JP2011108825A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Shigenori Hayashi
重徳 林
Yoshihisa Harada
佳尚 原田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a CMIS transistor, capable of reducing both the threshold voltage of a p-channel transistor and an n-channel transistor. <P>SOLUTION: The p-channel transistor has a first gate structure 150A formed on a first region in a semiconductor substrate 100 and a first spacer structure formed on a sidewall of a first gate structure 150A. The n-channel transistor has a second gate structure 150B formed on a second region in the semiconductor substrate 100 and a second spacer structure formed on a sidewall of the second gate structure 150B. The oxygen concentration in the contact portion to the sidewall of the first gate structure 150A in the first spacer structure is higher than the oxygen concentration in the contact portion to the sidewall of the second gate structure 150B in the second spacer structure. <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、CMISトランジスタを有する半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a CMIS transistor and a manufacturing method thereof.

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に伴って、CMIS(complementary metal insulator semiconductor )トランジスタのゲート構造を構成するゲート絶縁膜及びゲート電極として、従来のシリコン酸化膜及びポリシリコン膜に代えて、高誘電率酸化膜及び金属含有膜(いわゆるhigh-k/メタル構造)を用いる技術が提案されている。   2. Description of the Related Art As semiconductor integrated circuit devices have become highly integrated, highly functional, and high-speed in recent years, conventional silicon oxide films and poly-silicon films have been used as gate insulating films and gate electrodes constituting the gate structure of complementary metal insulator semiconductor (CMIS) transistors. A technique using a high dielectric constant oxide film and a metal-containing film (so-called high-k / metal structure) instead of a silicon film has been proposed.

しかしながら、high-k/ポリシリコン構造やhigh-k/メタル構造は、その界面や側面が酸化されやすいという短所を有している。例えば、ゲート構造の側壁に設けられるスペーサ構造として、シリコン酸化膜からなる従来のオフセットスペーサを用いた場合、ゲート構造の界面や側面等に固定電荷が発生して、ゲート電極の実効仕事関数が変化する。その結果、ゲート端部の影響が顕著となる短チャネル領域(例えばゲート長が100nm以下のゲート構造)において、閾値電圧が大きく変化する。また、シリコン酸化膜からなる従来のオフセットスペーサを用いた場合、ゲート構造中の金属含有膜が酸化されてしまうという問題点もある。   However, the high-k / polysilicon structure and the high-k / metal structure have a disadvantage that their interfaces and side surfaces are easily oxidized. For example, when a conventional offset spacer made of a silicon oxide film is used as the spacer structure provided on the side wall of the gate structure, fixed charges are generated at the interface and side surfaces of the gate structure, and the effective work function of the gate electrode changes. To do. As a result, the threshold voltage changes greatly in a short channel region (for example, a gate structure having a gate length of 100 nm or less) in which the influence of the gate end is significant. In addition, when a conventional offset spacer made of a silicon oxide film is used, there is a problem that the metal-containing film in the gate structure is oxidized.

それに対して、非特許文献1や特許文献1には、オフセットスペーサとして、従来のシリコン酸化膜に代えて、非酸化性のシリコン窒化膜を用いる技術が提案されている。   On the other hand, Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 propose a technique that uses a non-oxidizing silicon nitride film as an offset spacer instead of a conventional silicon oxide film.

他方、スペーサ構造として、従来、シリコン窒化膜からなるサイドウォールスペーサも用いられてきたが、これは、微細化に伴ってフリンジ容量の相対的な増大をもたらし、その結果、駆動能力向上を妨げる一因となりつつある。   On the other hand, a side wall spacer made of a silicon nitride film has been conventionally used as the spacer structure. However, this causes a relative increase in fringe capacity with miniaturization, and as a result, hinders improvement in driving capability. It is becoming a cause.

それに対して、非特許文献2には、サイドウォールスペーサ材料として、シリコン窒化膜よりも誘電率の低い材料を用いる技術が提案されている。   On the other hand, Non-Patent Document 2 proposes a technique that uses a material having a dielectric constant lower than that of a silicon nitride film as a sidewall spacer material.

米国特許第6049114号明細書US Pat. No. 6,049,114

T. Watanabe 他、Impact of Hf Concentration on Performance and Reliability for HfSiON-CMOSFET、2004 International Electron Devices Meeting 、2004年12月、p.507-510T. Watanabe et al., Impact of Hf Concentration on Performance and Reliability for HfSiON-CMOSFET, 2004 International Electron Devices Meeting, December 2004, p.507-510 C.H.Ko 他、A Novel CVD-SiBCN Low-K Spacer Technology for High-Speed Applications、2008 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers、2008年6月、p.108-109C.H.Ko et al., A Novel CVD-SiBCN Low-K Spacer Technology for High-Speed Applications, 2008 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers, June 2008, p.108-109

図6(a)は、シリコン酸化膜からなるオフセットスペーサを用いた従来のCMOS(complementary metal oxide semiconductor )トランジスタの断面構成を示している。図6(a)に示すように、STI(shallow trench isolation)11によって半導体基板10がNMOS領域10AとPMOS領域10Bとに区画されている。NMOS領域10B上には、下層のSiON膜12A及び上層のhigh-k膜13Aからなるゲート絶縁膜14Aを介して、金属含有膜からなるメタルゲート電極15Aが形成されている。PMOS領域10B上には、下層のSiON膜12B及び上層のhigh-k膜13Bからなるゲート絶縁膜14Bを介して、金属含有膜からなるメタルゲート電極15Bが形成されている。ここで、メタルゲート電極15A及び15Bに代えて、ゲート14A及び14Bと接する下層の金属含有膜と上層のポリシリコン膜とからなる多層膜ゲート電極を形成してもよい。ゲート絶縁膜14A及びメタルゲート電極15AからなるNMOSゲート構造の側壁上には、シリコン酸化膜からなるオフセットスペーサ16A、L字サイドウォールスペーサ17A及びLDD(lightly doped drain )サイドウォールスペーサ18Aが順次形成されている。ゲート絶縁膜14B及びメタルゲート電極15BからなるPMOSゲート構造の側壁上には、シリコン酸化膜からなるオフセットスペーサ16B、L字サイドウォールスペーサ17B及びLDD(lightly doped drain )サイドウォールスペーサ18Bが順次形成されている。NMOS領域10Aにおけるスペーサ構造の下側にはn型LDD領域19Aが形成されていると共に、n型LDD領域19Aの外側にはn型ソース・ドレイン領域20Aが形成されている。PMOS領域10Bにおけるスペーサ構造の下側にはp型LDD領域19Bが形成されていると共に、p型LDD領域19Bの外側にはn型ソース・ドレイン領域20Bが形成されている。   FIG. 6A shows a cross-sectional configuration of a conventional complementary metal oxide semiconductor (CMOS) transistor using an offset spacer made of a silicon oxide film. As shown in FIG. 6A, the semiconductor substrate 10 is partitioned into an NMOS region 10A and a PMOS region 10B by STI (shallow trench isolation) 11. A metal gate electrode 15A made of a metal-containing film is formed on the NMOS region 10B via a gate insulating film 14A made of a lower SiON film 12A and an upper high-k film 13A. A metal gate electrode 15B made of a metal-containing film is formed on the PMOS region 10B via a gate insulating film 14B made of a lower SiON film 12B and an upper high-k film 13B. Here, instead of the metal gate electrodes 15A and 15B, a multilayer gate electrode composed of a lower metal-containing film in contact with the gates 14A and 14B and an upper polysilicon film may be formed. An offset spacer 16A made of a silicon oxide film, an L-shaped side wall spacer 17A, and an LDD (lightly doped drain) side wall spacer 18A are sequentially formed on the side wall of the NMOS gate structure including the gate insulating film 14A and the metal gate electrode 15A. ing. An offset spacer 16B made of a silicon oxide film, an L-shaped side wall spacer 17B, and an LDD (lightly doped drain) side wall spacer 18B are sequentially formed on the side wall of the PMOS gate structure including the gate insulating film 14B and the metal gate electrode 15B. ing. An n-type LDD region 19A is formed below the spacer structure in the NMOS region 10A, and an n-type source / drain region 20A is formed outside the n-type LDD region 19A. A p-type LDD region 19B is formed below the spacer structure in the PMOS region 10B, and an n-type source / drain region 20B is formed outside the p-type LDD region 19B.

図6(a)に示す従来のCMOSトランジスタのように、オフセットスペーサにシリコン酸化膜を用いた場合、前述のように、ゲート構造の界面や側面等に負の固定電荷が発生して、ゲート電極の実効仕事関数が変化する。図7(a)は、ゲート構造中に固定電荷が発生する前の仕事関数(WF)を示し、図7(b)は、ゲート構造中に負の固定電荷が発生した後の実効仕事関数(eWF)を示している。尚、図7(a)及び(b)において、PSはポリシリコン電極、Metalは金属電極、HKはhigh-k層、ILは界面層、Si−subはシリコン基板、CBは伝導帯、VBは価電子帯を表す。図7(b)に示すように、ゲート構造中に負の固定電荷が発生すると、実効仕事関数は通常増大する。これは、閾値電圧からみれば、nチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が増大して不利になる一方、pチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が減少して有利になる。   When a silicon oxide film is used for the offset spacer as in the conventional CMOS transistor shown in FIG. 6A, negative fixed charges are generated at the interface and side surfaces of the gate structure as described above, and the gate electrode The effective work function of changes. FIG. 7A shows a work function (WF) before a fixed charge is generated in the gate structure, and FIG. 7B shows an effective work function after a negative fixed charge is generated in the gate structure (WF). eWF). 7A and 7B, PS is a polysilicon electrode, Metal is a metal electrode, HK is a high-k layer, IL is an interface layer, Si-sub is a silicon substrate, CB is a conduction band, and VB is Represents the valence band. As shown in FIG. 7B, when a negative fixed charge is generated in the gate structure, the effective work function usually increases. From the viewpoint of the threshold voltage, the absolute value of the threshold voltage increases in the n-channel transistor, which is disadvantageous, whereas the absolute value of the threshold voltage decreases in the p-channel transistor.

図8(a)は、界面層及びHfSiONからなるhigh-k層の積層構造を持つゲート絶縁膜と、ポリシリコン(Poly−Si)からなるゲート電極とから構成されたゲート構造の側壁上に、シリコン酸化膜(SiO2 膜)からなるオフセットスペーサ(OSS)が形成された場合に、ゲート絶縁膜中に負の固定電荷(Fix charge)が生じている様子を示している。また、図8(b)は、nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタのそれぞれのオフセットスペーサにSiO2 膜を用いた場合におけるゲート長と閾値電圧との関係を示している。図8(b)に示すように、オフセットスペーサにSiO2 膜を用いた場合、nチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が増大している一方、pチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が減少している。 FIG. 8A shows a gate structure having a stacked structure of an interface layer and a high-k layer made of HfSiON, and a gate structure made of polysilicon (Poly-Si). In the figure, a negative fixed charge (Fix charge) is generated in the gate insulating film when an offset spacer (OSS) made of a silicon oxide film (SiO 2 film) is formed. FIG. 8B shows the relationship between the gate length and the threshold voltage when the SiO 2 film is used as the offset spacer of each of the n-channel transistor and the p-channel transistor. As shown in FIG. 8B, when the SiO 2 film is used as the offset spacer, the absolute value of the threshold voltage is increased in the n-channel transistor, whereas the absolute value of the threshold voltage is decreased in the p-channel transistor. Yes.

図6(b)は、シリコン酸化膜からなるオフセットスペーサを用いた従来のCMOSトランジスタの断面構成を示している。尚、図6(b)において、図6(a)に示す従来のCMOSトランジスタと同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。図6(b)に示す従来のCMOSトランジスタが、図6(a)に示す従来のCMOSトランジスタと異なっている点は、ゲート絶縁膜14A及びメタルゲート電極15AからなるNMOSゲート構造の側壁上に、シリコン酸化膜からなるオフセットスペーサ16Aに代えて、非酸化性のシリコン窒化膜からなるオフセットスペーサ21Aが形成されていると共に、ゲート絶縁膜14B及びメタルゲート電極15BからなるPMOSゲート構造の側壁上に、シリコン酸化膜からなるオフセットスペーサ16Bに代えて、非酸化性のシリコン窒化膜からなるオフセットスペーサ21Bが形成されていることである。   FIG. 6B shows a cross-sectional configuration of a conventional CMOS transistor using an offset spacer made of a silicon oxide film. In FIG. 6B, the same components as those in the conventional CMOS transistor shown in FIG. The conventional CMOS transistor shown in FIG. 6B is different from the conventional CMOS transistor shown in FIG. 6A on the sidewall of the NMOS gate structure composed of the gate insulating film 14A and the metal gate electrode 15A. Instead of the offset spacer 16A made of a silicon oxide film, an offset spacer 21A made of a non-oxidizing silicon nitride film is formed, and on the side wall of the PMOS gate structure made of the gate insulating film 14B and the metal gate electrode 15B, Instead of the offset spacer 16B made of a silicon oxide film, an offset spacer 21B made of a non-oxidizing silicon nitride film is formed.

