JP2016006909A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the performance of a semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device has a gate electrode GE formed through a gate insulation film GI on a substrate; and a semiconductor layer EP1 for a source and drain formed on the substrate. A top surface of the semiconductor layer EP1 is at a position higher than a top surface of the substrate just below the gate electrode GE. An edge of the gate electrode GE in a gate length direction is positioned on the semiconductor layer EP1.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、例えば、MISFETを備えた半導体装置およびその製造方法に好適に利用できるものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and can be suitably used for, for example, a semiconductor device including a MISFET and a manufacturing method thereof.

基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、基板にソース・ドレイン領域を形成することにより、MISFETが形成される。   A MISFET is formed by forming a gate electrode on a substrate via a gate insulating film and forming source / drain regions on the substrate.

また、基板上にソース・ドレイン用のエピタキシャル層を成長させてMISFETを形成する技術がある。   There is also a technique for forming a MISFET by growing an epitaxial layer for source / drain on a substrate.

特開2000―277745号公報(特許文献1)には、SOI基板を用いたダブルゲートMOSFETに関する技術が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-277745 (Patent Document 1) discloses a technique related to a double gate MOSFET using an SOI substrate.

特開2007−165665号公報(特許文献2)には、Si基板にpチャネル型MISFETが形成されている。そして、pチャネル型MISFETのソース及びドレインとなる領域に溝を形成し、その溝内にSiGe層をエピタキシャル成長法によって埋め込む技術が開示されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-165665 (Patent Document 2), a p-channel MISFET is formed on a Si substrate. A technique is disclosed in which grooves are formed in regions serving as the source and drain of a p-channel MISFET, and a SiGe layer is embedded in the grooves by an epitaxial growth method.

特開2000―277745号公報JP 2000-277745 A 特開2007−165665号公報JP 2007-165665 A

基板上にソース・ドレイン用の半導体層を形成する際に、例えばエピタキシャル成長法等を用いてMISFETを形成した半導体装置についても、できるだけ性能を向上させることが望まれる。または、半導体装置の信頼性を向上させることが望まれる。若しくはその両方を実現することが望まれる。   When forming a semiconductor layer for source / drain on a substrate, it is desired to improve the performance as much as possible for a semiconductor device in which a MISFET is formed by using, for example, an epitaxial growth method or the like. Alternatively, it is desired to improve the reliability of the semiconductor device. Alternatively, it is desirable to realize both.

その他の課題と新規な特徴は、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。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

一実施の形態によれば、半導体装置は、基板上にソース・ドレイン用の半導体層が形成され、ゲート電極におけるゲート長方向の端部が前記半導体層上に乗り上げているものである。   According to one embodiment, a semiconductor device has a source / drain semiconductor layer formed on a substrate, and an end of the gate electrode in the gate length direction runs over the semiconductor layer.

また、一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、基板上にダミーゲートを形成してから、前記基板上にソース・ドレイン形成用の半導体層を、例えばエピタキシャル法によって形成し、その後、前記ダミーゲートの側壁上に側壁膜を形成する。それから、前記ダミーゲートを覆うように前記基板上に絶縁膜を形成してから、前記ダミーゲートの上面を露出させる。そして、前記ダミーゲートおよび前記側壁膜を除去して形成した溝内にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成するものである。   According to one embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device includes forming a dummy gate on a substrate, and then forming a semiconductor layer for forming a source / drain on the substrate by, for example, an epitaxial method. A sidewall film is formed on the sidewall of the dummy gate. Then, an insulating film is formed on the substrate so as to cover the dummy gate, and then the upper surface of the dummy gate is exposed. Then, a gate electrode is formed through a gate insulating film in a groove formed by removing the dummy gate and the side wall film.

一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。または、半導体装置の信頼性を向上させることができる。若しくはその両方を実現することができる。   According to one embodiment, the performance of a semiconductor device can be improved. Alternatively, the reliability of the semiconductor device can be improved. Alternatively, both can be realized.

実施の形態1の半導体装置の要部断面図である。2 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of First Embodiment; FIG. 実施の形態1の半導体装置の要部断面図である。2 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of First Embodiment; FIG. 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。FIG. 6 is a process flow diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device of First Embodiment; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。FIG. 6 is a process flow diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device of First Embodiment; 実施の形態1の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device of First Embodiment during a manufacturing step thereof; FIG. 図5に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 5; FIG. 図6に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 7 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 9 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 10 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 11 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 12; 図13に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 14 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 13; 図14に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 15 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 14; 図15に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 16 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 15; 図16に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 17 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 16; 図17に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 17; 図18に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 19 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 18; 図19に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 20 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 19; 図19に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 20 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 19; 図21に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 22 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 21; 図22に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 23 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 22; 図20および図23に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 24 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 20 and FIG. 23; 図24に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 24; 図25に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 26 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 25; 図26に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 27 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 26; 図27に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 28 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 27; 図28に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 29 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 28; 第1検討例の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of a 1st examination example. 第1検討例の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of a 1st examination example. 第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device of a 2nd examination example. 図32に続く第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 33 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device of the second examination example following FIG. 32 during the manufacturing step; 第2検討例の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of the 2nd examination example. 第2検討例の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of the 2nd examination example. 実施の形態1の変形例の半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of the modification example of the first embodiment. 実施の形態1の変形例の半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of the modification example of the first embodiment. 実施の形態1の変形例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of the modification example of the first embodiment during the manufacturing process; 実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device of Second Embodiment during a manufacturing step thereof. 図39に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 40 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 39; 図40に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 41 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 40; 図41に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 42 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 41; 図42に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 43 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 42; 図43に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 44 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 43; 図44に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 45 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 44; 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。FIG. 10 is a process flow diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device of Third Embodiment. 実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。FIG. 10 is a process flow diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device of Third Embodiment. 実施の形態3の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device of Third Embodiment during a manufacturing step thereof. 図48に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 49 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 48; 図49に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 50 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 49; 図50に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 51 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 50; 図51に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 52 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 51; 図52に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 53 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 52; 図53に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 54 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 53; 図54に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 55 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 54; 図55に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 56 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 55; 図56に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 57 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 56; 図56に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 57 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 56; 図58に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 59 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 58; 図59に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 60 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 59; 図57および図60に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 61 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIGS. 57 and 60; 図61に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 62 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 61; 図62に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 63 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 62; 実施の形態3の半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of Embodiment 3; 実施の形態3の半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of Embodiment 3; 実施の形態4の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。FIG. 10 is a process flow diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device of Embodiment 4; 実施の形態4の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。FIG. 10 is a process flow diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device of Embodiment 4; 実施の形態4の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 24 is an essential part cross-sectional view during a manufacturing step of the semiconductor device of the fourth embodiment. 図68に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 69 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 68; 図69に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 70 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 69; 図70に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 71 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 70; 図71に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 72 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 71; 図72に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 73 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 72; 図73に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 74 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 73; 図74に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 75 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 74; 図75に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 76 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 75; 図76に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 77 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 76; 図76に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 77 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 76; 図78に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 79 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 78; 図79に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 80 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 79; 図77および図80に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 81 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIGS. 77 and 80; 図81に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 82 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 81; 図82に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 83 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 82; 実施の形態4の半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view of the semiconductor device of Embodiment 4;

