JP2013021141A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、メタルゲート電極を具備する電界効果トランジスタの製造に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a technique effective when applied to the manufacture of a field effect transistor having a metal gate electrode.
微細化が求められているMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:MIS型電界効果トランジスタ)では、ゲート絶縁膜の一部に高い誘電率を有するhigh−k膜を用い、また、ゲート電極の一部に金属材料からなるメタルゲート電極を用いることにより、MISFETのゲート絶縁膜を薄膜化し、かつリーク電流を低減することを可能としている。また、high−k膜およびメタルゲート電極の構成を変えることにより、MISFETのしきい値電圧を制御することが可能である。 In a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) that is required to be miniaturized, a high-k film having a high dielectric constant is used as a part of a gate insulating film, and a part of a gate electrode. By using a metal gate electrode made of a metal material, the gate insulating film of the MISFET can be made thinner and the leakage current can be reduced. Further, it is possible to control the threshold voltage of the MISFET by changing the configuration of the high-k film and the metal gate electrode.
特許文献1(特開2010−109214号公報)には、ゲート電極の形成後に熱処理が施される場合でも、金属から成るゲート電極の仕事関数を比較的容易に制御する技術が記載されている。ただし、特許文献1に記載の技術の目的はN型のFETとP型のFETとが異なる仕事関数を有するように仕事関数の値を制御することであり、仕事関数のばらつきを抑えることではない。
Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-109214) describes a technique for relatively easily controlling the work function of a metal gate electrode even when heat treatment is performed after the formation of the gate electrode. However, the purpose of the technique described in
特許文献2(特開2007−8099号公報)には、トランジスタのゲート電極およびゲート絶縁膜を構成する元素と異なる電気陰性度を有する元素、例えば炭素(C)、フッ素(F)、塩素(Cl)、リン(P)、ヒ素(As)またはアンチモン(Sb)を含む層を形成することにより、ゲート電極の実効仕事関数をしきい値電圧が最適なものとなるように制御することが記載されている。ただし、特許文献2に記載の技術の目的はトランジスタの仕事関数およびしきい値電圧の値を制御することであり、仕事関数のばらつきを抑えることではない。
In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-8099), an element having an electronegativity different from that of the elements constituting the gate electrode and the gate insulating film of the transistor, such as carbon (C), fluorine (F), chlorine (Cl ), Phosphorus (P), arsenic (As), or antimony (Sb) is formed to control the effective work function of the gate electrode so that the threshold voltage is optimized. ing. However, the purpose of the technique described in
特許文献3(特開2006−245324号公報)には、例えばTi(チタン)炭化物、Ta(タンタル)炭化物、W(タングステン)炭化物などの金属の炭素化合物を含むゲート電極を有するMISトランジスタを形成することが記載されている。 In Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-245324), a MIS transistor having a gate electrode containing a metal carbon compound such as Ti (titanium) carbide, Ta (tantalum) carbide, or W (tungsten) carbide is formed. It is described.
特許文献4(特開2004−319722号公報)には、シリコン膜上に金属膜を堆積したデュアルポリメタルゲート電極を有するMISFETにおいて、前記金属膜に炭素を注入することで金属膜(例えばタングステン)に不純物が拡散することを防ぎ、それによってMISFETのしきい値電圧変動を少なくすることが記載されている。 In Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-319722), in a MISFET having a dual polymetal gate electrode in which a metal film is deposited on a silicon film, a metal film (for example, tungsten) is formed by injecting carbon into the metal film. It is described that the impurity is prevented from diffusing and thereby the threshold voltage fluctuation of the MISFET is reduced.
特許文献5(特開平11−224947号公報)には、結晶粒径が30nm以下のメタルゲート電極を形成することで、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタのしきい値電圧のばらつきを防止することが記載されている。ここではスパッタリング法を用いてメタルゲート電極に炭素を導入することにより、MOSトランジスタのしきい値電圧のばらつき抑えている。 In Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-224947), variation in threshold voltage of MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors can be prevented by forming a metal gate electrode having a crystal grain size of 30 nm or less. Have been described. Here, variation in threshold voltage of the MOS transistor is suppressed by introducing carbon into the metal gate electrode by sputtering.
MISFETを微細化した場合、それに伴ってMISFETのチャネル領域は小さくなり、大きなチャネル領域を有するMISFETに比べてチャネル領域内の単位体積当たりの不純物数が多くなる。このようなMISFETでは、チャネル領域内の不純物の分布が全体的にばらつくため、MISFETのしきい値電圧(以下、単に「しきい値」または「Vth」ともいう)のばらつきが大きくなる。これに対し、MISFETのゲート絶縁膜にhigh−k膜(高誘電率膜)を用い、さらにゲート電極にメタルゲート電極(金属電極)を用いた場合、チャネル領域に導入する不純物数を低減することができるため、チャネル領域内の不純物数を少なくしてVthのばらつきを抑えることが可能となる。 When the MISFET is miniaturized, the channel region of the MISFET is reduced accordingly, and the number of impurities per unit volume in the channel region is increased as compared with the MISFET having a large channel region. In such a MISFET, since the distribution of impurities in the channel region varies as a whole, the threshold voltage of the MISFET (hereinafter also simply referred to as “threshold” or “Vth”) varies greatly. In contrast, when a high-k film (high dielectric constant film) is used as the gate insulating film of the MISFET and a metal gate electrode (metal electrode) is used as the gate electrode, the number of impurities introduced into the channel region is reduced. Therefore, the number of impurities in the channel region can be reduced and variation in Vth can be suppressed.
メタルゲート電極とhigh−k膜とを含むMISFETのしきい値は、メタルゲート電極の仕事関数およびhigh−k膜の材質などで決まる。ゲート電極の一部であるメタルゲート電極は複数の金属粒子により構成されており、複数の金属粒子のそれぞれを構成する結晶(グレイン)は隣接し合うグレイン同士であっても異なる結晶の向き(配向性)を有している。ここで、配向性が異なるグレインのそれぞれの中を電子が通る場合、それぞれのグレイン毎に仕事関数が異なることとなる。 The threshold value of the MISFET including the metal gate electrode and the high-k film is determined by the work function of the metal gate electrode and the material of the high-k film. The metal gate electrode, which is a part of the gate electrode, is composed of a plurality of metal particles, and crystals (grains) constituting each of the plurality of metal particles have different crystal orientations (orientations) even if they are adjacent grains. ). Here, when electrons pass through grains having different orientations, the work functions are different for each grain.
ゲート電極のサイズが縮小されたMISFETでは、メタルゲート電極が配向性の異なる小数の大きなグレインにより構成されている場合が考えられる。この場合、例えばメタルゲート電極端部と反対側の端部とで仕事関数が大きく異なる可能性が高くなる。つまり、一つのメタルゲート電極内であっても場所によって仕事関数が異なるため、メタルゲート電極の仕事関数がメタルゲート電極内で全体的にばらつくことになる。メタルゲート電極の仕事関数のばらつきはそのメタルゲート電極を有するMISFETのVthがばらつく原因となるため、high−k膜およびメタルゲート電極を用いてMISFETを構成するメリットを損なう問題がある。つまり、メタルゲート電極中の材料不均一が原因となり、MISFETのしきい値のばらつきを引き起こす。また、MISFETのVthがばらつくと、半導体装置の信頼性が低下し、また、製品の歩留まりが減少する問題もある。これらの問題は、半導体装置の微細化の大きな妨げとなる。 In the MISFET in which the size of the gate electrode is reduced, there may be a case where the metal gate electrode is constituted by a small number of large grains having different orientations. In this case, for example, there is a high possibility that the work function is greatly different between the end of the metal gate electrode and the end on the opposite side. That is, since the work function varies depending on the location even within one metal gate electrode, the work function of the metal gate electrode varies as a whole within the metal gate electrode. The variation in the work function of the metal gate electrode causes the Vth of the MISFET having the metal gate electrode to vary, and thus there is a problem that the merit of configuring the MISFET using the high-k film and the metal gate electrode is impaired. That is, non-uniform material in the metal gate electrode causes variations in the threshold value of the MISFET. Further, when the Vth of the MISFET varies, there is a problem that the reliability of the semiconductor device is lowered and the yield of the product is reduced. These problems greatly hinder the miniaturization of the semiconductor device.