図6(b)に示す従来のCMOSトランジスタのように、オフセットスペーサに非酸化性のシリコン窒化膜を用いた場合、ゲート構造の界面や側面等に、(シリコン酸化膜を用いた場合と比べて)相対的に正の固定電荷が発生して、ゲート電極の実効仕事関数が変化する。図7(a)は、ゲート構造中に固定電荷が発生する前の仕事関数(WF)を示し、図7(c)は、ゲート構造中に正の固定電荷が発生した後の実効仕事関数(eWF)を示している。尚、図7(a)及び(c)において、PSはポリシリコン電極、Metalは金属電極、HKはhigh-k層、ILは界面層、Si−subはシリコン基板、CBは伝導帯、VBは価電子帯を表す。図7(c)に示すように、ゲート構造中に正の固定電荷が発生すると、実効仕事関数は通常減少する。これは、閾値電圧からみれば、nチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が減少して有利になる一方、pチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が増加して不利になる。   When a non-oxidizing silicon nitride film is used for the offset spacer as in the conventional CMOS transistor shown in FIG. 6B, the interface or side surface of the gate structure is compared with the case where a silicon oxide film is used. ) A relatively positive fixed charge is generated, and the effective work function of the gate electrode changes. FIG. 7A shows a work function (WF) before a fixed charge is generated in the gate structure, and FIG. 7C shows an effective work function after a positive fixed charge is generated in the gate structure (WF). eWF). 7A and 7C, PS is a polysilicon electrode, Metal is a metal electrode, HK is a high-k layer, IL is an interface layer, Si-sub is a silicon substrate, CB is a conduction band, and VB is Represents the valence band. As shown in FIG. 7C, when a positive fixed charge is generated in the gate structure, the effective work function usually decreases. From the viewpoint of the threshold voltage, the n-channel transistor is advantageous because the absolute value of the threshold voltage is decreased, whereas the p-channel transistor is disadvantageous because the absolute value of the threshold voltage is increased.

図8(b)は、nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタのそれぞれのオフセットスペーサにSiN膜を用いた場合におけるゲート長と閾値電圧との関係を示している。図8(b)に示すように、オフセットスペーサにSiN膜を用いた場合、nチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が減少している一方、pチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が増加している。   FIG. 8B shows the relationship between the gate length and the threshold voltage when SiN films are used for the offset spacers of the n-channel transistor and the p-channel transistor. As shown in FIG. 8B, when the SiN film is used for the offset spacer, the absolute value of the threshold voltage is decreased in the n-channel transistor, whereas the absolute value of the threshold voltage is increased in the p-channel transistor. .

尚、フリンジ容量の観点からは、オフセットスペーサとして、シリコン酸化膜に代えてシリコン窒化膜を用いると、シリコン窒化膜の誘電率がシリコン酸化膜の誘電率よりも高いことに起因して容量が増大してしまうというデメリットが生じる。   From the viewpoint of fringe capacitance, if a silicon nitride film is used instead of a silicon oxide film as an offset spacer, the capacitance increases due to the higher dielectric constant of the silicon nitride film than that of the silicon oxide film. The demerit of doing so occurs.

前記に鑑み、本発明は、pチャネルトランジスタ及びnチャネルトランジスタの閾値電圧を共に低減できるCMISトランジスタを有する半導体装置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 above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a CMIS transistor capable of reducing both threshold voltages of a p-channel transistor and an n-channel transistor, and a method for manufacturing the same.

前記の目的を達成するために種々の検討を行った結果、本願発明者らは、pチャネルトランジスタのゲート構造側壁に接触する部分のスペーサ構造材料として、例えばシリコン酸化膜等の酸化性絶縁膜を用いる一方、nチャネルトランジスタのゲート構造側壁に接触する部分のスペーサ構造材料として、例えばシリコン窒化膜等の非酸化性絶縁膜を用いるという発明を想到した。   As a result of various studies to achieve the above object, the inventors of the present application have used an oxide insulating film such as a silicon oxide film as a spacer structure material in a portion in contact with the gate structure side wall of the p-channel transistor. On the other hand, the inventors have devised an invention in which a non-oxidizing insulating film such as a silicon nitride film is used as a spacer structure material in a portion in contact with the gate structure side wall of the n-channel transistor.

すなわち、本発明に係る半導体装置は、半導体基板における第1の領域上に形成された第1のゲート構造と、前記第1のゲート構造の側壁上に形成された第1のスペーサ構造とを有するpチャネルトランジスタと、前記半導体基板における第2の領域上に形成された第2のゲート構造と、前記第2のゲート構造の側壁上に形成された第2のスペーサ構造とを有するnチャネルトランジスタとを備え、前記第1のスペーサ構造における前記第1のゲート構造の側壁との接触部分の含有酸素濃度は、前記第2のスペーサ構造における前記第2のゲート構造の側壁との接触部分の含有酸素濃度よりも高い。   That is, a semiconductor device according to the present invention has a first gate structure formed on a first region in a semiconductor substrate and a first spacer structure formed on a side wall of the first gate structure. an n-channel transistor having a p-channel transistor, a second gate structure formed on a second region of the semiconductor substrate, and a second spacer structure formed on a sidewall of the second gate structure; The oxygen concentration in the contact portion with the side wall of the first gate structure in the first spacer structure is the oxygen content in the contact portion with the side wall of the second gate structure in the second spacer structure. Higher than concentration.

本発明に係る半導体装置によると、pチャネルトランジスタのゲート構造側壁に接触する部分のスペーサ構造の含有酸素濃度(具体的には酸素のatomic %:以下同じ)が高いため、ゲート電極の実効仕事関数を増大させることができるので、pチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を減少させることができる。また、nチャネルトランジスタのゲート構造側壁に接触する部分のスペーサ構造の含有酸素濃度が低いため、ゲート電極の実効仕事関数を減少させることができるので、nチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を減少させることができる。従って、pチャネルトランジスタ及びnチャネルトランジスタの閾値電圧を共に低減して駆動力を向上させたCMISトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, since the oxygen concentration (specifically, atomic% of oxygen: hereinafter the same) of the spacer structure in the portion in contact with the gate structure side wall of the p-channel transistor is high, the effective work function of the gate electrode Can be increased, so that the absolute value of the threshold voltage of the p-channel transistor can be decreased. Further, since the concentration of oxygen contained in the spacer structure in the portion contacting the side wall of the gate structure of the n-channel transistor is low, the effective work function of the gate electrode can be reduced, so that the absolute value of the threshold voltage of the n-channel transistor is reduced. be able to. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device having a CMIS transistor in which the threshold voltage of the p-channel transistor and the n-channel transistor is reduced to improve the driving capability.

本発明に係る半導体装置において、前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁と接する第1のオフセットスペーサを含み、前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記第1のオフセットスペーサと異なる絶縁膜からなる第2のオフセットスペーサを含んでいてもよい。この場合、前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁上に前記第1のオフセットスペーサを介して形成され且つ前記第2のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサをさらに含んでいてもよい。或いは、前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁上に前記第2のオフセットスペーサを介して形成され且つ前記第1のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサをさらに含んでいてもよい。尚、前記第1のオフセットスペーサ及び前記第2のオフセットスペーサのそれぞれの幅は特に限定されるものではないが、閾値電圧低減効果の点からは5nm以上であることが好ましく、微細化の点からは10nm以下であることが好ましい。   In the semiconductor device according to the present invention, the first spacer structure includes a first offset spacer in contact with a sidewall of the first gate structure, and the second spacer structure is a sidewall of the second gate structure. And a second offset spacer made of an insulating film different from the first offset spacer. In this case, the first spacer structure includes another offset spacer formed on the side wall of the first gate structure via the first offset spacer and made of the same insulating film as the second offset spacer. Further, it may be included. Alternatively, the second spacer structure may further include another offset spacer formed on the sidewall of the second gate structure via the second offset spacer and made of the same insulating film as the first offset spacer. May be included. The width of each of the first offset spacer and the second offset spacer is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more from the viewpoint of the threshold voltage reduction effect, and from the viewpoint of miniaturization. Is preferably 10 nm or less.

本発明に係る半導体装置において、前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁と接するオフセットスペーサを含み、前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記オフセットスペーサと異なる絶縁膜からなるサイドウォールスペーサを含んでいてもよい。この場合、前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁上に前記オフセットスペーサを介して形成され且つ前記サイドウォールスペーサと同じ絶縁膜からなる他のサイドウォールスペーサをさらに含んでいてもよい。また、本発明に係る半導体装置において、前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁と接するサイドウォールスペーサを含み、前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記サイドウォールスペーサと異なる絶縁膜からなるオフセットスペーサを含んでいてもよい。この場合、前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁上に前記オフセットスペーサを介して形成され且つ前記サイドウォールスペーサと同じ絶縁膜からなる他のサイドウォールスペーサをさらに含んでいてもよい。尚、前記オフセットスペーサの幅は特に限定されるものではないが、閾値電圧低減効果の点からは5nm以上であることが好ましく、微細化の点からは10nm以下であることが好ましい。また、前記サイドウォールスペーサは、L字サイドウォールスペーサであるか、LDDサイドウォールスペーサであるか、又は、L字サイドウォールスペーサ及びLDDサイドウォールスペーサの順に形成された積層サイドウォールスペーサであってもよい。   In the semiconductor device according to the present invention, the first spacer structure includes an offset spacer that is in contact with a sidewall of the first gate structure, and the second spacer structure is in contact with a sidewall of the second gate structure; Sidewall spacers made of an insulating film different from the offset spacers may be included. In this case, the first spacer structure further includes another sidewall spacer formed on the sidewall of the first gate structure via the offset spacer and made of the same insulating film as the sidewall spacer. Also good. In the semiconductor device according to the present invention, the first spacer structure includes a sidewall spacer in contact with a sidewall of the first gate structure, and the second spacer structure is a sidewall of the second gate structure. And an offset spacer made of an insulating film different from the sidewall spacer. In this case, the second spacer structure further includes another sidewall spacer formed on the sidewall of the second gate structure via the offset spacer and made of the same insulating film as the sidewall spacer. Also good. The width of the offset spacer is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more from the viewpoint of the threshold voltage reduction effect, and is preferably 10 nm or less from the viewpoint of miniaturization. The sidewall spacer may be an L-shaped sidewall spacer, an LDD sidewall spacer, or a laminated sidewall spacer formed in the order of an L-shaped sidewall spacer and an LDD sidewall spacer. Good.

本発明に係る半導体装置において、前記第1のスペーサ構造における前記第1のゲート構造の側壁との接触部分は、シリコン酸化膜又はシリコン酸窒化膜から構成されていてもよい。このようにすると、pチャネルトランジスタのゲート電極の実効仕事関数を確実に増大させ、それにより、pチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を確実に減少させることができる。また、本発明に係る半導体装置において、前記第2のスペーサ構造における前記第2のゲート構造の側壁との接触部分は、シリコン窒化膜、又は酸素を実質的に含まない比誘電率8未満の低誘電率絶縁膜から構成されていてもよい。このようにすると、nチャネルトランジスタのゲート電極の実効仕事関数を確実に減少させ、それにより、nチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を確実に減少させることができる。この場合、前記低誘電率絶縁膜は、SiC膜、BN膜、SiBCN膜又はSiBN膜であってもよい。尚、本発明に係る半導体装置において、CMIS全体として、スペーサ構造への比誘電率の高い材料の使用を最小限に抑制することにより、或いは、スペーサ構造への低誘電率材料の使用を促進することにより、フリンジ容量を抑えて駆動能力を向上させることができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the contact portion of the first spacer structure with the side wall of the first gate structure may be composed of a silicon oxide film or a silicon oxynitride film. In this way, it is possible to reliably increase the effective work function of the gate electrode of the p-channel transistor, thereby reliably reducing the absolute value of the threshold voltage of the p-channel transistor. In the semiconductor device according to the present invention, the contact portion of the second spacer structure with the side wall of the second gate structure may be a silicon nitride film or a low low relative dielectric constant less than 8 that does not substantially contain oxygen. You may be comprised from the dielectric constant insulating film. In this way, it is possible to reliably reduce the effective work function of the gate electrode of the n-channel transistor, thereby reliably reducing the absolute value of the threshold voltage of the n-channel transistor. In this case, the low dielectric constant insulating film may be a SiC film, a BN film, a SiBCN film, or a SiBN film. In the semiconductor device according to the present invention, as a whole CMIS, the use of a material having a high relative dielectric constant for the spacer structure is minimized, or the use of a low dielectric constant material for the spacer structure is promoted. As a result, the drive capability can be improved while suppressing the fringe capacity.

本発明に係る半導体装置において、前記第1のゲート構造及び前記第2のゲート構造はそれぞれ、高誘電率絶縁膜、及び前記高誘電率絶縁膜上に形成された金属含有膜を含んでいてもよい。   In the semiconductor device according to the present invention, each of the first gate structure and the second gate structure may include a high dielectric constant insulating film and a metal-containing film formed on the high dielectric constant insulating film. Good.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板におけるpチャネルトランジスタ形成領域及びnチャネルトランジスタ形成領域のそれぞれの上に第1のゲート構造及び第2のゲート構造を形成するゲート形成工程と、前記第1のゲート構造及び前記第2のゲート構造のそれぞれの側壁上に第1のスペーサ構造及び第2のスペーサ構造を形成するスペーサ形成工程とを備え、前記第1のスペーサ構造における前記第1のゲート構造の側壁との接触部分の含有酸素濃度は、前記第2のスペーサ構造における前記第2のゲート構造の側壁との接触部分の含有酸素濃度よりも高い。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first gate structure and a second gate structure on each of a p-channel transistor formation region and an n-channel transistor formation region in a semiconductor substrate; Forming a first spacer structure and a second spacer structure on respective sidewalls of the first gate structure and the second gate structure, and the first spacer structure in the first spacer structure. The oxygen concentration in the contact portion with the side wall of the first gate structure is higher than the oxygen concentration in the contact portion with the side wall of the second gate structure in the second spacer structure.