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、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 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.

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

(実施の形態1)
<半導体装置の構造について>
図1および図2は、本実施の形態1の半導体装置の要部断面図である。また、図1と図2とは、同じ領域の断面図である。但し、図1では、半導体層SM1と半導体層EP1とがそれぞれどの領域であるかが分かりやすいように、半導体層EP1全体をドットのハッチングで示し、半導体層SM1全体を細線の斜線のハッチングで示しており、n型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDの形成領域についての図示はしていない。また、図2では、n型半導体領域EXとn型半導体領域SDとがそれぞれどの領域であるかが分かりやすいように、n型半導体領域EX全体に同じハッチングを付し、n型半導体領域SD全体に他の同じハッチングを付してある。従って、図1と図2とを合わせて見れば、半導体層SM1および半導体層EP1の構成と、半導体層SM1および半導体層EP1におけるn型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDの形成領域とを、理解しやすい。なお、図1および図2において、後述の絶縁膜IL3および配線M1とそれよりも上層の構造については、図示を省略している。
(Embodiment 1)
<Structure of semiconductor device>
1 and 2 are cross-sectional views of main parts of the semiconductor device according to the first embodiment. 1 and 2 are cross-sectional views of the same region. However, in FIG. 1, the entire semiconductor layer EP1 is indicated by hatching of dots and the entire semiconductor layer SM1 is indicated by hatching of thin lines so that it can be easily understood which region the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP1 are. The n type semiconductor region EX and the formation region of the n + type semiconductor region SD are not shown. Further, in FIG. 2, n - -type semiconductor region EX and the n + -type semiconductor region and are so easy to understand whether any respective region SD, n - given the same hatching in the entire -type semiconductor regions EX, n + -type The same hatching is given to the entire semiconductor region SD. Therefore, when FIG. 1 and FIG. 2 are taken together, the configuration of the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP1, and the formation region of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD in the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP1 Easy to understand. In FIGS. 1 and 2, the illustration of an insulating film IL3 and wiring M1, which will be described later, and the upper layer structure thereof are omitted.

本実施の形態1および以下の実施の形態2〜4の半導体装置は、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を備えた半導体装置である。   The semiconductor device according to the first embodiment and the following second to fourth embodiments is a semiconductor device including a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor).

図1および図2に示される本実施の形態1の半導体装置は、SOI(SOI:Silicon On Insulator)基板SUBを用いた半導体装置である。   The semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a semiconductor device using an SOI (SOI: Silicon On Insulator) substrate SUB.

SOI基板SUBは、単結晶シリコンなどからなる基板(半導体基板、支持基板)SUB1と、基板SUB1の主面上に形成された酸化シリコンなどからなる絶縁層(埋め込み絶縁膜、埋め込み酸化膜、BOX(Buried Oxide)層)BOX1と、絶縁層BOX1の上面上に形成された単結晶シリコンからなる半導体層(SOI層)SM1とを有している。基板SUB1は、絶縁層BOX1とそれよりも上の構造とを支持する支持基板である。これら基板SUB1、絶縁層BOX1および半導体層SM1により、SOI基板SUBが形成されている。SOI基板SUBの主面には、MISFETが形成されている。ここでは、MISFETがnチャネル型のMISFETの場合について説明する。   The SOI substrate SUB includes a substrate (semiconductor substrate, support substrate) SUB1 made of single crystal silicon or the like, and an insulating layer (buried insulating film, buried oxide film, BOX (BOX) (formed on the main surface of the substrate SUB1). (Bried Oxide) layer) BOX1 and a semiconductor layer (SOI layer) SM1 made of single crystal silicon formed on the upper surface of the insulating layer BOX1. The substrate SUB1 is a support substrate that supports the insulating layer BOX1 and the structure above it. The SOI substrate SUB is formed by the substrate SUB1, the insulating layer BOX1, and the semiconductor layer SM1. A MISFET is formed on the main surface of the SOI substrate SUB. Here, a case where the MISFET is an n-channel MISFET will be described.

半導体層SM1上に、ゲート絶縁膜GIを介して、ゲート電極GEが形成されている。   A gate electrode GE is formed on the semiconductor layer SM1 via the gate insulating film GI.

