JP2011159690A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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理 伊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To bring a source-drain region composed of a silicon mixed crystal layer in an MIS transistor close to a channel region while preventing trouble due to diffusion of an impurity. <P>SOLUTION: A semiconductor device has gate electrodes 13 formed on an n-type active region including a semiconductor substrate 10 with gate insulating films 12 interposed, p-type source-drain regions 20 formed in regions of both sides of the gate electrodes 13 in the active region, and n-type pocket regions 18 formed from side faces of the respective p-type source-drain regions 20 in the active region toward below the gate electrodes 13 respectively. Each of the p-type source-drain regions 20 is composed of a mixed crystal layer of silicon and a group IV element, and the mixed crystal layer has a projection 20a which is formed by protruding the side face of the mixed crystal layer on a gate electrode side in a gate-length direction toward a gate electrode side. A tip of the projection 20a is covered with the pocket region 18. <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、ソースドレイン領域にシリコン混晶層を含むMISFET(metal-insulator semiconductor field effect transistor)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 metal-insulator semiconductor field effect transistor (MISFET) including a silicon mixed crystal layer in a source / drain region and a manufacturing method thereof.

半導体集積回路装置の高性能化を実現するため、MISFET(以下、MISトランジスタと称す。)のチャネル領域に応力を印加することにより、トランジスタの駆動能力を向上させる歪み技術が用いられるようになってきている。p型MISトランジスタにおいては、チャネル領域のゲート長方向に圧縮応力を印加することにより、キャリアの移動度が向上することが知られている。チャネル領域に圧縮応力を印加する方法には、半導体基板に用いられるシリコン(Si)よりも大きい格子定数を有するシリコンゲルマニウム(SiGe)層をソースドレイン領域に形成する方法が採られている(例えば、特許文献1を参照。)。   In order to realize high performance of a semiconductor integrated circuit device, a distortion technique that improves the driving capability of a transistor by applying stress to the channel region of a MISFET (hereinafter referred to as MIS transistor) has come to be used. ing. In the p-type MIS transistor, it is known that the carrier mobility is improved by applying a compressive stress in the gate length direction of the channel region. As a method of applying compressive stress to the channel region, a method of forming a silicon germanium (SiGe) layer having a lattice constant larger than that of silicon (Si) used for a semiconductor substrate in a source / drain region (for example, (See Patent Document 1).

図9にp型MISトランジスタのソースドレイン領域にSiGeからなるシリコン混晶層を有する従来の半導体装置を示す。   FIG. 9 shows a conventional semiconductor device having a silicon mixed crystal layer made of SiGe in the source / drain region of a p-type MIS transistor.

図9に示すように、シリコンからなる半導体基板100の上には、ゲート絶縁膜101を介在させたゲート電極102が形成されている。ゲート電極102の両側面には、絶縁膜からなるオフセットサイドウォール103が形成され、ゲート絶縁膜101を含めその外側には、断面L字状の第1のサイドウォール104と第2のサイドウォール105とがそれぞれ形成されている。   As shown in FIG. 9, a gate electrode 102 with a gate insulating film 101 interposed is formed on a semiconductor substrate 100 made of silicon. Offset sidewalls 103 made of an insulating film are formed on both side surfaces of the gate electrode 102, and a first sidewall 104 and a second sidewall 105 having an L-shaped cross section are formed outside the gate insulating film 101 including the gate insulating film 101. And are formed respectively.

半導体基板100におけるn型のチャネル領域であって、第1のサイドウォール104及び第2のサイドウォール105の下側にはそれぞれ、p型エクステンション領域106と、該p型エクステンション領域106の下方を覆うn型ポケット領域107とが形成されている。   An n-type channel region in the semiconductor substrate 100, and below the first sidewall 104 and the second sidewall 105, respectively, covers a p-type extension region 106 and a lower portion of the p-type extension region 106. An n-type pocket region 107 is formed.

半導体基板100におけるp型エクステンション領域106及びn型ポケット領域107の外側には、p型のSiGeからなるシリコン混晶層108がソースドレイン領域として形成されている。   A silicon mixed crystal layer 108 made of p-type SiGe is formed as a source / drain region outside the p-type extension region 106 and the n-type pocket region 107 in the semiconductor substrate 100.

特開2006−186240号公報JP 2006-186240 A

一般に、SiGeからなるシリコン混晶層によるチャネル領域への圧縮応力は、p型トランジスタの駆動能力を向上させる。ところが、トランジスタの微細化が進むにつれて、チャネル領域の面積が小さくなるため、シリコン混晶層がチャネル領域に接近する。これにより、シリコン混晶層からのp型不純物の拡散によって、p型トランジスタのしきい値電圧Vtが変動して、該トランジスタの駆動能力を劣化させる。このため、p型トランジスタのソースドレイン形成領域にシリコン混晶層を形成する場合は、シリコン混晶層からのp型不純物の拡散を考慮しながら、シリコン混晶層をチャネル領域に近づける構成とする必要がある。   In general, the compressive stress applied to the channel region by the silicon mixed crystal layer made of SiGe improves the driving capability of the p-type transistor. However, as the miniaturization of the transistor progresses, the area of the channel region becomes smaller, so that the silicon mixed crystal layer approaches the channel region. As a result, the threshold voltage Vt of the p-type transistor fluctuates due to the diffusion of the p-type impurity from the silicon mixed crystal layer, thereby degrading the driving capability of the transistor. Therefore, when a silicon mixed crystal layer is formed in the source / drain formation region of the p-type transistor, the silicon mixed crystal layer is brought closer to the channel region while taking into account the diffusion of p-type impurities from the silicon mixed crystal layer. There is a need.

従って、図9に示すように、シリコン混晶層が形成されるソースドレイン領域は、該シリコン混晶層からの不純物の拡散を考慮して、サイドウォールの外側に形成することとなる。ところが、シリコン混晶層がチャネル領域から離れた構成では、ゲート長方向の圧縮応力をチャネル領域に対して効果的に印加することができない。   Therefore, as shown in FIG. 9, the source / drain region where the silicon mixed crystal layer is formed is formed outside the sidewall in consideration of the diffusion of impurities from the silicon mixed crystal layer. However, when the silicon mixed crystal layer is separated from the channel region, the compressive stress in the gate length direction cannot be effectively applied to the channel region.

すなわち、応力を印加する観点からシリコン混晶層をチャネル領域にできるだけ近づけたいという要求は、シリコン混晶層からの不純物の拡散による不具合を防止する必要から、十分に達成することができないという問題がある。   In other words, from the viewpoint of applying stress, the request to make the silicon mixed crystal layer as close as possible to the channel region has a problem that it cannot be sufficiently achieved because it is necessary to prevent problems caused by diffusion of impurities from the silicon mixed crystal layer. is there.

前記の問題に鑑み、本発明は、MISトランジスタにおけるシリコン混晶層からなるソースドレイン領域を、不純物の拡散による不具合を防止しながらチャネル領域に近づけることができるようにすることを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to enable a source / drain region formed of a silicon mixed crystal layer in a MIS transistor to be close to a channel region while preventing problems due to impurity diffusion.

前記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置を第1導電型のシリコン混晶層に設けられた、ゲート電極側に突き出す凸部(Σ先端部)の先端が第2導電型のポケット領域に覆われる構成とする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a semiconductor device is provided in a first conductivity type silicon mixed crystal layer, and a tip of a convex portion (Σ tip) protruding to the gate electrode side is a second conductivity type pocket. The structure is covered with the region.

具体的に、本発明に係る半導体装置は、半導体基板からなる第1導電型の活性領域の上に、ゲート絶縁膜を介在させて形成されたゲート電極と、活性領域におけるゲート電極の両側方の領域に形成された第2導電型のソースドレイン領域と、活性領域における各ソースドレイン領域の側面からそれぞれゲート電極の下側に向かって形成された第1導電型のポケット領域とを備え、ソースドレイン領域は、シリコンとIV族元素との混晶層からなり、混晶層はゲート長方向におけるゲート電極側の側面がゲート電極側に突き出す凸部を有しており、凸部の先端はポケット領域によって覆われている。   Specifically, a semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode formed on a first conductivity type active region made of a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and on both sides of the gate electrode in the active region. A source / drain region of the second conductivity type formed in the region, and a pocket region of the first conductivity type formed from the side surface of each source / drain region in the active region toward the lower side of the gate electrode. The region is composed of a mixed crystal layer of silicon and a group IV element, and the mixed crystal layer has a protruding portion whose side surface on the gate electrode side in the gate length direction protrudes to the gate electrode side, and the tip of the protruding portion is a pocket region. Covered by.

本発明の半導体装置によると、第2導電型のソースドレイン領域は、シリコンとIV族元素との混晶層からなり、且つ、混晶層は、ゲート長方向におけるゲート電極側の側面がゲート電極側に突き出す凸部を有しており、凸部の先端は第1導電型のポケット領域によって覆われている。このため、シリコン混晶層からの不純物がチャネル領域に拡散することが抑制されて、しきい値電圧の変動を防止することができる。また、シリコン混晶層をサイドウォールよりも内側に形成することが可能となるため、チャネル領域のゲート電極側への圧縮応力を効果的に印加することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, the source / drain region of the second conductivity type is composed of a mixed crystal layer of silicon and a group IV element, and the side surface of the mixed crystal layer on the gate electrode side in the gate length direction is the gate electrode. A convex portion protruding to the side is provided, and the tip of the convex portion is covered with a pocket region of the first conductivity type. For this reason, it is possible to prevent the impurities from the silicon mixed crystal layer from diffusing into the channel region, and to prevent fluctuations in the threshold voltage. In addition, since the silicon mixed crystal layer can be formed on the inner side of the sidewall, compressive stress can be effectively applied to the gate electrode side of the channel region.

本発明の半導体装置において、混晶層における凸部の深さ方向における先端位置は、ポケット領域の不純物濃度のピーク位置よりも深いか又は同等であることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the tip position in the depth direction of the convex portion in the mixed crystal layer is preferably deeper than or equal to the peak position of the impurity concentration in the pocket region.

