第1の実施形態と相違している。このAl2O3層71は、正の膨張係数を有している。
As shown in the figure, a PMOS transistor P2 is provided on the N-
製造方法は、上記第1の実施形態と実質的に同様であるため、詳細な説明を省略する。 Since the manufacturing method is substantially the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
上記のように、この実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、第1の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この実施形態に係る半導体装置では、PMOSトランジスタP2の絶縁層としてAl2O3層71が設けられている。ここで、膨張係数の大きさは、熱膨張率と弾性係数との積により決定されるところ、このAl2O3層71の弾性係数は、上記第1の実施形態に説明した絶縁層(Si3N4層)30とほぼ同じであるが、熱膨張率が大きい。 As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the semiconductor device according to this embodiment, an Al 2 O 3 layer 71 is provided as an insulating layer of the PMOS transistor P2. Here, the magnitude of the expansion coefficient is determined by the product of the coefficient of thermal expansion and the elastic coefficient, and the elastic coefficient of the Al 2 O 3 layer 71 is the insulating layer (Si described in the first embodiment). 3 N 4 layers) 30, but the coefficient of thermal expansion is large.
そのため、上記第1の実施形態に係る半導体装置よりも応力28を増大でき、チャネル領域29に加えるチャネル長方向に沿った圧縮応力を増大して、よりホールの移動度を向上できる点で有利である。
Therefore, the
尚、Al2O3層71の代わりに、例えば、AlN層等を適用した場合であっても、上記と同様の効果が得られる。 Even when an AlN layer or the like is applied instead of the Al 2 O 3 layer 71, the same effect as described above can be obtained.
尚、Al2O3層71の代わりに、例えば、正の膨張係数を有するパイロセラミックス、正の膨張係数を有するガラス層等を適用した場合であっても、上記と同様の効果が得られる。 Even when, for example, pyroceramics having a positive expansion coefficient, a glass layer having a positive expansion coefficient, or the like is applied instead of the Al 2 O 3 layer 71, the same effect as described above can be obtained.
[第4の実施形態]
次に、この発明の第4の実施形態に係る半導体装置について、図15を用いて説明する。図15は、この実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。この説明において、上記第1の実施形態と重複する部分の説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to this embodiment. In this description, the description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図示するように、半導体基板11中のPウェル13上にNMOSトランジスタN3が設けられ、Nウェル23上にPMOSトランジスタP3が設けられている。そして、この実施形態に係る半導体装置は、以下の点で上記第1の実施形態に係る半導体装置と相違している。
As shown in the drawing, an NMOS transistor N3 is provided on a P well 13 in the
まず、トランジスタN3、P3には、上記第1の実施形態に係る半導体装置に示したスペーサ17、27をそれぞれ絶縁層20、30と一体化させている。つまり、スペーサを、応力を加える目的で使った上記絶縁層20、30と同じ膜としている。
First, the
さらに、素子分離膜12上、トランジスタN3のシリサイド層16S上、ゲート電極15側壁上、及びシリサイド層15S上に亙って絶縁層73が設けられている。この絶縁層73は、例えば、シリコン酸化(SiO2(faujasite))膜により形成されている。絶縁層73は、例えば、−4×10−6/K程度の負の膨張係数を有している。また、当然ながら、絶縁層73は前記負の膨張係数を有するパイロセラミックス20でも良い。
Further, an insulating
トランジスタP3のシリサイド層26S上、ゲート電極25側壁上、及びシリサイド層25S上に亙って絶縁層30が設けられている。この絶縁層30は、例えば、Si3N4等により形成されている。
An insulating
製造方法については、上記第1の実施形態と実質的に同様であるので、詳細な説明を省略する。 Since the manufacturing method is substantially the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
上記のように、この実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この実施形態に半導体装置は、トランジスタN3、P3には、スペーサ17、27が設けられておらず、トランジスタN3、P3のシリサイ層上、ゲート電極側壁上に亙って、直接に絶縁層73及び絶縁層30が設けられている。
As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, in the semiconductor device according to this embodiment, the
そのため、トランジスタN3にあたっては、温度上昇に伴う応力18についてスペーサを介さずに加えることができるため、チャネル領域19に加える引っ張り応力を増大でき、電子の移動度を向上できる点で有利である。
Therefore, in the transistor N3, since the
トランジスタP3にあたっては、温度上昇に伴う応力28についてスペーサを介さずに加えることができるため、チャネル領域29に加える圧縮応力を増大でき、ホールの移動度を向上できる点で有利である。
In the transistor P3, the
また、スペーサを設けないために、その部分の専有面積を削除でき、微細化できる点で非常に有利である。 In addition, since no spacer is provided, the area occupied by that portion can be eliminated, and this is very advantageous in that it can be miniaturized.