本発明の目的は、メタルゲート電極を有するMISFETの特性ばらつきを抑制することにある。 An object of the present invention is to suppress variation in characteristics of a MISFET having a metal gate electrode.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述およ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、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明の好ましい一態様である半導体装置は、半導体基板上に第1ゲート絶縁膜を介して形成された炭素を含む第1金属ゲート電極と、
前記第1金属ゲート電極の直下の前記半導体基板の主面に形成された第1導電型の第1チャネル領域と、
前記半導体基板の主面に前記第1チャネル領域を挟むように形成された前記第1導電型と異なる第2導電型の第1ソース・ドレイン領域と、
を有する第1電荷効果トランジスタを含むものである。
A semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention includes a first metal gate electrode containing carbon formed on a semiconductor substrate with a first gate insulating film interposed therebetween,
A first channel region of a first conductivity type formed on the main surface of the semiconductor substrate immediately below the first metal gate electrode;
A first source / drain region of a second conductivity type different from the first conductivity type formed so as to sandwich the first channel region on the main surface of the semiconductor substrate;
A first charge effect transistor having
また、本発明の好ましい一態様である半導体装置の製造方法は、半導体基板上の第1領域に形成された金属ゲート電極、第1導電型を有するチャネル領域および前記第1導電型と異なる第2導電型を有するソース・ドレイン領域を有する電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板の主面の前記第1領域に前記第1導電型を有する不純物を注入して前記チャネル領域を形成する工程と、
(b)前記半導体基板上に絶縁膜および金属膜を順次積層する工程と、
(c)前記金属膜に炭素を導入する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記金属膜を加工して前記金属ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記半導体基板の主面に前記第2導電型の不純物を注入して前記チャネル領域を挟むように前記ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
を有するものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a metal gate electrode formed in a first region on a semiconductor substrate; a channel region having a first conductivity type; and a second different from the first conductivity type. A method of manufacturing a semiconductor device including a field effect transistor having a source / drain region having a conductivity type,
(A) forming the channel region by implanting an impurity having the first conductivity type into the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
(B) sequentially stacking an insulating film and a metal film on the semiconductor substrate;
(C) introducing carbon into the metal film;
(D) After the step (c), processing the metal film to form the metal gate electrode;
(E) implanting the second conductivity type impurity into the main surface of the semiconductor substrate to form the source / drain regions so as to sandwich the channel region;
It is what has.
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以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
代表的な実施の形態によれば、メタルゲート電極を有するMISFETの特性ばらつきを抑制することができる。 According to a typical embodiment, it is possible to suppress variation in characteristics of a MISFET having a metal gate electrode.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
(実施の形態1)
図1を用いて、本実施の形態を説明する。図1は、本実施の形態のCMISFET(Complementary MISFET:相補型MISトランジスタ)を示す断面図である。図1に示すCMISFET(以下、単に「CMIS」という)は、例えばSOC(System on a chip)の半導体チップ上に形成された素子である。図1では、半導体基板の主面に形成された半導体素子よりも上層のプラグ、層間絶縁膜および配線などを含む積層構造体の図示は省略している。
(Embodiment 1)
This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a CMISFET (Complementary MISFET) according to the present embodiment. A CMISFET (hereinafter simply referred to as “CMIS”) shown in FIG. 1 is an element formed on an SOC (System on a chip) semiconductor chip, for example. In FIG. 1, illustration of a laminated structure including plugs, interlayer insulating films, wirings, and the like that are higher than the semiconductor element formed on the main surface of the semiconductor substrate is omitted.
図1に示すように、本実施の形態のCMISは半導体基板Sbの主面に形成されており、半導体基板Sbの主面に形成された複数の素子分離領域1などにより複数の領域に区切られている。すなわち、半導体基板Sbの主面にはNチャネル型のMISFET(N型MISFETQn)と、Pチャネル型のMISFET(P型MISFETQp)とが形成された領域とがある。
As shown in FIG. 1, the CMIS of the present embodiment is formed on the main surface of the semiconductor substrate Sb and is divided into a plurality of regions by a plurality of
N型MISFETQnは半導体基板Sbの主面にP型の不純物(たとえばB(ホウ素))が導入されて形成されたPウエル1P上にゲート絶縁膜3aを介して形成されたゲート電極と、ゲート電極の横の半導体基板Sbの主面にN型の不純物(たとえばAs(ヒ素))が導入されて形成されたソース・ドレイン領域を構成するエクステンション領域6aおよび拡散層9aとを有している。N型MISFETQnのゲート電極はゲート絶縁膜3a上に形成されたメタルゲート電極(金属ゲート電極)4aと、メタルゲート電極4a上に接して形成されたポリシリコン(多結晶シリコン)からなるポリシリコンゲート電極5とからなる。
The N-type MISFET Qn includes a gate electrode formed on a
エクステンション領域6aはゲート電極の直下のPウエル1Pの上面のチャネル領域2aを挟むように半導体基板Sbの主面に形成されており、拡散層9aはチャネル領域2aおよびエクステンション領域6aを含む領域を挟むように配置されている。拡散層9aはエクステンション領域6aよりも接合深さが深く、エクステンション領域6aよりも不純物濃度が高いN型の半導体領域である。すなわち、拡散層9aはエクステンション領域6aよりも半導体基板Sbの主面から半導体基板Sbの裏面方向に向けて深い位置にまでN型の不純物(例えばAs(ヒ素))を導入して形成されている。Pウエル1Pは拡散層9aよりも接合深さが深く、比較的不純物濃度が低いP型の半導体領域である。
The
また、半導体基板Sb内であってPウエル1Pの上面には、接合深さがエクステンション領域6aよりも深く拡散層9aよりも浅い領域にホウ素(B)が導入されたハロー領域7aが形成されている。ハロー領域7aはソース・ドレイン間のリーク電流の発生を防ぐために形成される半導体領域であり、ソース・ドレイン領域とは異なる導電型の不純物を半導体基板Sbに打ち込むことで形成される。ハロー領域7aは半導体基板Sbの主面からPウエル1Pとエクステンション領域6aとの接合部の近傍に亘って形成されている。
A
ゲート絶縁膜3aは酸化シリコン膜などよりも誘電率が高い高誘電率膜(high−k膜)を含む絶縁膜である。図示はしていないが、ゲート絶縁膜3aと半導体基板Sbとの間には酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜が介在していてもよい。
The
N型MISFETQnと同様に、P型MISFETQpは、半導体基板Sbの主面にN型の不純物(たとえばAs(ヒ素))が導入されて形成されたNウエル1N上にゲート絶縁膜3bを介して形成されたゲート電極と、半導体基板Sbの主面にP型の不純物(たとえばB(ホウ素))が導入されて形成されたソース・ドレイン領域を構成するエクステンション領域6bおよび拡散層9bとを有している。エクステンション領域6bおよび拡散層9bはP型MISFETQpのソース・ドレイン領域を構成し、拡散層9a、エクステンション領域6aと同様に、P型MISFETQpのチャネル領域2bを挟むようにエクステンション領域6bが形成され、チャネル領域2bおよびエクステンション領域6bを挟むように拡散層9bが形成されている。チャネル領域2bはメタルゲート電極4bを含むゲート電極の直下に形成されている。P型MISFETQpのゲート電極はゲート絶縁膜3b上に形成されたメタルゲート電極(金属ゲート電極)4bと、メタルゲート電極4b上に形成されたポリシリコンからなるポリシリコンゲート電極5とからなる。
Similar to the N-type MISFET Qn, the P-type MISFET Qp is formed via the
また、半導体基板Sb内であってNウエル1Nの上面には、接合深さがエクステンション領域6bよりも深く拡散層9bよりも浅い領域にホウ素(B)が導入されたハロー領域7bが形成されている。ハロー領域7bはソース・ドレイン間のリーク電流の発生を防ぐために形成される半導体領域であり、ソース・ドレイン領域とは異なる導電型の不純物を半導体基板Sbに打ち込むことで形成される。ハロー領域7bは半導体基板Sbの主面からNウエル1Nとエクステンション領域6bとの接合部の近傍に亘って形成されている。
Further, a
ゲート絶縁膜3bは酸化シリコン膜などよりも誘電率が高い高誘電率膜(high−k膜)を含む絶縁膜である。図示はしていないが、ゲート絶縁膜3bと半導体基板Sbとの間には酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜が介在していてもよい。
The
メタルゲート電極4a、4bは例えば窒化チタン、窒化タングステンまたはニッケルシリサイドからなる金属膜である。ポリシリコンゲート電極5、メタルゲート電極4aおよびゲート絶縁膜3aからなる積層パターンの側壁には、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜もしくはそれらの積層膜により構成されたサイドウォール8が形成されている。また、ポリシリコンゲート電極5、メタルゲート電極4bおよびゲート絶縁膜3bからなる積層パターンの側壁にも、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜もしくはそれらの積層膜により構成されたサイドウォール8が形成されている。
The
ここで、金属ゲート電極であるメタルゲート電極4a、4bには炭素(C)がイオン注入法により注入されている。ただし、ポリシリコンゲート電極5、ゲート絶縁膜3a、3bおよび半導体基板Sbには炭素は注入されていない。つまり、N型MISFETQnではメタルゲート電極4aにのみ炭素が注入されており、P型MISFETQpではメタルゲート電極4bにのみ炭素が注入されている。
Here, carbon (C) is implanted into the
次に、本実施の形態の半導体装置の効果を説明する。 Next, the effect of the semiconductor device of this embodiment will be described.