本発明の半導体装置は、活性領域の上部における各ソースドレイン領域の側面からそれぞれゲート電極の下側に向かって形成された第2導電型のエクステンション領域をさらに備え、混晶層における凸部の深さ方向における先端位置は、エクステンション領域の最大接合深さよりも深く、且つ、ポケット領域の最大接合深さの2分の1よりも深いことが好ましい。   The semiconductor device of the present invention further includes an extension region of a second conductivity type formed from the side surface of each source / drain region above the active region toward the lower side of the gate electrode, and the depth of the convex portion in the mixed crystal layer. The tip position in the vertical direction is preferably deeper than the maximum junction depth of the extension region and deeper than one half of the maximum junction depth of the pocket region.

また、本発明の半導体装置は、ゲート電極におけるゲート長方向側の両側面上に形成された絶縁膜からなるサイドウォールをさらに備え、混晶層における活性領域の上面と交差する位置は、サイドウォールの外側の最外側面よりも内側に形成されていることが好ましい。   In addition, the semiconductor device of the present invention further includes sidewalls made of insulating films formed on both side surfaces of the gate electrode on the gate length direction side, and the position intersecting the upper surface of the active region in the mixed crystal layer is the sidewall. It is preferable to be formed inside the outermost surface on the outside.

本発明の半導体装置において、混晶層における凸部の先端位置は、活性領域の表面から18nm以上且つ23nm以下であってもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the tip position of the convex portion in the mixed crystal layer may be 18 nm or more and 23 nm or less from the surface of the active region.

本発明の半導体装置において、混晶層を構成するIV族元素はゲルマニウムであることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the group IV element constituting the mixed crystal layer is preferably germanium.

また、本発明の半導体装置において、混晶層を構成するIV族元素は炭素であってもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the group IV element constituting the mixed crystal layer may be carbon.

本発明の半導体装置は、ゲート電極の上部及び混晶層の上部にそれぞれ形成された金属シリサイド層と、活性領域の上に、金属シリサイド層を含めゲート電極及び混晶層を覆うように形成されたライナ絶縁膜とをさらに備えていてもよい。   The semiconductor device according to the present invention is formed so as to cover the gate electrode and the mixed crystal layer including the metal silicide layer on the active region and the metal silicide layer formed on the gate electrode and the mixed crystal layer, respectively. And a liner insulating film.

本発明の半導体装置において、ゲート電極の下方において、互いに対向するポケット領域同士が接していてもよい。   In the semiconductor device of the present invention, the pocket regions facing each other may be in contact with each other below the gate electrode.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板からなる第1導電型の活性領域の上にゲート絶縁膜を介在させてゲート電極を形成する工程(a)と、活性領域にゲート電極をマスクとして、第2導電型のポケット領域を選択的に形成する工程(b)と、ゲート電極の両側面上に、絶縁膜からなるハードマスク層を形成する工程(c)と、活性領域に対して、ハードマスク層をマスクとしてエッチングを行うことにより、活性領域におけるハードマスク層の外側の領域にリセスを形成する工程(d)と、リセスにシリコンとIV族元素との混晶からなり且つ第1導電型の混晶層を選択的に形成する工程(e)とを備え、工程(d)において、リセスにおけるゲート電極側の壁面はゲート電極側に突き出す凹部を有しており、工程(e)において、混晶層がリセスの凹部によって形成される側面の凸部の先端は、ポケット領域によって覆われている。   The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming a gate electrode on an active region of a first conductivity type made of a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and masking the gate electrode in the active region A step (b) of selectively forming a pocket region of the second conductivity type, a step (c) of forming a hard mask layer made of an insulating film on both sides of the gate electrode, and an active region Etching using the hard mask layer as a mask to form a recess in a region outside the hard mask layer in the active region, and the recess comprising a mixed crystal of silicon and a group IV element and the first A step (e) of selectively forming a conductive type mixed crystal layer, and in the step (d), the wall surface on the gate electrode side in the recess has a recess protruding toward the gate electrode side, and the step (e) smell , The tip of the convex portion of the side surface mixed crystal layer is formed by a recess of the recess is covered by the pocket region.

本発明の半導体装置の製造方法によると、第1導電型の混晶層がリセスの凹部によって形成される側面の凸部の先端は、第2導電型のポケット領域によって覆われているため、シリコン混晶層からの不純物がチャネル領域に拡散することが抑制されて、しきい値電圧の変動を防止することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the tip of the convex portion on the side surface where the first conductive type mixed crystal layer is formed by the concave portion of the recess is covered with the pocket region of the second conductive type. Diffusion of impurities from the mixed crystal layer into the channel region is suppressed, and variation in threshold voltage can be prevented.

本発明の半導体装置の製造方法は、工程(c)において、ハードマスク層は、断面形状がL字状の第1のハードマスク層と、第1のハードマスク層上に形成された第2のハードマスク層とからなり、工程(e)よりも後に、第2のハードマスク層を除去する工程(f)をさらに備えていてもよい。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step (c), the hard mask layer includes a first hard mask layer having an L-shaped cross section and a second hard mask layer formed on the first hard mask layer. The method may further comprise a step (f) of removing the second hard mask layer after the step (e).

本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、混晶層の凸部の先端がポケット領域により覆われていることによって、混晶層からの不純物が熱処理等によってチャネル領域に拡散することが抑制されるため、しきい値電圧の変動を防ぐことができる。その上、シリコン混晶層の内壁をサイドウォールの最外側面よりも内側に形成することができるため、チャネル領域のゲート長方向への圧縮応力を効果的に印加することができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, since the tip of the convex portion of the mixed crystal layer is covered with the pocket region, it is possible to suppress diffusion of impurities from the mixed crystal layer into the channel region due to heat treatment or the like. Therefore, fluctuations in the threshold voltage can be prevented. In addition, since the inner wall of the silicon mixed crystal layer can be formed inside the outermost surface of the sidewall, a compressive stress in the channel length direction of the channel region can be effectively applied.

本発明の一実施形態に係る半導体装置の要部を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the principal part of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式的な工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the typical process order which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式的な工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the typical process order which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式的な工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the typical process order which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式的な工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the typical process order which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式的な工程順の断面図である。(A) And (b) is sectional drawing of the typical process order which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態及びその変形例に係る半導体装置におけるゲート長寸法としきい値電圧との関係を従来例と比較したグラフである。6 is a graph comparing a relationship between a gate length dimension and a threshold voltage in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a modified example thereof with a conventional example. (a)〜(d)は図7の測定に用いた本発明及び従来例に係る半導体装置を示し、(a)は従来例に係る模式的な断面図であり、(b)〜(d)は本発明及びその変形例に係る模式的な断面図である。(A)-(d) shows the semiconductor device which concerns on this invention used for the measurement of FIG. 7, and a prior art example, (a) is typical sectional drawing which concerns on a prior art example, (b)-(d) These are typical sectional drawings concerning the present invention and its modification. 従来の半導体装置の要部を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the principal part of the conventional semiconductor device.

(一実施形態)
本発明の一実施形態について図1を参照しながら説明する。
(One embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、CMIS(complementary metal-insulator semiconductor)トランジスタを有している。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the present embodiment includes a CMIS (complementary metal-insulator semiconductor) transistor.

一例として、半導体基板には、p型シリコン(Si)からなり、主面の面方位が{100}面である半導体基板10を用い、該半導体基板10の主面は、絶縁膜からなるシャロートレンチ分離(素子分離領域)11によって、n型MISトランジスタが形成されるn型トランジスタ領域A、非シリサイドのp型MISトランジスタが形成される非シリサイドp型トランジスタ領域B及びシリコンゲルマニウム層(SiGe層)を有するp型MISトランジスタが形成されるp型トランジスタ領域Cに区画されている。シリコンゲルマニウム層は、シリコンとIV族元素であるゲルマニウムとの混晶層である。   As an example, the semiconductor substrate is made of p-type silicon (Si), and the main surface has a {100} plane orientation, and the main surface of the semiconductor substrate 10 is a shallow trench made of an insulating film. By the isolation (element isolation region) 11, an n-type transistor region A where an n-type MIS transistor is formed, a non-silicide p-type transistor region B where a non-silicide p-type MIS transistor is formed, and a silicon germanium layer (SiGe layer) The p-type MIS transistor is divided into p-type transistor regions C where the p-type MIS transistors are formed. The silicon germanium layer is a mixed crystal layer of silicon and germanium which is a group IV element.

n型トランジスタ領域Aには、半導体基板10からなる活性領域の上にゲート絶縁膜12を介在させた、例えばポリシリコンからなるゲート電極13が形成され、該ゲート電極13のゲート長方向側の両側面上には、窒化シリコン(SiN)からなるオフセットサイドウォール15が形成されている。オフセットサイドウォール15の外側には、酸化シリコンからなり断面L字状の第1のハードマスク層19と、酸化シリコン(SiO)からなる第1のサイドウォール21とが形成されている。半導体基板10の活性領域の上部における第1のハードマスク層19の下側には、n型エクステンション領域16が形成され、該n型エクステンション領域16の外側には、n型ソースドレイン領域23が形成されている。また、ゲート電極13の上部及びソースドレイン領域23の上部は、ニッケル(Ni)等の金属によるシリサイド層26がそれぞれ形成されている。さらに、ゲート電極13を含めn型ソースドレイン領域23を覆うように、チャネル領域におけるゲート長方向に引っ張り応力を生じる第1のライナ絶縁膜27が形成されている。 In the n-type transistor region A, a gate electrode 13 made of polysilicon, for example, is formed on an active region made of a semiconductor substrate 10 with a gate insulating film 12 interposed, and both sides of the gate electrode 13 on the gate length direction side are formed. An offset sidewall 15 made of silicon nitride (SiN) is formed on the surface. A first hard mask layer 19 made of silicon oxide and having an L-shaped cross section and a first sidewall 21 made of silicon oxide (SiO 2 ) are formed outside the offset sidewall 15. An n-type extension region 16 is formed below the first hard mask layer 19 above the active region of the semiconductor substrate 10, and an n-type source / drain region 23 is formed outside the n-type extension region 16. Has been. A silicide layer 26 made of a metal such as nickel (Ni) is formed on the upper portion of the gate electrode 13 and the upper portion of the source / drain region 23, respectively. Further, a first liner insulating film 27 that generates tensile stress in the gate length direction in the channel region is formed so as to cover the n-type source / drain region 23 including the gate electrode 13.

