JP2012256659A - Method of manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置(または半導体装置)の製造方法における閾値電圧制御技術に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a technique effective when applied to a threshold voltage control technique in a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device (or a semiconductor device).
国際公開第99/13507号パンフレット(特許文献1)には、CMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor)型半導体集積回路装置の製造方法として以下のようなプロセスが開示されている。すなわち、まず、NチャネルMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のゲート電極をマスクとして、イオン注入によりN型エクステンション領域を導入する。次に、NチャネルMISFETのゲート電極に第1サイドウォールおよび、これと材質の異なる第2サイドウォールを形成し、これらをマスクとして、イオン注入によりN型ソースドレイン領域を導入する。次に、PチャネルMISFETのゲート電極の第1サイドウォールおよび第2サイドウォールの内、第2サイドウォールを除去し、第1サイドウォールマスクとして、イオン注入によりP型エクステンション領域を導入する。最後に、PチャネルMISFETのゲート電極に更に第3サイドウォールを形成し、第1サイドウォールおよび第3サイドウォールをマスクとして、イオン注入によりP型ソースドレイン領域を導入することにより、NチャネルMISFETとPチャネルMISFETのチャネル長を個別に制御しようとするものである。 International Publication No. 99/13507 pamphlet (Patent Document 1) discloses the following process as a manufacturing method of a CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor) type semiconductor integrated circuit device. That is, first, an N-type extension region is introduced by ion implantation using a gate electrode of an N-channel MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) as a mask. Next, a first sidewall and a second sidewall made of a different material are formed on the gate electrode of the N-channel MISFET, and an N-type source / drain region is introduced by ion implantation using these as a mask. Next, the second sidewall is removed from the first sidewall and the second sidewall of the gate electrode of the P-channel MISFET, and a P-type extension region is introduced by ion implantation as a first sidewall mask. Finally, a third sidewall is further formed on the gate electrode of the P-channel MISFET, and a P-type source / drain region is introduced by ion implantation using the first sidewall and the third sidewall as a mask. The channel length of the P channel MISFET is to be individually controlled.
日本特開2006−295071号公報(特許文献2)には、CMIS型半導体集積回路装置の製造方法において、デュアルオフセットスペーサ(Dual Off−set Spacer)の厚さを両チャネルに関して一様に制御してエクステンションの長さを調整することにより、閾値電圧を制御する技術が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-295071 (Patent Document 2) discloses a method for manufacturing a CMIS type semiconductor integrated circuit device in which the thickness of a dual offset spacer is controlled uniformly for both channels. A technique for controlling the threshold voltage by adjusting the length of the extension is disclosed.
日本特開2009−206318号公報(特許文献3)または、これに対応する米国特許第7871871号公報(特許文献4)には、CMIS型半導体集積回路装置の製造方法において、オフセットスペーサ(Off−set Spacer)工程の結果に基づいて、ハロー(Halo)イオン注入量を調整することにより、閾値電圧を制御する技術が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-206318 (Patent Document 3) or US Pat. No. 7,871,871 (Patent Document 4) corresponding thereto discloses an offset spacer (Off-set) in a method for manufacturing a CMIS type semiconductor integrated circuit device. A technique for controlling a threshold voltage by adjusting a halo ion implantation amount based on a result of a spacer process is disclosed.
MISFETが微細化されてくると、単チャネル効果が更に顕著となり、トランジスタの特性ばらつきが増大しやすくなる。ここで、トランジスタの特性ばらつきは、従来のゲート長に依存するものに加えて、オフセットスペーサ長やサイドウォールスペーサ長に依存するものの影響が強くなることが本願発明者らによって明らかにされた。 When the MISFET is miniaturized, the single channel effect becomes more prominent, and the characteristic variation of the transistor tends to increase. Here, it has been clarified by the present inventors that the variation in transistor characteristics is more influenced by the offset spacer length and the side wall spacer length in addition to the conventional gate length dependency.
本願発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。 The present invention has been made to solve these problems.
本発明の目的は、信頼性の高い半導体集積回路装置の製造プロセスを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a manufacturing process of a highly reliable semiconductor integrated circuit device.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
すなわち、本願の一つの発明は、CMIS型半導体集積回路装置の製造方法において、オフセットスペーサ長とサイドウォールスペーサ長の和をNチャネルMISFETとPチャネルMISFETに於いて、調整するものである。 That is, one invention of the present application is to adjust the sum of the offset spacer length and the sidewall spacer length in the N-channel MISFET and the P-channel MISFET in the manufacturing method of the CMIS type semiconductor integrated circuit device.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、CMIS型半導体集積回路装置の製造方法において、オフセットスペーサ長とサイドウォールスペーサ長の和をNチャネルMISFETとPチャネルMISFETに於いて、調整するので、各トランジスタに於いて、所望の駆動電流が得られるように制御することができる。 That is, in the manufacturing method of the CMIS type semiconductor integrated circuit device, the sum of the offset spacer length and the sidewall spacer length is adjusted in the N-channel MISFET and the P-channel MISFET. It can be controlled to obtain.
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
[Outline of Embodiment]
First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described.
1.以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)半導体ウエハの第1の主面上に、Nチャネル型MISFETの第1のゲート電極およびPチャネル型MISFETの第2のゲート電極を形成する工程;
(b)前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極の側壁にオフセットスペーサを形成する工程;
(c)前記オフセットスペーサのオフセットスペーサ長を計測する工程;
(d)前記オフセットスペーサがある状態で、前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極のいずれか一つの周辺の前記第1の主面の半導体領域に、イオン注入により不純物を導入することによって、エクステンション領域を導入する工程;
(e)前記オフセットスペーサがある状態で、前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極のいずれか一つの側壁にサイドウォールスペーサを形成することにより、前記オフセットスペーサを含むスペーサを形成する工程、
ここで、前記スペーサのスペーサ長は、前記オフセットスペーサの計測された前記オフセットスペーサ長に基づいて、エッチバック量を制御することにより、調整される。
1. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a first gate electrode of an N-channel MISFET and a second gate electrode of a P-channel MISFET on a first main surface of a semiconductor wafer;
(B) forming offset spacers on sidewalls of the first gate electrode and the second gate electrode;
(C) measuring the offset spacer length of the offset spacer;
(D) Introducing an impurity by ion implantation into the semiconductor region of the first main surface around one of the first gate electrode and the second gate electrode in a state where the offset spacer is present. Introducing an extension region by:
(E) forming a spacer including the offset spacer by forming a sidewall spacer on a side wall of one of the first gate electrode and the second gate electrode in a state where the offset spacer is present; ,
Here, the spacer length of the spacer is adjusted by controlling the etch back amount based on the measured offset spacer length of the offset spacer.
2.前記1項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記スペーサ長の調整は、前記Nチャネル型MISFETおよび前記Pチャネル型MISFETについて、独立に行われる。
2. In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the
〔本願における記載形式、基本的用語、用法の説明〕
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
[Description format, basic terms, usage in this application]
1. In the present application, the description of the embodiment may be divided into a plurality of sections for convenience, if necessary, but these are not independent from each other unless otherwise specified. Each part of a single example, one part is the other part of the details, or part or all of the modifications. Moreover, as a general rule, the same part is not repeated. In addition, each component in the embodiment is not indispensable unless specifically stated otherwise, unless it is theoretically limited to the number, and obviously not in context.