ゲート電極GEは、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化タングステン(WN)、炭化チタン(TiC)、炭化タンタル(TaC)、炭化タングステン(WC)または窒化炭化タンタル(TaCN)などの金属材料を用いたメタルゲート電極(金属ゲート電極)とされている。なお、ここで言う金属とは、金属伝導を示す導電体を言い、単体の金属(純金属)や合金だけでなく、金属伝導を示す金属化合物(窒化金属や炭化金属など)も含むものとする。ゲート電極GEをメタルゲート電極とすることで、ゲート電極GEの空乏化現象を抑制し、寄生容量をなくすことができるという利点を得られる。また、MISFET素子の小型化(ゲート絶縁膜の薄膜化)も可能になるという利点も得られる。   The gate electrode GE is made of a metal such as titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), tungsten nitride (WN), titanium carbide (TiC), tantalum carbide (TaC), tungsten carbide (WC), or tantalum nitride carbide (TaCN). A metal gate electrode (metal gate electrode) using a material is used. In addition, the metal said here means the conductor which shows metal conduction, and contains not only a single metal (pure metal) and an alloy but the metal compound (metal nitride, metal carbide, etc.) which shows metal conduction. By using the gate electrode GE as a metal gate electrode, the depletion phenomenon of the gate electrode GE can be suppressed and the parasitic capacitance can be eliminated. Further, there is an advantage that the MISFET element can be miniaturized (the gate insulating film can be thinned).

ゲート電極GEとしては、メタルゲート電極が好ましいが、他の形態として、下層に上記金属材料(金属膜)を形成し、上層にポリシリコン膜(ドープトポリシリコン膜)を用いた積層型のゲート電極とすることもできる。   As the gate electrode GE, a metal gate electrode is preferable, but as another form, a stacked gate in which the metal material (metal film) is formed in a lower layer and a polysilicon film (doped polysilicon film) is used as an upper layer. It can also be an electrode.

また、メタルゲート電極(ゲート電極GE)の他の形態として、異なる金属膜を複数積層させた構造としても良い。   As another form of the metal gate electrode (gate electrode GE), a structure in which a plurality of different metal films are stacked may be employed.

また、ゲート絶縁膜GIとしては、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜または酸化ランタン膜などの金属酸化物膜を用いることができ、また、これらの金属酸化物膜は、窒素(N)またはケイ素(Si)の一方または両方を含有することもできる。この場合、ゲート絶縁膜GIは、窒化シリコン膜よりも高い誘電率(比誘電率)を有する高誘電率膜(いわゆるHigh−k膜)である。ゲート絶縁膜GIに高誘電率膜を用いた場合は、酸化シリコン膜を用いた場合に比べて、ゲート絶縁膜GIの物理的膜厚を増加させることができるため、リーク電流を低減できるという利点を得られる。   In addition, as the gate insulating film GI, a metal oxide film such as a hafnium oxide film, a zirconium oxide film, an aluminum oxide film, a tantalum oxide film, or a lanthanum oxide film can be used. One or both of nitrogen (N) and silicon (Si) can also be contained. In this case, the gate insulating film GI is a high dielectric constant film (so-called High-k film) having a dielectric constant (relative dielectric constant) higher than that of the silicon nitride film. When a high dielectric constant film is used for the gate insulating film GI, the physical film thickness of the gate insulating film GI can be increased as compared with the case where a silicon oxide film is used, so that the leakage current can be reduced. Can be obtained.

なお、図示はしないが、上記の金属酸化物膜と半導体層SM1との間に、界面層として、1nm以下の酸化シリコン膜を形成することもできる。この界面層の物理的膜厚は、上記金属酸化物膜の物理的膜厚よりも薄く形成される。   Although not shown, a silicon oxide film having a thickness of 1 nm or less can be formed as an interface layer between the metal oxide film and the semiconductor layer SM1. The physical thickness of the interface layer is formed thinner than the physical thickness of the metal oxide film.

ゲート電極GEの下部の半導体層SM1が、MISFETのチャネルが形成される領域(チャネル形成領域)となる。   The semiconductor layer SM1 below the gate electrode GE becomes a region where a channel of the MISFET is formed (channel formation region).

半導体層SM1上には、エピタキシャル層(エピタキシャル半導体層)である半導体層EP1が形成されている。半導体層EP1は、半導体層SM1上にエピタキシャル成長により形成されており、シリコン(単結晶シリコン)からなる。   A semiconductor layer EP1 that is an epitaxial layer (epitaxial semiconductor layer) is formed on the semiconductor layer SM1. The semiconductor layer EP1 is formed by epitaxial growth on the semiconductor layer SM1, and is made of silicon (single crystal silicon).

半導体層EP1は、ゲート電極GEの両側(ゲート長方向の両側)に形成されている。なお、図1および図2に示される断面は、ゲート電極GEのゲート長方向に平行な平面(ゲート長方向に沿った平面)である。   The semiconductor layer EP1 is formed on both sides of the gate electrode GE (on both sides in the gate length direction). 1 and 2 is a plane parallel to the gate length direction of the gate electrode GE (a plane along the gate length direction).

本実施の形態では、ゲート電極GEの一部が半導体層EP1上(より特定的には半導体層EP1の傾斜する側面SF1上)に存在している。具体的には、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が半導体層EP1の上に位置している。換言すれば、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、ゲート電極GEの端部が半導体層EP1の上に位置している。すなわち、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の中央部側は、半導体層EP1が形成されていない部分の半導体層SM1上にあるが、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の両端部側は、半導体層SM1上に形成された半導体層EP1上に乗り上げている。つまり、ゲート電極GEの中央部側(ゲート長方向の中央部側)は、半導体層EP1に重なっていない(SOI基板SUBの厚み方向に重なっていない)が、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の端部)は、半導体層EP1に重なっている(SOI基板SUBの厚み方向に重なっている)。このため、ゲート電極GEの両端部近傍(ゲート長方向の両端部近傍)の直下には半導体層EP1が存在し、ゲート電極GEの中央部側(ゲート長方向の中央部側)の直下には半導体層EP1は存在していない(半導体層SM1が存在している)状態となっている。   In the present embodiment, a part of the gate electrode GE exists on the semiconductor layer EP1 (more specifically, on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1). Specifically, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1. In other words, the end of the gate electrode GE is located on the semiconductor layer EP1 in the gate length direction of the MISFET (MISFET having the gate electrode GE as the gate electrode). That is, the central portion side of the gate electrode GE in the gate length direction is on the semiconductor layer SM1 where the semiconductor layer EP1 is not formed, but both end portions of the gate electrode GE in the gate length direction are on the semiconductor layer SM1. The semiconductor layer EP1 is formed on the semiconductor layer EP1. That is, the central portion side (the central portion side in the gate length direction) of the gate electrode GE does not overlap the semiconductor layer EP1 (does not overlap in the thickness direction of the SOI substrate SUB), but the end portion (gate length) of the gate electrode GE. The end in the direction) overlaps the semiconductor layer EP1 (overlaps in the thickness direction of the SOI substrate SUB). For this reason, the semiconductor layer EP1 exists immediately below both ends of the gate electrode GE (near both ends in the gate length direction), and immediately below the center of the gate electrode GE (center of the gate length). The semiconductor layer EP1 is not present (the semiconductor layer SM1 is present).