非シリサイドp型トランジスタ領域Bには、半導体基板10からなる活性領域の上にゲート絶縁膜12を介在させたポリシリコンからなるゲート電極13が形成され、該ゲート電極13の上には、窒化シリコンからなるゲートハードマスク14が形成されている。また、ゲート電極13のゲート長方向側の両側面上には、窒化シリコンからなるオフセットサイドウォール15が形成されている。オフセットサイドウォール15の外側には、酸化シリコンからなり断面L字状の第1のハードマスク層19と、酸化シリコンからなる第1のサイドウォール21と、窒化シリコンからなる第2のサイドウォール22とが順次形成されている。半導体基板10の活性領域の上部における第1のハードマスク層19の下側には、p型エクステンション領域17が形成され、該p型エクステンション領域17の外側には、p型ソースドレイン領域24が形成されている。また、半導体基板10の活性領域の上部には、p型エクステンション領域17及びp型ソースドレイン領域24の下方を覆うように、n型ポケット領域18が形成されている。さらに、ゲート電極13を含めp型ソースドレイン領域24を覆うように、酸化シリコンからなるシリサイドブロック層25が形成され、該シリサイドブロック層25の上には、チャネル領域におけるゲート長方向に圧縮応力を生じる第2のライナ絶縁膜28が形成されている。   In the non-silicide p-type transistor region B, a gate electrode 13 made of polysilicon with a gate insulating film 12 interposed on an active region made of a semiconductor substrate 10 is formed, and on the gate electrode 13, silicon nitride is formed. A gate hard mask 14 is formed. Further, offset sidewalls 15 made of silicon nitride are formed on both side surfaces of the gate electrode 13 on the gate length direction side. Outside the offset sidewall 15 are a first hard mask layer 19 made of silicon oxide and having an L-shaped cross section, a first sidewall 21 made of silicon oxide, and a second sidewall 22 made of silicon nitride. Are sequentially formed. A p-type extension region 17 is formed below the first hard mask layer 19 above the active region of the semiconductor substrate 10, and a p-type source / drain region 24 is formed outside the p-type extension region 17. Has been. Further, an n-type pocket region 18 is formed above the active region of the semiconductor substrate 10 so as to cover the lower side of the p-type extension region 17 and the p-type source / drain region 24. Further, a silicide block layer 25 made of silicon oxide is formed so as to cover the p-type source / drain region 24 including the gate electrode 13, and compressive stress is applied on the silicide block layer 25 in the gate length direction in the channel region. The resulting second liner insulating film 28 is formed.

p型トランジスタ領域Cには、半導体基板10からなる活性領域上にゲート絶縁膜12を介在させたポリシリコンからなるゲート電極13が形成され、ゲート電極13のゲート長方向側の両側面上には、窒化シリコンからなるオフセットサイドウォール15が形成されている。オフセットサイドウォール15の外側には、酸化シリコンからなり断面L字状の第1のハードマスク層19と、酸化シリコンからなる第1のサイドウォール21とが形成されている。半導体基板10の活性領域の上部における第1のハードマスク層19の下側には、p型エクステンション領域17が形成され、該p型エクステンション領域17の外側には、p型のシリコンゲルマニウム層20からなるp型ソースドレイン領域が形成されている。なお、図1においては、ソースドレイン形成領域にシリコンゲルマニウム層20のみを図示しているが、これに限定されるものではなく、シリコンゲルマニウム層20の周囲にシリコンゲルマニウム層20から半導体基板10にp型不純物が拡散して形成されたp型拡散領域が設けられていてもよい。また、半導体基板10の活性領域には、p型エクステンション領域17の下方及びシリコンゲルマニウム層20の側面を覆うように、n型ポケット領域18が形成されている。また、ゲート電極13の上部及びシリコンゲルマニウム層20の上部は、ニッケル(Ni)等の金属によるシリサイド層26がそれぞれ形成されている。さらに、ゲート電極13を含めシリコンゲルマニウム層20を覆うように、チャネル領域におけるゲート長方向に圧縮応力を生じる第2のライナ絶縁膜28が形成されている。   In the p-type transistor region C, a gate electrode 13 made of polysilicon with a gate insulating film 12 interposed on an active region made of a semiconductor substrate 10 is formed, on both side surfaces of the gate electrode 13 on the gate length direction side. An offset sidewall 15 made of silicon nitride is formed. Outside the offset sidewall 15, a first hard mask layer 19 made of silicon oxide and having an L-shaped cross section and a first sidewall 21 made of silicon oxide are formed. A p-type extension region 17 is formed below the first hard mask layer 19 in the upper part of the active region of the semiconductor substrate 10. A p-type silicon germanium layer 20 is formed outside the p-type extension region 17. A p-type source / drain region is formed. In FIG. 1, only the silicon germanium layer 20 is illustrated in the source / drain formation region. However, the present invention is not limited to this, and the silicon germanium layer 20 is formed on the semiconductor substrate 10 around the silicon germanium layer 20. A p-type diffusion region formed by diffusing type impurities may be provided. Further, an n-type pocket region 18 is formed in the active region of the semiconductor substrate 10 so as to cover the lower side of the p-type extension region 17 and the side surface of the silicon germanium layer 20. A silicide layer 26 made of a metal such as nickel (Ni) is formed on the upper portion of the gate electrode 13 and the upper portion of the silicon germanium layer 20, respectively. Further, a second liner insulating film 28 that generates compressive stress in the gate length direction in the channel region is formed so as to cover the silicon germanium layer 20 including the gate electrode 13.

p型トランジスタ領域Cに形成されたp型MISトランジスタは、p型ソースドレイン領域が、エピタキシャル成長によるp型のシリコンゲルマニウム層20から形成されている。シリコンゲルマニウム層20における少なくともゲート電極側の側面は、その面方位がシリコン結晶の{111}面であり、ゲート電極側に突き出す凸部20aを有している。本明細書においては、この側面の凸部20aをΣ先端部とも呼ぶ。また、ゲート電極側とは、シリコンゲルマニウム層20から見てゲート長方向におけるゲート電極側を意味する。   In the p-type MIS transistor formed in the p-type transistor region C, the p-type source / drain region is formed from the p-type silicon germanium layer 20 by epitaxial growth. At least the side surface on the gate electrode side in the silicon germanium layer 20 has a {111} plane of silicon crystal and has a protrusion 20a protruding toward the gate electrode side. In this specification, the convex portion 20a on the side surface is also referred to as a Σ tip portion. The gate electrode side means the gate electrode side in the gate length direction when viewed from the silicon germanium layer 20.

本実施形態の特徴として、凸部(Σ先端部)20aの先端は、n型ポケット領域18によって覆われている。ここでは、シリコンゲルマニウム層20における凸部20aの深さ方向における先端位置は、n型ポケット領域18の不純物濃度のピーク位置よりも深いか又は同等であることが好ましい。また、シリコンゲルマニウム層20における凸部20aの深さ方向における先端位置は、p型エクステンション領域17の最大接合深さよりも深く、且つ、n型ポケット領域18の最大接合深さの2分の1よりも深く、且つ、n型ポケット領域18の最大接合深さよりも浅いことが好ましい。さらに、シリコンゲルマニウム層20における半導体基板10の主面(第1のハードマスク層19の直下の活性領域の上面)と交差する位置は、サイドウォールを構成する第1のハードマスク層19の外側の最外側面(端部)よりも内側に形成されている。ここで、第1のハードマスク層19の外側の最外側面とは、第1のハードマスク層19のゲート電極側からソースドレイン領域側に伸びる下部部分の端部側面を意味する。従って、シリコンゲルマニウム層20は、第1のハードマスク層19における端部とオーバーラップするように、第1のハードマスク層19の下面に接して形成される。   As a feature of the present embodiment, the tip of the convex portion (Σ tip portion) 20 a is covered with the n-type pocket region 18. Here, the tip position in the depth direction of the protrusion 20 a in the silicon germanium layer 20 is preferably deeper than or equal to the peak position of the impurity concentration in the n-type pocket region 18. Further, the tip position in the depth direction of the convex portion 20 a in the silicon germanium layer 20 is deeper than the maximum junction depth of the p-type extension region 17 and from one-half of the maximum junction depth of the n-type pocket region 18. And deeper than the maximum junction depth of the n-type pocket region 18. Furthermore, the position of the silicon germanium layer 20 that intersects the main surface of the semiconductor substrate 10 (the upper surface of the active region immediately below the first hard mask layer 19) is outside the first hard mask layer 19 constituting the sidewall. It is formed inside the outermost surface (end). Here, the outermost outer surface of the first hard mask layer 19 means an end side surface of a lower portion extending from the gate electrode side to the source / drain region side of the first hard mask layer 19. Accordingly, the silicon germanium layer 20 is formed in contact with the lower surface of the first hard mask layer 19 so as to overlap the end portion of the first hard mask layer 19.