更に、本願において、「半導体装置」または「半導体集積回路装置」というときは、主に、各種トランジスタ(能動素子)単体、および、それらを中心に、抵抗、コンデンサ等を半導体チップ等(たとえば単結晶シリコン基板)上に集積したものをいう。ここで、各種トランジスタの代表的なものとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に代表されるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を例示することができる。このとき、集積回路構成の代表的なものとしては、Nチャネル型MISFETとPチャネル型MISFETを組み合わせたCMOS(Complemetary Metal Oxide Semiconductor)型集積回路に代表されるCMIS(Complemetary Metal Insulator Semiconductor)型集積回路を例示することができる。 Further, in the present application, the term “semiconductor device” or “semiconductor integrated circuit device” mainly refers to various types of transistors (active elements) alone, and resistors, capacitors, etc. as semiconductor chips (eg, single crystal). The one integrated on the silicon substrate). Here, as a representative of various transistors, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Effect Transistor) typified by a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) can be exemplified. At this time, as a typical integrated circuit configuration, a CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor) integrated circuit represented by a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) integrated circuit combining an N-channel MISFET and a P-channel MISFET. Can be illustrated.
今日の半導体集積回路装置、すなわち、LSI(Large Scale Integration)のウエハ工程は、通常、原材料としてのシリコンウエハの搬入からプリメタル(Premetal)工程(M1配線層下端とゲート電極構造の間の層間絶縁膜等の形成、コンタクトホール形成、タングステンプラグ、埋め込み等からなる工程)あたりまでのFEOL(Front End of Line)工程と、M1配線層形成から始まり、アルミニウム系パッド電極上のファイナルパッシベーション膜へのパッド開口の形成あたりまで(ウエハレベルパッケージプロセスにおいては、当該プロセスも含む)のBEOL(Back End of Line)工程に大別できる。 A semiconductor process of today's semiconductor integrated circuit device, that is, a LSI (Large Scale Integration) wafer process, is usually performed by carrying a silicon wafer as a raw material to a premetal process (an interlayer insulating film between the lower end of the M1 wiring layer and the gate electrode structure). Etc., contact hole formation, tungsten plug, embedding, etc.) (FEOL (Front End of Line) process) and M1 wiring layer formation, pad opening to the final passivation film on the aluminum-based pad electrode Can be roughly divided into BEOL (Back End of Line) processes up to the formation of the wafer (including the process in the wafer level package process).
2.同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、A以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。同様に、「酸化シリコン膜」、「酸化シリコン系絶縁膜」等と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、FSG(Fluorosilicate Glass)、TEOSベース酸化シリコン(TEOS-based silicon oxide)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon-doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の熱酸化膜、CVD酸化膜、SOG(Spin ON Glass)、ナノクラスタリングシリカ(Nano-Clustering Silica:NCS)等の塗布系酸化シリコン、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low-k絶縁膜(ポーラス系絶縁膜)、およびこれらを主要な構成要素とする他のシリコン系絶縁膜との複合膜等を含むことは言うまでもない。 2. Similarly, in the description of the embodiment and the like, the material, composition, etc. may be referred to as “X consisting of A”, etc., except when clearly stated otherwise and clearly from the context, except for A It does not exclude what makes an element one of the main components. For example, as for the component, it means “X containing A as a main component”. For example, “silicon member” is not limited to pure silicon, but also includes SiGe alloys, other multi-component alloys containing silicon as a main component, and members containing other additives. Needless to say. Similarly, “silicon oxide film”, “silicon oxide insulating film”, etc. are not only relatively pure undoped silicon oxide (FS), but also FSG (Fluorosilicate Glass), TEOS-based silicon oxide ( Thermal oxide films such as TEOS-based silicon oxide), SiOC (Silicon Oxicarbide) or Carbon-doped Silicon oxide or OSG (Organosilicate glass), PSG (Phosphorus Silicate Glass), BPSG (Borophosphosilicate Glass), CVD Oxide film, SOG (Spin ON Glass), nano-clustering silica (Nano-Clustering Silica: NCS) and other coating-type silicon oxide, silica-based low-k insulating film (porous insulating) Needless to say, a film) and a composite film with other silicon-based insulating films including these as main constituent elements are included.
また、酸化シリコン系絶縁膜と並んで、半導体分野で常用されているシリコン系絶縁膜としては、窒化シリコン系絶縁膜がある。この系統の属する材料としては、SiN,SiCN,SiNH,SiCNH等がある。ここで、「窒化シリコン」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiNおよびSiNHの両方を含む。同様に、「SiCN」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiCNおよびSiCNHの両方を含む。 In addition to silicon oxide insulating films, silicon nitride insulating films that are commonly used in the semiconductor field include silicon nitride insulating films. Materials belonging to this system include SiN, SiCN, SiNH, SiCNH, and the like. Here, “silicon nitride” includes both SiN and SiNH unless otherwise specified. Similarly, “SiCN” includes both SiCN and SiCNH, unless otherwise specified.
なお、SiCは、SiNと類似の性質を有するが、SiONは、むしろ、酸化シリコン系絶縁膜に分類すべき場合が多い。 Note that SiC has similar properties to SiN, but SiON is often rather classified as a silicon oxide insulating film.
窒化シリコン膜は、SAC(Self−Aligned Contact)技術におけるエッチストップ膜、すなわち、CESL(Contact Etch−Stop Layer)として、多用されるほか、SMT(Stress Memorization Technique)における応力付与膜としても使用される。 A silicon nitride film is frequently used as an etch stop film in SAC (Self-Aligned Contact) technology, that is, CESL (Contact Etch-Stop Layer), and also as a stress applying film in SMT (Stress Measurement Technique). .
同様に、「ニッケルシリサイド」というときは、通常、ニッケルモノシリサイドを指すが、比較的純粋なものばかりではなく、ニッケルモノシリサイドを主要な構成要素とする合金、混晶等を含む。また、シリサイドは、ニッケルシリサイドに限らず、従来から実績のあるコバルトシリサイド、チタンシリサイド、タングステンシリサイド等でもよい。また、シリサイド化のための金属膜としては、Ni(ニッケル)膜以外にも、例えばNi−Pt合金膜(NiとPtの合金膜)、Ni−V合金膜(NiとVの合金膜)、Ni−Pd合金膜(NiとPdの合金膜)、Ni−Yb合金膜(NiとYbの合金膜)またはNi−Er合金膜(NiとErの合金膜)のようなニッケル合金膜などを用いることができる。なお、これらのニッケルを主要な金属元素とするシリサイドを「ニッケル系のシリサイド」と総称する。 Similarly, the term “nickel silicide” usually refers to nickel monosilicide, but includes not only relatively pure ones but also alloys, mixed crystals, and the like whose main components are nickel monosilicide. Further, the silicide is not limited to nickel silicide, but may be cobalt silicide, titanium silicide, tungsten silicide, or the like that has been proven in the past. In addition to the Ni (nickel) film, for example, a Ni-Pt alloy film (Ni and Pt alloy film), a Ni-V alloy film (Ni and V alloy film), A nickel alloy film such as a Ni—Pd alloy film (Ni—Pd alloy film), a Ni—Yb alloy film (Ni—Yb alloy film) or a Ni—Er alloy film (Ni—Er alloy film) is used. be able to. These silicides having nickel as a main metal element are collectively referred to as “nickel-based silicide”.