半導体装置の微細化によりチャネル領域の幅が狭まったMISFETは、比較的狭いチャネル領域内に多数の不純物を含むことになる。チャネル領域の幅、つまりソース・ドレイン領域を構成するエクステンション領域の間の距離が小さくなるほど、チャネル領域内の単位体積当たりの不純物数は増加し、チャネル領域内の不純物の分布にばらつきが生じやすくなる。狭いチャネル領域内に多数の不純物を含むMISFETでは、チャネル領域内の不純物の分布がばらつくことで、しきい値(Vth)のばらつきが増大する問題がある。半導体装置内に多数のMISFETが形成されている場合、隣接するMISFET間でも大きくしきい値(Vth)が異なる現象が起こるため、それらのMISFETを含む半導体装置を有する製品の歩留まりが低下する問題がある。 A MISFET having a narrow channel region due to miniaturization of a semiconductor device contains a large number of impurities in a relatively narrow channel region. As the width of the channel region, that is, the distance between the extension regions constituting the source / drain regions, decreases, the number of impurities per unit volume in the channel region increases and the distribution of impurities in the channel region tends to vary. . In a MISFET including a large number of impurities in a narrow channel region, there is a problem that variation in threshold value (Vth) increases due to variation in the distribution of impurities in the channel region. When a large number of MISFETs are formed in a semiconductor device, a phenomenon in which threshold values (Vth) are greatly different also occurs between adjacent MISFETs. Therefore, there is a problem in that the yield of a product having a semiconductor device including those MISFETs decreases. is there.
MISFETは、性能を保持したまま消費電力を低減させるために、ゲート電極に金属材料を使用することでゲートの空乏化を抑制するとともに、ゲート絶縁膜に高誘電率を有する材料(high−k膜)を用いることで電気的な容量膜厚を変えずに物理的なゲート絶縁膜膜厚を確保することができる。さらに、ゲート電極に用いた金属材料層(メタルゲート電極)の仕事関数でしきい値を制御することができるため、チャネル領域に導入する不純物の量を低減することが可能となる。つまり、メタルゲート電極を用いてゲート電極の仕事関数を低減することによりMISFETのしきい値を低減することができるため、チャネル領域に導入する不純物の量が少なくてもMISFETを駆動することができる。ゲート電極に多結晶シリコンのみを用い、ゲート絶縁膜にシリコン酸化膜のみを用いる構造のMISFETに比べ、メタルゲート電極およびhigh−k膜を用いたMISFETではチャネル領域内の不純物数を減らすことができるので、チャネル領域内の不純物の離散に起因するばらつきを大幅に低減することが可能である。 MISFET uses a metal material for the gate electrode to reduce power consumption while maintaining performance, and suppresses gate depletion, and a material having a high dielectric constant for the gate insulating film (high-k film) ) Can be used to ensure the physical gate insulating film thickness without changing the electrical capacitance film thickness. Further, since the threshold value can be controlled by the work function of the metal material layer (metal gate electrode) used for the gate electrode, the amount of impurities introduced into the channel region can be reduced. That is, since the threshold value of the MISFET can be reduced by reducing the work function of the gate electrode using the metal gate electrode, the MISFET can be driven even if the amount of impurities introduced into the channel region is small. . The number of impurities in the channel region can be reduced in the MISFET using the metal gate electrode and the high-k film as compared with the MISFET having a structure using only the polycrystalline silicon for the gate electrode and only the silicon oxide film for the gate insulating film. Therefore, it is possible to greatly reduce variations caused by the dispersion of impurities in the channel region.
しかしながら、メタルゲート電極を有するMISFETであっても、メタルゲート電極を構成するグレイン(結晶)の粒径が大きいことに起因して、MISFETのしきい値がばらつく問題がある。このような問題の存在は半導体装置の微細化の大きな障壁となり、これを解決しなければ、将来的に高集積度でかつ低コストな製品を製造することが困難となる。 However, even a MISFET having a metal gate electrode has a problem that the threshold value of the MISFET varies due to the large grain size of the grains (crystals) constituting the metal gate electrode. The existence of such a problem becomes a big barrier for miniaturization of semiconductor devices, and unless this is solved, it will be difficult to manufacture a product with high integration and low cost in the future.
上記のように、グレインの粒径が大きい場合のMISFETの断面図を、比較例として図21に示す。図21に示すN型MISFETQxは、図1に示すN型MISFETQnとほぼ同様の構造を有しているが、N型MISFETQnと異なりN型MISFETQxのメタルゲート電極4x内には炭素(C)が導入されていない。図21ではメタルゲート電極4xを構成するグレインを示しており、また、グレインの結晶の方位(配向)を各グレイン内に矢印で示している。図21に示すように、各グレインの結晶の配向は一定ではない。ここでは、メタルゲート電極4xのグレインの粒径が大きく、例えばグレインの直径または半径がメタルゲート電極4xの膜厚以上の大きさを有している場合、すなわち、メタルゲート電極4x内の一つのグレインの下面と上面とがメタルゲート電極4xの下面と上面とに露出している場合を示している。
As described above, a cross-sectional view of a MISFET in the case where the grain size is large is shown in FIG. 21 as a comparative example. The N-type MISFET Qx shown in FIG. 21 has substantially the same structure as the N-type MISFET Qn shown in FIG. 1. However, unlike the N-type MISFET Qn, carbon (C) is introduced into the
メタルゲート電極4xの仕事関数はグレインの配向性によって異なり、また、ゲート電極の仕事関数のばらつきはMISFETのしきい値のばらつかせる性質を有している。したがって、仕事関数はグレイン毎に異なる値となるため、複数の大きな粒径のグレインにより構成されるメタルゲート電極4xはその内部の一部と他の部分とで仕事関数が異なる状態となる。
The work function of the
これに対し、本実施の形態ではメタルゲート電極4a、4bに炭素を導入しているため、図2に示すように、メタルゲート電極4a、4bのそれぞれを構成するグレインの大きさが小さくなっている。図2は図1と同一の領域を示す断面図であるが、メタルゲート電極4a、4bのそれぞれを構成するグレインの形状を示している。
On the other hand, in this embodiment, since carbon is introduced into the
図2に示すように、本実施の形態のMISFETを構成するメタルゲート電極4a、4b内のグレインの粒径は、比較例である図21のN型MISFETQxを構成するメタルゲート電極4x内のグレインに比べて小さい。つまり、メタルゲート電極4a、4b内のグレインの平均の粒径は、比較例であるメタルゲート電極4x内のグレインの平均の粒径に比べて小さい。このため、図2および図21に示したメタルゲート電極がほぼ同一の膜厚を有している場合、図2に示すメタルゲート電極4a、4bの方が図21に示すメタルゲート電極4xよりもメタルゲート電極内のグレイン数が多くなる。このような違いは、図2のメタルゲート電極4a、4b内に炭素を導入し、熱負荷時などにグレインが大きく成長することを防いでいることにより生じるものである。なお、ここでいうグレインの粒径とは、各グレイン内の二つの端部を結ぶ直線的な距離のうち、最も大きい距離のことを指すものとする。
As shown in FIG. 2, the grain size in the
図2に示す本実施の形態のMISFETであっても、メタルゲート電極4a、4bを構成する複数のグレインはそれぞれ異なった配向性を有しており、グレイン毎に仕事関数が異なる。しかし、ここではグレインの粒径を小さく抑えることによりメタルゲート電極4a内およびメタルゲート電極4b内のグレイン数を増やしているため、グレインの結晶の配向のばらつきがメタルゲート電極内において全体的に平均化される。したがって、メタルゲート電極の一部と、そのメタルゲート電極の他の部分とで仕事関数が異なることを避けることができる。また、半導体装置内に複数形成されるMISFET同士の間でゲート電極の仕事関数が大きく異なることに起因してMISFET同士の間でしきい値電圧がばらつくことを防ぐことができる。
Even in the MISFET of this embodiment shown in FIG. 2, the plurality of grains constituting the
上記のように、本実施の形態の半導体装置では、MISFETのメタルゲート電極内に炭素を導入することで、メタルゲート電極を構成するグレインの粒径を小さくしてメタルゲート電極内のグレイン数を増やしている。これにより、グレインの配向性を平均化しているため、グレインの配向性のばらつきに起因して仕事関数がばらつくことを抑えることができる。これにより、ゲート電極の仕事関数のばらつきの発生によりMISFETのしきい値電圧がばらつくことを防ぐことができるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、MISFETのしきい値のばらつきを抑えることができるので、MISFETの微細化が容易になり、半導体装置の性能を向上させることができる。 As described above, in the semiconductor device of the present embodiment, by introducing carbon into the metal gate electrode of the MISFET, the grain size of the grains constituting the metal gate electrode is reduced and the number of grains in the metal gate electrode is reduced. Increasing. Thereby, since the grain orientation is averaged, it is possible to suppress variation in work function due to variation in grain orientation. As a result, it is possible to prevent the threshold voltage of the MISFET from varying due to the variation in the work function of the gate electrode, so that the reliability of the semiconductor device can be improved. Further, since variations in the threshold value of the MISFET can be suppressed, the MISFET can be easily miniaturized and the performance of the semiconductor device can be improved.