但し、ゲート電極GEは半導体層SM1,EP1に接しておらず、ゲート電極GEと半導体層SM1との間およびゲート電極GEと半導体層EP1との間には、ゲート絶縁膜GIが介在している。ゲート絶縁膜GIは、ゲート電極GEの底面から両側面(側壁)にかけて連続的に形成されている。   However, the gate electrode GE is not in contact with the semiconductor layers SM1 and EP1, and the gate insulating film GI is interposed between the gate electrode GE and the semiconductor layer SM1 and between the gate electrode GE and the semiconductor layer EP1. . The gate insulating film GI is continuously formed from the bottom surface of the gate electrode GE to both side surfaces (side walls).

また、本実施の形態では、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が半導体層EP1の上に位置しているが、半導体層EP1の側面(ゲート電極GE側の側面)SF1が傾斜しており、この半導体層EP1の傾斜する側面SF1上に、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が位置している。換言すれば、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、半導体層EP1の側面(ゲート電極GE側の側面)SF1は傾斜しており、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、ゲート電極GEの端部が半導体層EP1の傾斜する側面SF1上に位置している。すなわち、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の端部)が、半導体層EP1の傾斜する側面SF1上に乗り上げている。   In the present embodiment, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1, but the side surface (side surface on the gate electrode GE side) SF1 of the semiconductor layer EP1 is inclined. The end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1. In other words, the side surface (side surface on the gate electrode GE side) SF1 of the semiconductor layer EP1 is inclined in the gate length direction of the MISFET (MISFET having the gate electrode GE as the gate electrode), and the MISFET (the gate electrode GE is used as the gate electrode). In the gate length direction of MISFET, the end of the gate electrode GE is located on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1. That is, the end portion (end portion in the gate length direction) of the gate electrode GE rides on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1.

また、半導体層EP1は、半導体層SM1のほぼ平坦な上面上に形成されているため、半導体層EP1の上面は、ゲート電極GEの直下における半導体層SM1の上面よりも高い位置にある。ここで、ゲート電極GEの直下における半導体層SM1の上面は、ゲート電極GEの下のゲート絶縁膜GIに接する部分の半導体層SM1の表面(上面)に対応しており、図1において符号UF1を付して上面UF1として示してある。   Further, since the semiconductor layer EP1 is formed on the substantially flat upper surface of the semiconductor layer SM1, the upper surface of the semiconductor layer EP1 is higher than the upper surface of the semiconductor layer SM1 directly below the gate electrode GE. Here, the upper surface of the semiconductor layer SM1 immediately below the gate electrode GE corresponds to the surface (upper surface) of the semiconductor layer SM1 in contact with the gate insulating film GI below the gate electrode GE. In FIG. It is shown as an upper surface UF1.

ゲート電極GEの両側(ゲート長方向の両側)の半導体層SM1,EP1には、MISFETのソースまたはドレイン用の半導体領域が形成されており、このソースまたはドレイン用の半導体領域は、n型半導体領域EXと、n型半導体領域EXよりも高不純物濃度のn型半導体領域SDとにより形成されている。すなわち、半導体層SM1と半導体層EP1との積層において、チャネル形成領域を挟んで互いに離間する領域に、(一対の)n型半導体領域(エクステンション領域、LDD領域)EXが形成され、n型半導体領域EXの外側(チャネル形成領域から離れる側)に、n型半導体領域EXよりも不純物濃度が高い、ソース・ドレイン用の(一対の)n型半導体領域SDが形成されている。ソースまたはドレイン領域用の半導体領域は、n型半導体領域EXとn型半導体領域EXよりも不純物濃度が高いn型半導体領域SDとを有しているため、LDD(Lightly Doped Drain)構造を備えている。 A semiconductor region for the source or drain of the MISFET is formed in the semiconductor layers SM1 and EP1 on both sides of the gate electrode GE (both sides in the gate length direction). The semiconductor region for the source or drain is an n type semiconductor. The region EX and the n + type semiconductor region SD having a higher impurity concentration than the n type semiconductor region EX are formed. That is, in the stack of the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP1, (a pair of) n type semiconductor regions (extension regions, LDD regions) EX are formed in regions separated from each other with the channel formation region interposed therebetween, and the n type Outside the semiconductor region EX (on the side away from the channel formation region), a (pair) n + type semiconductor region SD for source / drain having a higher impurity concentration than the n type semiconductor region EX is formed. Since the semiconductor region for the source or drain region has an n type semiconductor region EX and an n + type semiconductor region SD having a higher impurity concentration than the n type semiconductor region EX, an LDD (Lightly Doped Drain) structure It has.

型半導体領域EXは、チャネル形成領域に隣接しており、n型半導体領域SDは、チャネル形成領域からn型半導体領域EXの分だけ離間しかつn型半導体領域EXに接する位置に形成されている。 The n type semiconductor region EX is adjacent to the channel formation region, and the n + type semiconductor region SD is separated from the channel formation region by the n type semiconductor region EX and is in contact with the n type semiconductor region EX. Is formed.

SOI基板SUBの厚み方向に見ると、n型半導体領域EXは、半導体層EP1から半導体層SM1にかけて形成されており、n型半導体領域SDも、半導体層EP1から半導体層SM1にかけて形成されている。また、n型半導体領域EXの少なくとも一部は、ゲート電極GEの直下に位置している。 When viewed in the thickness direction of the SOI substrate SUB, the n type semiconductor region EX is formed from the semiconductor layer EP1 to the semiconductor layer SM1, and the n + type semiconductor region SD is also formed from the semiconductor layer EP1 to the semiconductor layer SM1. Yes. Further, at least a part of the n type semiconductor region EX is located immediately below the gate electrode GE.