3.同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。 3. Similarly, suitable examples of graphics, positions, attributes, and the like are given, but it is needless to say that the present invention is not strictly limited to those cases unless explicitly stated otherwise, and unless otherwise apparent from the context.
4.さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。 4). In addition, when a specific number or quantity is mentioned, a numerical value exceeding that specific number will be used unless specifically stated otherwise, unless theoretically limited to that number, or unless otherwise clearly indicated by the context. There may be a numerical value less than the specific numerical value.
5.「ウエハ」または「半導体基板」というときは、通常は半導体集積回路装置(半導体装置、電子装置も同じ)をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、SOIウエハ等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。「半導体チップ」または「チップ領域」は、製造工程途上においては、ウエハ等の一部をなす、単位集積回路領域で、ウエハ工程が終了後、ダイシング等により、半導体チップに分割される。 5). “Wafer” or “semiconductor substrate” usually refers to a single crystal silicon wafer on which a semiconductor integrated circuit device (same as a semiconductor device or an electronic device) is formed, but is an insulating substrate such as an epitaxial wafer or an SOI wafer. Needless to say, a composite wafer such as a semiconductor layer is also included. A “semiconductor chip” or “chip region” is a unit integrated circuit region that forms part of a wafer or the like in the course of a manufacturing process, and is divided into semiconductor chips by dicing or the like after the wafer process is completed.
6.短チャネルMISFETの不純物層構造は、深くて高濃度の「高濃度ソースドレイン領域」と、これと比較して浅くて低濃度同一導電型の「エクステンション領域(LDD領域)」等からなる。「ハローイオン注入」または「ハロー領域(ポケット領域)」は、これらと反対導電型の比較的低濃度の領域で、最終的には、エクステンション領域の先端部近傍のチャネル領域下の内部領域に当該ウエル領域よりも高濃度の領域を形成する。ハロー領域のイオン注入の特徴は、高濃度ソースドレイン領域やエクステンション領域の通常イオン注入がウエハのデバイス面に対して、ほぼ垂直に行われるのに対して、45度前後傾斜したビームで、複数の方位から行われるところにある。すなわち、傾斜注入または広角注入である。 6). The impurity layer structure of the short channel MISFET includes a deep and high-concentration “high-concentration source / drain region”, and a shallower and low-concentration same-conductivity type “extension region (LDD region)”. “Halo ion implantation” or “halo region (pocket region)” is a region with a relatively low concentration of the opposite conductivity type, and finally the inner region under the channel region near the tip of the extension region. A region having a higher concentration than the well region is formed. The characteristics of ion implantation in the halo region are that normal ion implantation in a high concentration source / drain region and extension region is performed substantially perpendicular to the device surface of the wafer, whereas a beam tilted around 45 degrees is It is where it is done from the direction. That is, tilt injection or wide angle injection.
なお、デバイス完成時における各不純物領域の代表的濃度関係は、大雑把に言って、以下のとおりである。すなわち、基板<ウエル<ハロー<エクステンション<高濃度ソースドレインである。 The typical concentration relationship of each impurity region when the device is completed is roughly as follows. That is, substrate <well <halo <extension <high concentration source / drain.
7.短チャネルMISFETのゲート周辺構造には、「オフセットスペーサ絶縁膜(複数種類の場合も有る)」と「サイドウォールスペーサ絶縁膜」の二つがある。「オフセットスペーサ絶縁膜」は、低動作電圧デバイス系統に関して、エクステンション領域やハロー領域のイオン注入の際のエッジを規定するもので、一方、「サイドウォールスペーサ絶縁膜」は構造的には、その内側にオフセットスペーサ絶縁膜を含み、低動作電圧デバイス系統その他の系統に関して「高濃度ソースドレイン領域」のイオン注入の際のエッジを規定するものである。 7). There are two gate peripheral structures of the short channel MISFET: “offset spacer insulating film (may be plural types)” and “sidewall spacer insulating film”. The “offset spacer insulating film” defines the edge of the ion implantation in the extension region and the halo region for the low operating voltage device system, while the “side wall spacer insulating film” is structurally inside. Includes an offset spacer insulating film and defines an edge at the time of ion implantation of the “high concentration source / drain region” with respect to the low operating voltage device system and other systems.
なお、本願に於いては、「サイドウォールスペーサ」というときは、原則として、サイドウォールスペーサのみを指し、サイドウォールスペーサおよびオフセットスペーサの集合体であるゲート電極周辺構造全体(以下の例では、第1のオフセットスペーサ、第2のオフセットスペーサおよびサイドウォールから構成されたスペーサ)を指すときは、「スペーサ」または「ゲート周辺スペーサ」と呼ぶ。 In the present application, the term “side wall spacer” refers to only the side wall spacer in principle, and the entire structure around the gate electrode, which is an aggregate of the side wall spacer and the offset spacer (in the following example, 1 offset spacer, a second offset spacer, and a side wall spacer) are referred to as “spacer” or “gate peripheral spacer”.
また、「オフセットスペーサ長」というときは、オフセットスペーサの下端部の長さをいう。更に、「スペーサ長」は、スペーサの下端部の長さをいう。なお、本願に於いては、長さの単位の量は、便宜上、非負(正値または0)とする。 The term “offset spacer length” refers to the length of the lower end portion of the offset spacer. Further, “spacer length” refers to the length of the lower end of the spacer. In the present application, the unit of length is assumed to be non-negative (positive value or 0) for convenience.
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
[Details of the embodiment]
The embodiment will be further described in detail. In the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar symbols or reference numerals, and description thereof will not be repeated in principle.
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。 In the accompanying drawings, hatching or the like may be omitted even in a cross section when it becomes complicated or when the distinction from the gap is clear. In relation to this, when it is clear from the description etc., the contour line of the background may be omitted even if the hole is planarly closed. Furthermore, even if it is not a cross section, it may be hatched to clearly indicate that it is not a void.
1.本願の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに先行する共通CMISプロセスの説明(主に図1から図6)
現在の半導体集積回路のウエハプロセスは、各種のプロセス統計データに基づいて、多用な統計的手法を用いて、プロセスおよびデバイスのパラメータを調整しており、具体的に説明すると非常に煩雑なものとなる。そこで、以下では、一例として、ウエハ毎に実測する方式を例にとり、具体的に説明する。このため、以下の例における「実測値」を統計手法における他の実測値からの「推定値」に置き換えてもよいことはいうまでもない。
1. Description of Common CMIS Process Prior to Adjustment Process in Manufacturing Method of Semiconductor Integrated Circuit Device of One Embodiment of the Present Application (Mainly FIGS. 1 to 6)
The current semiconductor integrated circuit wafer process adjusts process and device parameters using various statistical methods based on various process statistical data. Become. Therefore, in the following, a specific description will be given by taking, as an example, a method of actually measuring each wafer. For this reason, it goes without saying that “measured values” in the following examples may be replaced with “estimated values” from other measured values in the statistical method.