次に、図3〜図11を用いて、本実施の形態の半導体装置を構成するCMISFETの製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the CMISFET that constitutes the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、図3に示すように、主面に表面保護膜(図示しない)を形成した半導体基板Sbに、フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング法、成膜工程、CMP(化学機械研磨:Chemical Mechanical Polishing)法を用いて、浅溝素子分離構造である素子分離領域1を形成する。ここで、半導体基板Sbの主面は、半導体基板Sbの主面に形成された複数の素子分離領域1などにより複数の領域に区切られている。すなわち、半導体基板Sbの主面にはN型MISFET形成領域1Aと、P型MISFET形成領域1Bとがある。
First, as shown in FIG. 3, a photolithography technique, a dry etching method, a film forming process, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method is performed on a semiconductor substrate Sb on which a surface protective film (not shown) is formed on the main surface. Is used to form an
次に、図4に示すように、フォトリソグラフィー技術、イオン注入法を用いて、半導体基板Sb上に形成したレジスト膜の開口部の下部のN型MISFET形成領域1Aの半導体基板Sbの主面に、接合深さが比較的深いPウエル1Pを形成する。同様にして、P型MISFET形成領域1Bの半導体基板Sbの主面に比較的深い接合深さを有するNウエル1Nを形成する。
Next, as shown in FIG. 4, the main surface of the semiconductor substrate Sb in the N-type
Pウエル1Pは、P型の不純物(例えばホウ素(B))を半導体基板Sbの主面にイオン注入して形成する。このとき、レジスト膜をマスクとすることでP型MISFET形成領域1Bの半導体基板Sbの主面にP型の不純物が注入されないようにする。Nウエル1Nは、N型の不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P))を半導体基板Sbの主面にイオン注入して形成する。このとき、レジスト膜をマスクとすることでN型MISFET形成領域1Aの半導体基板Sbの主面にN型の不純物が注入されないようにする。このようにしてPウエル1PとNウエル1Nとの打ち分けを行うが、Pウエル1PおよびNウエル1Nはどちらを先に形成しても構わない。
The
次に、図5に示すように、半導体基板Sbの表面を洗浄した後に、絶縁膜3および金属膜4を順次形成する。絶縁膜3は酸化シリコン膜よりも誘電率が高い、例えばHf(ハフニウム)を含むhigh−k膜(高誘電率膜)である。ここでは、後の工程で形成するN型MISFETおよびP型MISFETのそれぞれのしきい値を目的の値とするために、N型MISFET形成領域1AとP型MISFET形成領域1Bとで絶縁膜3の材質を異なるものとしてもよい。その場合は、例えば絶縁膜3上にN型MISFET形成領域1AとP型MISFET形成領域1Bとで異なる部材からなる膜をそれぞれ配置し、その状態で熱処理を行って絶縁膜3と絶縁膜3上の膜とを反応させる方法が考えられる。
Next, as shown in FIG. 5, after the surface of the semiconductor substrate Sb is cleaned, the insulating
金属膜4は例えば窒化チタン、窒化タングステンまたはニッケルシリサイドからなり、絶縁膜3を形成した後にスパッタリング法などを用いて半導体基板Sbの全面の上部に形成する。ここでは、後のドライエッチング法によるゲート電極のパターニングを容易にするために、金属膜4の膜厚を20〜50nmで形成する。
The
金属膜4を形成した後に、半導体基板Sbの主面の上方から炭素(C)をイオン注入することにより、金属膜4内に炭素(C)を導入する。ここでのイオン注入の加速エネルギーは10〜50keVとし、注入量は1014〜1016cm−2とし、投影飛程が金属膜4内に存在するように設定する。なお、投影飛程とは、注入物が固体表面から侵入した深さである。すなわち、投影飛程はイオン注入を行う対象の上面から、イオン注入を行って注入されたイオンが打ち込まれた深さ方向の距離のことを指す。つまり、金属膜4に炭素を打ち込む上記工程では、金属膜4のみに炭素を注入し、絶縁膜3および半導体基板Sbには炭素が注入されないようにする。
After the
次に、図6に示すように、高濃度でリン(P)が導入されたポリシリコン膜SFを金属膜4上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて形成する。
Next, as shown in FIG. 6, a polysilicon film SF into which phosphorus (P) is introduced at a high concentration is formed on the
次に、図7に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング法を用いてポリシリコン膜SF、金属膜4および絶縁膜3をパターニングすることで、N型MISFET形成領域1Aにポリシリコン膜SFからなるポリシリコンゲート電極5および金属膜4からなるメタルゲート電極4aを含むゲート電極を形成し、絶縁膜3からなるゲート絶縁膜3aを形成する。また、同一のパターニング工程により、P型MISFET形成領域1Bにポリシリコン膜SFからなるポリシリコンゲート電極5および金属膜4からなるメタルゲート電極4bを含むゲート電極を形成し、絶縁膜3からなるゲート絶縁膜3bを形成する。
Next, as shown in FIG. 7, the polysilicon film SF, the
次に、図8に示すように、N型MISFET形成領域1Aを露出するレジスト膜(図示しない)を半導体基板Sb上に形成し、半導体基板Sbの主面に低い濃度でN型の不純物であるヒ素イオンを10keVのエネルギー、1×1015cm−2の注入量で打ち込むことにより、Pウエル1Pよりも接合深さが浅いN−領域であるエクステンション領域6aを形成する。続いて、前記レジスト膜をマスクとしてN型MISFET形成領域1Aの半導体基板Sbの主面にP型の不純物であるボロンイオンを10keVのエネルギー、2×1013cm−2の注入量で打ち込むことにより、エクステンション領域6aとほぼ同じ領域にハロー領域7aを形成する。ハロー領域7aはエクステンション領域6aよりも接合深さが深く、Pウエル1Pよりも接合深さが浅いP型の半導体領域である。
Next, as shown in FIG. 8, a resist film (not shown) that exposes the N-type
同様に、P型MISFET形成領域1Bを露出するレジスト膜(図示しない)を半導体基板Sb上に形成し、半導体基板Sbの主面に低い濃度でP型の不純物であるフッ化ボロンイオンを5keVのエネルギー、1×1015cm−2の注入量で打ち込むことにより、Nウエル1Nよりも接合深さが浅いP−領域であるエクステンション領域6bを形成する。続いて、前記レジスト膜をマスクとしてP型MISFET形成領域1Bの半導体基板Sbの主面にN型の不純物であるヒ素を70keVのエネルギー、2×1013cm−2の注入量で打ち込むか、またはリンイオンを30keVのエネルギー、2×1013cm−2の注入量で打ち込むことにより、エクステンション領域6bとほぼ同じ領域にハロー領域7bを形成する。ハロー領域7bはエクステンション領域6bよりも接合深さが深く、Nウエル1Nよりも接合深さが浅いN型の半導体領域である。
Similarly, a resist film (not shown) that exposes the P-type
ここで、ソース・ドレイン領域であるエクステンション領域6a、6bを形成するイオン注入時、およびハロー領域7a、7bを形成するイオン注入時に、半導体基板Sbの主面に対して入射するイオンビームの角度を傾斜させることで、ゲート電極と、不純物添加層、すなわちエクステンション領域およびハロー領域とのオーバーラップの調整をすることも可能である。また、図4を用いて説明したイオン注入工程と同様に、エクステンション領域6a、6bはどちらを先に形成しても構わない。
Here, the angle of the ion beam incident on the main surface of the semiconductor substrate Sb is set at the time of ion implantation for forming the
次に、図9に示すように、半導体基板Sbの表面を洗浄した後に、成膜とドライエッチング法を用いて、N型MISFET形成領域1A(図8参照)およびP型MISFET形成領域1B(図8参照)のゲート電極のそれぞれの側壁に絶縁膜からなるサイドウォール8を自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 9, after the surface of the semiconductor substrate Sb is cleaned, an N-type
その後、N型MISFET形成領域1Aを露出するレジスト膜(図示しない)を半導体基板Sb上に形成し、半導体基板Sbの主面に高い濃度でN型の不純物であるヒ素イオンを70keVのエネルギー、1×1016cm−2の注入量で打ち込むことにより、Pウエル1Pよりも接合深さが浅く、エクステンション領域6aおよびハロー領域7aよりも接合深さが深いN+領域である拡散層9aを形成する。
Thereafter, a resist film (not shown) that exposes the N-type
同様に、P型MISFET形成領域1Bを露出するレジスト膜(図示しない)を半導体基板Sb上に形成し、半導体基板Sbの主面に高い濃度でP型の不純物であるホウ素イオンを30keVのエネルギー、1×1015cm−2の注入量で打ち込むことにより、Nウエル1Nよりも接合深さが浅く、エクステンション領域6bおよびハロー領域7bよりも接合深さが深いP+領域である拡散層9bを形成する。拡散層9aおよび拡散層9bは、どちらを先に形成しても構わない。
Similarly, a resist film (not shown) that exposes the P-type
これにより、N型MISFET形成領域1A(図8参照)には、Pウエル1P上にゲート絶縁膜3aを介して形成されたメタルゲート電極4aおよびポリシリコンゲート電極5からなるゲート電極と、ソース・ドレイン領域を構成するエクステンション領域6aおよび拡散層9aとを有するN型MISFETQnが形成される。P型MISFET形成領域1B(図8参照)には、Nウエル1N上にゲート絶縁膜3bを介して形成されたメタルゲート電極4bおよびポリシリコンゲート電極5からなるゲート電極と、ソース・ドレイン領域を構成するエクステンション領域6bおよび拡散層9bとを有するP型MISFETQpが形成される。
Thus, in the N-type
その後、エクステンション領域6a、6b、拡散層9aおよび9bなどの不純物拡散層を形成するために導入した不純物を活性化するための熱処理を行う。この熱処理工程では、導入した不純物の拡散を抑制するために、スパイクアニールを1050℃で窒素雰囲気中で実施する。スパイクアニール以外にも、瞬時熱アニール、あるいはフラッシュアニール、炉体を用いたアニールなどを用いることも可能である。図5を用いて説明したようにメタルゲート電極となる金属膜4に炭素(C)を注入しない場合、上記のような熱処理により半導体基板が高温になると、メタルゲート電極を構成するグレインが急速に成長するため、図21に示す比較例のようにメタルゲート電極内のグレインの粒径が大きくなる。これに対し、本実施の形態の半導体装置の製造工程ではメタルゲート電極4a、4bとなる金属膜4(図5参照)に炭素(C)を導入することにより、熱負荷時にメタルゲート電極4a、4bを構成するグレインの成長速度を遅くすることができる。このため、完成後の半導体装置内のメタルゲート電極4a、4bを構成するグレインの粒径を小さくし、より多くのグレインによりメタルゲート電極4a、4bを構成することができる。