[第5の実施形態]
次に、この発明の5の実施形態に係る半導体装置について、図16及び図17を用いて説明する。図16は、この実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。図17は、図16中のA−A´線に沿った断面図である。この説明において、上記第1の実施形態と重複する部分の説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a plan view showing the semiconductor device according to this embodiment. FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. In this description, the description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図示するように、半導体基板11中のPウェル13上にNMOSトランジスタN4が設けられ、Nウェル23上にPMOSトランジスタP4が設けられている。そして、この実施形態に係る半導体装置は、以下の点で上記第1の実施形態に係る半導体装置と相違している。
As shown in the figure, an NMOS transistor N4 is provided on the P well 13 in the
まず、NMOSトランジスタN4は、シリサイド層16S上、スペーサ17上、およびシリサイド層15S上に亙って連続して設けられた絶縁層20−1と、絶縁層20−1上に絶縁層20−2を更に備えている。この絶縁層20−2は、絶縁層20−1と交差するようにチャネル幅方向に沿って設けられ、上記絶縁層20−1と同様の構成を備えている。製造方法は、上記第1の実施形態に示した絶縁層20の製造方法と実質的に同様であるので、詳細な説明を省略する。
First, the NMOS transistor N4 includes an insulating layer 20-1 continuously provided over the
PMOSトランジスタP4も、絶縁層20−1上に絶縁層20−2を更に備えている。この絶縁層20−2は、絶縁層20−1と交差するようにチャネル幅方向に沿って設けられ、上記絶縁層20−1と同様の構成を備えている。製造方法は、上記第1の実施形態と実質的に同様であるので、詳細な説明を省略する。 The PMOS transistor P4 further includes an insulating layer 20-2 on the insulating layer 20-1. The insulating layer 20-2 is provided along the channel width direction so as to intersect the insulating layer 20-1, and has the same configuration as the insulating layer 20-1. Since the manufacturing method is substantially the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
上記のように、この実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この実施形態に係る半導体装置では、NMOSトランジスタN4とPMOSトランジスタP4は、絶縁層20−1上にチャネル幅方向に設けられ絶縁層20−1と同様な構成の絶縁層20−2を更に備えている。 As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the semiconductor device according to this embodiment, the NMOS transistor N4 and the PMOS transistor P4 are further provided on the insulating layer 20-1 in the channel width direction and further provided with the insulating layer 20-2 having the same configuration as the insulating layer 20-1. I have.
そのため、NMOSトランジスタN4には、温度上昇に伴い、チャネル長方向にシリサイド層15Sからソース/ドレイン16に沿った引っ張り応力18−1だけでなく、チャネル幅方向にシリサイド層15Sから基板11に沿った引っ張り応力18−2を更に発生させることができる。結果、チャネル領域19において、垂直二軸方向に沿って同時に引っ張り応力を加えることができ、電子の移動度を更に向上できる点で有利である。
Therefore, in the NMOS transistor N4, not only the tensile stress 18-1 along the source /
PMOSトランジスタP4も、絶縁層20−1上にチャネル幅方向に設けられ絶縁層20−1と同様の構成の絶縁層20−2を更に備えている。 The PMOS transistor P4 further includes an insulating layer 20-2 provided in the channel width direction on the insulating layer 20-1 and having the same configuration as the insulating layer 20-1.
そのため、温度上昇に伴い、チャネル長方向にシリサイド層25Sからソース/ドレイン26に沿った引っ張り応力18−1だけでなく、チャネル幅方向にシリサイド層25Sから基板11に沿った引っ張り応力18−2を更に発生させることができる。結果、チャネル領域29において、垂直二軸方向に沿って同時に引っ張り応力を加えることができ、ホールの移動度を更に向上できる点で有利である。
Therefore, as the temperature rises, not only the tensile stress 18-1 along the source /
また、絶縁層20−1と絶縁層20−2は、負の膨張係数を有していればよく、互いに異なる材料により形成することも可能である。 Moreover, the insulating layer 20-1 and the insulating layer 20-2 should just have a negative expansion coefficient, and can also be formed with a mutually different material.
上記のように、垂直二軸方向に沿って同時に引っ張り応力18−1、18−2が加えられた場合には、電子及びホール双方の移動度を向上できる。そのため、NMOSトランジスタおよびPMOSトランジスタの双方に対して、キャリアの移動度を同時に向上できる点で非常に有利である。 As described above, when tensile stresses 18-1 and 18-2 are simultaneously applied along the vertical biaxial direction, the mobility of both electrons and holes can be improved. Therefore, it is very advantageous in that the carrier mobility can be improved simultaneously for both the NMOS transistor and the PMOS transistor.