図1は本願の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに先行する共通CMISプロセスを説明するための製造工程中(ゲート電極パターニング完了時点)のデバイス模式断面図である。図2は本願の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに先行する共通CMISプロセスを説明するための製造工程中(第1のオフセットスペーサ完成時点)のデバイス模式断面図である。図3は本願の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに先行する共通CMISプロセスを説明するための製造工程中(N型デバイス領域へのN型エクステンション領域およびP型ハロー領域の導入完了時点)のデバイス模式断面図である。図4は本願の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに先行する共通CMISプロセスを説明するための製造工程中(第2のオフセットスペーサ完成時点)のデバイス模式断面図である。図5は本願の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに先行する共通CMISプロセスを説明するための製造工程中(P型デバイス領域へのP型エクステンション領域およびN型ハロー領域の導入完了時点)のデバイス模式断面図である。図6は本願の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに先行する共通CMISプロセスを説明するための製造工程中(サイドウォール形成用絶縁膜形成時点)のデバイス模式断面図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに先行する共通CMISプロセスを説明する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a device during a manufacturing process (when gate electrode patterning is completed) for explaining a common CMIS process preceding an adjustment process in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. FIG. 2 is a device schematic cross-sectional view during the manufacturing process (when the first offset spacer is completed) for explaining the common CMIS process preceding the adjustment process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. . FIG. 3 is a diagram illustrating a common CMIS process preceding the adjustment process in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application (N-type extension region and P-type halo region in the N-type device region). FIG. FIG. 4 is a device schematic cross-sectional view during the manufacturing process (when the second offset spacer is completed) for explaining the common CMIS process preceding the adjustment process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. . FIG. 5 shows a common CMIS process preceding the adjustment process in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present invention (P-type extension region and N-type halo region to the P-type device region). FIG. FIG. 6 is a device schematic cross-sectional view during the manufacturing process (at the time of forming the sidewall forming insulating film) for explaining the common CMIS process preceding the adjustment process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. is there. Based on these, the common CMIS process preceding the adjustment process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application will be described.
先ず、図1を参照して、ウエハ・プロセス導入部の流れの概要を説明する。半導体ウエハ、すなわち、P型単結晶シリコン基板1、1s(ここでは、たとえば300ファイ・ウエハとするが、450φでも300φ未満のウエハでもよい)のデバイス主面1a(第1の主面、すなわち、裏面1bの反対の面)上の熱酸化膜上に、CVDによる窒化シリコンを通常のリソグラフィにより、アクティブ領域(主に素子が形成される領域)上の窒化シリコンが残るようにパターニングする。このパターニングされた窒化シリコンをマスクとして、基板1の第1の主面1aにドライエッチングによりSTI用素子分離溝を形成する。続いて、全面にCVDシリコン酸化膜2を形成した後、STI溝エッチングの白黒反転レジストパターンによって、後のCMPのためのリバース・パターン・エッチングを行う。更に、CMP処理により、第1の主面1aを平坦化し、溝の中にフィールド絶縁膜4を残す。その後、不要になった窒化シリコンを除去する。このSTI用素子分離溝内に埋め込まれたフィールド絶縁膜4は、すなわち、複数のアクティブ領域を規定する素子分離領域4である。
First, the outline of the flow of the wafer process introduction unit will be described with reference to FIG. Device
次に、図1に示すように、たとえばイオン注入等により、N型デバイス領域21nにP型ウエル領域3を、P型デバイス領域21pにN型ウエル領域2を形成する。続いて、半導体ウエハ1のデバイス主面1a(第1の主面)上に、例えば、熱酸化等によりゲート絶縁膜5(たとえば、厚さ2nm程度の窒化酸化膜)を形成する。更に、たとえば、CVD(Chemical Vapor Deposition)および通常のリソグラフィ等により、N型デバイス領域21nのゲート絶縁膜5上にNチャネル型MISFETのゲート電極6n(たとえば、N型ポリシリコン膜等)を、P型デバイス領域21pのゲート絶縁膜5にPチャネル型MISFETのゲート電極6p(たとえば、P型ポリシリコン膜等)を形成する。ここで、ゲート電極6n、6pの幅(ゲート長)は、たとえば、40nm程度(標準目標値)であり、厚さは、たとえば、80nm程度である。なお、後にフィードフォーワッド(Feed Forward)する必要があるときは、各ウエハ1について、Nチャネル型MISFETまたはPチャネル型MISFETのゲートの幅(ゲート長)を各ウエハ1について、例えば、9点測定し、各ウエハ1について、その平均値を算出し、これを当該ウエハのゲート長の個別実測値とする。なお、ゲート長、オフセットスペーサ長、ゲート周辺スペーサ長などの実測には、たとえば、測長SEM(Scanning Electron Microscope)等を用いる。この測長は、通常、ウエハのデバイス主面1a側から非破壊で行うが、予め、デバイス断面の測長SEMによる計測と相関を取っておくと、高精度の計測が可能となる。
Next, as shown in FIG. 1, the P-
次に、図2に示すように、ウエハ1のデバイス主面1aのほぼ全面に、たとえば、CVDにより、第1のオフセットスペーサ用絶縁膜7として、TEOS(Tetraethylorthosilicate)酸化シリコン膜等の酸化シリコン膜(たとえば、厚さ4nm程度)を成膜する。続いて、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、異方性ドライエッチングを施すことにより、第1のオフセットスペーサ用絶縁膜7に対するエッチバックを実行(たとえば、枚葉プロセスによる)して、第1のオフセットスペーサ7を形成する。この場合、オフセットスペーサ長の標準目標値は、たとえば、2nm程度である。
Next, as shown in FIG. 2, a silicon oxide film such as a TEOS (tetraethylorthosilicate) silicon oxide film is formed on almost the entire device
ここで、各ウエハ1について、Nチャネル型MISFETの第1オフセットスペーサ長Wnoを各ウエハ1について、例えば、9点測定し、各ウエハ1について、その平均値を算出し、これを当該ウエハの第1のオフセットスペーサ長Wnoの個別実測値とする。
Here, for each
なお、この測定に於いては、Nチャネル型MISFETおよびPチャネル型MISFETの第1のオフセットスペーサ7のどちらを実測しても基本的に等価である。このことは、測定までのプロセスが、ほぼ同じである限り、以下のオフセットスペーサまたはゲート周辺スペーサについても、当てはまる。
In this measurement, either the N-channel MISFET or the P-channel MISFET first offset
次に、図3に示すように、P型デバイス領域21pをレジスト膜8で被覆した状態で、N型デバイス領域21nのウエハ1のデバイス主面1aに、イオン注入を実行することにより、N型エクステンション領域9およびP型ハロー領域10を導入する。ここで、N型エクステンション領域9に対するイオン注入のイオン種は、例えば、砒素であり、注入方式は、たとえば垂直注入である。一方、P型ハロー領域10に対するイオン注入のイオン種は、例えば、BF2であり、注入方式は、たとえば傾斜注入である。なお、ここで、必要があるときは、先に算出したゲート長(個別実測値)に基づいて、P型ハロー領域10のドーズ量を調整(フィードフォーワッド)することで、トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。N型エクステンション領域9およびP型ハロー領域10の導入後、不要になったレジスト膜8をアッシング等により、除去する。
Next, as shown in FIG. 3, by performing ion implantation on the device
次に、図4に示すように、ウエハ1のデバイス主面1aのほぼ全面に、たとえば、CVDにより、第2のオフセットスペーサ用絶縁膜11として、たとえば窒化シリコン膜(たとえば、厚さ6.5nm程度)を成膜する。続いて、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、異方性ドライエッチングを施すことにより、第2のオフセットスペーサ用絶縁膜11に対するエッチバックを実行(たとえば、枚葉プロセスによる)して、第2のオフセットスペーサ11を形成する。この場合、Pチャネル型MISFETの第1および第2オフセットスペーサ長Wpo(第1オフセットスペーサ長と第2オフセットスペーサ長の和)の目標値は、たとえば、7nm程度である。