Thereafter, heat treatment is performed to activate the impurities introduced to form impurity diffusion layers such as
本発明は半導体基板Sb上に導入する不純物に係るものであるので、この後の工程の詳しい説明は省略するが、上記工程の後は、以下の工程を行うことで図10に示す半導体装置が完成する。すなわち、図9に示す構造を得た後、コンタクトプラグを形成する領域に金属シリサイド領域を形成する。つまり、半導体膜が露出している領域であるポリシリコンゲート電極5の表面および各MISFETのソース・ドレイン領域の表面に例えばニッケル(Ni)などを含むシリサイド層10を形成する。このとき、シリサイド層10を形成するために金属膜と半導体基板Sbのシリコンとを反応させることを目的として高温のアニール(熱処理)を行う。
Since the present invention relates to impurities introduced onto the semiconductor substrate Sb, detailed description of the subsequent steps will be omitted. After the above steps, the semiconductor device shown in FIG. Complete. That is, after obtaining the structure shown in FIG. 9, a metal silicide region is formed in a region where a contact plug is to be formed. That is, the
続いて、半導体基板Sb上シリコン窒化膜および絶縁膜を堆積することにより層間絶縁膜11を形成した後、CMP法などにより層間絶縁膜11の上面を平坦化する。その後、周知の技術を用い、層間絶縁膜11を貫通してポリシリコンゲート電極5および各トランジスタのソース・ドレイン領域に電気的に接続されるコンタクトプラグ12を形成し、層間絶縁膜11上に層間絶縁膜13を形成する。続いて、層間絶縁膜13に配線溝を形成した後、周知のシングルダマシンプロセスを用いて前記配線溝を埋め込む配線14を形成することで、図10に示す半導体装置が完成する。
Subsequently, an
本実施の形態では、ゲート電極内にメタルゲート電極を含むMISFETを有する半導体装置の製造工程において、メタルゲート電極4a、4bのそれぞれに炭素(C)を導入することにより、メタルゲート電極4a、4bの形成後の熱処理工程などによりメタルゲート電極4a、4bを構成するグレイン(結晶)の粒径が大きくなることを防いでいる。これにより、メタルゲート電極4a、4bは炭素が導入されない場合に比べてより小さく、より多いグレインを含むことになる。上述したように、メタルゲート電極を構成するグレインの数が多ければグレインの配向性を均一化することができるため、グレインの配向性に起因した仕事関数のばらつきの発生を抑えることができる。これによりゲート電極の仕事関数のばらつきが抑えられるため、当該ゲート電極を含むMISFETのしきい値電圧(Vth)がばらつくをことを防ぐことが可能となる。
In the present embodiment, in the manufacturing process of a semiconductor device having a MISFET including a metal gate electrode in the gate electrode, carbon (C) is introduced into each of the
このように、本実施の形態ではMISFETを構成するメタルゲート電極に炭素(C)をイオン注入により打ち込むことによりMISFETのしきい値のばらつきを抑えることができるため、当該MISFETを含む半導体製品の歩留まりを向上させることができる。 As described above, in this embodiment, variation in the threshold value of the MISFET can be suppressed by implanting carbon (C) into the metal gate electrode constituting the MISFET by ion implantation. Therefore, the yield of semiconductor products including the MISFET is increased. Can be improved.
また、上記のようにゲート電極の仕事関数のばらつきの発生によりMISFETのしきい値電圧がばらつくことを防ぐことができるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、MISFETのしきい値のばらつきを抑えることができるので、MISFET微細化が容易になり、半導体装置の性能を向上させることができる。 In addition, since the threshold voltage of the MISFET can be prevented from varying due to the variation in work function of the gate electrode as described above, the reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, since variation in the threshold value of the MISFET can be suppressed, the MISFET can be easily miniaturized and the performance of the semiconductor device can be improved.
(実施の形態2)
前記実施の形態では、後の工程でメタルゲート電極となる金属膜全てに炭素を注入する半導体装置について説明した。本実施の形態では図11〜図16を用い、本実施の形態の半導体装置であって、領域によって炭素を注入しないメタルゲート電極を有するMISFETを含む半導体装置を実現する製造プロセスの詳細を説明する。ここでは例としてSRAM(Static Random Access Memory)を構成するMISFETを形成する工程を説明する。
(Embodiment 2)
In the above-described embodiment, the semiconductor device in which carbon is implanted into all the metal films to be the metal gate electrodes in the subsequent process has been described. In this embodiment, details of a manufacturing process for realizing a semiconductor device including the MISFET having a metal gate electrode in which carbon is not implanted depending on a region will be described with reference to FIGS. . Here, as an example, a process of forming a MISFET constituting an SRAM (Static Random Access Memory) will be described.
まず、前記実施の形態1で図3および図4を用いて説明した工程と同様の工程を行うことにより、図11に示す構造を得る。なお、ここでは半導体基板Sb上にN型MISEFT形成領域2A、P型MISFET形成領域2B、N型MISEFT形成領域2CおよびP型MISFET形成領域2Dが存在する。つまり、図11に示すように、半導体基板Sbの主面には複数の素子分離領域1が形成されており、半導体基板Sbの主面は素子分離領域1によりN型MISEFT形成領域2A、P型MISFET形成領域2B、N型MISEFT形成領域2CおよびP型MISFET形成領域2Dに区切られている。N型MISEFT形成領域2AおよびN型MISEFT形成領域2Cの半導体基板Sbの主面にはPウエル1Pが形成されており、P型MISFET形成領域2BおよびP型MISFET形成領域2Dの半導体基板Sbの主面にはNウエル1Nが形成されている。
First, the structure shown in FIG. 11 is obtained by performing the same processes as those described in
ここで、N型MISEFT形成領域2Aは高電圧に対応する入出力回路を構成するN型MISFETを形成する領域であり、P型MISFET形成領域2Bは高電圧に対応する入出力回路を構成するP型MISFETを形成する領域である。また、N型MISEFT形成領域2Cは低耐圧対応のN型MISFETを形成する領域であり、P型MISFET形成領域2Dは低耐圧対応のP型MISFETを形成する領域である。
Here, the N-type
次に、図12に示すように、high−k膜(高誘電率絶縁膜)である絶縁膜23a、23b、23cおよび23dを形成する。この際、後の工程で形成する各MISFETのしきい値を目標に合わせるために、MISFETのN型とP型とで前記high−k膜に異なる材質を用いる。また、高耐圧領域であるN型MISEFT形成領域2AおよびP型MISFET形成領域2Bの絶縁膜23a、23bは高電圧が印加されるゲート絶縁膜となるため、たとえば膜厚を7nm程度に増加させる。絶縁膜23a、23bの膜厚は入力時に対応する電圧により調整する。なお、図12では絶縁膜23a、23b、23cおよび23dのそれぞれの膜厚を同一の大きさで表わしている。続いて、半導体基板Sbの主面上に金属膜24を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, insulating
次に、図13に示すように、フォトリソグラフィー技術により、N型MISEFT形成領域2A、P型MISFET形成領域2Bをレジスト膜PR1で覆い、レジスト膜PR1から露出した低電圧MIS型トランジスタ形成領域であるN型MISEFT形成領域2C、P型MISFET形成領域2Dの金属膜24に、炭素イオンをイオン注入により添加し、金属膜24からなる金属膜24sを形成する。この際、炭素(C)のイオン注入は加速エネルギーを10〜50keVとし、注入量を1014〜1016cm−2とし、投影飛程が金属膜中に存在するように設定する。つまり、レジスト膜PR1から露出している金属膜24内にのみ炭素(C)が打ち込まれるようにし、金属膜24よりも下の構造物には炭素(C)が導入されないようにする。
Next, as shown in FIG. 13, the N-type
次に、図14に示すように、レジスト膜PR1を除去し、高濃度にリンが添加されたポリシリコン膜を堆積した後、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング法を用いてゲートのパターニングを行う。これにより、N型MISEFT形成領域2Aには、前記ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極5と、金属膜24からなるメタルゲート電極24aとを含むゲート電極が形成され、P型MISFET形成領域2Bには、前記ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極5と、金属膜24からなるメタルゲート電極24bとを含むゲート電極が形成される。また、N型MISEFT形成領域2Cには前記ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極5と、金属膜24sからなるメタルゲート電極24cとを含むゲート電極が形成され、P型MISFET形成領域2Dには前記ポリシリコン膜からなるポリシリコンゲート電極5と、金属膜24sからなるメタルゲート電極24dとを含むゲート電極が形成される。メタルゲート電極24a、24b、24cおよび24dは、半導体基板Sb上にそれぞれゲート絶縁膜25a、25b、25cおよび25dを介して形成されている。ゲート絶縁膜25a、25b、25cおよび25dはそれぞれ絶縁膜23a、23b、23cおよび23dからなるhigh−k膜である。なお、N型MISEFT形成領域2A、P型MISFET形成領域2Bのゲート電極高耐圧用MISFETに用いられるゲート電極であるので、N型MISEFT形成領域2C、P型MISFET形成領域2Dのゲート電極よりもゲート長が大きいパターンとする。