さらに、異なる導電型のトランジスタに対してそれぞれ別なライナー絶縁層を設ける必要がない。そのため、構造および製造プロセスをシンプルにできる点で製造コストの低減に対して非常に有利である。 Furthermore, it is not necessary to provide a separate liner insulating layer for transistors of different conductivity types. Therefore, the structure and the manufacturing process can be simplified, which is very advantageous for reducing the manufacturing cost.
尚、上記絶縁層20−1、20−2の製造方法は、上記実施形態に示した方法に限らない。例えば、LPCVD(liquid phase CVD)法、スパッタ(sputtering)法、ゾルゲル(sol-gel)法等の現存の製膜方法を殆ど適用できる。 In addition, the manufacturing method of the said insulating layers 20-1 and 20-2 is not restricted to the method shown to the said embodiment. For example, most of the existing film forming methods such as LPCVD (liquid phase CVD), sputtering, sol-gel, etc. can be applied.
また、絶縁層20−1、20−2は、その必要な膨張係数に応じて、アモルファス状態であっても良いし、ガラスセラミックス状態であっても良いし、多結晶状態であっても良い。そのため、材料構造の選択肢が多い点でも有利である。 Further, the insulating layers 20-1 and 20-2 may be in an amorphous state, in a glass ceramic state, or in a polycrystalline state depending on the necessary expansion coefficient. Therefore, it is advantageous in that there are many choices of material structures.
さらに、上記各実施形態の説明においては、半導体(シリコン)基板11を一例として示したが、例えば、ゲルマニウム(Ge)の化合物半導体(SiGe等)の半導体層を適用することも可能である。上記化合物半導体を含む半導体層を用いた場合には、さらに電子又はホールの移動度を向上できる点で有利である。
Furthermore, in the description of each of the above embodiments, the semiconductor (silicon)
以上、第1乃至第5の実施形態を用いてこの発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、各実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも1つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 The present invention has been described above using the first to fifth embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Is possible. Each of the above embodiments includes various inventions, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in each embodiment, at least one of the issues described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. In a case where at least one of the obtained effects can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
11…半導体基板、12…素子分離膜、13…Nウェル、N1…NMOSトランジスタ、P1…PMOSトランジスタ、14、24…ゲート絶縁膜、15、25…ゲート電極、16、26…ソース/ドレイン、15S、16S、25S、26S…シリサイド層、17…スペーサ、19、29…チャネル領域、18…応力、28…応力、20…負の膨張係数を有する絶縁層、21…結晶体、22…アモルファスマトリックス層、30…正の膨張係数を有する絶縁層。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
を特徴とする半導体装置。 A gate electrode provided on the semiconductor substrate; a source or drain provided in the semiconductor substrate so as to sandwich the gate electrode; and provided over the gate electrode from above the source or drain. A first insulating layer that applies a first tensile stress to the channel region; and a first insulating layer that is provided on the first insulating layer in a direction intersecting the first insulating layer, and intersects the channel region simultaneously with the first tensile stress. A semiconductor device comprising: an insulated gate field effect transistor including a second insulating layer that applies a second tensile stress along the direction.
ゲート電極の側壁に沿って設けられ正の膨張係数を有しチャネル領域に圧縮応力を加える第2絶縁層を備えたP型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタとを具備し、
前記第1絶縁層は、負の膨張係数を持つパイロセラミックス,HfW2O8,ZrW2O8,Nb2O5,SiO2(faujasite)のうちの少なくとも1つを含み、
前記第2絶縁層は、正の膨張係数を持つパイロセラミックス,正の膨張係数を持つガラス,Si3N4,Al2O3,AlNのうちの少なくとも1つを含むこと
を特徴とする半導体装置。 An N-type insulated gate field effect transistor comprising a first insulating layer provided along the side wall of the gate electrode and having a negative expansion coefficient and applying tensile stress to the channel region;
A P-type insulated gate field effect transistor including a second insulating layer provided along the side wall of the gate electrode and having a positive expansion coefficient and applying compressive stress to the channel region;
The first insulating layer includes at least one of pyroceramics having a negative expansion coefficient, HfW 2 O 8 , ZrW 2 O 8 , Nb 2 O 5 , SiO 2 (faujasite),
The second insulating layer includes at least one of pyroceramics having a positive expansion coefficient, glass having a positive expansion coefficient, Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , and AlN. .
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