Next, as shown in FIG. 4, for example, a silicon nitride film (for example, a thickness of 6.5 nm) is formed on almost the entire device
ここで、各ウエハ1について、Pチャネル型MISFETの第1および第2オフセットスペーサ長Wpoを各ウエハ1について、例えば、9点測定し、各ウエハ1について、その平均値を算出し、これを当該ウエハの第1および第2オフセットスペーサ長Wpoの個別実測値とする。
Here, for each
次に、図5に示すように、N型デバイス領域21nをレジスト膜12で被覆した状態で、P型デバイス領域21pのウエハ1のデバイス主面1aに、イオン注入を実行することにより、P型エクステンション領域13およびN型ハロー領域14を導入する。ここで、P型エクステンション領域13に対するイオン注入のイオン種は、例えば、BF2であり、注入方式は、たとえば垂直注入である。一方、N型ハロー領域14に対するイオン注入のイオン種は、例えば、砒素又は燐であり、注入方式は、たとえば傾斜注入である。なお、ここで、必要があるときは、先に算出したゲート長に基づいて、N型ハロー領域14のドーズ量を調整(フィードフォーワッド)することで、トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。P型エクステンション領域13およびN型ハロー領域14の導入後、不要になったレジスト膜12をアッシング等により、除去する。
Next, as shown in FIG. 5, by performing ion implantation on the device
次に、図6に示すように、ウエハ1のデバイス主面1aのほぼ全面に、たとえば、CVDにより、サイドウォール用絶縁膜15として、たとえば窒化シリコン膜(たとえば、厚さ34nm程度)を成膜する。
Next, as shown in FIG. 6, for example, a silicon nitride film (for example, a thickness of about 34 nm) is formed as the
2.本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスA(N型デバイス領域先行調整)の説明(主に図7から図9、図16および17)
図16は調整プロセスA(このセクションで説明するプロセス分岐)およびプロセスB(次セクションで説明するプロセス分岐)の使い分けを説明する説明図表である。図17は図16に現れる各記号を説明する説明図表である。このセクションで説明するプロセスは、図16の条件が、条件(#4)以外のときに、適用できる。そうでない場合は、すなわち、図16の条件が、条件(#4)のときは、次セクションのプロセスが適用できる。
2. Description of adjustment process A (N-type device region advance adjustment) in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application (mainly FIGS. 7 to 9, FIGS. 16 and 17)
FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining the proper use of the adjustment process A (process branch described in this section) and process B (process branch described in the next section). FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining each symbol appearing in FIG. The process described in this section can be applied when the condition of FIG. 16 is other than the condition (# 4). Otherwise, that is, when the condition of FIG. 16 is the condition (# 4), the process of the next section can be applied.
本セクションおよび次セクションで説明する調整プロセスによれば、先行するエクステンションのエッジを決める(自己整合のエッジ)オフセットスペーサの変動に対応して、特性が補償されるように、後のゲート周辺スペーサの幅を調整できるので、製品の電気的特性の均一化が可能となる。 According to the adjustment process described in this section and the next section, the subsequent gate peripheral spacers are compensated so that the characteristics are compensated for variations in offset spacers that determine the edge of the preceding extension (self-aligned edges). Since the width can be adjusted, the electrical characteristics of the product can be made uniform.
また、両チャネルについて、独立に調整するようにすることで、Nチャネル型MISFETとPチャネル型MISFETの電気的特性を個別に補償することができる。 In addition, by independently adjusting both channels, the electrical characteristics of the N-channel MISFET and the P-channel MISFET can be individually compensated.
図7は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスA(N型デバイス領域先行調整)を説明するための製造工程中(N型デバイス領域のスペーサ長先行調整工程)のデバイス模式断面図である。図8は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスA(N型デバイス領域先行調整)を説明するための製造工程中(P型デバイス領域のスペーサ長2次調整工程およびP型ソースドレイン領域導入工程)のデバイス模式断面図である。図9は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスA(N型デバイス領域先行調整)を説明するための製造工程中(N型ソースドレイン領域導入工程)のデバイス模式断面図である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスA(N型デバイス領域先行調整)を説明する。 FIG. 7 is a manufacturing process for explaining adjustment process A (N-type device region advance adjustment) in the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application (spacer length advance adjustment step of N-type device region). FIG. FIG. 8 is a manufacturing process for explaining the adjustment process A (N-type device region advance adjustment) in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present invention (secondary adjustment step of the spacer length of the P-type device region). And FIG. 6 is a device schematic cross-sectional view of a step of introducing a P-type source / drain region. FIG. 9 is a device schematic view during the manufacturing process (N-type source / drain region introduction step) for explaining the adjustment process A (N-type device region advance adjustment) in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. It is sectional drawing. Based on these, the adjustment process A (N-type device region advance adjustment) in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application will be described.
図6に関して説明したプロセスに続き、図7に示すように、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、異方性ドライエッチングを施すことにより、サイドウォール用絶縁膜15に対するエッチバックを実行(たとえば、枚葉プロセスによる)して、サイドウォール15を形成する。ここで、個々のウエハに対するエッチバック後のNチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wnsの目標値(個別目標値)は、以下のように決定される。すなわち、
(1)図17に従って、第1オフセットスペーサ長の標準目標値と個別実測値の差分(ΔOSS_n)、予めデータを取得しておいたNチャネル型MISFETのIdsのオフセットスペーサ感度(ΔIds−oss_n)およびNチャネル型MISFETのIdsのゲート周辺スペーサ感度(ΔIds−sw_n)から、Nチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量(ΔSW_n)を算出する。
(2)このNチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量(ΔSW_n)が増分か、減少分かに従って、その補正量の分だけスペーサ長の標準目標値(たとえば35nm)に変更を加えて、その変更された目標値を当該ウエハに対する個別目標値とする。
Following the process described with reference to FIG. 6, as shown in FIG. 7, the device
(1) According to FIG. 17, the difference (ΔOSS_n) between the standard target value of the first offset spacer length and the individual actually measured value, the Ids offset spacer sensitivity (ΔIds−oss_n) of the N-channel MISFET whose data has been acquired in advance, and The correction amount (ΔSW_n) from the standard target value of the spacer length of the N channel MISFET is calculated from the Ids gate peripheral spacer sensitivity (ΔIds−sw_n) of the N channel MISFET.