Next, as shown in FIG. 14, after removing the resist film PR1 and depositing a polysilicon film to which phosphorus is added at a high concentration, patterning of the gate is performed using a photolithography technique and a dry etching method. Thus, a gate electrode including the
この後の工程は前記実施の形態1で図8〜図10を用いて説明した工程と同様の工程を行うことにより、図15に示す本実施の形態の半導体装置が完成する。すなわち、レジスト膜(図示しない)を用いてN型MISEFT形成領域2A、2C、P型MISFET形成領域2Bおよび2Dのそれぞれの半導体基板Sbの主面に不純物を打ち分けることにより、エクステンション領域およびハロー領域を形成する。つまり、P型MISEFT形成領域2B、2Dにはフッ化ボロンイオンを例えばエネルギー5keV、注入量1×1015cm−2とする条件で注入してP−型のエクステンション領域26bを形成し、ヒ素イオンを例えばエネルギー70keV、注入量2×1013cm−2の条件でイオン注入するか、またはリンイオンをエネルギー30keV、注入量2×1013cm−2の条件でイオン注入してハロー領域27bを形成する。また、同様に、N型MISEFT形成領域2A、2Cにはヒ素イオンを例えばエネルギー10keV、注入量1×1015cm−2とする条件で注入してN−型のエクステンション領域26aを形成し、ホウ素イオンを例えばエネルギー10keV、注入量2×1013cm−2の条件でイオン注入してハロー領域27aを形成する。
Subsequent steps are the same as those described with reference to FIGS. 8 to 10 in the first embodiment, whereby the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 15 is completed. That is, the extension region and the halo region are formed by using a resist film (not shown) to divide impurities into the main surfaces of the semiconductor substrates Sb of the N-type
その後、各ゲート電極の側壁にサイドウォール8を形成した後、レジスト膜(図示しない)を用いてコンタクトのための拡散層29a、29bを形成する。ここでは、N+型の拡散層9aは、ヒ素イオンをエネルギー70keV、注入量1×1015cm−2の条件でイオン注入して形成し、P+型の拡散層9bは、ホウ素イオンをエネルギー30keV、注入量1×1015cm−2の条件でイオン注入して形成する。その後、半導体基板Sbの主面を洗浄した後に、拡散層などに導入した不純物を活性化するための熱処理を行う。これにより、N型MISFET形成領域2AおよびP型MISFET形成領域2Bには、比較的高耐圧なMISFETであるN型MISFETQa、P型MISFETQbがそれぞれ形成され、N型MISFET形成領域2CおよびP型MISFET形成領域2Dには、比較的低耐圧なMISFETであるN型MISFETQc、P型MISFETQdがそれぞれ形成される。続いて、前記実施の形態1と同様にして、シリコン表面が露出している領域にシリサイド層10を形成した後、層間絶縁膜11、コンタクトプラグ12、層間絶縁膜13および配線14を形成する。
Thereafter, sidewalls 8 are formed on the side walls of each gate electrode, and then diffusion layers 29a and 29b for contact are formed using a resist film (not shown). Here, the N + -
上記のようにして形成した本実施の形態のMISFETを含むSRAMの平面図を図16に示す。図16に示すSRAMを含む半導体装置は、主に情報を記憶する機能を有する記憶領域SRと、情報の入出力動作を行う入出力領域IOとを有しており、記憶領域SRには図15に示すN型MISEFT形成領域2C、P型MISFET形成領域2Dの低耐圧MISFETが形成され、入出力領域IOには、図15に示す高耐圧なMISFETであるN型MISEFTQaおよびP型MISFET形成領域Qbが形成されている。
A plan view of the SRAM including the MISFET of the present embodiment formed as described above is shown in FIG. The semiconductor device including the SRAM shown in FIG. 16 has a storage area SR mainly having a function of storing information and an input / output area IO for performing information input / output operation. N-type
本実施の形態の半導体装置の特徴は、特にしきい値のばらつきを抑える必要がある低耐圧のMISFETのメタルゲート電極にのみ炭素(C)を注入し、周辺回路部を構成する高耐圧のMISFETのメタルゲート電極に炭素を注入しないことにある。これにより、低耐圧MISFETについては前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、高耐圧MISFETなどの炭素注入を必要としないMISFETのメタルゲート電極にまで炭素を注入することで高耐圧MISFETの配線抵抗が上昇するなどし、周辺回路部の再設計が必要となることを防ぐことができる。 The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that carbon (C) is injected only into the metal gate electrode of a low-breakdown-voltage MISFET that is particularly required to suppress variations in threshold voltage, and a high-breakdown-voltage MISFET that constitutes the peripheral circuit portion. This is because carbon is not implanted into the metal gate electrode. As a result, the same effect as in the first embodiment can be obtained for the low breakdown voltage MISFET. In addition, by implanting carbon into the metal gate electrode of a MISFET that does not require carbon implantation, such as a high breakdown voltage MISFET, the wiring resistance of the high breakdown voltage MISFET increases, and it is necessary to redesign the peripheral circuit section. Can be prevented.
つまり、例えばゲート長、ゲート幅を最小の設計ルールで形成したMIS型トランジスタを用いるSRAMでは、メタルゲート電極に炭素を注入することにより、情報の書込み、読出しのマージンが設計基準よりも向上し、製品不良の発生率を大幅に低減することができる。また、前記炭素注入工程では、入出力領域IOなどの周辺回路部のメタルゲート電極形成領域をレジスト膜により覆って不純物(炭素)導入を抑制する。 In other words, for example, in an SRAM using an MIS transistor formed with a minimum gate length and gate width design rule, the information write and read margins are improved from the design standard by injecting carbon into the metal gate electrode. The occurrence rate of product defects can be greatly reduced. In the carbon implantation step, the metal gate electrode formation region of the peripheral circuit portion such as the input / output region IO is covered with a resist film to suppress the introduction of impurities (carbon).
このとき、炭素が導入された金属膜24s(図13参照)からなるメタルゲート電極24c、24d(図15参照)を構成する複数のグレインの平均の粒径は、炭素が導入されなかった金属膜24(図13参照)からなるメタルゲート電極24a、24b(図15参照)を構成する複数のグレインの平均の粒径よりも小さくなる。つまり、周辺回路部のメタルゲート電極はメモリセル部に比べて大きなグレインを有することになるが、配線抵抗の上昇を抑制することができる。したがって、周辺回路部の再設計は不要となり、メモリセル部のみの再設計で済むため、短期間でマージン性不良率が少ないSOC製品の提供が可能となる。
At this time, the average grain size of the plurality of grains constituting the
(実施の形態3)
本実施の形態では、図17〜図18を用いて本発明の実施の形態2を実現する半導体装置の製造プロセスの詳細を説明する。ここでは、前記実施の形態2とほぼ同様の製造工程を説明するが、本実施の形態と前記実施の形態2とでは異なる領域の対象のメタルゲート電極に炭素を注入する。ここでは、本実施の形態の半導体装置としてSOCを形成するものとして説明をする。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, details of a manufacturing process of a semiconductor device that realizes the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a manufacturing process substantially similar to that of the second embodiment will be described, but carbon is implanted into a target metal gate electrode in a different region between the present embodiment and the second embodiment. Here, description will be made assuming that an SOC is formed as the semiconductor device of the present embodiment.