本実施形態に係る半導体装置は、特にp型トランジスタ領域Cに形成されたp型MISトランジスタにおいて、p型ソースドレイン領域がシリコンゲルマニウム層20からなり、且つ、シリコンゲルマニウム層20における少なくともゲート電極側の側面がゲート電極側に突き出す凸部20aを有している。その上、該凸部20aはn型ポケット領域18によって覆われているため、シリコンゲルマニウム層20からのp型不純物のチャネル領域への拡散を抑制することができる。さらに、シリコンゲルマニウム層20における凸部20aのゲート長方向における先端位置は、ゲート電極13の側面よりも外側で、且つ、サイドウォールを構成する第1のハードマスク層19の外側の最外側面(端部)よりも内側に形成されている。その結果、p型MISトランジスタのしきい値電圧Vtの変動を防止することができる。また、シリコンゲルマニウム層20をサイドウォール19、21の外側の端部よりもチャネル領域側に形成することが可能となるため、チャネル領域のゲート長方向への圧縮応力を効果的に印加することができる。   In the semiconductor device according to the present embodiment, in particular, in the p-type MIS transistor formed in the p-type transistor region C, the p-type source / drain region is composed of the silicon germanium layer 20 and at least on the gate electrode side in the silicon germanium layer 20. The side surface has a protrusion 20a protruding toward the gate electrode. In addition, since the protrusion 20a is covered with the n-type pocket region 18, the diffusion of the p-type impurity from the silicon germanium layer 20 into the channel region can be suppressed. Furthermore, the tip position in the gate length direction of the protrusion 20a in the silicon germanium layer 20 is outside the side surface of the gate electrode 13 and the outermost surface on the outside of the first hard mask layer 19 constituting the sidewall ( It is formed inside the end portion. As a result, fluctuations in the threshold voltage Vt of the p-type MIS transistor can be prevented. Further, since the silicon germanium layer 20 can be formed on the channel region side with respect to the outer end portions of the sidewalls 19 and 21, it is possible to effectively apply compressive stress in the gate length direction of the channel region. it can.

以下、上記のように構成された半導体装置の製造方法の一例として図2〜図6を参照しながら説明する。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the semiconductor device configured as described above will be described with reference to FIGS.

まず、図2(a) に示すように、p型シリコンからなる半導体基板10の上部に、シャロートレンチ分離(素子分離領域)11を選択的に形成して、n型トランジスタ領域A、非シリサイドp型トランジスタ領域B及びp型トランジスタ領域Cに区画する。続いて、半導体基板10におけるn型トランジスタ領域Aに、p型ウェル又はp型チャネル領域を形成するための、例えばボロン(B)等のp型不純物をイオン注入によって導入する。また、半導体基板10における非シリサイドp型トランジスタ領域B及びp型トランジスタ領域Cには、n型ウェル又はn型チャネル領域を形成するための、例えば砒素(As)等のn型不純物をイオン注入により導入する。なお、p型不純物注入とn型不純物注入との注入の順序は特に問われない。   First, as shown in FIG. 2A, a shallow trench isolation (element isolation region) 11 is selectively formed on a semiconductor substrate 10 made of p-type silicon, and an n-type transistor region A, non-silicide p A type transistor region B and a p type transistor region C are partitioned. Subsequently, a p-type impurity such as boron (B) for forming a p-type well or a p-type channel region is introduced into the n-type transistor region A in the semiconductor substrate 10 by ion implantation. Further, in the non-silicide p-type transistor region B and the p-type transistor region C in the semiconductor substrate 10, an n-type impurity such as arsenic (As) for forming an n-type well or an n-type channel region is ion-implanted. Introduce. The order of the p-type impurity implantation and the n-type impurity implantation is not particularly limited.

続いて、半導体基板10の上に、例えば膜厚が1.5nmの酸化シリコンからなるゲート絶縁膜形成膜を形成する。その後、ゲート絶縁膜形成膜の上に、化学気相堆積(Chemical Vapor Deposition:CVD)法により、例えば膜厚が50nmのポリシリコンからなるゲート電極形成膜を堆積により形成する。ここで、ゲート絶縁膜形成膜には、酸化シリコンに限られず、酸化シリコンと、ハフニウム酸化物又はジルコニウム酸化物等の高誘電体とを積層した積層膜を用いてもよい。また、ゲート絶縁膜形成膜とゲート電極形成膜との間には、メタル層を挿入してポリメタルゲート構造としてもよい。また、ゲート絶縁膜形成膜はポリシリコンに限られない。   Subsequently, a gate insulating film forming film made of, for example, silicon oxide having a thickness of 1.5 nm is formed on the semiconductor substrate 10. Thereafter, a gate electrode formation film made of polysilicon having a film thickness of, for example, 50 nm is formed on the gate insulating film formation film by chemical vapor deposition (CVD). Here, the gate insulating film forming film is not limited to silicon oxide, and may be a stacked film in which silicon oxide and a high dielectric material such as hafnium oxide or zirconium oxide are stacked. Further, a metal layer may be inserted between the gate insulating film forming film and the gate electrode forming film to form a polymetal gate structure. The gate insulating film forming film is not limited to polysilicon.

続いて、CVD法により、ゲート電極形成膜の上に、例えば膜厚が30nmの窒化シリコンからなるゲートハードマスク形成膜を堆積する。その後、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、ゲートハードマスク形成膜、ゲート電極形成膜、ゲート絶縁膜形成膜を順次パターニングする。これにより、n型トランジスタ領域A、非シリサイドp型トランジスタ領域B及びp型トランジスタ領域Cの半導体基板10からなる各活性領域の上に、それぞれ、ゲート絶縁膜形成膜からゲート絶縁膜12を形成し、ゲート電極形成膜からゲート電極13を形成し、ゲートハードマスク形成膜からゲートハードマスク14を形成する。ここでは、各ゲート電極13のゲート長寸法を28nmから35nm程度としている。   Subsequently, a gate hard mask forming film made of, for example, silicon nitride having a thickness of 30 nm is deposited on the gate electrode forming film by a CVD method. Thereafter, the gate hard mask forming film, the gate electrode forming film, and the gate insulating film forming film are sequentially patterned by lithography and dry etching. As a result, the gate insulating film 12 is formed from the gate insulating film forming film on each active region including the semiconductor substrate 10 in the n-type transistor region A, the non-silicide p-type transistor region B, and the p-type transistor region C. Then, the gate electrode 13 is formed from the gate electrode formation film, and the gate hard mask 14 is formed from the gate hard mask formation film. Here, the gate length dimension of each gate electrode 13 is about 28 nm to 35 nm.

続いて、CVD法により、半導体基板10の上に、各ゲートハードマスク14及びゲート電極13を覆うように、例えば膜厚が5nmのシリコン窒化膜を堆積し、堆積したシリコン窒化膜をドライエッチング法によって異方性エッチングすることにより、各ゲート電極13の両側面上にオフセットサイドウォール15を形成する。その後、n型トランジスタ領域Aの活性領域には、例えば砒素等のn型不純物をイオン注入することにより、活性領域におけるゲート電極13の両側方の領域に接合深さが浅いn型不純物領域であるn型エクステンション領域16を形成する。また、非シリサイドp型トランジスタ領域B及びp型MISトランジスタ領域Cの各活性領域には、ボロン等のp型不純物をイオン注入し、さらに、砒素等のn型不純物をイオン注入することにより、各活性領域におけるゲート電極13の両側方の領域に接合深さが浅いp型不純物領域であるp型エクステンション領域17と、p型エクステンション領域17の底面を覆うようにp型エクステンション領域17よりも接合深さが深いn型不純物領域であるn型ポケット領域18とを形成する。ここで、n型ポケット領域18のイオン注入方法として、例えば、砒素雰囲気で注入エネルギーを15keV〜75keVとし、n型不純物のドーズ量を1×1013ions/cm〜2×1013ions/cmとし、傾斜角度を15°から38°の範囲とする角度注入を行っている。これにより、n型不純物は、ゲート電極13の両側面上の各オフセットサイドウォール15よりも内側に注入される。このときのn型ポケット領域18の深さは、35nmから45nm程度が好ましく、ここでは40nmとしている。また、p型エクステンション領域17の深さは、8nmから12nm程度が好ましく、例えば10nmとし、p型不純物のドーズ量は1×1015ions/cm〜2×1015ions/cmとしている。なお、p型エクステンション領域17とn型ポケット領域18との注入の順序は特に問われない。 Subsequently, a silicon nitride film having a thickness of, for example, 5 nm is deposited on the semiconductor substrate 10 so as to cover each gate hard mask 14 and the gate electrode 13 by a CVD method, and the deposited silicon nitride film is dry-etched. The offset sidewalls 15 are formed on both side surfaces of each gate electrode 13 by anisotropic etching. Thereafter, an n-type impurity region having a shallow junction depth is formed in the active region of the n-type transistor region A by ion-implanting an n-type impurity such as arsenic in the regions on both sides of the gate electrode 13 in the active region. An n-type extension region 16 is formed. Further, each active region of the non-silicide p-type transistor region B and the p-type MIS transistor region C is ion-implanted with p-type impurities such as boron and further ion-implanted with n-type impurities such as arsenic. A p-type extension region 17 which is a p-type impurity region having a shallow junction depth in regions on both sides of the gate electrode 13 in the active region, and a junction depth larger than the p-type extension region 17 so as to cover the bottom surface of the p-type extension region 17. An n-type pocket region 18 which is a deep n-type impurity region is formed. Here, as an ion implantation method for the n-type pocket region 18, for example, the implantation energy is set to 15 keV to 75 keV in an arsenic atmosphere, and the dose amount of the n-type impurity is set to 1 × 10 13 ions / cm 2 to 2 × 10 13 ions / cm. The angle injection is performed with the inclination angle in the range of 15 ° to 38 °. As a result, the n-type impurity is implanted inside the offset sidewalls 15 on both side surfaces of the gate electrode 13. At this time, the depth of the n-type pocket region 18 is preferably about 35 nm to 45 nm, and is 40 nm here. The depth of the p-type extension region 17 is preferably about 8 nm to 12 nm, for example, 10 nm, and the dose amount of the p-type impurity is 1 × 10 15 ions / cm 2 to 2 × 10 15 ions / cm 2 . The order of implantation of the p-type extension region 17 and the n-type pocket region 18 is not particularly limited.