半導体層EP1には、ソースまたはドレイン用の半導体領域(n型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDに対応)が形成されているため、半導体層EP1を、ソース・ドレイン用(ソース・ドレイン形成用)のエピタキシャル層とみなすことができる。 Since a semiconductor region for source or drain (corresponding to the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD) is formed in the semiconductor layer EP1, the semiconductor layer EP1 is used for source / drain (source / drain). It can be regarded as an epitaxial layer.

型半導体領域SDの上部には、金属シリサイド層SILが形成されている。金属シリサイド層SILは、例えば、コバルトシリサイド層、ニッケルシリサイド層、またはニッケル白金シリサイド層などである。 A metal silicide layer SIL is formed on the n + type semiconductor region SD. The metal silicide layer SIL is, for example, a cobalt silicide layer, a nickel silicide layer, or a nickel platinum silicide layer.

SOI基板SUBの主面上には、半導体層EP1(および金属シリサイド層SIL)を覆うように、絶縁膜IL1が形成されている。絶縁膜IL1は、好ましくは、ライナ膜である窒化シリコン膜(ライナ膜)SN3と、窒化シリコン膜SN3上の絶縁膜SO3との積層膜からなる。窒化シリコン膜SN3の厚みは、絶縁膜SO3よりも薄い。   Over the main surface of the SOI substrate SUB, an insulating film IL1 is formed so as to cover the semiconductor layer EP1 (and the metal silicide layer SIL). The insulating film IL1 is preferably a laminated film of a silicon nitride film (liner film) SN3 that is a liner film and an insulating film SO3 on the silicon nitride film SN3. The thickness of the silicon nitride film SN3 is thinner than the insulating film SO3.

絶縁膜SO3としては、酸化シリコン系の絶縁膜を用いることができる。ここで、酸化シリコン系の絶縁膜とは、酸化シリコンを主体とする絶縁膜であるが、炭素(C)、フッ素(F)、窒素(N)、ホウ素(B)およびリン(P)のうちの一種以上を更に含有することもできる。   As the insulating film SO3, a silicon oxide insulating film can be used. Here, the silicon oxide-based insulating film is an insulating film mainly composed of silicon oxide, and among carbon (C), fluorine (F), nitrogen (N), boron (B), and phosphorus (P). One or more of these can also be contained.

絶縁膜IL1の上面は、ほぼ平坦化され、絶縁膜IL1には溝TRが形成されている。この溝TR内に、ゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEが埋め込まれている(形成されている)。すなわち、ゲート電極GEは、絶縁膜IL1の溝TR内に形成されており、ゲート絶縁膜GIは、ゲート電極GEの側壁(側面)および底面(下面)に連続的に形成されている。   The upper surface of the insulating film IL1 is substantially flattened, and a trench TR is formed in the insulating film IL1. A gate electrode GE is embedded (formed) in the trench TR via the gate insulating film GI. That is, the gate electrode GE is formed in the trench TR of the insulating film IL1, and the gate insulating film GI is continuously formed on the side wall (side surface) and the bottom surface (lower surface) of the gate electrode GE.

つまり、本実施の形態においては、SOI基板SUB上に、半導体層EP1を覆うように絶縁膜IL1が形成されており、ゲート電極GEは、絶縁膜IL1に形成された溝TR内に埋め込まれている。具体的には、ゲート絶縁膜GIが溝TRの側面上および底面上に形成されており、ゲート電極GEは、ゲート絶縁膜GIを介して溝TR内に埋め込まれている。   That is, in the present embodiment, the insulating film IL1 is formed over the SOI substrate SUB so as to cover the semiconductor layer EP1, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR formed in the insulating film IL1. Yes. Specifically, the gate insulating film GI is formed on the side surface and the bottom surface of the trench TR, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR via the gate insulating film GI.

また、好ましくは、ゲート電極GEの側壁上に、ゲート絶縁膜GIを介して側壁絶縁膜SW3が形成されている。すなわち、ゲート電極GEの側壁と絶縁膜IL1との間に、ゲート絶縁膜GIだけでなく、側壁絶縁膜SW3も介在している。ゲート絶縁膜GIは、ゲート電極GEに接しているが、側壁絶縁膜SW3は、ゲート電極GEとは接しておらず、側壁絶縁膜SW3とゲート電極GEとの間には、ゲート絶縁膜GIが介在している。   Preferably, the sidewall insulating film SW3 is formed on the sidewall of the gate electrode GE via the gate insulating film GI. That is, not only the gate insulating film GI but also the side wall insulating film SW3 is interposed between the side wall of the gate electrode GE and the insulating film IL1. The gate insulating film GI is in contact with the gate electrode GE, but the side wall insulating film SW3 is not in contact with the gate electrode GE, and the gate insulating film GI is between the side wall insulating film SW3 and the gate electrode GE. Intervene.

ゲート電極GEが埋め込まれた状態の絶縁膜IL1上には、ゲート電極GEを覆うように、絶縁膜IL2が形成されている。   On the insulating film IL1 in the state where the gate electrode GE is embedded, an insulating film IL2 is formed so as to cover the gate electrode GE.

絶縁膜IL1,IL2には後述のコンタクトホールCNT(ここでは図示せず)が形成され、コンタクトホールCNT内には後述のプラグPG(ここでは図示せず)が形成されているが、ここではその図示は省略する。また、絶縁膜IL2上には、後述の絶縁膜IL3(ここでは図示せず)および後述の配線M1(ここでは図示せず)が形成されているが、ここではその図示は省略する。   A contact hole CNT (not shown here) described later is formed in the insulating films IL1 and IL2, and a plug PG (not shown here) is formed in the contact hole CNT. Illustration is omitted. An insulating film IL3 (not shown here) and a wiring M1 (not shown here) described later are formed on the insulating film IL2, but the illustration thereof is omitted here.