本発明に係る半導体装置の製造方法によると、pチャネルトランジスタのゲート構造側壁に接触する部分のスペーサ構造の含有酸素濃度が高いため、ゲート電極の実効仕事関数を増大させることができるので、pチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を減少させることができる。また、nチャネルトランジスタのゲート構造側壁に接触する部分のスペーサ構造の含有酸素濃度が低いため、ゲート電極の実効仕事関数を減少させることができるので、nチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を減少させることができる。従って、pチャネルトランジスタ及びnチャネルトランジスタの閾値電圧を共に低減して駆動力を向上させたCMISトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。尚、各トランジスタのゲート構造の形成順は特に限定されるものではなく、例えば、各トランジスタのゲート絶縁膜及びゲート電極にそれぞれ同じ材料を用いて各トランジスタのゲート構造を同時に形成してもよい。   According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the effective work function of the gate electrode can be increased because the concentration of oxygen contained in the spacer structure in the portion in contact with the side wall of the gate structure of the p-channel transistor is high. The absolute value of the threshold voltage of the transistor can be reduced. Further, since the concentration of oxygen contained in the spacer structure in the portion contacting the side wall of the gate structure of the n-channel transistor is low, the effective work function of the gate electrode can be reduced, so that the absolute value of the threshold voltage of the n-channel transistor is reduced. be able to. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device having a CMIS transistor in which the threshold voltage of the p-channel transistor and the n-channel transistor is reduced to improve the driving capability. The order in which the gate structures of the transistors are formed is not particularly limited. For example, the gate structures of the transistors may be formed at the same time using the same material for the gate insulating film and the gate electrode of each transistor.

本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記スペーサ形成工程は、前記第1のゲート構造の側壁と接する第1のオフセットスペーサを形成する工程と、前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記第1のオフセットスペーサと異なる絶縁膜からなる第2のオフセットスペーサを形成する工程とを含んでいてもよい。ここで、各オフセットスペーサの形成順は特に限定されるものではなく、第1のオフセットスペーサを形成してから第2のオフセットスペーサを形成してもよいし、第2のオフセットスペーサを形成してから第1のオフセットスペーサを形成してもよい。また、前記第1のオフセットスペーサを形成すると同時に前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記第1のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成した後、当該他のオフセットスペーサを選択的に除去し、その後、前記第2のオフセットスペーサを形成すると同時に前記第1のゲート構造の側壁上に前記第1のオフセットスペーサを介して前記第2のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成してもよい。ここで、前記第1のゲート構造の側壁上に形成した当該他のオフセットスペーサをさらに除去してもよい。或いは、前記第2のオフセットスペーサを形成すると同時に前記第1のゲート構造の側壁と接し且つ前記第2のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成した後、当該他のオフセットスペーサを選択的に除去し、その後、前記第1のオフセットスペーサを形成すると同時に前記第2のゲート構造の側壁上に前記第2のオフセットスペーサを介して前記第1のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成してもよい。ここで、前記第2のゲート構造の側壁上に形成した当該他のオフセットスペーサをさらに除去してもよい。さらに、前記スペーサ形成工程は、前記第1のゲート構造の側壁上に前記第1のオフセットスペーサを介して第1のサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記第2のゲート構造の側壁上に前記第2のオフセットスペーサを介して第2のサイドウォールスペーサを形成する工程とを含んでいてもよい。ここで、前記第1のサイドウォールスペーサ及び前記第2のサイドウォールスペーサはそれぞれ、L字サイドウォールスペーサを含んでいてもよいし、前記第1のサイドウォールスペーサ及び前記第2のサイドウォールスペーサとして、L字サイドウォールスペーサ及びLDDサイドウォールスペーサを順次形成した後、当該各LDDサイドウォールスペーサを除去してもよい。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the spacer forming step includes a step of forming a first offset spacer in contact with a side wall of the first gate structure, a side wall of the second gate structure, and the step of forming the spacer. Forming a second offset spacer made of an insulating film different from the first offset spacer. Here, the formation order of each offset spacer is not particularly limited, and the second offset spacer may be formed after the first offset spacer is formed, or the second offset spacer is formed. A first offset spacer may be formed. In addition, after forming the first offset spacer and forming another offset spacer which is in contact with the side wall of the second gate structure and made of the same insulating film as the first offset spacer, the other offset spacer is formed. After the selective removal, the second offset spacer is formed, and at the same time, the second offset spacer is formed on the side wall of the first gate structure with the same insulating film as the second offset spacer through the first offset spacer. An offset spacer may be formed. Here, the other offset spacer formed on the side wall of the first gate structure may be further removed. Alternatively, after forming the second offset spacer and forming another offset spacer which is in contact with the side wall of the first gate structure and made of the same insulating film as the second offset spacer, the other offset spacer is After the selective removal, the first offset spacer is formed, and at the same time, the second offset spacer is formed on the side wall of the second gate structure through the second offset spacer and made of the same insulating film as the first offset spacer. An offset spacer may be formed. Here, the other offset spacer formed on the side wall of the second gate structure may be further removed. Further, the spacer forming step includes a step of forming a first sidewall spacer on the sidewall of the first gate structure via the first offset spacer, and a step of forming the spacer on the sidewall of the second gate structure. Forming a second sidewall spacer via a second offset spacer. Here, each of the first sidewall spacer and the second sidewall spacer may include an L-shaped sidewall spacer, and the first sidewall spacer and the second sidewall spacer may be included. After forming the L-shaped sidewall spacer and the LDD sidewall spacer sequentially, the LDD sidewall spacers may be removed.

本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記スペーサ形成工程は、前記第1のゲート構造の側壁と接するオフセットスペーサを形成する工程と、前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記オフセットスペーサと異なる絶縁膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程とを含んでいてもよい。この場合、前記オフセットスペーサを形成すると同時に前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記オフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成した後、当該他のオフセットスペーサを選択的に除去し、その後、前記サイドウォールスペーサを形成すると同時に前記第1のゲート構造の側壁上に前記オフセットスペーサを介して前記サイドウォールスペーサと同じ絶縁膜からなる他のサイドウォールスペーサを形成してもよい。また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記スペーサ形成工程は、前記第1のゲート構造の側壁と接するサイドウォールスペーサを形成する工程と、前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記サイドウォールスペーサと異なる絶縁膜からなるオフセットスペーサを形成する工程とを含んでいてもよい。この場合、前記オフセットスペーサを形成すると同時に前記第1のゲート構造の側壁と接し且つ前記オフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成した後、当該他のオフセットスペーサを選択的に除去し、その後、前記サイドウォールスペーサを形成すると同時に前記第2のゲート構造の側壁上に前記オフセットスペーサを介して前記サイドウォールスペーサと同じ絶縁膜からなる他のサイドウォールスペーサを形成してもよい。尚、前記サイドウォールスペーサ及び前記他のサイドウォールスペーサはそれぞれ、L字サイドウォールスペーサを含んでいてもよいし、前記サイドウォールスペーサ及び前記他のサイドウォールスペーサとして、L字サイドウォールスペーサ及びLDDサイドウォールスペーサを順次形成した後、当該各LDDサイドウォールスペーサを除去してもよい。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the spacer forming step includes a step of forming an offset spacer in contact with a side wall of the first gate structure, a side wall of the second gate structure, and the offset spacer. A step of forming sidewall spacers made of different insulating films. In this case, after forming the offset spacer, another offset spacer which is in contact with the side wall of the second gate structure and is made of the same insulating film as the offset spacer is formed, and then the other offset spacer is selectively removed. Thereafter, at the same time as forming the sidewall spacer, another sidewall spacer made of the same insulating film as the sidewall spacer may be formed on the sidewall of the first gate structure via the offset spacer. Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the spacer forming step includes a step of forming a sidewall spacer in contact with the side wall of the first gate structure, a side wall of the second gate structure, and the step of forming the spacer. A step of forming an offset spacer made of an insulating film different from the sidewall spacer. In this case, after forming the offset spacer, another offset spacer which is in contact with the side wall of the first gate structure and is made of the same insulating film as the offset spacer is formed, and then the other offset spacer is selectively removed. Thereafter, at the same time as forming the sidewall spacer, another sidewall spacer made of the same insulating film as the sidewall spacer may be formed on the sidewall of the second gate structure via the offset spacer. The sidewall spacer and the other sidewall spacer may each include an L-shaped sidewall spacer, and the sidewall spacer and the other sidewall spacer may be an L-shaped sidewall spacer and an LDD side wall, respectively. After sequentially forming the wall spacers, the LDD sidewall spacers may be removed.

本発明に係る半導体装置によると、pチャネルトランジスタ及びnチャネルトランジスタの閾値電圧を共に低減できる高性能化CMISトランジスタを有する半導体装置を得ることができる。   According to the semiconductor device of the present invention, a semiconductor device having a high-performance CMIS transistor capable of reducing both the threshold voltages of the p-channel transistor and the n-channel transistor can be obtained.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法によると、性能のみならず加工性の観点でも優れた前述の半導体装置を提供することができる。   Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is possible to provide the above-described semiconductor device that is excellent not only in performance but also in terms of workability.

図1(a)〜(d)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating respective steps of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 図2(a)〜(c)は、第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。2A to 2C are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 図3(a)〜(d)はそれぞれ、第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の断面図である。3A to 3D are cross-sectional views of the semiconductor device according to the modification of the first embodiment. 図4(a)〜(d)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。4A to 4D are cross-sectional views illustrating respective steps of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. 図5(a)〜(d)はそれぞれ、第2の実施形態の変形例に係る半導体装置の断面図である。FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views of semiconductor devices according to modifications of the second embodiment. 図6(a)、(b)はそれぞれ、従来の半導体装置の断面図である。6A and 6B are cross-sectional views of a conventional semiconductor device. 図7(a)は、ゲート構造中に固定電荷が発生する前の仕事関数(WF)を示す図であり、図7(b)は、ゲート構造中に負の固定電荷が発生した後の実効仕事関数(eWF)を示す図であり、図7(c)は、ゲート構造中に正の固定電荷が発生した後の実効仕事関数(eWF)を示す図である。FIG. 7A is a diagram showing a work function (WF) before a fixed charge is generated in the gate structure, and FIG. 7B is a graph showing the effective after the negative fixed charge is generated in the gate structure. FIG. 7C is a diagram showing the work function (eWF), and FIG. 7C is a diagram showing the effective work function (eWF) after positive fixed charges are generated in the gate structure. 図8(a)は、界面層及びHfSiONからなるhigh-k層の積層構造を持つゲート絶縁膜と、ポリシリコン(Poly−Si)からなるゲート電極とから構成されたゲート構造の側壁上に、シリコン酸化膜(SiO2 膜)からなるオフセットスペーサ(OSS)が形成された場合に、ゲート絶縁膜中に負の固定電荷(Fix charge)が生じている様子を示す図であり、図8(b)は、nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタのそれぞれのオフセットスペーサにSiO2 膜及びSiN膜をそれぞれ用いた場合におけるゲート長と閾値電圧との関係を示す図である。FIG. 8A shows a gate structure having a stacked structure of an interface layer and a high-k layer made of HfSiON, and a gate structure made of polysilicon (Poly-Si). FIG. 8B is a diagram showing a state where negative fixed charges (Fix charge) are generated in the gate insulating film when an offset spacer (OSS) made of a silicon oxide film (SiO 2 film) is formed; ) Is a diagram showing the relationship between the gate length and the threshold voltage when a SiO 2 film and a SiN film are used for the offset spacers of the n-channel transistor and the p-channel transistor, respectively.

(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及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a)〜(d)は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。   FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views showing respective steps of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment.

まず、図1(a)に示すように、半導体基板100に例えばSTI構造の素子分離領域101を形成することにより、nチャネルトランジスタ形成領域(以下、nMIS領域という)100Aとpチャネルトランジスタ形成領域(以下、pMIS領域という)100Bとを区画する。次に、nMIS領域100A上に、下層の界面層102A及び上層のhigh-k層103Aからなるゲート絶縁膜104Aを介して、下層の金属含有膜及び上層のポリシリコン膜からなるゲート電極105Aを形成すると共に、pMIS領域100B上に、下層の界面層102B及び上層のhigh-k層103Bからなるゲート絶縁膜104Bを介して、下層の金属含有膜及び上層のポリシリコン膜からなるゲート電極105Bを形成する。具体的には、半導体基板100上に、界面層102A及び102Bとなる例えばシリコン酸化膜、high-k層103A及び103Bとなる高誘電率絶縁膜(例えばHfSiON膜)、金属含有膜、並びにポリシリコン膜を順次形成した後、nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタのそれぞれのゲート形成領域を覆うマスクパターンを用いて前述のように積層された各膜に対してエッチングを行う。これにより、ゲート絶縁膜104A及びゲート電極105Aからなるnチャネルトランジスタのゲート構造150Aが形成されると共に、ゲート絶縁膜104B及びゲート電極105Bからなるpチャネルトランジスタのゲート構造150Bが形成される。   First, as shown in FIG. 1A, an element isolation region 101 having an STI structure, for example, is formed on a semiconductor substrate 100, whereby an n-channel transistor formation region (hereinafter referred to as an nMIS region) 100A and a p-channel transistor formation region ( (Hereinafter referred to as pMIS region) 100B. Next, a gate electrode 105A made of a lower metal-containing film and an upper polysilicon film is formed on the nMIS region 100A through a gate insulating film 104A made of a lower interface layer 102A and an upper high-k layer 103A. In addition, a gate electrode 105B made of a lower metal-containing film and an upper polysilicon film is formed on the pMIS region 100B via a gate insulating film 104B made of a lower interface layer 102B and an upper high-k layer 103B. To do. Specifically, on the semiconductor substrate 100, for example, a silicon oxide film that becomes the interface layers 102A and 102B, a high dielectric constant insulating film (eg, HfSiON film) that becomes the high-k layers 103A and 103B, a metal-containing film, and polysilicon After sequentially forming the films, etching is performed on the films stacked as described above using a mask pattern that covers the gate formation regions of the n-channel transistor and the p-channel transistor. As a result, the gate structure 150A of the n-channel transistor including the gate insulating film 104A and the gate electrode 105A is formed, and the gate structure 150B of the p-channel transistor including the gate insulating film 104B and the gate electrode 105B is formed.