(2) According to whether the correction amount (ΔSW_n) of the spacer length of the N-channel type MISFET from the standard target value is incremented or decreased, the spacer length is changed to the standard target value of the spacer length (for example, 35 nm). In addition, the changed target value is set as an individual target value for the wafer.
このエッチバック処理(サイドウォールの1次エッチバック処理)の後、Nチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wnsを各ウエハ1について、例えば、9点測定し、各ウエハ1について、その平均値を算出し、これを当該ウエハのNチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wnsの個別実測値とする。
After this etch-back process (side wall primary etch-back process), the gate peripheral spacer length Wns of the N-channel MISFET is measured for each
次に、図8に示すように、N型デバイス領域21n側をレジスト膜16で被覆した状態で、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、異方性ドライエッチングを施すことにより、Pチャネル型MISFETのサイドウォール用絶縁膜15に対する2次エッチバック処理を実行(たとえば、枚葉プロセスによる)して、Pチャネル型MISFETのサイドウォール15を形成する。ここで、個々のウエハに対するエッチバック後のPチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wpsの目標値(個別目標値)は、以下のように決定される。すなわち、
(1)図17に従って、第1および第2オフセットスペーサ長Wpoの標準目標値と個別実測値の差分(ΔOSS_p)、予めデータを取得しておいたPチャネル型MISFETのIdsのオフセットスペーサ感度(ΔIds−oss_p)およびPチャネル型MISFETのIdsのゲート周辺スペーサ感度(ΔIds−sw_p)から、Pチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量(ΔSW_p)を算出する。
(2)このPチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量(ΔSW_p)が増分か、減少分かに従って、その補正量の分だけスペーサ長の標準目標値に変更を加えて、その変更された目標値を当該ウエハに対する個別目標値とする。従って、2次エッチバック処理の追加エッチバック量は、当該ウエハのNチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wnsの個別実測値とPチャネル型MISFETのスペーサ長の個別目標値の差分に等しくなる。
Next, as shown in FIG. 8, for example, anisotropic dry etching is performed on the device
(1) According to FIG. 17, the difference (ΔOSS_p) between the standard target value of the first and second offset spacer lengths Wpo and the individual actually measured values, the offset spacer sensitivity (ΔIds) of the Ids of the P-channel type MISFET whose data has been acquired in advance. The correction amount (ΔSW_p) from the standard target value of the spacer length of the P-channel type MISFET is calculated from −oss_p) and the Ids gate peripheral spacer sensitivity (ΔIds−sw_p) of the P-channel type MISFET.
(2) According to whether the correction amount (ΔSW_p) from the standard target value of the spacer length of this P-channel type MISFET is an increment or a decrease, the standard target value of the spacer length is changed by the correction amount, The changed target value is set as an individual target value for the wafer. Therefore, the additional etch back amount in the secondary etch back process is equal to the difference between the individual measured value of the gate peripheral spacer length Wns of the N channel MISFET and the individual target value of the spacer length of the P channel MISFET of the wafer.
続いて、N型デバイス領域21n側をレジスト膜16で被覆した状態で、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、ボロンイオンをイオン注入(垂直注入)することにより、P型ソースドレイン領域17を導入する。その後、不要になったレジスト膜16をアッシング等により、除去する。
Subsequently, for example, boron ions are ion-implanted (perpendicularly implanted) into the device
なお、ここで、必要に応じて、Pチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wpsを各ウエハ1について、例えば、9点測定し、各ウエハ1について、その平均値を算出し、これを当該ウエハのPチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wpsの個別実測値とする。
Here, as necessary, the gate peripheral spacer length Wps of the P-channel type MISFET is measured for each
次に、図9に示すように、P型デバイス領域21p側をレジスト膜18で被覆した状態で、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、砒素イオンをイオン注入(垂直注入)することにより、N型ソースドレイン領域19を導入する。その後、不要になったレジスト膜18をアッシング等により、除去する。
Next, for example, arsenic ions are ion-implanted (vertical implantation) into the device
この後は、セクション4で説明するプロセスに移行する。
Thereafter, the process described in
3.本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスB(P型デバイス領域先行調整)の説明(主に図10から図12)
このセクションで説明するプロセスは、図16の条件が、条件(#3)以外のときに、適用できる。
3. Description of adjustment process B (P-type device region advance adjustment) in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application (mainly FIGS. 10 to 12)
The process described in this section can be applied when the condition of FIG. 16 is other than the condition (# 3).
図10は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスB(P型デバイス領域先行調整)を説明するための製造工程中(P型デバイス領域のスペーサ長先行調整工程)のデバイス模式断面図である。図11は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスB(P型デバイス領域先行調整)を説明するための製造工程中(P型ソースドレイン領域導入工程)のデバイス模式断面図である。図12は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスB(P型デバイス領域先行調整)を説明するための製造工程中(N型デバイス領域のスペーサ長2次調整工程およびN型ソースドレイン領域導入工程)のデバイス模式断面図である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスB(P型デバイス領域先行調整)を説明する。 FIG. 10 is a manufacturing process for explaining adjustment process B (P-type device region advance adjustment) in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present invention (P-type device region spacer length advance adjustment step). FIG. FIG. 11 is a device schematic view during the manufacturing process (P-type source / drain region introduction step) for explaining the adjustment process B (P-type device region advance adjustment) in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. It is sectional drawing. FIG. 12 is a manufacturing process for explaining the adjustment process B (P-type device region advance adjustment) in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present invention (secondary adjustment step of spacer length in the N-type device region). And N-type source / drain region introduction step). Based on these, the adjustment process B (P-type device region advance adjustment) in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application will be described.
図6に関して説明したプロセスに続き、図10に示すように、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、異方性ドライエッチングを施すことにより、サイドウォール用絶縁膜15に対するエッチバックを実行(たとえば、枚葉プロセスによる)して、サイドウォール15を形成する。ここで、個々のウエハに対するエッチバック後のPチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wpsの目標値(個別目標値)は、以下のように決定される。すなわち、
(1)図17に従って、第1および第2オフセットスペーサ長Wpoの標準目標値と個別実測値の差分(ΔOSS_p)、予めデータを取得しておいたPチャネル型MISFETのIdsのオフセットスペーサ感度(ΔIds−oss_p)およびPチャネル型MISFETのIdsのゲート周辺スペーサ感度(ΔIds−sw_p)から、Pチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量(ΔSW_p)を算出する。
(2)このPチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量(ΔSW_p)が増分か、減少分かに従って、その補正量の分だけスペーサ長の標準目標値(たとえば35nm)に変更を加えて、その変更された目標値を当該ウエハに対する個別目標値とする。
Following the process described with reference to FIG. 6, as shown in FIG. 10, the device
(1) According to FIG. 17, the difference (ΔOSS_p) between the standard target value of the first and second offset spacer lengths Wpo and the individual actually measured values, the offset spacer sensitivity (ΔIds) of the Ids of the P-channel type MISFET whose data has been acquired in advance. The correction amount (ΔSW_p) from the standard target value of the spacer length of the P-channel type MISFET is calculated from −oss_p) and the Ids gate peripheral spacer sensitivity (ΔIds−sw_p) of the P-channel type MISFET.