<半導体装置の製造工程について>
次に、本実施の形態の半導体装置の製造工程を、図面を参照して説明する。図3および図4は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。図5〜図29は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
<About semiconductor device manufacturing process>
Next, the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to the drawings. 3 and 4 are process flowcharts showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 5 to 29 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.

まず、図5に示されるように、SOI基板SUBを準備する(図3のステップS1)。   First, as shown in FIG. 5, an SOI substrate SUB is prepared (step S1 in FIG. 3).

SOI基板SUBは、単結晶シリコンなどからなる基板SUB1と、基板SUB1の主面上に形成された酸化シリコンなどからなる絶縁層BOX1と、絶縁層BOX1の上面上に形成された単結晶シリコンからなる半導体層SM1とを有している。   The SOI substrate SUB is made of a substrate SUB1 made of single crystal silicon or the like, an insulating layer BOX1 made of silicon oxide or the like formed on the main surface of the substrate SUB1, and single crystal silicon formed on the upper surface of the insulating layer BOX1. The semiconductor layer SM1 is included.

基板SUB1の厚みに比べて半導体層SM1の厚みは薄い。半導体層SM1の厚みは、例えば、3〜20nm程度とすることができる。   The thickness of the semiconductor layer SM1 is smaller than the thickness of the substrate SUB1. The thickness of the semiconductor layer SM1 can be about 3 to 20 nm, for example.

SOI基板SUBは、種々の手法を用いて製造することができる。例えば、表面に酸化膜を形成した半導体基板(シリコン基板)と、もう1枚の半導体基板(シリコン基板)とを、高熱および圧力を加えることで接着して貼り合わせた後、片側のシリコン層(シリコン基板)を薄膜化することで、SOI基板SUBを形成することができる。あるいは、Si(シリコン)からなる半導体基板の主面に対して高いエネルギーでO(酸素)をイオン注入し、その後の熱処理でSi(シリコン)と酸素とを結合させ、半導体基板の表面よりも少し深い位置に埋込み酸化膜(BOX膜)を形成するSIMOX(Silicon Implanted Oxide)法で、SOI基板SUBを形成することができる。更に他の手法、例えばスマートカット(Smart Cut)プロセスなどを用いて、SOI基板SUBを製造することもできる。 The SOI substrate SUB can be manufactured using various methods. For example, after a semiconductor substrate (silicon substrate) having an oxide film formed on the surface and another semiconductor substrate (silicon substrate) are bonded and bonded together by applying high heat and pressure, a silicon layer on one side ( The SOI substrate SUB can be formed by reducing the thickness of the silicon substrate. Alternatively, O 2 (oxygen) is ion-implanted with high energy into the main surface of the semiconductor substrate made of Si (silicon), and Si (silicon) and oxygen are combined in a subsequent heat treatment, so that the surface is larger than the surface of the semiconductor substrate. The SOI substrate SUB can be formed by a SIMOX (Silicon Implanted Oxide) method in which a buried oxide film (BOX film) is formed at a slightly deeper position. Further, the SOI substrate SUB can be manufactured by using another method, for example, a smart cut process.

次に、SOI基板SUBに素子分離領域(図示せず)を形成する。素子分離領域は、例えば、SOI基板SUB(半導体層SM1)の主面に、半導体層SM1および絶縁層BOX1を貫通して底部が基板SUB1中に位置する素子分離溝を、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術などを用いて形成し、この素子分離溝に、成膜技術およびCMP技術などを用いて絶縁膜を埋め込むことで、形成することができる。素子分離領域によって平面的に囲まれた半導体層SM1に、以下に説明するようにMISFETが形成される。   Next, an element isolation region (not shown) is formed in the SOI substrate SUB. In the element isolation region, for example, an element isolation groove having a bottom portion located in the substrate SUB1 through the semiconductor layer SM1 and the insulating layer BOX1 is formed on the main surface of the SOI substrate SUB (semiconductor layer SM1). It can be formed by using a technique or the like and embedding an insulating film in the element isolation trench using a film formation technique or a CMP technique. A MISFET is formed in the semiconductor layer SM1 that is planarly surrounded by the element isolation region as described below.

次に、半導体層SM1のうち、nチャネル型MISFETを形成する予定の領域における半導体層SM1に対して、p型ウエル(p型半導体領域)とするためのp型不純物(例えばホウ素)をイオン注入などにより導入する。   Next, a p-type impurity (for example, boron) for forming a p-type well (p-type semiconductor region) is ion-implanted into the semiconductor layer SM1 in the region where the n-channel MISFET is to be formed in the semiconductor layer SM1. Etc.

次に、図6に示されるように、SOI基板SUB上に、すなわち半導体層SM1上に、ダミーゲート(ダミーゲート電極、ダミーゲート構造体)GEDを形成する(図3のステップS2)。   Next, as shown in FIG. 6, a dummy gate (dummy gate electrode, dummy gate structure) GED is formed on the SOI substrate SUB, that is, on the semiconductor layer SM1 (step S2 in FIG. 3).

ダミーゲートGED(特にダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1)は、MISFETのゲート(ゲート電極)としては機能しないダミー(擬似的)のゲート(ゲート電極)である。ダミーゲートGEDは、絶縁膜GIDとその上のポリシリコン膜(多結晶シリコン膜)PL1とその上の窒化シリコン膜SN1との積層膜からなる。窒化シリコン膜SN1の代わりに、他の絶縁膜、例えば酸化シリコン膜を用いることもできる。絶縁膜GIDとしては、酸化シリコン膜を用いることができる。   The dummy gate GED (particularly, the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED) is a dummy (pseudo) gate (gate electrode) that does not function as the gate (gate electrode) of the MISFET. The dummy gate GED is composed of a laminated film of an insulating film GID, a polysilicon film (polycrystalline silicon film) PL1 thereon, and a silicon nitride film SN1 thereon. Instead of the silicon nitride film SN1, another insulating film such as a silicon oxide film can be used. As the insulating film GID, a silicon oxide film can be used.