次に、半導体基板100上の全面に亘って、酸化性膜(含有酸素濃度(具体的には酸素のatomic %)が高い膜)、例えばシリコン酸化膜を堆積した後、当該シリコン酸化膜に対してエッチバックを行う。これによって、図1(a)に示すように、ゲート構造150A及び150Bのそれぞれの側壁上に、シリコン酸化膜からなる酸化性オフセットスペーサ106A及び106Bを形成する。   Next, after depositing an oxide film (a film having a high oxygen concentration (specifically, oxygen atomic%)) such as a silicon oxide film over the entire surface of the semiconductor substrate 100, the silicon oxide film is then deposited. Etch back. As a result, as shown in FIG. 1A, oxidative offset spacers 106A and 106B made of a silicon oxide film are formed on the side walls of the gate structures 150A and 150B.

この状態のままでは、nチャネルトランジスタのゲート構造150A及びpチャネルトランジスタのゲート構造150Bのそれぞれと接触する部分のスペーサ構造が酸化性膜から構成されるため、後の不純物活性化アニール工程等の熱処理において、各ゲート構造150A及び150Bの側面や界面等が酸化されてしまう。これにより、通常、ゲート電極の実効仕事関数が増大するため、pチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が減少して有利になるが、nチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が増大して不利になる。   In this state, since the spacer structure in contact with each of the gate structure 150A of the n-channel transistor and the gate structure 150B of the p-channel transistor is formed of an oxide film, a heat treatment such as a subsequent impurity activation annealing step is performed. , The side surfaces and interfaces of the gate structures 150A and 150B are oxidized. As a result, the effective work function of the gate electrode generally increases, so that the absolute value of the threshold voltage decreases in the p-channel transistor, which is advantageous, whereas the absolute value of the threshold voltage increases in the n-channel transistor, which is disadvantageous. .

そこで、本実施形態においては、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aと接触する部分のスペーサ構造を非酸化性とするために、図1(a)に示すように、ゲート構造150B及びその側壁上の酸化性オフセットスペーサ106Bを含むpMIS領域100Bをフォトレジスト107によって選択的に覆った後、図1(b)に示すように、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側壁上の酸化性オフセットスペーサ106Aを選択的に除去し、その後、フォトレジスト107を除去する。   Therefore, in this embodiment, in order to make the spacer structure in contact with the gate structure 150A of the n-channel transistor non-oxidizing, as shown in FIG. 1A, the oxidation on the gate structure 150B and its sidewalls is performed. After selectively covering the pMIS region 100B including the oxidative offset spacer 106B with the photoresist 107, as shown in FIG. 1B, the oxidative offset spacer 106A on the sidewall of the gate structure 150A of the n-channel transistor is selectively selected. Then, the photoresist 107 is removed.

尚、本実施形態においては、酸化性オフセットスペーサ106A及び106Bとなる酸化性被膜の堆積時の雰囲気やフォトレジスト107の除去時の雰囲気によって、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側面や界面等が酸化されてしまい、ゲート電極の実効仕事関数が増大し、それにより、nチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値が若干増大するというデメリットが生じる懸念がある。しかしながら、後の不純物活性化アニール工程等の熱処理を実施する時点で、pチャネルトランジスタのゲート構造150Aと接触する部分のスペーサ構造が酸化性膜のままである場合に生じるデメリットと比較して、本実施形態のように、pチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側壁上の酸化性オフセットスペーサ106Aつまり酸化性膜を除去することによるデメリットは小さい。   In the present embodiment, the side surface and the interface of the gate structure 150A of the n-channel transistor are oxidized depending on the atmosphere at the time of depositing the oxide film to be the oxidizing offset spacers 106A and 106B and the atmosphere at the time of removing the photoresist 107. Therefore, there is a concern that the effective work function of the gate electrode is increased, thereby causing a demerit that the absolute value of the threshold voltage of the n-channel transistor slightly increases. However, compared with the disadvantages that occur when the spacer structure in contact with the gate structure 150A of the p-channel transistor remains an oxide film at the time of performing a heat treatment such as a subsequent impurity activation annealing step, As in the embodiment, the demerit caused by removing the oxidizing offset spacer 106A, that is, the oxide film, on the sidewall of the gate structure 150A of the p-channel transistor is small.

次に、半導体基板100上の全面に亘って、非酸化性膜(含有酸素濃度が低い膜)、例えばシリコン窒化膜を堆積した後、当該シリコン窒化膜に対してエッチバックを行う。これにより、図1(c)に示すように、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側壁上に、シリコン窒化膜からなる非酸化性オフセットスペーサ108Aを形成すると共に、pチャネルトランジスタのゲート構造150Bの側壁上に酸化性オフセットスペーサ106Bを介して、シリコン窒化膜からなる非酸化性オフセットスペーサ108Bを形成する。   Next, after depositing a non-oxidizing film (a film having a low oxygen concentration), such as a silicon nitride film, over the entire surface of the semiconductor substrate 100, the silicon nitride film is etched back. As a result, as shown in FIG. 1C, a non-oxidizing offset spacer 108A made of a silicon nitride film is formed on the sidewall of the gate structure 150A of the n-channel transistor, and the sidewall of the gate structure 150B of the p-channel transistor. A non-oxidizing offset spacer 108B made of a silicon nitride film is formed thereon via an oxidizing offset spacer 106B.

この状態で、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aと接触する部分のスペーサ構造を非酸化性とし、pチャネルトランジスタのゲート構造150Bと接触する部分のスペーサ構造を酸化性とすることができるので、nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタのそれぞれの閾値電圧を下げることができる。   In this state, the spacer structure in the portion in contact with the gate structure 150A of the n-channel transistor can be made non-oxidizing and the spacer structure in the portion in contact with the gate structure 150B of the p-channel transistor can be made oxidizing. The threshold voltage of each of the transistor and the p-channel transistor can be lowered.

次に、ゲート構造150B並びにその側壁上の酸化性オフセットスペーサ106B及び非酸化性オフセットスペーサ108Bを含むpMIS領域100Bをフォトレジスト(図示省略)によって選択的に覆った後、ゲート構造150A及びその側壁上の非酸化性オフセットスペーサ108Aをマスクとして、nMIS領域100Aにn型不純物をイオン注入することにより、図1(d)に示すように、n型LDD領域111Aを形成する。また、ゲート構造150A及びその側壁上の非酸化性オフセットスペーサ108Aを含むnMIS領域100Aをフォトレジスト(図示省略)によって選択的に覆った後、ゲート構造150B並びにその側壁上の酸化性オフセットスペーサ106B及び非酸化性オフセットスペーサ108Bをマスクとして、pMIS領域100Bにp型不純物をイオン注入することにより、図1(d)に示すように、p型LDD領域111Bを形成する。   Next, the pMIS region 100B including the gate structure 150B and the oxidizing offset spacer 106B and the non-oxidizing offset spacer 108B on the sidewall thereof is selectively covered with a photoresist (not shown), and then the gate structure 150A and the sidewall thereof. As shown in FIG. 1D, an n-type LDD region 111A is formed by ion-implanting n-type impurities into the nMIS region 100A using the non-oxidizing offset spacer 108A as a mask. Further, after selectively covering the nMIS region 100A including the gate structure 150A and the non-oxidizing offset spacer 108A on the sidewall thereof with a photoresist (not shown), the gate structure 150B and the oxidizing offset spacer 106B on the sidewall and Using the non-oxidizing offset spacer 108B as a mask, p-type impurities are ion-implanted into the pMIS region 100B, thereby forming a p-type LDD region 111B as shown in FIG.

次に、図1(d)に示すように、ゲート構造150Aの側壁上に非酸化性オフセットスペーサ108Aを介して、L字サイドウォールスペーサ109A及びLDDサイドウォールスペーサ110Aを順次形成すると共に、ゲート構造150Bの側壁上に、酸化性オフセットスペーサ106B及び非酸化性オフセットスペーサ108Bを介して、L字サイドウォールスペーサ109B及びLDDサイドウォールスペーサ110Bを順次形成する。すなわち、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側壁上に形成されるスペーサ構造は、非酸化性オフセットスペーサ108A、L字サイドウォールスペーサ109A及びLDDサイドウォールスペーサ110Aからなり、pチャネルトランジスタのゲート構造150Bの側壁上に形成されるスペーサ構造は、酸化性オフセットスペーサ106B、非酸化性オフセットスペーサ108B、L字サイドウォールスペーサ109B及びLDDサイドウォールスペーサ110Bからなる。   Next, as shown in FIG. 1D, an L-shaped sidewall spacer 109A and an LDD sidewall spacer 110A are sequentially formed on the sidewall of the gate structure 150A via a non-oxidizing offset spacer 108A, and the gate structure On the side wall of 150B, an L-shaped sidewall spacer 109B and an LDD sidewall spacer 110B are sequentially formed via an oxidizing offset spacer 106B and a non-oxidizing offset spacer 108B. That is, the spacer structure formed on the sidewall of the gate structure 150A of the n-channel transistor includes the non-oxidizing offset spacer 108A, the L-shaped sidewall spacer 109A, and the LDD sidewall spacer 110A. The spacer structure formed on the side wall includes an oxidizing offset spacer 106B, a non-oxidizing offset spacer 108B, an L-shaped side wall spacer 109B, and an LDD side wall spacer 110B.

次に、ゲート構造150B及びその側壁上のスペーサ構造を含むpMIS領域100Bをフォトレジスト(図示省略)によって選択的に覆った後、ゲート構造150A及びその側壁上のスペーサ構造をマスクとして、nMIS領域100Aにn型不純物をイオン注入することにより、図1(d)に示すように、n型ソース・ドレイン領域112Aを形成する。また、ゲート構造150A及びその側壁上のスペーサ構造を含むnMIS領域100Aをフォトレジスト(図示省略)によって選択的に覆った後、ゲート構造150B及びその側壁上のスペーサ構造をマスクとして、pMIS領域100Bにp型不純物をイオン注入することにより、図1(d)に示すように、p型ソース・ドレイン領域112Bを形成する。   Next, the pMIS region 100B including the gate structure 150B and the spacer structure on the sidewall thereof is selectively covered with a photoresist (not shown), and then the nMIS region 100A using the gate structure 150A and the spacer structure on the sidewall as a mask. An n-type impurity is ion-implanted to form an n-type source / drain region 112A as shown in FIG. In addition, after selectively covering the nMIS region 100A including the gate structure 150A and the spacer structure on the side wall with a photoresist (not shown), the pMIS region 100B is formed using the gate structure 150B and the spacer structure on the side wall as a mask. By implanting p-type impurities, p-type source / drain regions 112B are formed as shown in FIG.

最後に、LDD領域111A及び111B並びにソース・ドレイン領域112A及び112Bのそれぞれの注入不純物を活性化させるための活性化アニールを行う。   Finally, activation annealing for activating the implanted impurities in the LDD regions 111A and 111B and the source / drain regions 112A and 112B is performed.

以上に説明した本実施形態によると、pチャネルトランジスタのゲート構造150Bの側壁に接触する部分のスペーサ構造つまり酸化性オフセットスペーサ106Bが酸化性を有する(つまり含有酸素濃度が高い)ため、ゲート電極の実効仕事関数を増大させることができるので、pチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を減少させることができる。また、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側壁に接触する部分のスペーサ構造つまり非酸化性オフセットスペーサ108Aが非酸化性を有する(つまり含有酸素濃度が低い)ため、ゲート電極の実効仕事関数を減少させることができるので、nチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を減少させることができる。従って、pチャネルトランジスタ及びnチャネルトランジスタの閾値電圧を共に低減して駆動力を向上させたCMISトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。   According to the present embodiment described above, the spacer structure in contact with the side wall of the gate structure 150B of the p-channel transistor, that is, the oxidizable offset spacer 106B is oxidizable (that is, the oxygen concentration is high). Since the effective work function can be increased, the absolute value of the threshold voltage of the p-channel transistor can be decreased. In addition, since the spacer structure in contact with the sidewall of the gate structure 150A of the n-channel transistor, that is, the non-oxidizing offset spacer 108A has non-oxidizing properties (that is, the oxygen concentration is low), the effective work function of the gate electrode is reduced. Therefore, the absolute value of the threshold voltage of the n-channel transistor can be reduced. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device having a CMIS transistor in which the threshold voltage of the p-channel transistor and the n-channel transistor is reduced to improve the driving capability.