まず、前記実施の形態2で図11、図12を用いて説明した工程と同様の工程を行う。ただし、半導体基板Sbの主面には、図17に示すようにN型MISEFT形成領域3A、P型MISFET形成領域3B、N型MISEFT形成領域3CおよびP型MISFET形成領域3Dが存在する。N型MISEFT形成領域3AおよびN型MISEFT形成領域3Cの半導体基板Sbの主面にはPウエル1Pが形成されており、P型MISFET形成領域3BおよびP型MISFET形成領域3Dの半導体基板Sbの主面にはNウエル1Nが形成されている。また、N型MISEFT形成領域3A、P型MISFET形成領域3B、N型MISEFT形成領域3CおよびP型MISFET形成領域3Dの半導体基板Sbの主面にはそれぞれhigh−k膜(高誘電率絶縁膜)である絶縁膜23a、23b、23cおよび23dが形成されている。絶縁膜23a、23b、23cおよび23d上には、金属膜24が形成されている。
First, steps similar to those described in the second embodiment with reference to FIGS. 11 and 12 are performed. However, as shown in FIG. 17, an N-type
ここで、N型MISEFT形成領域3Aは高電圧N型MISFETを形成する領域であり、P型MISFET形成領域2Bは高電圧P型MISFETを形成する領域である。また、N型MISEFT形成領域2Cは低耐圧対応のN型MISFETを形成する領域であり、P型MISFET形成領域2Dは低耐圧対応のP型MISFETを形成する領域である。
Here, the N-type
次に、図17に示すように、フォトリソグラフィー技術により、P型MISFET形成領域3B、3Dをレジスト膜PR2で覆い、レジスト膜PR2から露出したN型MISEFT形成領域3A、3Dの金属膜24に、炭素イオンをイオン注入により添加し、金属膜24からなる金属膜34sを形成する。この際、炭素(C)のイオン注入は加速エネルギーを10〜50keVとし、注入量を1014〜1016cm−2とし、投影飛程が金属膜中に存在するように設定する。つまり、金属膜24内にのみ炭素(C)が打ち込まれるようにし、金属膜24よりも下の構造物には炭素(C)が導入されないようにする。本実施の形態の半導体装置は、上記のように後の工程により形成されるN型のMISFETを構成する金属膜のみに炭素を注入していることが特徴となっている。なお、ここではN型MISFETのメタルゲート電極にのみ炭素を注入する方法について説明するが、逆にP型のMISFETのメタルゲート電極にのみ炭素を注入しても構わない。
Next, as shown in FIG. 17, the P-type
次に、図18に示すように、レジスト膜PR2を除去した後は、図14〜図15を用いて説明した工程を行うことにより、本実施の形態の半導体装置が完成する。つまり、金属膜24、34s上にポリシリコン膜を形成し、パターニングを行ってゲート電極を形成する。このとき、N型MISEFT形成領域3Aには絶縁膜23aからなるゲート絶縁膜25a上に金属膜34sからなるメタルゲート電極34aが形成され、P型MISFET形成領域3Bには絶縁膜23bからなるゲート絶縁膜25b上に金属膜24からなるメタルゲート電極34bが形成される。また、N型MISEFT形成領域3Cには絶縁膜23cからなるゲート絶縁膜25c上に金属膜34sからなるメタルゲート電極34cが形成され、P型MISFET形成領域3Dには絶縁膜23dからなるゲート絶縁膜25d上に金属膜24からなるメタルゲート電極34dが形成される。
Next, as shown in FIG. 18, after removing the resist film PR2, the steps described with reference to FIGS. 14 to 15 are performed to complete the semiconductor device of the present embodiment. That is, a polysilicon film is formed on the
その後、各MISFET形成領域のエクステンション領域、ハロー領域、サイドウォール、拡散層、シリサイド層、層間絶縁膜、コンタクトプラグおよび配線などを形成することにより、図18に示す本実施の形態の半導体装置が完成する。 Thereafter, an extension region, a halo region, a sidewall, a diffusion layer, a silicide layer, an interlayer insulating film, a contact plug, a wiring, and the like of each MISFET formation region are formed, thereby completing the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. To do.
本実施の形態の半導体装置の特徴は、炭素(C)をメタルゲート電極に導入しない場合に特にしきい値のばらつきが大きくなってしまうMISFETのメタルゲート電極のみに不純物(炭素)添加を実施し、グレインサイズの拡大を抑制することで、メタルゲートにおけるグレインの配向性による仕事関数ばらつきを押さえ、MISFETのしきい値ばらつきを小さくすることを可能としている。 The feature of the semiconductor device of this embodiment is that an impurity (carbon) is added only to the metal gate electrode of the MISFET, in which the variation in threshold value is particularly large when carbon (C) is not introduced into the metal gate electrode. By suppressing the increase in grain size, it is possible to suppress the work function variation due to the grain orientation in the metal gate and to reduce the threshold variation of the MISFET.
さらに、周辺回路部や炭素注入による対策が不要なメタルゲート電極には炭素注入工程においてレジスト膜などによりマスクをすることで、不純物導入を防ぐ。その結果、炭素(C)を導入しなかったメタルゲート電極を有するMISFETでは、配線抵抗の上昇を抑制することができる。したがって、周辺回路部の再設計は不要となり、短期間でマージン性不良率の少ないSOC製品の提供が可能となる。つまり、例えば図18に示すP型MISFET形成領域3D(図17参照)のゲート電極がMISFETの一部として機能するゲート電極ではなく、他のMISFETのゲート電極などに特定の電位を供給するための配線として機能する導体部である場合、MISFETとして機能しないゲート配線にまでしきい値ばらつきを防ぐ目的で炭素(C)を導入する必要はない。したがって、メタルゲート電極を含む当該ゲート配線に炭素(C)が打ち込まれることを防ぐことで、ゲート配線の配線抵抗が上昇することを防ぐことができる。
Further, impurities are prevented from being introduced by masking the peripheral circuit portion and the metal gate electrode that does not require countermeasures by carbon implantation with a resist film or the like in the carbon implantation process. As a result, in the MISFET having a metal gate electrode into which carbon (C) is not introduced, an increase in wiring resistance can be suppressed. Therefore, it is not necessary to redesign the peripheral circuit portion, and it is possible to provide an SOC product with a low margin defect rate in a short period of time. That is, for example, the gate electrode of the P-type
このように、全てのメタルゲート電極に炭素(C)を導入するのではなく、そのゲート電極の特性および役割などに応じて炭素(C)を打ち分けることにより、配線抵抗の上昇を防ぐことができる。また、同様に炭素(C)の打ち分けを行うことにより、周辺回路部の再設計の手間を省くことができるため、半導体装置の製造コストの増大を防ぐことが可能となる。 Thus, carbon (C) is not introduced into all metal gate electrodes, but carbon (C) is classified according to the characteristics and roles of the gate electrodes, thereby preventing an increase in wiring resistance. it can. Similarly, by performing carbon (C) separation, it is possible to save the trouble of redesigning the peripheral circuit portion, and thus it is possible to prevent an increase in manufacturing cost of the semiconductor device.
(実施の形態4)
本実施の形態の半導体装置では、前記実施の形態1の半導体装置とほぼ同様の構造を有し、MISFETのしきい値のばらつき低減を目的としてメタルゲート電極に導入する不純物を炭素以外の物質とする半導体装置について説明する。
(Embodiment 4)
The semiconductor device according to the present embodiment has substantially the same structure as that of the semiconductor device according to the first embodiment, and impurities introduced into the metal gate electrode for the purpose of reducing the variation in threshold value of the MISFET are made of substances other than carbon. A semiconductor device will be described.
本実施の形態の半導体装置の製造工程では、まず前記実施の形態1において図4を用いて説明した工程を行う。 In the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment, the process described with reference to FIG. 4 in the first embodiment is first performed.
次に、図19に示すように、図5を用いて説明した工程と同様にして半導体基板Sb上に絶縁膜3および金属膜4uを順次形成する。続いて、金属膜4uに不純物をイオン注入するが、ここで前記実施の形態1〜3と異なり、金属膜4uを構成するグレインの成長を抑えるための不純物としてハロゲン元素であるフッ素(F)、塩素(Cl)または不活性元素である窒素(N)をイオン注入する。このとき、注入するイオンにより、加速エネルギーを10〜100keVの範囲で調整し、イオン注入した元素が絶縁膜3内および半導体基板Sb内に漏れないようにすることが重要となる。また、前記不純物の添加量は、約1×1015cm−2程度とする。
Next, as shown in FIG. 19, the insulating
その後の工程は、前記実施の形態1で図6〜図10を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、図20に示す半導体装置が完成する。図20に示す半導体装置は図10に示した半導体装置とほぼ同一の構造を有しているが、メタルゲート電極に導入された不純物種が前記実施の形態1と異なる。N型MISFET形成領域1AおよびP型MISFET形成領域1Bの金属膜4u(図19参照)はパターニングされてそれぞれメタルゲート電極4p、4qとなっている。
The subsequent steps are the same as those described in
本実施の形態の半導体装置では、MISFETのメタルゲート電極のグレインサイズの拡大を抑制することが可能となり、その結果、メタルゲート電極におけるグレインの配向性による仕事関数ばらつきを押さえ、MISFETのしきい値ばらつきを小さくことができ、前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。このように、MISFETのしきい値ばらつきを抑えるためにメタルゲート電極に注入する元素は炭素(C)以外にフッ素(F)、塩素(Cl)または窒素(N)であってもよい。 In the semiconductor device of the present embodiment, it is possible to suppress an increase in the grain size of the metal gate electrode of the MISFET. As a result, the work function variation due to the grain orientation in the metal gate electrode can be suppressed, and the threshold value of the MISFET can be suppressed. The variation can be reduced, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. Thus, in order to suppress the threshold variation of the MISFET, the element implanted into the metal gate electrode may be fluorine (F), chlorine (Cl), or nitrogen (N) in addition to carbon (C).