次に、図2(b)に示すように、CVD法により、半導体基板10の上に各ゲートハードマスク14及び各オフセットサイドウォール15を含む各ゲート電極13を覆うように、例えば膜厚が5nmの酸化シリコンからなる第1のハードマスク層19を形成する。その後、CVD法により、第1のハードマスク層19の上に、例えば膜厚が15nmの窒化シリコンからなる第2のハードマスク層30を形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, for example, the film thickness is 5 nm so as to cover each gate electrode 13 including each gate hard mask 14 and each offset sidewall 15 on the semiconductor substrate 10 by the CVD method. A first hard mask layer 19 made of silicon oxide is formed. Thereafter, a second hard mask layer 30 made of, for example, silicon nitride having a film thickness of 15 nm is formed on the first hard mask layer 19 by CVD.

次に、図2(c)に示すように、半導体基板10の全面にレジスト膜を成膜し、成膜されたレジスト膜に対して、リソグラフィ法により、p型トランジスタ領域Cに開口パターンを有し、n型トランジスタ領域A及び非シリサイドp型トランジスタ領域Bを覆うレジスト膜31を形成する。   Next, as shown in FIG. 2C, a resist film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 10, and an opening pattern is formed in the p-type transistor region C by lithography on the formed resist film. Then, a resist film 31 covering the n-type transistor region A and the non-silicide p-type transistor region B is formed.

次に、開口パターンを有するレジスト膜31をマスクとした異方性のドライエッチング法により、図3(a)に示すように、p型トランジスタ領域Cの第2のハードマスク層30及び第1のハードマスク層19を順次エッチングする。これにより、p型トランジスタ領域Cにおいては、各オフセットサイドウォール15の側面上にのみ第2のハードマスク層30及び第1のハードマスク層19が残存する。なお、第1のハードマスク層19は、第2のハードマスク層30によって、オフセットサイドウォール15と半導体基板10との隣接部分で断面L字状となる。ここで、第2のハードマスク層30及び第1のハードマスク層19の各膜厚を増減させることにより、p型トランジスタ領域Cの活性領域の上面の露出幅を制御することができる。なお、オフセットサイドウォール15、第1のハードマスク層19及び第2のハードマスク層30からなるサイドウォールの幅寸法(合計の最大幅)は、ゲート電極13の側面から20nm〜25nmの範囲であることが好ましい。   Next, by anisotropic dry etching using the resist film 31 having an opening pattern as a mask, as shown in FIG. 3A, the second hard mask layer 30 in the p-type transistor region C and the first The hard mask layer 19 is etched sequentially. Thereby, in the p-type transistor region C, the second hard mask layer 30 and the first hard mask layer 19 remain only on the side surface of each offset sidewall 15. The first hard mask layer 19 has an L-shaped cross section at the adjacent portion between the offset sidewall 15 and the semiconductor substrate 10 due to the second hard mask layer 30. Here, the exposed width of the upper surface of the active region of the p-type transistor region C can be controlled by increasing or decreasing the thickness of each of the second hard mask layer 30 and the first hard mask layer 19. Note that the width dimension (total maximum width) of the sidewall made of the offset sidewall 15, the first hard mask layer 19, and the second hard mask layer 30 is in the range of 20 nm to 25 nm from the side surface of the gate electrode 13. It is preferable.

次に、レジスト膜31を除去し、その後、例えば異方性のドライエッチング法及び異方性のウェットエッチング法により、第2のハードマスク層30をマスクとしてp型トランジスタ領域Cの活性領域に対してエッチングを行う。これにより、p型MISトランジスタのソースドレイン領域を形成するためのリセス領域10aが形成される。このとき、ゲート電極13の上面及び側面には、ゲートハードマスク14、オフセットサイドウォール15及び第1のハードマスク層19が形成されているため、これらがエッチングマスクとなるので、ゲート電極13がエッチングされることはない。また、図2(a)で形成された、p型エクステンション領域17とn型ポケット領域18とは、リセス領域10aの形成によって第1のハードマスク層19の外側の側面(端面)よりも内側(チャネル側)のみに残存する。   Next, the resist film 31 is removed, and then the active region of the p-type transistor region C is masked with the second hard mask layer 30 by, for example, an anisotropic dry etching method and an anisotropic wet etching method. Etching is performed. Thereby, a recess region 10a for forming a source / drain region of the p-type MIS transistor is formed. At this time, since the gate hard mask 14, the offset sidewall 15 and the first hard mask layer 19 are formed on the upper surface and the side surface of the gate electrode 13, these serve as an etching mask, so that the gate electrode 13 is etched. It will never be done. In addition, the p-type extension region 17 and the n-type pocket region 18 formed in FIG. 2A are formed on the inner side of the outer side surface (end surface) of the first hard mask layer 19 by forming the recess region 10a ( Remains only on the channel side.

エッチングによって形成されたリセス領域10aは、その壁面が面方位の{111}面となり、深さ方向のほぼ中央部が第1のハードマスク層19の下方においてゲート電極側に突き出す凹部(Σ先端部)10bを形成する。この凹部10bの深さ方向における先端位置は、p型エクステンション領域17の最大接合深さよりも深く、さらにn型ポケット領域18bの最大接合深さの2分の1よりも深く、且つ、n型ポケット領域18bの最大接合深さよりも浅くなるように形成されている。すなわち、凹部10bの深さ方向における先端位置は、n型ポケット領域18の不純物濃度のピーク位置よりも深いか又は同等となるように形成される。   The recess region 10a formed by etching has a {111} plane whose wall surface is oriented, and a substantially central portion in the depth direction is a recess (Σ tip portion) projecting to the gate electrode side below the first hard mask layer 19 ) 10b is formed. The tip position of the recess 10b in the depth direction is deeper than the maximum junction depth of the p-type extension region 17, and further deeper than half the maximum junction depth of the n-type pocket region 18b, and the n-type pocket. It is formed to be shallower than the maximum junction depth of region 18b. That is, the tip position in the depth direction of the recess 10 b is formed so as to be deeper than or equal to the peak position of the impurity concentration of the n-type pocket region 18.

なお、半導体基板10に形成されるリセス領域10aは、異方性ドライエッチング、等方性ドライエッチング及び異方性ウェットエッチングを組み合わせて行ってもよい。すなわち、例えば、主面の面方位が{100}面であるシリコンからなる半導体基板10を用いた場合には、{111}面の壁面が形成されるエッチング法を採用すればよい。   The recess region 10a formed in the semiconductor substrate 10 may be performed by combining anisotropic dry etching, isotropic dry etching, and anisotropic wet etching. That is, for example, when the semiconductor substrate 10 made of silicon whose principal plane is the {100} plane is used, an etching method in which a {111} plane wall surface is formed may be employed.

また、一例として、凹部10bの深さ方向における先端位置は、半導体基板10の上面(ゲート電極13の直下の活性領域の表面)から18nm〜23nmが好ましく、ここでは20nmとしている。   As an example, the tip position in the depth direction of the recess 10b is preferably 18 nm to 23 nm from the upper surface of the semiconductor substrate 10 (the surface of the active region immediately below the gate electrode 13), and is 20 nm here.

さらに、本実施形態においては、図3(a)において、リセス領域10aを形成する際のマスクとして、主に第1のハードマスク層19及びその上の第2のハードマスク層30を用いている。すなわち、p型トランジスタ領域Cにおいては、ゲート電極13におけるオフセットサイドウォール15の両側面上に、第1のハードマスク層19及び第2のハードマスク層30からなる一時的なサイドウォールを形成して、この一時的なサイドウォールをリセス領域10aの形成用のマスクとしている。このため、本実施形態においては、従来の製造方法のように通常のサイドウォールの上にハードマスク層を形成する場合の、通常のサイドウォールの外側の下部に生じるハードマスク層の残渣(いわゆるプチサイドウォール)が形成されることがない。従って、本実施形態においては、プチサイドウォールが形成されない分だけ、リセス領域10aにおけるゲート電極13側の端部をチャネル領域に近づけることが可能となる。   Further, in the present embodiment, in FIG. 3A, the first hard mask layer 19 and the second hard mask layer 30 thereon are mainly used as a mask when forming the recess region 10a. . That is, in the p-type transistor region C, temporary sidewalls including the first hard mask layer 19 and the second hard mask layer 30 are formed on both side surfaces of the offset sidewall 15 in the gate electrode 13. The temporary sidewall is used as a mask for forming the recess region 10a. For this reason, in the present embodiment, when a hard mask layer is formed on a normal sidewall as in the conventional manufacturing method, a residue of a hard mask layer (so-called petit petition) generated in the lower portion outside the normal sidewall is formed. Sidewall) is not formed. Therefore, in the present embodiment, the end of the recess region 10a on the gate electrode 13 side can be brought closer to the channel region by the amount that the petit side wall is not formed.

次に、図3(b)に示すように、例えばCVD法により、第2のハードマスク層30をマスクとしてリセス領域10aの内部に、p型不純物がドープされたシリコンゲルマニウム層20を、その上部が半導体基板10の主面(ゲート電極13直下の活性領域の上面)よりも高くなるようにエピタキシャル成長する。ここでは、シリコンゲルマニウム層20にドープされるp型の不純物濃度は3.5×1019/cmである。このとき、p型トランジスタ領域Cにおいては、ゲート電極13の上にゲートハードマスク14が形成され、また、n型トランジスタ領域A及び非シリサイドp型トランジスタ領域Bの各活性領域は、第2のハードマスク層30で覆われているため、シリコンゲルマニウム層20は、シリコンが露出したリセス領域10aにのみ選択的に成長する。なお、シリコンゲルマニウム層20における半導体基板10の主面(第1のハードマスク層19の直下の活性領域の上面)と交差する位置は、サイドウォールを構成する第1のハードマスク層19の外側の側面(端面)よりも内側(チャネル側)に形成される。また、このとき、シリコンゲルマニウム層20におけるリセス領域10aの凹部10bに成長した凸部20aのゲート長方向における先端位置は、ゲート電極13の下方にまでは達しておらず、第1のハードマスク層19の下方に位置する。 Next, as shown in FIG. 3B, the silicon germanium layer 20 doped with the p-type impurity is formed in the recess region 10a using the second hard mask layer 30 as a mask, for example, by CVD. Is epitaxially grown so as to be higher than the main surface of the semiconductor substrate 10 (the upper surface of the active region immediately below the gate electrode 13). Here, the p-type impurity concentration doped in the silicon germanium layer 20 is 3.5 × 10 19 / cm 3 . At this time, in the p-type transistor region C, a gate hard mask 14 is formed on the gate electrode 13, and each of the active regions of the n-type transistor region A and the non-silicide p-type transistor region B is in the second hard region. Since it is covered with the mask layer 30, the silicon germanium layer 20 is selectively grown only in the recess region 10a where silicon is exposed. Note that the position of the silicon germanium layer 20 that intersects the main surface of the semiconductor substrate 10 (the upper surface of the active region immediately below the first hard mask layer 19) is outside the first hard mask layer 19 constituting the sidewall. It is formed on the inner side (channel side) than the side surface (end surface). At this time, the tip position in the gate length direction of the convex portion 20a grown in the concave portion 10b of the recess region 10a in the silicon germanium layer 20 does not reach below the gate electrode 13, and the first hard mask layer 19 is located below.