尚、本実施形態において、pチャネルトランジスタのゲート構造150Bの側壁上に形成されるスペーサ構造は、酸化性オフセットスペーサ106Bと非酸化性オフセットスペーサ108Bとが積層された構造を有している。しかし、比誘電率の高いシリコン窒化膜を非酸化性オフセットスペーサ108Bに用いた場合、フリンジ容量が増大して駆動能力の点で不利となる。そこで、図1(c)に示すように、非酸化性オフセットスペーサ108A及び108Bを形成した後、図2(a)に示すように、ゲート構造150A及びその側壁上の非酸化性オフセットスペーサ108Aを含むnMIS領域100Aをフォトレジスト121によって選択的に覆った後、図2(b)に示すように、ゲート構造150Bの側壁上の非酸化性オフセットスペーサ108Bを選択的に除去してもよい。その後、フォトレジスト121を除去した後、図1(d)に示す工程と同様の工程を実施することにより、図2(c)に示す半導体装置を得ることができる。   In this embodiment, the spacer structure formed on the side wall of the gate structure 150B of the p-channel transistor has a structure in which an oxidative offset spacer 106B and a non-oxidative offset spacer 108B are stacked. However, when a silicon nitride film having a high relative dielectric constant is used for the non-oxidizing offset spacer 108B, the fringe capacity increases, which is disadvantageous in terms of driving capability. Therefore, after forming the non-oxidizing offset spacers 108A and 108B as shown in FIG. 1C, the gate structure 150A and the non-oxidizing offset spacers 108A on the side walls thereof are formed as shown in FIG. After selectively covering the included nMIS region 100A with the photoresist 121, as shown in FIG. 2B, the non-oxidizing offset spacer 108B on the sidewall of the gate structure 150B may be selectively removed. Thereafter, after removing the photoresist 121, a semiconductor device shown in FIG. 2C can be obtained by performing a process similar to the process shown in FIG.

また、図1(d)に示す本実施形態の半導体装置において、例えばストレスライナー膜による応力印加の強化等のために、不純物活性化アニール後に、図3(a)に示すように、ゲート構造150Aの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ110Aを除去すると共に、ゲート構造150Bの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ110Bを除去してもよい。同様に、図2(c)に示す本実施形態の変形例の半導体装置において、図3(b)に示すように、ゲート構造150Aの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ110Aを除去すると共に、ゲート構造150Bの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ110Bを除去してもよい。   In addition, in the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 1D, after impurity activation annealing, for example, to strengthen stress application by a stress liner film, as shown in FIG. The LDD sidewall spacers 110A on the sidewalls may be removed and the LDD sidewall spacers 110B on the sidewalls of the gate structure 150B may be removed. Similarly, in the semiconductor device according to the modification of the present embodiment shown in FIG. 2C, the LDD sidewall spacer 110A on the side wall of the gate structure 150A is removed and the gate structure is removed as shown in FIG. The LDD sidewall spacer 110B on the 150B sidewall may be removed.

また、本実施形態においては、図1(b)に示す工程で、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側壁上の酸化性オフセットスペーサ106Aを選択的に除去した後、図1(c)に示す工程で、各ゲート構造150A及び150Bのそれぞれの側壁上に非酸化性オフセットスペーサ108A及び108Bを堆積した。しかし、これに代えて、図1(c)に示す非酸化性オフセットスペーサ108A及び108Bの堆積工程を行うことなく、図3(c)に示すように、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側壁上に、非酸化性を有するL字サイドウォールスペーサ109A、及びLDDサイドウォールスペーサ110Aを順次形成すると共に、pチャネルトランジスタのゲート構造150Bの側壁上に、酸化性オフセットスペーサ106Bを介して、L字サイドウォールスペーサ109B及びLDDサイドウォールスペーサ110Bを順次形成してもよい。この場合、例えばストレスライナー膜による応力印加の強化等のために、不純物活性化アニール後に、ゲート構造150Aの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ110Aを除去すると共に、ゲート構造150Bの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ110Bを除去してもよい。或いは、図1(c)に示す非酸化性オフセットスペーサ108A及び108Bの堆積工程を行うことなく、図3(d)に示すように、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側壁上に、非酸化性を有するLDDサイドウォールスペーサ110Aを形成すると共に、pチャネルトランジスタのゲート構造150Bの側壁上に、酸化性オフセットスペーサ106Bを介して、LDDサイドウォールスペーサ110Bを形成してもよい。すなわち、L字サイドウォールスペーサ109A及び109Bの形成を省略してもよい。   Further, in this embodiment, after the oxide offset spacer 106A on the sidewall of the gate structure 150A of the n-channel transistor is selectively removed in the step shown in FIG. 1B, the step shown in FIG. Then, non-oxidizing offset spacers 108A and 108B were deposited on the respective sidewalls of the gate structures 150A and 150B. However, instead of performing the deposition process of the non-oxidizing offset spacers 108A and 108B shown in FIG. 1C, as shown in FIG. 3C, on the sidewall of the gate structure 150A of the n-channel transistor. In addition, a non-oxidizing L-shaped sidewall spacer 109A and an LDD sidewall spacer 110A are sequentially formed, and an L-shaped side spacer is formed on the sidewall of the gate structure 150B of the p-channel transistor via the oxidizing offset spacer 106B. The wall spacer 109B and the LDD sidewall spacer 110B may be sequentially formed. In this case, for example, after the impurity activation annealing, the LDD sidewall spacer 110A on the side wall of the gate structure 150A is removed and the LDD side wall on the side wall of the gate structure 150B, for example, for strengthening stress application by a stress liner film. The spacer 110B may be removed. Alternatively, the non-oxidizing offset spacers 108A and 108B shown in FIG. 1C can be formed on the sidewall of the gate structure 150A of the n-channel transistor as shown in FIG. In addition, the LDD sidewall spacer 110B may be formed on the sidewall of the gate structure 150B of the p-channel transistor via the oxidizing offset spacer 106B. That is, the formation of the L-shaped sidewall spacers 109A and 109B may be omitted.

以上のように、本実施形態と同様の効果を奏するスペーサ構造には種々のバリエーションが存在するが、本実施形態の構成又はいずれかのバリエーションの構成の選択は、イオン注入等のプロセスの難易度等を考慮して行われる。   As described above, there are various variations in the spacer structure that achieves the same effect as in the present embodiment. However, the selection of the configuration of the present embodiment or the configuration of any one of the variations is difficult for a process such as ion implantation. Etc. are taken into consideration.

また、本実施形態において、酸化性オフセットスペーサ106A及び106B並びに非酸化性オフセットスペーサ108A及び108Bのそれぞれの幅は特に限定されるものではないが、閾値電圧低減効果の点からは5nm以上であることが好ましく、微細化の点からは10nm以下であることが好ましい。   In the present embodiment, the widths of the oxidizing offset spacers 106A and 106B and the non-oxidizing offset spacers 108A and 108B are not particularly limited, but are 5 nm or more from the viewpoint of the effect of reducing the threshold voltage. From the viewpoint of miniaturization, it is preferably 10 nm or less.

また、本実施形態において、酸化性オフセットスペーサ106A及び106Bとして、シリコン酸化膜を用いたが、これに代えて、他の酸素含有絶縁膜、例えばシリコン酸窒化膜等を用いてもよい。   In this embodiment, silicon oxide films are used as the oxidative offset spacers 106A and 106B. However, other oxygen-containing insulating films such as silicon oxynitride films may be used instead.

また、本実施形態において、非酸化性オフセットスペーサ108A及び108Bとして、シリコン窒化膜を用いたが、これに代えて、酸化性オフセットスペーサ106A及び106Bよりも含有酸素濃度が低い又は実質的に酸素を含まない他の絶縁膜を用いてもよい。特に、フリンジ容量低減の観点からは、実質的に酸素を含まない比誘電率8未満の低誘電率絶縁膜、例えばSiC膜、BN膜、SiBCN膜又はSiBN膜等を用いることが好ましい。また、nチャネルトランジスタのゲート構造150Aの側壁と接触するスペーサ構造として、非酸化性を有するL字サイドウォールスペーサ109A又はLDDサイドウォールスペーサ110Aを用いる場合(図3(c)、(d)参照)、これらのサイドウォールスペーサとして、シリコン窒化膜又は前述の低誘電率絶縁膜等を用いてもよいことは言うまでもない。さらに、本実施形態の半導体装置において、CMIS全体として、スペーサ構造への比誘電率の高い材料の使用を最小限に抑制することにより、或いは、スペーサ構造への低誘電率材料の使用を促進することにより、フリンジ容量を抑えて駆動能力を向上させることができる。   In this embodiment, silicon nitride films are used as the non-oxidizing offset spacers 108A and 108B. Instead, the oxygen concentration is lower than that of the oxidizing offset spacers 106A and 106B, or oxygen is substantially contained. Other insulating films not included may be used. In particular, from the viewpoint of reducing the fringe capacity, it is preferable to use a low dielectric constant insulating film that does not substantially contain oxygen and has a relative dielectric constant of less than 8, such as a SiC film, a BN film, a SiBCN film, or a SiBN film. In addition, when the non-oxidizing L-shaped side wall spacer 109A or the LDD side wall spacer 110A is used as the spacer structure in contact with the side wall of the gate structure 150A of the n-channel transistor (see FIGS. 3C and 3D). Needless to say, a silicon nitride film or the above-described low dielectric constant insulating film or the like may be used as these sidewall spacers. Furthermore, in the semiconductor device of the present embodiment, as a whole CMIS, the use of a material having a high relative dielectric constant for the spacer structure is minimized, or the use of a low dielectric constant material for the spacer structure is promoted. As a result, the drive capability can be improved while suppressing the fringe capacity.

また、本実施形態において、ゲート電極105A及び105Bとして、下層の金属含有膜及び上層のポリシリコン膜からなる積層構造を用いたが、ゲート電極105A及び105Bの構造が特に限定されないことは言うまでもない。例えば、nチャネルトランジスタのゲート電極105Aと、pチャネルトランジスタのゲート電極105Bとで異なる材料を用いてもよい。ゲート絶縁膜104A及び104Bについても同様である。また、各トランジスタのゲート構造150A及び150Bの形成順も特に限定されるものではないが、例えば、本実施形態のように各トランジスタのゲート絶縁膜104A及び104B並びにゲート電極105A及び105Bにそれぞれ同じ材料を用いる場合には、各トランジスタのゲート構造150A及び150Bを同時に形成してもよい。   In this embodiment, the gate electrodes 105A and 105B have a laminated structure including a lower metal-containing film and an upper polysilicon film. However, it goes without saying that the structures of the gate electrodes 105A and 105B are not particularly limited. For example, different materials may be used for the gate electrode 105A of the n-channel transistor and the gate electrode 105B of the p-channel transistor. The same applies to the gate insulating films 104A and 104B. Further, the order of forming the gate structures 150A and 150B of the transistors is not particularly limited. For example, the same material is used for the gate insulating films 104A and 104B and the gate electrodes 105A and 105B of the transistors as in the present embodiment. May be used, the gate structures 150A and 150B of each transistor may be formed simultaneously.

(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及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。第1の実施形態では、各トランジスタのスペーサ構造として、酸化性オフセットスペーサの形成を行ってから、非酸化性オフセットスペーサの形成を行った。それに対して、本実施形態では、各トランジスタのスペーサ構造として、非酸化性オフセットスペーサの形成を行ってから、酸化性オフセットスペーサの形成を行う。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the first embodiment, as a spacer structure of each transistor, an oxidizing offset spacer is formed and then a non-oxidizing offset spacer is formed. On the other hand, in this embodiment, the non-oxidizing offset spacer is formed as the spacer structure of each transistor, and then the oxidizing offset spacer is formed.

図4(a)〜(d)は第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。   4A to 4D are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment.

まず、図4(a)に示すように、半導体基板200に例えばSTI構造の素子分離領域201を形成することにより、nチャネルトランジスタ形成領域(以下、nMIS領域という)200Aとpチャネルトランジスタ形成領域(以下、pMIS領域という)200Bとを区画する。次に、nMIS領域200A上に、下層の界面層202A及び上層のhigh-k層203Aからなるゲート絶縁膜204Aを介して、下層の金属含有膜及び上層のポリシリコン膜からなるゲート電極205Aを形成すると共に、pMIS領域200B上に、下層の界面層202B及び上層のhigh-k層203Bからなるゲート絶縁膜204Bを介して、下層の金属含有膜及び上層のポリシリコン膜からなるゲート電極205Bを形成する。具体的には、半導体基板200上に、界面層202A及び202Bとなる例えばシリコン酸化膜、high-k層203A及び203Bとなる高誘電率絶縁膜(例えばHfSiON膜)、金属含有膜、並びにポリシリコン膜を順次形成した後、nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタのそれぞれのゲート形成領域を覆うマスクパターンを用いて前述のように積層された各膜に対してエッチングを行う。これにより、ゲート絶縁膜204A及びゲート電極205Aからなるnチャネルトランジスタのゲート構造250Aが形成されると共に、ゲート絶縁膜204B及びゲート電極205Bからなるpチャネルトランジスタのゲート構造250Bが形成される。   First, as shown in FIG. 4A, an element isolation region 201 having an STI structure, for example, is formed on a semiconductor substrate 200, whereby an n-channel transistor formation region (hereinafter referred to as an nMIS region) 200A and a p-channel transistor formation region ( (Hereinafter referred to as pMIS region) 200B. Next, a gate electrode 205A made of a lower metal-containing film and an upper polysilicon film is formed on the nMIS region 200A via a gate insulating film 204A made of a lower interface layer 202A and an upper high-k layer 203A. In addition, a gate electrode 205B made of a lower metal-containing film and an upper polysilicon film is formed on the pMIS region 200B via a gate insulating film 204B made of a lower interface layer 202B and an upper high-k layer 203B. To do. Specifically, on the semiconductor substrate 200, for example, a silicon oxide film that becomes the interface layers 202A and 202B, a high dielectric constant insulating film (eg, HfSiON film) that becomes the high-k layers 203A and 203B, a metal-containing film, and polysilicon After sequentially forming the films, etching is performed on the films stacked as described above using a mask pattern that covers the gate formation regions of the n-channel transistor and the p-channel transistor. Thus, an n-channel transistor gate structure 250A composed of the gate insulating film 204A and the gate electrode 205A is formed, and a p-channel transistor gate structure 250B composed of the gate insulating film 204B and the gate electrode 205B is formed.