ポリシリコン膜PL1は、半導体層SM1上に直接的に形成することもできるが、半導体層SM1上に絶縁膜GIDを介してポリシリコン膜PL1を形成することが好ましい。絶縁膜GIDは、後で除去するため、ゲート絶縁膜としては機能しないダミーのゲート絶縁膜である。絶縁膜GIDとしては、酸化シリコン膜を好適に用いることができ、絶縁膜GIDの厚みは、ポリシリコン膜PL1よりも薄い。   Although the polysilicon film PL1 can be formed directly on the semiconductor layer SM1, it is preferable to form the polysilicon film PL1 on the semiconductor layer SM1 via the insulating film GID. The insulating film GID is a dummy gate insulating film that does not function as a gate insulating film because it is removed later. A silicon oxide film can be suitably used as the insulating film GID, and the thickness of the insulating film GID is thinner than that of the polysilicon film PL1.

絶縁膜GIDは、後でポリシリコン膜PL1を除去する際(後述のステップS13の第2段階のエッチングに対応)にエッチングストッパ膜(半導体層SM1のエッチング防止膜)として用いることができ、そのときに半導体層SM1がエッチングされてしまうのを防止することができる。このため、ポリシリコン膜PL1と半導体層SM1との間に絶縁膜GIDを介在させておくことが好ましい。   The insulating film GID can be used as an etching stopper film (an anti-etching film for the semiconductor layer SM1) when the polysilicon film PL1 is later removed (corresponding to the second stage etching in step S13 described later). It is possible to prevent the semiconductor layer SM1 from being etched. For this reason, it is preferable to interpose the insulating film GID between the polysilicon film PL1 and the semiconductor layer SM1.

ダミーゲートGEDを形成するには、例えば、SOI基板SUBの主面上(すなわち半導体層SM1の主面上)に酸化シリコン膜(この酸化シリコン膜が絶縁膜GIDとなる)を形成してから、その上にポリシリコン膜PL1および窒化シリコン膜SN1を順に形成(堆積)する。それから、このポリシリコン膜PL1と窒化シリコン膜SN1との積層膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることにより、ダミーゲートGEDを形成することができる。ダミーゲートGEDと半導体層SM1との間には、絶縁膜GID(この場合は酸化シリコン膜)が介在することになる。   To form the dummy gate GED, for example, after forming a silicon oxide film (this silicon oxide film becomes the insulating film GID) on the main surface of the SOI substrate SUB (that is, on the main surface of the semiconductor layer SM1), A polysilicon film PL1 and a silicon nitride film SN1 are sequentially formed (deposited) thereon. Then, the dummy gate GED can be formed by patterning the laminated film of the polysilicon film PL1 and the silicon nitride film SN1 using a photolithography technique and an etching technique. An insulating film GID (in this case, a silicon oxide film) is interposed between the dummy gate GED and the semiconductor layer SM1.

また、ダミーゲートGEDは、後で除去するため、導電性を有していなくともよく、ポリシリコン膜PL1を、他の材料膜に置き換えることもできる。但し、後で除去しやすいこと、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などに対する高いエッチング選択比を確保しやすいこと、ダミーゲートに加工しやすいこと、工程上の不具合を生じにくいことなどの観点から、ポリシリコン膜PL1が好適である。また、ポリシリコン膜PL1と同層のポリシリコン膜を用いて、他の素子(例えばポリシリコン抵抗など)を形成することもできる。   Further, since the dummy gate GED is removed later, it does not have to be conductive, and the polysilicon film PL1 can be replaced with another material film. However, from the viewpoint of easy removal later, easy to ensure a high etching selection ratio with respect to silicon oxide film, silicon nitride film, etc. The silicon film PL1 is preferable. Further, another element (for example, a polysilicon resistor) can be formed by using a polysilicon film in the same layer as the polysilicon film PL1.

次に、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁膜として側壁絶縁膜(オフセットスペーサ)SW1を形成する(図3のステップS3)。   Next, a sidewall insulating film (offset spacer) SW1 is formed as a sidewall film on the sidewall of the dummy gate GED (step S3 in FIG. 3).

ステップS3の側壁絶縁膜SW1形成工程は、次のようにして行うことができる。すなわち、まず、図7に示されるように、SOI基板SUBの主面の全面に、ダミーゲートGEDを覆うように、酸化シリコン膜SO1をCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法などにより形成(堆積)する。それから、この酸化シリコン膜SO1をエッチバック(異方性エッチング)することで、図8に示されるように、ダミーゲートGEDの側壁上に酸化シリコン膜SO1を残して側壁絶縁膜SW1とし、他の領域の酸化シリコン膜SO1を除去する。これにより、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁絶縁膜SW1が形成される。側壁絶縁膜SW1の厚み(ダミーゲートGEDの側壁に略垂直な方向の厚み)は、例えば3〜10nm程度とすることができる。   The sidewall insulating film SW1 forming step in step S3 can be performed as follows. That is, first, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film SO1 is formed on the entire main surface of the SOI substrate SUB by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method so as to cover the dummy gate GED. (accumulate. Then, the silicon oxide film SO1 is etched back (anisotropic etching) to leave the silicon oxide film SO1 on the side wall of the dummy gate GED to form the side wall insulating film SW1, as shown in FIG. The silicon oxide film SO1 in the region is removed. Thereby, the sidewall insulating film SW1 is formed on the sidewall of the dummy gate GED. The thickness of the sidewall insulating film SW1 (thickness in the direction substantially perpendicular to the sidewall of the dummy gate GED) can be set to, for example, about 3 to 10 nm.