次に、図3(c)に示すように、例えば温度が160℃の熱燐酸により、いずれも窒化シリコンからなる第2のハードマスク30及びp型トランジスタ領域Cにおけるゲートハードマスク14を選択的に除去する。このとき、n型トランジスタ領域A及び非シリサイドp型トランジスタ領域Bにおいては、酸化シリコンからなる第1のハードマスク19が残存しているため、ゲートハードマスク14がエッチングされることはない。   Next, as shown in FIG. 3C, the second hard mask 30 made of silicon nitride and the gate hard mask 14 in the p-type transistor region C are selectively formed by hot phosphoric acid having a temperature of 160 ° C., for example. Remove. At this time, since the first hard mask 19 made of silicon oxide remains in the n-type transistor region A and the non-silicide p-type transistor region B, the gate hard mask 14 is not etched.

次に、図4(a)に示すように、CVD法により、半導体基板10の上の全面に、例えば膜厚が4nmの酸化シリコンからなる第1のサイドウォール形成膜21Aを成膜する。具体的には、n型トランジスタ領域A及び非シリサイドp型トランジスタ領域Bにおいては、第1のサイドウォール形成膜21Aを第1のハードマスク19の上に成膜する。また、p型トランジスタ領域Cにおいては、第1のサイドウォール形成膜21Aを、シリコンゲルマニウム層20及び第1のハードマスク層19と、オフセットサイドウォール15の上端及びゲート電極13の上面とに連続的に成膜する。続いて、第1のサイドウォール形成膜21Aの上の全面に、例えば膜厚が15nmの窒化シリコンからなる第2のサイドウォール形成膜22Aを成膜する。   Next, as shown in FIG. 4A, a first sidewall formation film 21A made of silicon oxide having a film thickness of, for example, 4 nm is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 10 by CVD. Specifically, in the n-type transistor region A and the non-silicide p-type transistor region B, the first sidewall formation film 21 A is formed on the first hard mask 19. In the p-type transistor region C, the first sidewall formation film 21A is continuously formed on the silicon germanium layer 20 and the first hard mask layer 19, the upper end of the offset sidewall 15 and the upper surface of the gate electrode 13. The film is formed. Subsequently, a second sidewall formation film 22A made of, for example, silicon nitride having a film thickness of 15 nm is formed on the entire surface of the first sidewall formation film 21A.

次に、図4(b)に示すように、異方性のドライエッチング法により、第2のサイドウォール形成膜22A、第1のサイドウォール形成膜21A及び第1のハードマスク層19を順次エッチングする。これにより、n型トランジスタ領域A、非シリサイドp型トランジスタ領域B及びp型トランジスタ領域Cにおいて、各ゲート電極13の側面に形成された断面形状がL字状の第1のハードマスク層19の上に、第1のサイドウォール形成膜21Aから断面形状がほぼL字状の第1のサイドウォール21が形成され、第1のサイドウォール21の上に第2のサイドウォール形成膜22Aから第2のサイドウォール22が形成される。   Next, as shown in FIG. 4B, the second sidewall formation film 22A, the first sidewall formation film 21A, and the first hard mask layer 19 are sequentially etched by anisotropic dry etching. To do. As a result, in the n-type transistor region A, the non-silicide p-type transistor region B, and the p-type transistor region C, the cross-sectional shape formed on the side surface of each gate electrode 13 is on the L-shaped first hard mask layer 19. In addition, a first sidewall 21 having a substantially L-shaped cross section is formed from the first sidewall formation film 21A, and the second sidewall formation film 22A to the second sidewall 21A are formed on the first sidewall 21. Sidewalls 22 are formed.

このとき、第1のハードマスク層19、第1のサイドウォール21及び第2のサイドウォール22から構成されるサイドウォールの幅寸法(合計の最大幅)は、第1のサイドウォール21及び第2のサイドウォール22の膜厚を変化させることによって制御可能である。ここでは、サイドウォールの幅寸法は22nmから26nm程度に設定している。なお、図4(b)においては、第1のサイドウォール21及び第2のサイドウォール22の外側の下部端面位置が第1のハードマスク層19の外側の下部端面位置と一致しているが、必ずしも一致させる必要はなく、第1のサイドウォール21及び第2のサイドウォール22の膜厚を厚くした場合には、第1のハードマスク層19の外側の下部端面を覆うように第1のサイドウォール21及び第2のサイドウォール22が形成される。   At this time, the width dimension (total maximum width) of the side wall composed of the first hard mask layer 19, the first side wall 21 and the second side wall 22 is the first side wall 21 and the second side wall. It can be controlled by changing the film thickness of the side wall 22. Here, the width of the sidewall is set to about 22 nm to 26 nm. In FIG. 4B, the lower end face positions outside the first sidewall 21 and the second sidewall 22 coincide with the lower end face positions outside the first hard mask layer 19, The first side wall 21 and the second side wall 22 do not necessarily need to be matched. When the film thickness of the first side wall 21 and the second side wall 22 is increased, the first side is covered so as to cover the lower end surface outside the first hard mask layer 19. A wall 21 and a second sidewall 22 are formed.

p型トランジスタ領域Cにおけるゲート電極13、第1のハードマスク層19、第1のサイドウォール21及び第2のサイドウォール22の高さは、第1のサイドウォール21のエッチング時のエッチングガスにさらされること、及びゲートハードマスク14が残存していないことから、n型トランジスタ領域A及び非シリサイドp型トランジスタ領域Bに形成されている各サイドウォール21、22と比べて低く仕上がる。また、p型トランジスタ領域Cの第1のハードマスク層19は、n型トランジスタ領域A及び非シリサイドp型トランジスタ領域Bの各第1のハードマスク層19と比べて、リセス領域10a及びシリコンゲルマニウム層20の形成時や、その前後における洗浄工程においてエッチングされているため、膜厚が薄くなっている。このため、p型トランジスタ領域Cにおけるサイドウォールの幅寸法は、n型トランジスタ領域A及び非シリサイドp型トランジスタ領域Bの場合と比べて小さく仕上がる。   The heights of the gate electrode 13, the first hard mask layer 19, the first sidewall 21, and the second sidewall 22 in the p-type transistor region C are exposed to the etching gas during the etching of the first sidewall 21. And the gate hard mask 14 does not remain, so that it is finished lower than the side walls 21 and 22 formed in the n-type transistor region A and the non-silicide p-type transistor region B. In addition, the first hard mask layer 19 in the p-type transistor region C has a recess region 10a and a silicon germanium layer as compared with the first hard mask layers 19 in the n-type transistor region A and the non-silicide p-type transistor region B. Since the etching is performed at the time of forming 20 and before and after the cleaning process, the film thickness is reduced. For this reason, the width dimension of the sidewall in the p-type transistor region C is smaller than that in the case of the n-type transistor region A and the non-silicide p-type transistor region B.

次に、図4(c)に示すように、n型トランジスタ領域Aの活性領域に、ゲート電極13をマスクとして、すなわちゲートハードマスク14、オフセットサイドウォール15、第1のハードマスク層19、第1のサイドウォール21及び第2のサイドウォール22をマスクとして、例えば砒素等のn型不純物を選択的にイオン注入する。これにより、n型トランジスタ領域Aの活性領域に、接合深さが深いn型不純物領域であるn型ソースドレイン領域23がn型エクステンション領域16の外側に形成される。続いて、非シリサイドp型トランジスタ領域Bの活性領域に、ゲート電極13等をマスクとして、例えばボロン等のp型不純物を選択的にイオン注入する。これにより、非シリサイドp型トランジスタ領域Bの活性領域に、接合深さが深いp型不純物領域であるp型ソースドレイン領域24がp型エクステンション領域17の外側で且つn型ポケット領域18の上部に形成される。なお、n型ソースドレイン領域23と、p型ソースドレイン領域24との形成順序は特に問われない。その後、例えば温度が950℃で且つ1秒以下の急速アニールにより、イオン注入により導入された各不純物を活性化する。   Next, as shown in FIG. 4C, in the active region of the n-type transistor region A, the gate electrode 13 is used as a mask, that is, the gate hard mask 14, the offset sidewall 15, the first hard mask layer 19, For example, n-type impurities such as arsenic are selectively ion-implanted using the first sidewall 21 and the second sidewall 22 as a mask. As a result, an n-type source / drain region 23 which is an n-type impurity region having a deep junction depth is formed outside the n-type extension region 16 in the active region of the n-type transistor region A. Subsequently, a p-type impurity such as boron is selectively ion-implanted into the active region of the non-silicide p-type transistor region B using the gate electrode 13 and the like as a mask. As a result, the p-type source / drain region 24 which is a p-type impurity region having a deep junction depth is formed outside the p-type extension region 17 and above the n-type pocket region 18 in the active region of the non-silicide p-type transistor region B. It is formed. The order of forming the n-type source / drain region 23 and the p-type source / drain region 24 is not particularly limited. Thereafter, each impurity introduced by ion implantation is activated by, for example, rapid annealing at a temperature of 950 ° C. and 1 second or less.