次に、半導体基板200上の全面に亘って、非酸化性膜(含有酸素濃度(具体的には酸素のatomic %)が低い膜)、例えばシリコン窒化膜を堆積した後、当該シリコン窒化膜に対してエッチバックを行う。これによって、図4(a)に示すように、ゲート構造250A及び250Bのそれぞれの側壁上に、シリコン窒化膜からなる非酸化性オフセットスペーサ206A及び206Bを形成する。   Next, after depositing a non-oxidizing film (a film having a low oxygen concentration (specifically, oxygen atomic%)) such as a silicon nitride film over the entire surface of the semiconductor substrate 200, the silicon nitride film is formed. Etch back is performed. As a result, as shown in FIG. 4A, non-oxidizing offset spacers 206A and 206B made of a silicon nitride film are formed on the side walls of the gate structures 250A and 250B, respectively.

この状態のままでは、nチャネルトランジスタのゲート構造250A及びpチャネルトランジスタのゲート構造250Bのそれぞれと接触する部分のスペーサ構造が非酸化性膜から構成されるため、後の不純物活性化アニール工程等の熱処理において、各ゲート構造250A及び250Bの側面や界面等が還元されてしまう。これによって、通常、ゲート電極の実効仕事関数が減少するため、nチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が減少して有利になるが、pチャネルトランジスタでは閾値電圧の絶対値が増大して不利になる。   In this state, the spacer structure in contact with each of the gate structure 250A of the n-channel transistor and the gate structure 250B of the p-channel transistor is composed of the non-oxidizing film. In the heat treatment, the side surfaces and interfaces of the gate structures 250A and 250B are reduced. This generally reduces the effective work function of the gate electrode, so that the absolute value of the threshold voltage decreases in the n-channel transistor, which is advantageous, but the absolute value of the threshold voltage increases in the p-channel transistor, which is disadvantageous. .

そこで、本実施形態においては、pチャネルトランジスタのゲート構造250Bと接触する部分のスペーサ構造を酸化性とするために、図4(a)に示すように、ゲート構造250A及びその側壁上の非酸化性オフセットスペーサ206Aを含むnMIS領域200Aをフォトレジスト207によって選択的に覆った後、図4(b)に示すように、pチャネルトランジスタのゲート構造250Bの側壁上の非酸化性オフセットスペーサ206Bを選択的に除去し、その後、フォトレジスト207を除去する。   Therefore, in this embodiment, in order to make the spacer structure in contact with the gate structure 250B of the p-channel transistor oxidizable, as shown in FIG. After selectively covering the nMIS region 200A including the conductive offset spacer 206A with the photoresist 207, the non-oxidizing offset spacer 206B on the sidewall of the gate structure 250B of the p-channel transistor is selected as shown in FIG. 4B. Then, the photoresist 207 is removed.

次に、半導体基板200上の全面に亘って、酸化性膜(含有酸素濃度が高い膜)、例えばシリコン酸化膜を堆積した後、当該シリコン酸化膜に対してエッチバックを行う。これにより、図4(c)に示すように、nチャネルトランジスタのゲート構造250Aの側壁上に非酸化性オフセットスペーサ206Aを介して、シリコン酸化膜からなる酸化性オフセットスペーサ208Aを形成すると共に、pチャネルトランジスタのゲート構造250Bの側壁上に、シリコン酸化膜からなる酸化性オフセットスペーサ208Bを形成する。   Next, an oxide film (a film having a high oxygen concentration), for example, a silicon oxide film is deposited over the entire surface of the semiconductor substrate 200, and then the silicon oxide film is etched back. As a result, as shown in FIG. 4C, an oxidizing offset spacer 208A made of a silicon oxide film is formed on the sidewall of the gate structure 250A of the n-channel transistor via the non-oxidizing offset spacer 206A. An oxidizing offset spacer 208B made of a silicon oxide film is formed on the side wall of the gate structure 250B of the channel transistor.

この状態で、nチャネルトランジスタのゲート構造250Aと接触する部分のスペーサ構造を非酸化性とし、pチャネルトランジスタのゲート構造250Bと接触する部分のスペーサ構造を酸化性とすることができるので、nチャネルトランジスタ及びpチャネルトランジスタのそれぞれの閾値電圧を下げることができる。   In this state, the spacer structure in contact with the gate structure 250A of the n-channel transistor can be made non-oxidizing, and the spacer structure in contact with the gate structure 250B of the p-channel transistor can be made oxidizing. The threshold voltage of each of the transistor and the p-channel transistor can be lowered.

次に、ゲート構造250B及びその側壁上の酸化性オフセットスペーサ208Bを含むpMIS領域200Bをフォトレジスト(図示省略)によって選択的に覆った後、ゲート構造250A並びにその側壁上の非酸化性オフセットスペーサ206A及び酸化性オフセットスペーサ208Aをマスクとして、nMIS領域200Aにn型不純物をイオン注入することにより、図4(d)に示すように、n型LDD領域211Aを形成する。また、ゲート構造250A並びにその側壁上の非酸化性オフセットスペーサ206A及び酸化性オフセットスペーサ208Aを含むnMIS領域200Aをフォトレジスト(図示省略)によって選択的に覆った後、ゲート構造250B及びその側壁上の酸化性オフセットスペーサ208Bをマスクとして、pMIS領域200Bにp型不純物をイオン注入することにより、図4(d)に示すように、p型LDD領域211Bを形成する。   Next, after selectively covering the pMIS region 200B including the gate structure 250B and the oxidizable offset spacer 208B on the sidewall thereof with a photoresist (not shown), the gate structure 250A and the non-oxidized offset spacer 206A on the sidewall thereof. Then, using the oxidative offset spacer 208A as a mask, n-type impurities are ion-implanted into the nMIS region 200A, thereby forming an n-type LDD region 211A as shown in FIG. In addition, after selectively covering the gate structure 250A and the nMIS region 200A including the non-oxidizing offset spacer 206A and the oxidizing offset spacer 208A on the sidewall thereof with a photoresist (not shown), the gate structure 250B and the sidewall on the sidewall. Using the oxidative offset spacer 208B as a mask, p-type impurities are ion-implanted into the pMIS region 200B, thereby forming a p-type LDD region 211B as shown in FIG. 4D.

次に、図4(d)に示すように、ゲート構造250Aの側壁上に、非酸化性オフセットスペーサ206A及び酸化性オフセットスペーサ208Aを介して、L字サイドウォールスペーサ209A及びLDDサイドウォールスペーサ210Aを順次形成すると共に、ゲート構造250Bの側壁上に、酸化性オフセットスペーサ208Bを介して、L字サイドウォールスペーサ209B及びLDDサイドウォールスペーサ210Bを順次形成する。すなわち、nチャネルトランジスタのゲート構造250Aの側壁上に形成されるスペーサ構造は、非酸化性オフセットスペーサ206A、酸化性オフセットスペーサ208A、L字サイドウォールスペーサ209A及びLDDサイドウォールスペーサ210Aからなり、pチャネルトランジスタのゲート構造250Bの側壁上に形成されるスペーサ構造は、酸化性オフセットスペーサ208B、L字サイドウォールスペーサ209B及びLDDサイドウォールスペーサ210Bからなる。   Next, as shown in FIG. 4D, an L-shaped sidewall spacer 209A and an LDD sidewall spacer 210A are formed on the sidewall of the gate structure 250A via a non-oxidizing offset spacer 206A and an oxidizing offset spacer 208A. At the same time, an L-shaped sidewall spacer 209B and an LDD sidewall spacer 210B are sequentially formed on the side wall of the gate structure 250B via an oxidative offset spacer 208B. That is, the spacer structure formed on the side wall of the gate structure 250A of the n-channel transistor includes a non-oxidizing offset spacer 206A, an oxidizing offset spacer 208A, an L-shaped side wall spacer 209A, and an LDD side wall spacer 210A. The spacer structure formed on the sidewall of the transistor gate structure 250B includes an oxidizing offset spacer 208B, an L-shaped sidewall spacer 209B, and an LDD sidewall spacer 210B.

次に、ゲート構造250B及びその側壁上のスペーサ構造を含むpMIS領域200Bをフォトレジスト(図示省略)によって選択的に覆った後、ゲート構造250A及びその側壁上のスペーサ構造をマスクとして、nMIS領域200Aにn型不純物をイオン注入することにより、図4(d)に示すように、n型ソース・ドレイン領域212Aを形成する。また、ゲート構造250A及びその側壁上のスペーサ構造を含むnMIS領域200Aをフォトレジスト(図示省略)によって選択的に覆った後、ゲート構造250B及びその側壁上のスペーサ構造をマスクとして、pMIS領域200Bにp型不純物をイオン注入することにより、図4(d)に示すように、p型ソース・ドレイン領域212Bを形成する。   Next, the pMIS region 200B including the gate structure 250B and the spacer structure on the sidewall thereof is selectively covered with a photoresist (not shown), and then the nMIS region 200A is formed using the gate structure 250A and the spacer structure on the sidewall as a mask. Then, n-type impurities are ion-implanted to form n-type source / drain regions 212A as shown in FIG. In addition, after selectively covering the nMIS region 200A including the gate structure 250A and the spacer structure on the sidewall thereof with a photoresist (not shown), the pMIS region 200B is formed using the gate structure 250B and the spacer structure on the sidewall as a mask. By implanting p-type impurities, p-type source / drain regions 212B are formed as shown in FIG.

最後に、LDD領域211A及び211B並びにソース・ドレイン領域212A及び212Bのそれぞれの注入不純物を活性化させるための活性化アニールを行う。   Finally, activation annealing for activating the implanted impurities in the LDD regions 211A and 211B and the source / drain regions 212A and 212B is performed.

以上に説明した本実施形態によると、pチャネルトランジスタのゲート構造250Bの側壁に接触する部分のスペーサ構造つまり酸化性オフセットスペーサ208Bが酸化性を有する(つまり含有酸素濃度が高い)ため、ゲート電極の実効仕事関数を増大させることができるので、pチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を減少させることができる。また、nチャネルトランジスタのゲート構造250Aの側壁に接触する部分のスペーサ構造つまり非酸化性オフセットスペーサ206Aが非酸化性を有する(つまり含有酸素濃度が低い)ため、ゲート電極の実効仕事関数を減少させることができるので、nチャネルトランジスタの閾値電圧の絶対値を減少させることができる。従って、pチャネルトランジスタ及びnチャネルトランジスタの閾値電圧を共に低減して駆動力を向上させたCMISトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。   According to the present embodiment described above, the spacer structure, that is, the oxidizable offset spacer 208B in contact with the side wall of the gate structure 250B of the p-channel transistor has an oxidizing property (that is, the oxygen concentration is high). Since the effective work function can be increased, the absolute value of the threshold voltage of the p-channel transistor can be decreased. In addition, since the spacer structure in contact with the sidewall of the gate structure 250A of the n-channel transistor, that is, the non-oxidizing offset spacer 206A has non-oxidizing properties (that is, the oxygen concentration is low), the effective work function of the gate electrode is reduced. Therefore, the absolute value of the threshold voltage of the n-channel transistor can be reduced. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device having a CMIS transistor in which the threshold voltage of the p-channel transistor and the n-channel transistor is reduced to improve the driving capability.

尚、第1の実施形態では酸化性オフセットスペーサを先に形成したのに対して、本実施形態では非酸化性オフセットスペーサを先に形成した。ここで、ゲート絶縁膜とゲート電極とからなるゲート構造中の界面や側面等が酸化されるか還元されるかは、基本的には、後の不純物活性化アニール工程等の熱処理時に、ゲート構造側壁と接触する部分のスペーサ構造が酸化性であるか非酸化性であるかによって決まるが、ゲート構造側壁と接触する部分のスペーサ構造の形成も、ゲート構造中の界面や側面等が酸化されるか還元されるかについて若干の影響を及ぼすと考えられる。   In the first embodiment, the oxidizing offset spacer is formed first, whereas in this embodiment, the non-oxidizing offset spacer is formed first. Here, whether the interface or side surface in the gate structure composed of the gate insulating film and the gate electrode is oxidized or reduced is basically determined in the gate structure during the heat treatment such as the impurity activation annealing step later. Depending on whether the spacer structure in contact with the sidewall is oxidizing or non-oxidizing, the formation of the spacer structure in contact with the sidewall of the gate structure also oxidizes the interface and side surfaces in the gate structure. It is thought that it has some influence on whether it is reduced.