(2) According to whether the correction amount (ΔSW_p) from the standard target value of the spacer length of this P-channel type MISFET is an increment or a decrease, the spacer length is changed to the standard target value (for example, 35 nm) by the correction amount. In addition, the changed target value is set as an individual target value for the wafer.
このエッチバック処理(サイドウォールの1次エッチバック処理)の後、Pチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wpsを各ウエハ1について、例えば、9点測定し、各ウエハ1について、その平均値を算出し、これを当該ウエハのPチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wpsの個別実測値とする。
After this etch-back process (side wall primary etch-back process), the gate peripheral spacer length Wps of the P-channel type MISFET is measured for each
次に、図11に示すように、N型デバイス領域21n側をレジスト膜16で被覆した状態で、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、ボロンイオンをイオン注入(垂直注入)することにより、P型ソースドレイン領域17を導入する。その後、不要になったレジスト膜16をアッシング等により、除去する。
Next, as shown in FIG. 11, for example, boron ions are ion-implanted (vertical implantation) into the device
次に、図12に示すように、P型デバイス領域21p側をレジスト膜18で被覆した状態で、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、異方性ドライエッチングを施すことにより、Nチャネル型MISFETのサイドウォール用絶縁膜15に対する2次エッチバック処理を実行(たとえば、枚葉プロセスによる)して、Nチャネル型MISFETのサイドウォール15を形成する。ここで、個々のウエハに対するエッチバック後のNチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wnsの目標値(個別目標値)は、以下のように決定される。すなわち、
(1)図17に従って、第1オフセットスペーサ長の標準目標値と個別実測値の差分(ΔOSS_n)、予めデータを取得しておいたNチャネル型MISFETのIdsのオフセットスペーサ感度(ΔIds−oss_n)およびNチャネル型MISFETのIdsのゲート周辺スペーサ感度(ΔIds−sw_n)から、Nチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量(ΔSW_n)を算出する。
(2)このNチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量(ΔSW_n)が増分か、減少分かに従って、その補正量の分だけスペーサ長の標準目標値に変更を加えて、その変更された目標値を当該ウエハに対する個別目標値とする。従って、2次エッチバック処理の追加エッチバック量は、当該ウエハのPチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wpsの個別実測値とNチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wnsの個別目標値の差分に等しくなる。
Next, as shown in FIG. 12, the device
(1) According to FIG. 17, the difference (ΔOSS_n) between the standard target value of the first offset spacer length and the individual actually measured value, the Ids offset spacer sensitivity (ΔIds−oss_n) of the N-channel MISFET whose data has been acquired in advance, and The correction amount (ΔSW_n) from the standard target value of the spacer length of the N channel MISFET is calculated from the Ids gate peripheral spacer sensitivity (ΔIds−sw_n) of the N channel MISFET.
(2) According to whether the correction amount (ΔSW_n) from the standard target value of the spacer length of this N-channel type MISFET is an increment or a decrease, the standard target value of the spacer length is changed by the correction amount, The changed target value is set as an individual target value for the wafer. Therefore, the additional etch back amount in the secondary etch back process is equal to the difference between the individual actual measurement value of the gate peripheral spacer length Wps of the P channel MISFET and the individual target value of the gate peripheral spacer length Wns of the N channel MISFET of the wafer. Become.
続いて、P型デバイス領域21p側をレジスト膜18で被覆した状態で、ウエハ1のデバイス主面1aに対して、たとえば、砒素イオンをイオン注入(垂直注入)することにより、N型ソースドレイン領域19を導入する。その後、不要になったレジスト膜18をアッシング等により、除去する。
Subsequently, for example, arsenic ions are ion-implanted (perpendicularly implanted) into the device
なお、ここで、必要に応じて、Nチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wnsを各ウエハ1について、例えば、9点測定し、各ウエハ1について、その平均値を算出し、これを当該ウエハのNチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長Wnsの個別実測値とする。
Here, if necessary, the gate peripheral spacer length Wns of the N-channel type MISFET is measured, for example, at nine points for each
この後は、セクション4で説明するプロセスに移行する。
Thereafter, the process described in
4.本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに後続する共通CMISプロセスの説明(主に図13から図15)
図13は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに後続する共通CMISプロセスを説明するための製造工程中(ニッケルシリサイド膜形成工程)のデバイス模式断面図である。図14は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに後続する共通CMISプロセスを説明するための製造工程中(プリメタル絶縁膜形成工程)のデバイス模式断面図である。図15は本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに後続する共通CMISプロセスを説明するための製造工程中(タングステンプラグ形成工程)のデバイス模式断面図である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法における調整プロセスに後続する共通CMISプロセスを説明する。
4). Description of common CMIS process subsequent to adjustment process in manufacturing method of semiconductor integrated circuit device of one embodiment of the present application (mainly FIGS. 13 to 15)
FIG. 13 is a device schematic cross-sectional view during the manufacturing process (nickel silicide film forming step) for explaining the common CMIS process subsequent to the adjustment process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. FIG. 14 is a device schematic sectional view in the manufacturing process (premetal insulating film forming step) for explaining the common CMIS process subsequent to the adjustment process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. FIG. 15 is a device schematic cross-sectional view in the manufacturing process (tungsten plug formation step) for explaining the common CMIS process subsequent to the adjustment process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to the embodiment of the present application. Based on these, the common CMIS process subsequent to the adjustment process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device of the one embodiment of the present application will be described.