次に、図5(a)に示すように、CVD法により半導体基板10の上の全面に、例えば膜厚が16nmの酸化シリコンからなるシリサイドブロック層25を堆積する。なお、本工程までの熱処理によってシリコンゲルマニウム層20からチャネル領域に拡散するボロンの拡散距離は、例えば3nmから8nm程度である。その後、図示はしていないが、リソグラフィ法により、非シリサイドp型トランジスタ領域Bを覆い、n型トランジスタ領域A及びp型トランジスタ領域Cに開口パターンを有するレジスト膜を形成する。   Next, as shown in FIG. 5A, a silicide block layer 25 made of, for example, silicon oxide having a thickness of 16 nm is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 10 by CVD. The diffusion distance of boron diffused from the silicon germanium layer 20 to the channel region by the heat treatment up to this step is, for example, about 3 nm to 8 nm. Thereafter, although not shown, a resist film that covers the non-silicide p-type transistor region B and has an opening pattern in the n-type transistor region A and the p-type transistor region C is formed by lithography.

次に、図5(b)に示すように、レジスト膜(不図示)をマスクとして、シリサイドブロック層25をエッチングすることにより、n型トランジスタ領域A及びp型トランジスタ領域Cからシリサイドブロック層25を除去する。   Next, as shown in FIG. 5B, the silicide block layer 25 is etched from the n-type transistor region A and the p-type transistor region C by etching the silicide block layer 25 using a resist film (not shown) as a mask. Remove.

次に、図5(c)に示すように、シリサイドブロック層25をマスクとして、例えば温度が160℃の熱燐酸により、n型トランジスタ領域A及びp型トランジスタ領域Cにおける、窒化シリコンからなる第2のサイドウォール絶縁膜22と、n型トランジスタ領域Aにおける窒化シリコンからなるゲートハードマスク14とを選択的に除去する。このとき、非シリサイドp型トランジスタ領域Bにおいては、シリサイドブロック膜25によってマスクされているため、ゲートハードマスク107及び第2のサイドウォール22が残存する。   Next, as shown in FIG. 5C, the second layer made of silicon nitride in the n-type transistor region A and the p-type transistor region C is formed by hot phosphoric acid having a temperature of 160 ° C., for example, using the silicide block layer 25 as a mask. The side wall insulating film 22 and the gate hard mask 14 made of silicon nitride in the n-type transistor region A are selectively removed. At this time, since the non-silicide p-type transistor region B is masked by the silicide block film 25, the gate hard mask 107 and the second sidewall 22 remain.

次に、図6(a)に示すように、半導体基板10の上の全面に、例えばニッケル膜を堆積し、所定の熱処理及び未反応ニッケルの除去を行うサリサイド(salicide)法を実施する。これにより、n型トランジスタ領域A及びp型トランジスタ領域Cにおいて、ゲート電極13、n型ソースドレイン領域23及びシリコンゲルマニウム層20の各上部にニッケルとシリコンとからなるシリサイド層26がそれぞれ形成される。なお、シリサイド層26の形成にニッケルを用いたが、ニッケルに限られず、例えば白金(Pt)又はコバルト(Co)等の他の金属によるシリサイド層を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 6A, a salicide method is performed in which, for example, a nickel film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 10 and a predetermined heat treatment and unreacted nickel are removed. Thus, in the n-type transistor region A and the p-type transistor region C, silicide layers 26 made of nickel and silicon are formed on the gate electrode 13, the n-type source / drain region 23, and the silicon germanium layer 20, respectively. Although nickel is used to form the silicide layer 26, the silicide layer 26 is not limited to nickel, and a silicide layer made of another metal such as platinum (Pt) or cobalt (Co) may be used.

次に、図6(b)に示すように、CVD法により、n型トランジスタ領域Aを覆うように、例えば膜厚が16nmの窒化シリコンからなる引っ張り応力を有する第1のライナ絶縁膜27を選択的に形成する。続いて、CVD法により、非シリサイドp型トランジスタ領域B及びp型トランジスタ領域Cを覆うように、例えば膜厚が20nmの窒化シリコンからなる圧縮応力を有する第2のライナ絶縁膜28を選択的に形成する。   Next, as shown in FIG. 6B, the first liner insulating film 27 having a tensile stress made of, for example, silicon nitride having a film thickness of 16 nm is selected by the CVD method so as to cover the n-type transistor region A. Form. Subsequently, the second liner insulating film 28 made of, for example, silicon nitride having a film thickness of 20 nm is selectively formed by CVD so as to cover the non-silicide p-type transistor region B and the p-type transistor region C. Form.

その後は、図示していないが、必要なコンタクト及び配線を形成することにより、CMISトランジスタを含む半導体装置を得ることができる。   Thereafter, although not shown, a semiconductor device including a CMIS transistor can be obtained by forming necessary contacts and wirings.

以上説明したように、本実施形態によると、p型トランジスタ領域Cに形成されるp型ソースドレイン領域であるシリコンゲルマニウム層20をゲート電極13の下方のチャネル領域に確実に近づけることができる。その上、シリコンゲルマニウム層20をチャネル領域に近づけても、n型ポケット領域18がシリコンゲルマニウム層20の凸部20aの先端を覆っていることにより、該シリコンゲルマニウム層20に導入されたp型の不純物であるボロンが熱によりチャネル領域に拡散することを防止できる。これにより、従来のように、熱拡散によるボロンが先に注入された不純物元素の分布プロファイルを乱してしまい、p型MISトランジスタの駆動力が低下する等の不具合を防止することができる。   As described above, according to the present embodiment, the silicon germanium layer 20 that is the p-type source / drain region formed in the p-type transistor region C can be reliably brought close to the channel region below the gate electrode 13. In addition, even if the silicon germanium layer 20 is brought close to the channel region, the p-type introduced into the silicon germanium layer 20 by the n-type pocket region 18 covering the tip of the convex portion 20a of the silicon germanium layer 20. It is possible to prevent boron, which is an impurity, from diffusing into the channel region due to heat. As a result, as in the prior art, it is possible to prevent problems such as the fact that boron due to thermal diffusion disturbs the distribution profile of the impurity element previously implanted and the driving force of the p-type MIS transistor is reduced.

なお、本実施形態においては、チャネル領域に圧縮応力を印加する歪み構造を採るMISトランジスタをp型トランジスタとしたが、本発明は、p型トランジスタに限られない。すなわち、n型MISトランジスタに対して、そのチャネル領域に引っ張り応力を印加する構成としてもよく、この場合には、ソースドレイン領域を構成するシリコン混晶層として、シリコンと炭素との混晶層であるシリコンカーバイド(SiC)を用いることができる。   In the present embodiment, the MIS transistor having a strained structure that applies compressive stress to the channel region is a p-type transistor, but the present invention is not limited to a p-type transistor. That is, it is possible to apply a tensile stress to the channel region of the n-type MIS transistor. In this case, a silicon-carbon mixed crystal layer constituting the source / drain region is used. Some silicon carbide (SiC) can be used.

以下に、従来例に係るp型MISトランジスタと、本実施形態に係るp型MISトランジスタとの電気的特性の比較結果を示す。図7はゲート長寸法(Lg)としきい値電圧(Vtsc)との関係を示している。図8(a)〜図8(d)は、図7に示すグラフのa〜dと対応するトランジスタ構造であって、(a)は従来構造であり、(b)〜(d)は本実施形態とその変形例に係る構造を示している。具体的には、図8(a)に示す従来のトランジスタ構造においては、n型ポケット領域107はSiGeからなるシリコン混晶層108の凸部の先端を完全に覆ってはいない。一方、図8(b)〜(d)に示す本発明に係るトランジスタ構造においては、n型ポケット領域17は、シリコンゲルマニウム層18の凸部の先端を完全に覆っている。   Hereinafter, a comparison result of electrical characteristics between the p-type MIS transistor according to the conventional example and the p-type MIS transistor according to the present embodiment will be shown. FIG. 7 shows the relationship between the gate length dimension (Lg) and the threshold voltage (Vtsc). FIGS. 8A to 8D are transistor structures corresponding to a to d in the graph shown in FIG. 7, wherein FIG. 8A is a conventional structure, and FIGS. The structure which concerns on a form and its modification is shown. Specifically, in the conventional transistor structure shown in FIG. 8A, the n-type pocket region 107 does not completely cover the tip of the convex portion of the silicon mixed crystal layer 108 made of SiGe. On the other hand, in the transistor structure according to the present invention shown in FIGS. 8B to 8D, the n-type pocket region 17 completely covers the tip of the convex portion of the silicon germanium layer 18.

図7に示すように、図8(a)に示す従来構造aの場合には、ゲート長寸法が0.1μmよりも小さくなると、しきい値電圧特性が変動する傾向がみられる。さらに、ゲート長寸法が0.06μm以下となると、しきい値電圧特性が大幅に低下して、短チャネル効果が顕在化することが分かる。これは、前述したように、ソースドレインとなるシリコン混晶層108からチャネル領域にボロンが拡散して、チャネル領域に注入されたn型不純物元素の分布プロファイルが乱れ、その結果、しきい値電圧特性が低下するためである。   As shown in FIG. 7, in the case of the conventional structure a shown in FIG. 8A, the threshold voltage characteristic tends to fluctuate when the gate length dimension is smaller than 0.1 μm. Further, it can be seen that when the gate length dimension is 0.06 μm or less, the threshold voltage characteristics are significantly lowered, and the short channel effect becomes apparent. As described above, this is because boron is diffused from the silicon mixed crystal layer 108 serving as the source and drain into the channel region, and the distribution profile of the n-type impurity element implanted into the channel region is disturbed. This is because the characteristics deteriorate.