すなわち、第1の実施形態のように、酸化性オフセットスペーサを先に形成した後、nチャネルトランジスタの酸化性オフセットスペーサのみを除去した場合には、ゲート構造中の界面や側面等が酸化されてしまうため、ゲート電極の実効仕事関数が増大するので、nチャネルトランジスタで閾値電圧が増大するというデメリットが生じる懸念がある。他方、本実施形態のように、非酸化性オフセットスペーサを先に形成した後、pチャネルトランジスタの非酸化性オフセットスペーサのみを除去した場合には、ゲート構造中の界面や側面等が還元されてしまうため、ゲート電極の実効仕事関数が減少するので、pチャネルトランジスタで閾値電圧が増大するというデメリットが生じる懸念がある。従って、酸化性オフセットスペーサと非酸化性オフセットスペーサのどちらを先に形成するかは、nチャネルトランジスタとpチャネルトランジスタのどちらを優先的に考えるかやプロセスの難易度等を考慮して選択される。   That is, when only the oxidative offset spacer of the n-channel transistor is removed after forming the oxidative offset spacer first as in the first embodiment, the interface and side surfaces in the gate structure are oxidized. Therefore, since the effective work function of the gate electrode increases, there is a concern that a demerit that the threshold voltage increases in the n-channel transistor may occur. On the other hand, when only the non-oxidizing offset spacer of the p-channel transistor is removed after forming the non-oxidizing offset spacer first as in this embodiment, the interface and side surfaces in the gate structure are reduced. Therefore, since the effective work function of the gate electrode is reduced, there is a concern that the threshold voltage increases in the p-channel transistor. Therefore, which one of the oxidizing offset spacer and the non-oxidizing offset spacer is formed first is selected in consideration of which one of the n-channel transistor and the p-channel transistor is preferentially considered and the difficulty of the process. .

尚、本実施形態において、nチャネルトランジスタのゲート構造250Bの側壁上に形成されるスペーサ構造は、非酸化性オフセットスペーサ206Aと酸化性オフセットスペーサ208Aとが積層された構造を有している。しかし、これに代えて、図4(c)に示すように、酸化性オフセットスペーサ208A及び208Bを形成した後、ゲート構造250B及びその側壁上の酸化性オフセットスペーサ208Bを含むpMIS領域200Aをフォトレジスト(図示省略)によって選択的に覆った後、ゲート構造250Aの側壁上の酸化性オフセットスペーサ208Aを選択的に除去してもよい。その後、前記フォトレジストを除去した後、図4(d)に示す工程と同様の工程を実施することにより、図5(a)に示す半導体装置を得ることができる。   In this embodiment, the spacer structure formed on the side wall of the gate structure 250B of the n-channel transistor has a structure in which a non-oxidizing offset spacer 206A and an oxidizing offset spacer 208A are stacked. However, instead of forming the offset offset spacers 208A and 208B, as shown in FIG. 4C, the pMIS region 200A including the gate structure 250B and the oxide offset spacer 208B on the sidewall thereof is removed from the photoresist. After the selective covering (not shown), the oxidizing offset spacer 208A on the sidewall of the gate structure 250A may be selectively removed. Thereafter, after the photoresist is removed, a semiconductor device shown in FIG. 5A can be obtained by performing a process similar to the process shown in FIG.

また、図4(d)に示す本実施形態の半導体装置において、例えばストレスライナー膜による応力印加の強化等のために、不純物活性化アニール後に、図5(b)に示すように、ゲート構造250Aの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ210Aを除去すると共に、ゲート構造250Bの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ210Bを除去してもよい。同様に、図5(a)に示す本実施形態の変形例の半導体装置において、図5(c)に示すように、ゲート構造250Aの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ210Aを除去すると共に、ゲート構造250Bの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ210Bを除去してもよい。   Further, in the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 4D, the gate structure 250A as shown in FIG. 5B after impurity activation annealing is performed, for example, to enhance stress application by a stress liner film. The LDD sidewall spacers 210A on the sidewalls may be removed, and the LDD sidewall spacers 210B on the sidewalls of the gate structure 250B may be removed. Similarly, in the semiconductor device of the modified example of the present embodiment shown in FIG. 5A, the LDD sidewall spacer 210A on the sidewall of the gate structure 250A is removed and the gate structure is removed as shown in FIG. The LDD sidewall spacer 210B on the 250B sidewall may be removed.

また、本実施形態においては、図4(b)に示す工程で、pチャネルトランジスタのゲート構造250Bの側壁上の非酸化性オフセットスペーサ206Bを選択的に除去した後、図4(c)に示す工程で、各ゲート構造250A及び250Bのそれぞれの側壁上に酸化性オフセットスペーサ208A及び208Bを堆積した。しかし、これに代えて、図4(c)に示す酸化性オフセットスペーサ208A及び208Bの堆積工程を行うことなく、図5(d)に示すように、nチャネルトランジスタのゲート構造250Aの側壁上に非酸化性オフセットスペーサ206Aを介して、L字サイドウォールスペーサ209A及びLDDサイドウォールスペーサ210Aを順次形成すると共に、pチャネルトランジスタのゲート構造250Bの側壁上に、酸化性を有するL字サイドウォールスペーサ209B、及びLDDサイドウォールスペーサ210Bを順次形成してもよい。この場合、例えばストレスライナー膜による応力印加の強化等のために、不純物活性化アニール後に、ゲート構造250Aの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ210Aを除去すると共に、ゲート構造250Bの側壁上のLDDサイドウォールスペーサ210Bを除去してもよい。或いは、図4(c)に示す酸化性オフセットスペーサ208A及び208Bの堆積工程を行うことなく、図5(e)に示すように、nチャネルトランジスタのゲート構造250Aの側壁上に非酸化性オフセットスペーサ206Aを介して、LDDサイドウォールスペーサ210Aを形成すると共に、pチャネルトランジスタのゲート構造250Bの側壁上に、酸化性を有するLDDサイドウォールスペーサ210Bを形成してもよい。すなわち、L字サイドウォールスペーサ209A及び209Bの形成を省略してもよい。   In this embodiment, after the non-oxidizing offset spacer 206B on the side wall of the gate structure 250B of the p-channel transistor is selectively removed in the step shown in FIG. 4B, the step shown in FIG. In the process, oxidative offset spacers 208A and 208B were deposited on the respective sidewalls of each gate structure 250A and 250B. However, instead of performing the deposition process of the oxidative offset spacers 208A and 208B shown in FIG. 4C, as shown in FIG. 5D, on the side wall of the gate structure 250A of the n-channel transistor. An L-shaped sidewall spacer 209A and an LDD sidewall spacer 210A are sequentially formed through the non-oxidizing offset spacer 206A, and an oxidizing L-shaped sidewall spacer 209B is formed on the sidewall of the gate structure 250B of the p-channel transistor. , And LDD sidewall spacers 210B may be formed sequentially. In this case, for example, after the impurity activation annealing, the LDD sidewall spacers 210A on the sidewalls of the gate structure 250A are removed and the LDD sidewalls on the sidewalls of the gate structure 250B to enhance stress application by a stress liner film. The spacer 210B may be removed. Alternatively, as shown in FIG. 5E, the non-oxidizing offset spacers are formed on the sidewalls of the gate structure 250A of the n-channel transistor without performing the deposition process of the oxidizing offset spacers 208A and 208B shown in FIG. The LDD sidewall spacer 210A may be formed via 206A, and the LDD sidewall spacer 210B having oxidation property may be formed on the sidewall of the gate structure 250B of the p-channel transistor. That is, the formation of the L-shaped sidewall spacers 209A and 209B may be omitted.

以上のように、本実施形態と同様の効果を奏するスペーサ構造には種々のバリエーションが存在するが、本実施形態の構成又はいずれかのバリエーションの構成の選択は、イオン注入等のプロセスの難易度等を考慮して行われる。   As described above, there are various variations in the spacer structure that achieves the same effect as in the present embodiment. However, the selection of the configuration of the present embodiment or the configuration of any one of the variations is difficult for a process such as ion implantation. Etc. are taken into consideration.

また、本実施形態において、非酸化性オフセットスペーサ206A及び206B並びに酸化性オフセットスペーサ208A及び208Bのそれぞれの幅は特に限定されるものではないが、閾値電圧低減効果の点からは5nm以上であることが好ましく、微細化の点からは10nm以下であることが好ましい。   In the present embodiment, the widths of the non-oxidizing offset spacers 206A and 206B and the oxidizing offset spacers 208A and 208B are not particularly limited, but are 5 nm or more from the viewpoint of the effect of reducing the threshold voltage. From the viewpoint of miniaturization, it is preferably 10 nm or less.

また、本実施形態において、酸化性オフセットスペーサ208A及び208Bとして、シリコン酸化膜を用いたが、これに代えて、他の酸素含有絶縁膜、例えばシリコン酸窒化膜等を用いてもよい。また、pチャネルトランジスタのゲート構造250Aの側壁と接触するスペーサ構造として、酸化性を有するL字サイドウォールスペーサ209B又はLDDサイドウォールスペーサ210Bを用いる場合(図5(d)、(e)参照)、これらのサイドウォールスペーサとして、シリコン酸化膜又は前述のシリコン酸窒化膜等を用いてもよいことは言うまでもない。   In this embodiment, silicon oxide films are used as the oxidative offset spacers 208A and 208B. However, other oxygen-containing insulating films such as silicon oxynitride films may be used instead. Further, when an L-shaped side wall spacer 209B or an LDD side wall spacer 210B having an oxidizing property is used as the spacer structure in contact with the side wall of the gate structure 250A of the p-channel transistor (see FIGS. 5D and 5E), It goes without saying that a silicon oxide film or the aforementioned silicon oxynitride film may be used as these sidewall spacers.

また、本実施形態において、非酸化性オフセットスペーサ206A及び206Bとして、シリコン窒化膜を用いたが、これに代えて、酸化性オフセットスペーサ208A及び208Bよりも含有酸素濃度が低い又は実質的に酸素を含まない他の絶縁膜を用いてもよい。特に、フリンジ容量低減の観点からは、実質的に酸素を含まない比誘電率8未満の低誘電率絶縁膜、例えばSiC膜、BN膜、SiBCN膜又はSiBN膜等を用いることが好ましい。さらに、本実施形態の半導体装置において、CMIS全体として、スペーサ構造への比誘電率の高い材料の使用を最小限に抑制することにより、或いは、スペーサ構造への低誘電率材料の使用を促進することにより、フリンジ容量を抑えて駆動能力を向上させることができる。   In this embodiment, silicon nitride films are used as the non-oxidizing offset spacers 206A and 206B. Instead, the oxygen concentration is lower or substantially lower than that of the oxidizing offset spacers 208A and 208B. Other insulating films not included may be used. In particular, from the viewpoint of reducing the fringe capacity, it is preferable to use a low dielectric constant insulating film that does not substantially contain oxygen and has a relative dielectric constant of less than 8, such as a SiC film, a BN film, a SiBCN film, or a SiBN film. Furthermore, in the semiconductor device of the present embodiment, as a whole CMIS, the use of a material having a high relative dielectric constant for the spacer structure is minimized, or the use of a low dielectric constant material for the spacer structure is promoted. As a result, the drive capability can be improved while suppressing the fringe capacity.

また、本実施形態において、ゲート電極205A及び205Bとして、下層の金属含有膜及び上層のポリシリコン膜からなる積層構造を用いたが、ゲート電極205A及び205Bの構造が特に限定されないことは言うまでもない。例えば、nチャネルトランジスタのゲート電極205Aと、pチャネルトランジスタのゲート電極205Bとで異なる材料を用いてもよい。ゲート絶縁膜204A及び204Bについても同様である。また、各トランジスタのゲート構造250A及び250Bの形成順も特に限定されるものではないが、例えば、本実施形態のように各トランジスタのゲート絶縁膜204A及び204B並びにゲート電極205A及び205Bにそれぞれ同じ材料を用いる場合には、各トランジスタのゲート構造250A及び250Bを同時に形成してもよい。   In the present embodiment, the gate electrodes 205A and 205B have a stacked structure including a lower metal-containing film and an upper polysilicon film. However, it goes without saying that the structures of the gate electrodes 205A and 205B are not particularly limited. For example, different materials may be used for the gate electrode 205A of the n-channel transistor and the gate electrode 205B of the p-channel transistor. The same applies to the gate insulating films 204A and 204B. Further, the order of forming the gate structures 250A and 250B of each transistor is not particularly limited. For example, the same material is used for the gate insulating films 204A and 204B and the gate electrodes 205A and 205B of each transistor as in this embodiment. May be used, the gate structures 250A and 250B of each transistor may be formed simultaneously.

以上に説明したように、本発明は、高性能化CMISトランジスタを有する半導体装置の実現等に有用である。   As described above, the present invention is useful for realizing a semiconductor device having a high-performance CMIS transistor.