以上、本発明者らによってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、前記実施の形態4ではメタルゲート電極にフッ素(F)、塩素(Cl)または窒素(N)を導入することで本発明の効果を得ているが、実施の形態2または実施の形態3で説明した半導体装置であってもメタルゲート電極にフッ素(F)、塩素(Cl)または窒素(N)を導入することで、実施の形態2または実施の形態3と同様の効果を得ることができる。
For example, in the fourth embodiment, the effect of the present invention is obtained by introducing fluorine (F), chlorine (Cl), or nitrogen (N) into the metal gate electrode, but the second embodiment or the third embodiment. Even in the semiconductor device described in the above, by introducing fluorine (F), chlorine (Cl), or nitrogen (N) into the metal gate electrode, the same effects as those in
本発明は、メタルゲート電極を有するMISFETを含む半導体装置の製造技術に適用して有効である。 The present invention is effective when applied to a manufacturing technique of a semiconductor device including a MISFET having a metal gate electrode.
1 素子分離領域
1A、2A、2C、3A、3CA N型MISFET形成領域
1B、2B、2D、3B、3D P型MISFET形成領域
1N Nウエル
1P Pウエル
2a、2b チャネル領域
3 絶縁膜
3a、3b ゲート絶縁膜
4、4u 金属膜
4a、4b、4p、4q、4x メタルゲート電極
5 ポリシリコンゲート電極
6a、6b エクステンション領域
7a、7b ハロー領域
8 サイドウォール
9a、9b、29a、29b 拡散層
10 シリサイド層
11、13 層間絶縁膜
12 コンタクトプラグ
14 配線
23a〜23d 絶縁膜
24、24s、34s 金属膜
24a〜24d、34a〜34d メタルゲート電極
25a〜25d ゲート絶縁膜
26a、26b エクステンション領域
27a、27b ハロー領域
IO 入出力領域
PR1、PR2 レジスト膜
Qa、Qc、Qn、Qx N型MISFET
Qb、Qd、Qp P型MISFET
SF ポリシリコン膜
SR 記憶領域
Sb 半導体基板
1
Qb, Qd, Qp P-type MISFET
SF Polysilicon film SR Storage area Sb Semiconductor substrate
Claims (20)
前記第1金属ゲート電極の直下の前記半導体基板の主面に形成された第1導電型の第1チャネル領域と、
前記半導体基板の主面に前記第1チャネル領域を挟むように形成された前記第1導電型と異なる第2導電型の第1ソース・ドレイン領域と、
を有する第1電荷効果トランジスタを含むことを特徴とする半導体装置。 A first metal gate electrode containing carbon formed on a semiconductor substrate via a first gate insulating film;
A first channel region of a first conductivity type formed on the main surface of the semiconductor substrate immediately below the first metal gate electrode;
A first source / drain region of a second conductivity type different from the first conductivity type formed so as to sandwich the first channel region on the main surface of the semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising: a first charge-effect transistor having:
前記第2金属ゲート電極の直下の前記半導体基板の主面に形成された第2チャネル領域と、
前記半導体基板の主面に前記第2チャネル領域を挟むように形成された第2ソース・ドレイン領域と、
を有する第2電界効果トランジスタを含み、
前記第1金属ゲート電極および前記第2金属ゲート電極のうち、炭素が導入されているのは前記第1金属ゲート電極のみであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 A second metal gate electrode formed on the semiconductor substrate via a second gate insulating film;
A second channel region formed in the main surface of the semiconductor substrate immediately below the second metal gate electrode;
A second source / drain region formed so as to sandwich the second channel region on the main surface of the semiconductor substrate;
A second field effect transistor having
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein, of the first metal gate electrode and the second metal gate electrode, only the first metal gate electrode is introduced with carbon.
前記第1金属ゲート電極の直下の前記半導体基板の主面に形成された第1導電型の第1チャネル領域と、
前記半導体基板の主面に前記第1チャネル領域を挟むように形成された前記第1導電型と異なる第2導電型の第1ソース・ドレイン領域と、
を有する第1電荷効果トランジスタを含むことを特徴とする半導体装置。 A first metal gate electrode containing a halogen element formed on a semiconductor substrate via a first gate insulating film;
A first channel region of a first conductivity type formed on the main surface of the semiconductor substrate immediately below the first metal gate electrode;
A first source / drain region of a second conductivity type different from the first conductivity type formed so as to sandwich the first channel region on the main surface of the semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising: a first charge-effect transistor having:
前記第1金属ゲート電極の直下の前記半導体基板の主面に形成された第1導電型の第1チャネル領域と、
前記半導体基板の主面に前記第1チャネル領域を挟むように形成された前記第1導電型と異なる第2導電型の第1ソース・ドレイン領域と、
を有する第1電荷効果トランジスタを含むことを特徴とする半導体装置。 A first metal gate electrode including an inert element formed on a semiconductor substrate via a first gate insulating film;
A first channel region of a first conductivity type formed on the main surface of the semiconductor substrate immediately below the first metal gate electrode;
A first source / drain region of a second conductivity type different from the first conductivity type formed so as to sandwich the first channel region on the main surface of the semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising: a first charge-effect transistor having:
(a)前記半導体基板の主面の前記第1領域に前記第1導電型を有する不純物を注入して前記チャネル領域を形成する工程と、
(b)前記半導体基板上に絶縁膜および金属膜を順次積層する工程と、
(c)前記金属膜に炭素を導入する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記金属膜を加工して前記金属ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記半導体基板の主面に前記第2導電型の不純物を注入して前記チャネル領域を挟むように前記ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor device including a metal gate electrode formed in a first region on a semiconductor substrate, a channel region having a first conductivity type, and a field effect transistor having a source / drain region having a second conductivity type different from the first conductivity type A manufacturing method of
(A) forming the channel region by implanting an impurity having the first conductivity type into the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
(B) sequentially stacking an insulating film and a metal film on the semiconductor substrate;
(C) introducing carbon into the metal film;
(D) After the step (c), processing the metal film to form the metal gate electrode;
(E) implanting the second conductivity type impurity into the main surface of the semiconductor substrate to form the source / drain regions so as to sandwich the channel region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(c)工程では前記マスク上から炭素を前記金属膜に打ち込むことにより、前記マスクから露出する前記金属膜の一部のみに炭素を注入することを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。 (C1) before the step (c), further comprising a step of covering the upper surface of the metal film in a second region different from the first region with a mask,
13. The semiconductor device according to claim 12, wherein in the step (c), carbon is implanted into only part of the metal film exposed from the mask by implanting carbon into the metal film from above the mask. Production method.
(a)前記半導体基板の主面の前記第1領域に前記第1導電型を有する不純物を注入して前記チャネル領域を形成する工程と、
(b)前記半導体基板上に絶縁膜および金属膜を順次積層する工程と、
(c)前記金属膜にハロゲン元素を導入する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記金属膜を加工して前記金属ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記半導体基板の主面に前記第2導電型の不純物を注入して前記チャネル領域を挟むように前記ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor device including a metal gate electrode formed in a first region on a semiconductor substrate, a channel region having a first conductivity type, and a field effect transistor having a source / drain region having a second conductivity type different from the first conductivity type A manufacturing method of
(A) forming the channel region by implanting an impurity having the first conductivity type into the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
(B) sequentially stacking an insulating film and a metal film on the semiconductor substrate;
(C) introducing a halogen element into the metal film;
(D) After the step (c), processing the metal film to form the metal gate electrode;
(E) implanting the second conductivity type impurity into the main surface of the semiconductor substrate to form the source / drain regions so as to sandwich the channel region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(c)工程では、イオン注入法を用いて前記金属膜に前記ハロゲン元素を注入することを特徴とする請求項17記載の半導体装置の製造方法。 The halogen element is fluorine or chlorine;
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein in the step (c), the halogen element is implanted into the metal film by using an ion implantation method.
(a)前記半導体基板の主面の前記第1領域に前記第1導電型を有する不純物を注入して前記チャネル領域を形成する工程と、
(b)前記半導体基板上に絶縁膜および金属膜を順次積層する工程と、
(c)前記金属膜に不活性元素を導入する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記金属膜を加工して前記金属ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記半導体基板の主面に前記第2導電型の不純物を注入して前記チャネル領域を挟むように前記ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor device including a metal gate electrode formed in a first region on a semiconductor substrate, a channel region having a first conductivity type, and a field effect transistor having a source / drain region having a second conductivity type different from the first conductivity type A manufacturing method of
(A) forming the channel region by implanting an impurity having the first conductivity type into the first region of the main surface of the semiconductor substrate;
(B) sequentially stacking an insulating film and a metal film on the semiconductor substrate;
(C) introducing an inert element into the metal film;
(D) After the step (c), processing the metal film to form the metal gate electrode;
(E) implanting the second conductivity type impurity into the main surface of the semiconductor substrate to form the source / drain regions so as to sandwich the channel region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(c)工程では、イオン注入法を用いて前記金属膜に前記不活性元素を注入することを特徴とする請求項19記載の半導体装置の製造方法。 The inert element is nitrogen;
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein in the step (c), the inert element is implanted into the metal film by using an ion implantation method.
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