これに対し、本実施形態の場合には、ゲート長寸法が0.04μmであっても、しきい値電圧特性の変動は小さく、短チャネル特性に有利であることが分かる。その上、シリコンゲルマニウム層20をチャネル領域に近づけることができるため、p型MISトランジスタの駆動力を効果的に向上させることができる。   On the other hand, in the case of this embodiment, even when the gate length dimension is 0.04 μm, the threshold voltage characteristic is small, which is advantageous for the short channel characteristic. In addition, since the silicon germanium layer 20 can be brought close to the channel region, the driving force of the p-type MIS transistor can be effectively improved.

なお、n型ポケット領域18がシリコンゲルマニウム層20の凸部を覆う構成の変形例として、図8(c)に示すように、互いに対向するn型ポケット領域18同士が接している構成、又は図8(d)に示すように、n型ポケット領域18同士が互いに重なる構成としても、同等以上の効果を得られることが分かる。   As a modification of the configuration in which the n-type pocket region 18 covers the convex portion of the silicon germanium layer 20, as shown in FIG. 8C, a configuration in which the n-type pocket regions 18 facing each other are in contact with each other, or FIG. As shown in FIG. 8D, it can be seen that even if the n-type pocket regions 18 overlap each other, the same or higher effect can be obtained.

本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、しきい値電圧の変動を防ぐことができると共に、チャネル領域のゲート長方向に圧縮応力を効果的に印加することができ、特に、ソースドレイン領域にシリコン混晶層を含むMISFETを含む半導体装置に有用である。   The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can prevent threshold voltage fluctuations and can effectively apply compressive stress in the gate length direction of the channel region. This is useful for a semiconductor device including a MISFET including a silicon mixed crystal layer.

A n型トランジスタ領域
B 非シリサイドp型トランジスタ領域
C p型トランジスタ領域
10 半導体基板
10a リセス領域
10b 凹部
11 シャロートレンチ分離
12 ゲート絶縁膜
13 ゲート電極
14 ゲートハードマスク
15 オフセットサイドウォール
16 n型エクステンション領域
17 p型エクステンション領域
18 n型ポケット領域
19 第1のハードマスク層
20 シリコンゲルマニウム層(p型ソースドレイン領域)
20a 凸部(Σ先端部)
21 第1のサイドウォール
21A 第1のサイドウォール形成膜
22 第2のサイドウォール
22A 第2のサイドウォール形成膜
23 n型ソースドレイン領域
24 p型ソースドレイン領域
25 シリサイドブロック層
26 シリサイド層
27 第1のライナ絶縁膜
28 第2のライナ絶縁膜
30 第2のハードマスク層
31 レジスト膜
A n-type transistor region B Non-silicide p-type transistor region C p-type transistor region 10 Semiconductor substrate 10a Recess region 10b Recess 11 Shallow trench isolation 12 Gate insulating film 13 Gate electrode 14 Gate hard mask 15 Offset sidewall 16 n-type extension region 17 p-type extension region 18 n-type pocket region 19 first hard mask layer 20 silicon germanium layer (p-type source / drain region)
20a Convex (Σ tip)
21 first sidewall 21A first sidewall formation film 22 second sidewall 22A second sidewall formation film 23 n-type source / drain region 24 p-type source / drain region 25 silicide block layer 26 silicide layer 27 first Liner insulating film 28 second liner insulating film 30 second hard mask layer 31 resist film

Claims (11)

半導体基板からなる第1導電型の活性領域の上に、ゲート絶縁膜を介在させて形成されたゲート電極と、
前記活性領域における前記ゲート電極の両側方の領域に形成された第2導電型のソースドレイン領域と、
前記活性領域における前記各ソースドレイン領域の側面からそれぞれ前記ゲート電極の下側に向かって形成された第1導電型のポケット領域とを備え、
前記ソースドレイン領域は、シリコンとIV族元素との混晶層からなり、
前記混晶層は、ゲート長方向におけるゲート電極側の側面がゲート電極側に突き出す凸部を有しており、
前記凸部の先端は、前記ポケット領域によって覆われていることを特徴とする半導体装置。
A gate electrode formed on a first conductivity type active region made of a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween;
A source / drain region of a second conductivity type formed in regions on both sides of the gate electrode in the active region;
A pocket region of a first conductivity type formed from the side surface of each source / drain region in the active region toward the lower side of the gate electrode,
The source / drain region is composed of a mixed crystal layer of silicon and a group IV element,
The mixed crystal layer has a convex portion in which the side surface on the gate electrode side in the gate length direction protrudes to the gate electrode side,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a tip end of the convex portion is covered with the pocket region.
前記混晶層における前記凸部の深さ方向における先端位置は、前記ポケット領域の不純物濃度のピーク位置よりも深いか又は同等であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a tip position in the depth direction of the convex portion in the mixed crystal layer is deeper than or equal to a peak position of the impurity concentration of the pocket region. 前記活性領域の上部における前記各ソースドレイン領域の側面からそれぞれ前記ゲート電極の下側に向かって形成された第2導電型のエクステンション領域をさらに備え、
前記混晶層における前記凸部の深さ方向における先端位置は、前記エクステンション領域の最大接合深さよりも深く、且つ、前記ポケット領域の最大接合深さの2分の1よりも深いことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
An extension region of a second conductivity type formed from the side surface of each source / drain region above the active region toward the lower side of the gate electrode;
The tip position in the depth direction of the convex portion in the mixed crystal layer is deeper than the maximum junction depth of the extension region and deeper than half of the maximum junction depth of the pocket region. The semiconductor device according to claim 1 or 2.
前記ゲート電極におけるゲート長方向側の両側面上に形成された絶縁膜からなるサイドウォールをさらに備え、
前記混晶層における前記活性領域の上面と交差する位置は、前記サイドウォールの外側の最外側面よりも内側に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
Further comprising a sidewall made of an insulating film formed on both side surfaces of the gate electrode on the gate length direction side,
The position where the mixed crystal layer intersects with the upper surface of the active region is formed on the inner side of the outermost surface on the outer side of the sidewall. Semiconductor device.
前記混晶層における前記凸部の先端位置は、前記活性領域の表面から18nm以上且つ23nm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a tip position of the convex portion in the mixed crystal layer is 18 nm or more and 23 nm or less from the surface of the active region. 前記混晶層を構成する前記IV族元素は、ゲルマニウムであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the group IV element constituting the mixed crystal layer is germanium. 前記混晶層を構成する前記IV族元素は、炭素であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the group IV element constituting the mixed crystal layer is carbon. 前記ゲート電極の上部及び前記混晶層の上部にそれぞれ形成された金属シリサイド層と、
前記活性領域の上に、前記金属シリサイド層を含め前記ゲート電極及び混晶層を覆うように形成されたライナ絶縁膜とをさらに備えていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。
Metal silicide layers respectively formed on the gate electrode and the mixed crystal layer;
8. The liner insulating film according to claim 1, further comprising a liner insulating film formed on the active region so as to cover the gate electrode and the mixed crystal layer including the metal silicide layer. The semiconductor device according to item.
前記ゲート電極の下方において、互いに対向する前記ポケット領域同士が接していることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the pocket regions facing each other are in contact with each other under the gate electrode. 半導体基板からなる第1導電型の活性領域の上にゲート絶縁膜を介在させてゲート電極を形成する工程(a)と、
前記活性領域に前記ゲート電極をマスクとして、第2導電型のポケット領域を選択的に形成する工程(b)と、
前記ゲート電極の両側面上に、前記絶縁膜からなるハードマスク層を形成する工程(c)と、
前記活性領域に対して、前記ハードマスク層をマスクとしてエッチングを行うことにより、前記活性領域における前記ハードマスク層の外側の領域にリセスを形成する工程(d)と、
前記リセスにシリコンとIV族元素との混晶からなり且つ第1導電型の混晶層を選択的に形成する工程(e)とを備え、
前記工程(d)において、前記リセスにおけるゲート電極側の壁面はゲート電極側に突き出す凹部を有しており、
前記工程(e)において、前記混晶層が前記リセスの前記凹部によって形成される側面の凸部の先端は、前記ポケット領域によって覆われていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step (a) of forming a gate electrode on a first conductivity type active region made of a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween;
A step (b) of selectively forming a pocket region of the second conductivity type in the active region using the gate electrode as a mask;
A step (c) of forming a hard mask layer made of the insulating film on both side surfaces of the gate electrode;
(D) forming a recess in a region outside the hard mask layer in the active region by etching the active region using the hard mask layer as a mask;
A step (e) of selectively forming a mixed crystal layer of a first conductivity type composed of a mixed crystal of silicon and a group IV element in the recess;
In the step (d), the wall surface on the gate electrode side in the recess has a recess protruding to the gate electrode side,
In the step (e), the tip of the convex portion on the side surface where the mixed crystal layer is formed by the concave portion of the recess is covered with the pocket region.
前記工程(c)において、前記ハードマスク層は、断面形状がL字状の第1のハードマスク層と、前記第1のハードマスク層上に形成された第2のハードマスク層とからなり、
前記工程(e)よりも後に、前記第2のハードマスク層を除去する工程(f)をさらに備えていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
In the step (c), the hard mask layer includes a first hard mask layer having an L-shaped cross section and a second hard mask layer formed on the first hard mask layer,
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, further comprising a step (f) of removing the second hard mask layer after the step (e).
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CN117690974A (en) * 2024-02-04 2024-03-12 合肥晶合集成电路股份有限公司 Semiconductor device, manufacturing method of semiconductor device and three-dimensional memory

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9312376B2 (en) 2013-06-13 2016-04-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device, method for fabricating the same, and memory system including the semiconductor device
US9786785B2 (en) 2013-06-13 2017-10-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device, method for fabricating the same, and memory system including the semiconductor device
CN117690974A (en) * 2024-02-04 2024-03-12 合肥晶合集成电路股份有限公司 Semiconductor device, manufacturing method of semiconductor device and three-dimensional memory
CN117690974B (en) * 2024-02-04 2024-05-24 合肥晶合集成电路股份有限公司 Semiconductor device, manufacturing method of semiconductor device and three-dimensional memory

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