100、200 半導体基板
100A、200A nMIS領域
100B、200B pMIS領域
101、201 素子分離領域
102A、102B、202A、202B 界面層
103A、103B、203A、203B high-k層
104A、104B、204A、204B ゲート絶縁膜
105A、105B、205A、205B ゲート電極
106A、106B、208A、208B 酸化性オフセットスペーサ
107、121、207 フォトレジスト
108A、108B、206A、206B 非酸化性オフセットスペーサ
109A、109B、209A、209B L字サイドウォールスペーサ
110A、110B、210A、210B LDDサイドウォールスペーサ
111A、211A n型LDD領域
111B、211B p型LDD領域
112A、212A n型ソース・ドレイン領域
112B、212B p型ソース・ドレイン領域
150A、150B、250A、250B ゲート構造
100, 200 Semiconductor substrate 100A, 200A nMIS region 100B, 200B pMIS region 101, 201 Element isolation region 102A, 102B, 202A, 202B Interface layer 103A, 103B, 203A, 203B High-k layer 104A, 104B, 204A, 204B Gate insulation Film 105A, 105B, 205A, 205B Gate electrode 106A, 106B, 208A, 208B Oxidizing offset spacer 107, 121, 207 Photoresist 108A, 108B, 206A, 206B Non-oxidizing offset spacer 109A, 109B, 209A, 209B L-shaped side Wall spacer 110A, 110B, 210A, 210B LDD sidewall spacer 111A, 211A n-type LDD region 111B, 211B p-type LD Regions 112A, 212A n-type source and drain regions 112B, 212B p-type source and drain regions 150A, 150B, 250A, 250B gate structure

Claims (28)

半導体基板における第1の領域上に形成された第1のゲート構造と、前記第1のゲート構造の側壁上に形成された第1のスペーサ構造とを有するpチャネルトランジスタと、
前記半導体基板における第2の領域上に形成された第2のゲート構造と、前記第2のゲート構造の側壁上に形成された第2のスペーサ構造とを有するnチャネルトランジスタとを備え、
前記第1のスペーサ構造における前記第1のゲート構造の側壁との接触部分の含有酸素濃度は、前記第2のスペーサ構造における前記第2のゲート構造の側壁との接触部分の含有酸素濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
A p-channel transistor having a first gate structure formed on a first region in a semiconductor substrate and a first spacer structure formed on a sidewall of the first gate structure;
An n-channel transistor having a second gate structure formed on a second region of the semiconductor substrate and a second spacer structure formed on a sidewall of the second gate structure;
The oxygen concentration in the contact portion with the sidewall of the first gate structure in the first spacer structure is higher than the oxygen concentration in the contact portion with the sidewall of the second gate structure in the second spacer structure. A semiconductor device characterized by being expensive.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁と接する第1のオフセットスペーサを含み、
前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記第1のオフセットスペーサと異なる絶縁膜からなる第2のオフセットスペーサを含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first spacer structure includes a first offset spacer in contact with a sidewall of the first gate structure;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second spacer structure includes a second offset spacer made of an insulating film in contact with a side wall of the second gate structure and different from the first offset spacer.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁上に前記第1のオフセットスペーサを介して形成され且つ前記第2のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサをさらに含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The first spacer structure further includes another offset spacer formed on the side wall of the first gate structure via the first offset spacer and made of the same insulating film as the second offset spacer. A semiconductor device characterized by the above.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁上に前記第2のオフセットスペーサを介して形成され且つ前記第1のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサをさらに含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The second spacer structure further includes another offset spacer formed on the side wall of the second gate structure via the second offset spacer and made of the same insulating film as the first offset spacer. A semiconductor device characterized by the above.
請求項2〜4のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のオフセットスペーサ及び前記第2のオフセットスペーサのそれぞれの幅は、5nm以上で且つ10nm以下であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 2 to 4,
A width of each of the first offset spacer and the second offset spacer is 5 nm or more and 10 nm or less.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁と接するオフセットスペーサを含み、
前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記オフセットスペーサと異なる絶縁膜からなるサイドウォールスペーサを含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first spacer structure includes an offset spacer in contact with a sidewall of the first gate structure;
The semiconductor device, wherein the second spacer structure includes a sidewall spacer made of an insulating film that is in contact with a sidewall of the second gate structure and is different from the offset spacer.
請求項6に記載の半導体装置において、
前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁上に前記オフセットスペーサを介して形成され且つ前記サイドウォールスペーサと同じ絶縁膜からなる他のサイドウォールスペーサをさらに含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
The first spacer structure further includes another sidewall spacer formed on the sidewall of the first gate structure via the offset spacer and made of the same insulating film as the sidewall spacer. Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1のスペーサ構造は、前記第1のゲート構造の側壁と接するサイドウォールスペーサを含み、
前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記サイドウォールスペーサと異なる絶縁膜からなるオフセットスペーサを含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first spacer structure includes a sidewall spacer in contact with a sidewall of the first gate structure;
The semiconductor device, wherein the second spacer structure includes an offset spacer made of an insulating film that is in contact with a side wall of the second gate structure and is different from the sidewall spacer.
請求項8に記載の半導体装置において、
前記第2のスペーサ構造は、前記第2のゲート構造の側壁上に前記オフセットスペーサを介して形成され且つ前記サイドウォールスペーサと同じ絶縁膜からなる他のサイドウォールスペーサをさらに含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8,
The second spacer structure further includes another sidewall spacer formed on the sidewall of the second gate structure via the offset spacer and made of the same insulating film as the sidewall spacer. Semiconductor device.
請求項6〜9のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記オフセットスペーサの幅は、5nm以上で且つ10nm以下であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 6 to 9,
The width of the offset spacer is 5 nm or more and 10 nm or less.
請求項6〜10のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記サイドウォールスペーサは、L字サイドウォールスペーサであるか、LDDサイドウォールスペーサであるか、又は、L字サイドウォールスペーサ及びLDDサイドウォールスペーサの順に形成された積層サイドウォールスペーサであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6, wherein
The sidewall spacer is an L-shaped sidewall spacer, an LDD sidewall spacer, or a laminated sidewall spacer formed in the order of an L-shaped sidewall spacer and an LDD sidewall spacer. Semiconductor device.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のスペーサ構造における前記第1のゲート構造の側壁との接触部分は、シリコン酸化膜又はシリコン酸窒化膜からなることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a contact portion of the first spacer structure with a side wall of the first gate structure is made of a silicon oxide film or a silicon oxynitride film.
請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第2のスペーサ構造における前記第2のゲート構造の側壁との接触部分は、シリコン窒化膜、又は酸素を実質的に含まない比誘電率8未満の低誘電率絶縁膜からなることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 12,
The contact portion of the second spacer structure with the side wall of the second gate structure is made of a silicon nitride film or a low dielectric constant insulating film having a relative dielectric constant of less than 8 that substantially does not contain oxygen. Semiconductor device.
請求項13に記載の半導体装置において、
前記低誘電率絶縁膜は、SiC膜、BN膜、SiBCN膜又はSiBN膜であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 13,
The semiconductor device, wherein the low dielectric constant insulating film is a SiC film, a BN film, a SiBCN film, or a SiBN film.
請求項1〜14のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のゲート構造及び前記第2のゲート構造はそれぞれ、高誘電率絶縁膜、及び前記高誘電率絶縁膜上に形成された金属含有膜を含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
Each of the first gate structure and the second gate structure includes a high dielectric constant insulating film and a metal-containing film formed on the high dielectric constant insulating film.
半導体基板におけるpチャネルトランジスタ形成領域及びnチャネルトランジスタ形成領域のそれぞれの上に第1のゲート構造及び第2のゲート構造を形成するゲート形成工程と、
前記第1のゲート構造及び前記第2のゲート構造のそれぞれの側壁上に第1のスペーサ構造及び第2のスペーサ構造を形成するスペーサ形成工程とを備え、
前記第1のスペーサ構造における前記第1のゲート構造の側壁との接触部分の含有酸素濃度は、前記第2のスペーサ構造における前記第2のゲート構造の側壁との接触部分の含有酸素濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first gate structure and a second gate structure on each of the p-channel transistor formation region and the n-channel transistor formation region in the semiconductor substrate;
A spacer forming step of forming a first spacer structure and a second spacer structure on respective sidewalls of the first gate structure and the second gate structure;
The oxygen concentration in the contact portion with the sidewall of the first gate structure in the first spacer structure is higher than the oxygen concentration in the contact portion with the sidewall of the second gate structure in the second spacer structure. A method for manufacturing a semiconductor device, which is expensive.
請求項16に記載の半導体装置の製造方法において、
前記スペーサ形成工程は、
前記第1のゲート構造の側壁と接する第1のオフセットスペーサを形成する工程と、
前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記第1のオフセットスペーサと異なる絶縁膜からなる第2のオフセットスペーサを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 16,
The spacer forming step includes
Forming a first offset spacer in contact with a sidewall of the first gate structure;
Forming a second offset spacer made of an insulating film that is in contact with the side wall of the second gate structure and is different from the first offset spacer.
請求項17に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のオフセットスペーサを形成すると同時に前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記第1のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成した後、当該他のオフセットスペーサを選択的に除去し、その後、前記第2のオフセットスペーサを形成すると同時に前記第1のゲート構造の側壁上に前記第1のオフセットスペーサを介して前記第2のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサ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 17,
After forming the first offset spacer and forming another offset spacer which is in contact with the side wall of the second gate structure and made of the same insulating film as the first offset spacer, the other offset spacer is selectively used. After that, the second offset spacer is formed, and at the same time, another offset made of the same insulating film as the second offset spacer is formed on the side wall of the first gate structure via the first offset spacer. The manufacturing method of the semiconductor device characterized by forming a spacer.
請求項17に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2のオフセットスペーサを形成すると同時に前記第1のゲート構造の側壁と接し且つ前記第2のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成した後、当該他のオフセットスペーサを選択的に除去し、その後、前記第1のオフセットスペーサを形成すると同時に前記第2のゲート構造の側壁上に前記第2のオフセットスペーサを介して前記第1のオフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサ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 17,
After forming the second offset spacer and forming another offset spacer which is in contact with the side wall of the first gate structure and made of the same insulating film as the second offset spacer, the other offset spacer is selectively used. Then, the first offset spacer is formed, and at the same time, another offset made of the same insulating film as the first offset spacer is formed on the side wall of the second gate structure via the second offset spacer. The manufacturing method of the semiconductor device characterized by forming a spacer.
請求項17〜19のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記スペーサ形成工程は、
前記第1のゲート構造の側壁上に前記第1のオフセットスペーサを介して第1のサイドウォールスペーサを形成する工程と、
前記第2のゲート構造の側壁上に前記第2のオフセットスペーサを介して第2のサイドウォールスペーサを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 17-19,
The spacer forming step includes
Forming a first sidewall spacer on the sidewall of the first gate structure via the first offset spacer;
Forming a second sidewall spacer on the sidewall of the second gate structure via the second offset spacer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項20に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のサイドウォールスペーサ及び前記第2のサイドウォールスペーサはそれぞれ、L字サイドウォールスペーサを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 20,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first sidewall spacer and the second sidewall spacer each include an L-shaped sidewall spacer.
請求項20に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のサイドウォールスペーサ及び前記第2のサイドウォールスペーサとして、L字サイドウォールスペーサ及びLDDサイドウォールスペーサを順次形成した後、当該各LDDサイドウォールスペーサを除去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 20,
An L-shaped sidewall spacer and an LDD sidewall spacer are sequentially formed as the first sidewall spacer and the second sidewall spacer, and then each LDD sidewall spacer is removed. Production method.
請求項16に記載の半導体装置の製造方法において、
前記スペーサ形成工程は、
前記第1のゲート構造の側壁と接するオフセットスペーサを形成する工程と、
前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記オフセットスペーサと異なる絶縁膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 16,
The spacer forming step includes
Forming an offset spacer in contact with a sidewall of the first gate structure;
Forming a sidewall spacer which is in contact with a side wall of the second gate structure and is made of an insulating film different from the offset spacer.
請求項23に記載の半導体装置の製造方法において、
前記オフセットスペーサを形成すると同時に前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記オフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成した後、当該他のオフセットスペーサを選択的に除去し、その後、前記サイドウォールスペーサを形成すると同時に前記第1のゲート構造の側壁上に前記オフセットスペーサを介して前記サイドウォールスペーサと同じ絶縁膜からなる他のサイドウォールスペーサを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23,
After forming the offset spacer and forming another offset spacer that is in contact with the side wall of the second gate structure and made of the same insulating film as the offset spacer, the other offset spacer is selectively removed, and then In the semiconductor device, the side wall spacer is formed and another side wall spacer made of the same insulating film as the side wall spacer is formed on the side wall of the first gate structure via the offset spacer. Production method.
請求項16に記載の半導体装置の製造方法において、
前記スペーサ形成工程は、
前記第1のゲート構造の側壁と接するサイドウォールスペーサを形成する工程と、
前記第2のゲート構造の側壁と接し且つ前記サイドウォールスペーサと異なる絶縁膜からなるオフセットスペーサを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 16,
The spacer forming step includes
Forming a sidewall spacer in contact with a sidewall of the first gate structure;
Forming an offset spacer made of an insulating film which is in contact with a side wall of the second gate structure and is different from the side wall spacer.
請求項25に記載の半導体装置の製造方法において、
前記オフセットスペーサを形成すると同時に前記第1のゲート構造の側壁と接し且つ前記オフセットスペーサと同じ絶縁膜からなる他のオフセットスペーサを形成した後、当該他のオフセットスペーサを選択的に除去し、その後、前記サイドウォールスペーサを形成すると同時に前記第2のゲート構造の側壁上に前記オフセットスペーサを介して前記サイドウォールスペーサと同じ絶縁膜からなる他のサイドウォールスペーサ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 25,
After forming the offset spacer and forming another offset spacer that is in contact with the side wall of the first gate structure and made of the same insulating film as the offset spacer, the other offset spacer is selectively removed, and then In the semiconductor device, the side wall spacer is formed and another side wall spacer made of the same insulating film as the side wall spacer is formed on the side wall of the second gate structure via the offset spacer. Production method.
請求項24又は26に記載の半導体装置の製造方法において、
前記サイドウォールスペーサ及び前記他のサイドウォールスペーサはそれぞれ、L字サイドウォールスペーサを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 24 or 26,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the sidewall spacer and the other sidewall spacer each include an L-shaped sidewall spacer.
請求項24又は26に記載の半導体装置の製造方法において、
前記サイドウォールスペーサ及び前記他のサイドウォールスペーサとして、L字サイドウォールスペーサ及びLDDサイドウォールスペーサを順次形成した後、当該各LDDサイドウォールスペーサを除去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 24 or 26,
An L-shaped sidewall spacer and an LDD sidewall spacer are sequentially formed as the sidewall spacer and the other sidewall spacer, and then the LDD sidewall spacer is removed.
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