図9又は図12のプロセスに続き、図13に示すように、たとえば、サリサイド(Salicide)プロセスにより、ソースドレイン領域17,19の上面およびゲート電極6n,6pの上面に、シリサイド膜22(たとえば、ニッケルシリサイド膜)を形成する。
Following the process of FIG. 9 or FIG. 12, as shown in FIG. 13, a silicide film 22 (for example, on the upper surfaces of the source /
次に、図14に示すように、ウエハ1のデバイス面1aのほぼ全面に、たとえば、CVD等により、CESLとして、比較的薄い窒化シリコン系絶縁膜23(プリメタル絶縁膜の一部を構成する)を成膜する。続いて、たとえば、CVD等により、窒化シリコン系絶縁膜23上のほぼ全面に、酸化シリコン系プリメタル絶縁膜24を成膜する。この後、必要に応じて、CMP等により、プリメタル絶縁膜24の平坦化を行う。
Next, as shown in FIG. 14, a relatively thin silicon nitride insulating film 23 (which constitutes a part of the premetal insulating film) is formed on almost the
次に、図15に示すように、窒化シリコン系絶縁膜23を含むプリメタル絶縁膜に異方性ドライエッチング等を施すことにより、コンタクトホールを形成する。このコンタクトホールに、CVDやメタルCMP等によりタングステンプラグ25を埋め込む。その後、必要に応じて、銅系ダマシン配線(埋め込み配線)または、アルミニウム系非埋め込み配線等を形成する。以上により、Nチャネル型MISFET(Qn)およびPチャネル型MISFET(Qp)がほぼ完成したことになる。
Next, as shown in FIG. 15, contact holes are formed by performing anisotropic dry etching or the like on the premetal insulating film including the silicon
5.サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
5. Summary The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、前記実施形態においては、P型単結晶シリコンウエハを原材料として、その上に半導体集積回路装置を形成する例を示したが、必要に応じて、N型単結晶シリコンウエハでも、他のエピタキシャルウエハでも、SOIウエハでもよいことは言うまでもない。また、前記実施形態においては、測長をSEM等の手法により計測する例を中心に説明したが、AFM(Atomic Force Microscopy)等のメカニカルな方法、または、その他の光学的な方法で測定してもよいことは言うまでもない。 For example, in the above-described embodiment, an example in which a semiconductor integrated circuit device is formed on a P-type single crystal silicon wafer as a raw material has been described. Needless to say, it may be a wafer or an SOI wafer. In the above-described embodiment, the example of measuring the length by a method such as SEM has been mainly described. However, the length is measured by a mechanical method such as AFM (Atomic Force Microscopy) or other optical method. Needless to say.
なお、前記実施形態においては、主にゲートファースト(Gate First)方式を例に取り具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、ゲートラスト(Gate Last)方式や両方式の折衷的なプロセスにも適用できることは言うまでもない。 In the above embodiment, the gate first method has been mainly described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the gate last method and the both methods are used. It goes without saying that it can also be applied to eclectic processes.
1 半導体ウエハ
1a ウエハ又はチップの表面(デバイス面、第1の主面)
1b ウエハ又はチップの裏面
1s P型シリコン単結晶半導体基板
2 N型ウエル領域
3 P型ウエル領域
4 STI領域(フィールド絶縁膜)
5 ゲート絶縁膜
6n Nチャネル型MISFETのゲート電極
6p Pチャネル型MISFETのゲート電極
7 第1のオフセットスペーサ(第1のオフセットスペーサ用絶縁膜)
8 N型エクステンション領域導入用レジスト膜
9 N型エクステンション領域
10 P型ハロー領域
11 第2のオフセットスペーサ(第2のオフセットスペーサ用絶縁膜)
12 P型エクステンション領域導入用レジスト膜
13 P型エクステンション領域
14 N型ハロー領域
15 サイドウォール(サイドウォール用絶縁膜)
16 P型ソースドレイン領域導入用レジスト膜
17 P型ソースドレイン領域
18 N型ソースドレイン領域導入用レジスト膜
19 N型ソースドレイン領域
21n N型デバイス領域
21p P型デバイス領域
22 ニッケルシリサイド膜
23 窒化シリコン系絶縁膜
24 酸化シリコン系プリメタル絶縁膜
25 タングステンプラグ
Qn Nチャネル型MISFET
Qp Pチャネル型MISFET
Wno Nチャネル型MISFETの第1オフセットスペーサ長
Wns Nチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長
Wpo Pチャネル型MISFETの第1および第2オフセットスペーサ長
Wps Pチャネル型MISFETのゲート周辺スペーサ長
ΔIds−oss_n Nチャネル型MISFETのIdsのオフセットスペーサ感度
ΔIds−oss_p Pチャネル型MISFETのIdsのオフセットスペーサ感度
ΔIds−sw_n Nチャネル型MISFETのIdsのゲート周辺スペーサ感度
ΔIds−sw_p Pチャネル型MISFETのIdsのゲート周辺スペーサ感度
ΔOSS_n 第1オフセットスペーサ長の標準目標値と個別実測地の差分
ΔOSS_p 第1および第2オフセットスペーサ長の標準目標値と個別実測地の差分
ΔSW_n Nチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量
ΔSW_p Pチャネル型MISFETのスペーサ長の標準目標値からの補正量
DESCRIPTION OF
1b Wafer or
5
8 N-type extension region introduction resist film 9 N-type extension region 10 P-
12 P-type extension region introduction resist film 13 P-type extension region 14 N-
16 P-type source / drain region introduction resist film 17 P-type source / drain region 18 N-type source / drain region introduction resist film 19 N-type source /
Qp P channel type MISFET
Wno N-channel MISFET first offset spacer length Wns N-channel MISFET gate peripheral spacer length Wpo P-channel MISFET first and second offset spacer lengths Wps P-channel MISFET gate peripheral spacer length ΔIds-oss_n N-channel Ids offset spacer sensitivity of I-type MISFET ΔIds-oss_p Ids offset spacer sensitivity of P-channel MISFET ΔIds-sw_n Ids gate peripheral spacer sensitivity of N-channel MISFET ΔIds-sw_p Ids gate peripheral spacer sensitivity ΔOSS_n of P-channel MISFET Difference between standard target value of first offset spacer length and individual measured location ΔOSS_p Difference between standard target value of first and second offset spacer length and individual measured location Minute ΔSW_n Correction amount from standard target value of spacer length of N-channel type MISFET ΔSW_p Correction amount from standard target value of spacer length of P-channel type MISFET
Claims (2)
(a)半導体ウエハの第1の主面上に、Nチャネル型MISFETの第1のゲート電極およびPチャネル型MISFETの第2のゲート電極を形成する工程;
(b)前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極の側壁にオフセットスペーサを形成する工程;
(c)前記オフセットスペーサのオフセットスペーサ長を計測する工程;
(d)前記オフセットスペーサがある状態で、前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極のいずれか一つの周辺の前記第1の主面の半導体領域に、イオン注入により不純物を導入することによって、エクステンション領域を導入する工程;
(e)前記オフセットスペーサがある状態で、前記第1のゲート電極および前記第2のゲート電極のいずれか一つの側壁にサイドウォールスペーサを形成することにより、前記オフセットスペーサを含むスペーサを形成する工程、
ここで、前記スペーサのスペーサ長は、前記オフセットスペーサの計測された前記オフセットスペーサ長に基づいて、エッチバック量を制御することにより、調整される。 A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming a first gate electrode of an N-channel MISFET and a second gate electrode of a P-channel MISFET on a first main surface of a semiconductor wafer;
(B) forming offset spacers on sidewalls of the first gate electrode and the second gate electrode;
(C) measuring the offset spacer length of the offset spacer;
(D) Introducing an impurity by ion implantation into the semiconductor region of the first main surface around one of the first gate electrode and the second gate electrode in a state where the offset spacer is present. Introducing an extension region by:
(E) forming a spacer including the offset spacer by forming a sidewall spacer on a side wall of one of the first gate electrode and the second gate electrode in a state where the offset spacer is present; ,
Here, the spacer length of the spacer is adjusted by controlling the etch back amount based on the measured offset spacer length of the offset spacer.
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