また、側壁絶縁膜SW1および後述の側壁絶縁膜SW2は、後で除去するため、必ずしも絶縁性を有していなくともよいが、側壁膜としての形成のしやすさや、除去時にエッチング残りが生じた場合の不具合を防止できるという観点などで、絶縁膜が好ましく、酸化シリコンや窒化シリコンは特に好適である。このため、側壁絶縁膜SW1および後述の側壁絶縁膜SW2の材料として、本実施の形態では酸化シリコンを用い、後述の実施の形態2では窒化シリコンを用いている。   Further, the side wall insulating film SW1 and the side wall insulating film SW2, which will be described later, are not necessarily insulative in order to be removed later. An insulating film is preferable from the viewpoint of preventing problems in some cases, and silicon oxide and silicon nitride are particularly preferable. For this reason, silicon oxide is used in the present embodiment and silicon nitride is used in the second embodiment described later as the material of the sidewall insulating film SW1 and the sidewall insulating film SW2 described later.

次に、図9に示されるように、半導体層SM1上に、半導体層EP1をエピタキシャル成長させる(図3のステップS4)。   Next, as shown in FIG. 9, the semiconductor layer EP1 is epitaxially grown on the semiconductor layer SM1 (step S4 in FIG. 3).

半導体層EP1は、ダミーゲートGED(より特定的にはダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1とからなる構造体)の両側の領域の半導体層SM1上に形成される。すなわち、半導体層SM1上において、ダミーゲートGED(より特定的にはダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1とからなる構造体)の両側に、ダミーゲートGED(より特定的にはダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1とからなる構造体)と隣り合うように、半導体層EP1が形成される。   The semiconductor layer EP1 is formed on the semiconductor layer SM1 in a region on both sides of the dummy gate GED (more specifically, a structure including the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1). That is, on the semiconductor layer SM1, the dummy gate GED (more specifically, the dummy gate GED and the side wall insulation is provided on both sides of the dummy gate GED (more specifically, the structure including the dummy gate GED and the side wall insulating film SW1). The semiconductor layer EP1 is formed so as to be adjacent to the structure including the film SW1.

半導体層EP1は、エピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル層(エピタキシャル半導体層)であり、シリコン(単結晶シリコン)からなる。半導体層EP1は、半導体層SM1上に選択的にエピタキシャル成長し、側壁絶縁膜SW1上や窒化シリコン膜SN1上には形成されない。   The semiconductor layer EP1 is an epitaxial layer (epitaxial semiconductor layer) formed by epitaxial growth, and is made of silicon (single crystal silicon). The semiconductor layer EP1 is selectively epitaxially grown on the semiconductor layer SM1, and is not formed on the sidewall insulating film SW1 or the silicon nitride film SN1.

半導体層EP1をエピタキシャル成長させる際には、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1は、上面が窒化シリコン膜SN1で覆われ、側面(側壁)が側壁絶縁膜SW1で覆われており、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1が露出していない状態で半導体層EP1をエピタキシャル成長させる。このため、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1上にエピタキシャル層が形成されるのを防止することができる。   When epitaxially growing the semiconductor layer EP1, the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED has its upper surface covered with the silicon nitride film SN1 and its side surface (side wall) covered with the sidewall insulating film SW1, and the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED The semiconductor layer EP1 is epitaxially grown in a state where the silicon film PL1 is not exposed. Therefore, it is possible to prevent an epitaxial layer from being formed on the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED.

つまり、仮に側壁絶縁膜SW1の形成を省略し、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1の側壁が露出した状態で半導体層EP1をエピタキシャル成長させた場合には、ポリシリコン膜PL1の露出部上でもエピタキシャル成長してしまい、半導体層EP1がポリシリコン膜PL1とくっついてしまう虞がある。これを側壁絶縁膜SW1によって防止することができる。   That is, if the formation of the sidewall insulating film SW1 is omitted and the semiconductor layer EP1 is epitaxially grown with the sidewalls of the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED exposed, the semiconductor layer EP1 is also epitaxially grown on the exposed portion of the polysilicon film PL1. As a result, the semiconductor layer EP1 may adhere to the polysilicon film PL1. This can be prevented by the sidewall insulating film SW1.

また、半導体層EP1の側面SF1がテーパを有するように、半導体層EP1をエピタキシャル成長させることが好ましい。すなわち、SOI基板SUBの主面(すなわち半導体層SM1の主面)に対して、半導体層EP1の側面SF1が傾斜していることが好ましい。つまり、SOI基板SUBの主面(すなわち半導体層SM1の主面)と、半導体層EP1の側面SF1とのなす角度αは、90°よりも小さい(すなわちα<90°)ことが好ましい。換言すれば、ダミーゲートGEDから遠ざかるにしたがって、半導体層EP1の厚みが厚くなるように、半導体層EP1の側面SF1が傾斜していることが好ましい。半導体層EP1の側面SF1のテーパは、半導体層EP1の成膜用ガスの組成や成膜温度などを調整することにより、制御することができる。   Further, it is preferable to epitaxially grow the semiconductor layer EP1 so that the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 has a taper. That is, the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 is preferably inclined with respect to the main surface of the SOI substrate SUB (that is, the main surface of the semiconductor layer SM1). That is, the angle α formed between the main surface of the SOI substrate SUB (that is, the main surface of the semiconductor layer SM1) and the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 is preferably smaller than 90 ° (that is, α <90 °). In other words, the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 is preferably inclined so that the thickness of the semiconductor layer EP1 increases as the distance from the dummy gate GED increases. The taper of the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 can be controlled by adjusting the composition of the film forming gas for the semiconductor layer EP1, the film forming temperature, and the like.

なお、半導体層EP1の側面SF1と半導体層SM1の主面(従ってSOI基板SUBの主面)とがなす角度が鋭角である場合を、半導体層EP1の側面SF1が傾斜していると称し、この側面SF1は、半導体層EP1の傾斜する側面である。このため、半導体層EP1の側面SF1が半導体層SM1の主面(従ってSOI基板SUBの主面)に対して垂直の場合は、半導体層EP1の側面SF1が傾斜しているとは言わない。   The case where the angle formed between the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 and the main surface of the semiconductor layer SM1 (and hence the main surface of the SOI substrate SUB) is an acute angle is referred to as the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 being inclined. The side surface SF1 is an inclined side surface of the semiconductor layer EP1. For this reason, when the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 is perpendicular to the main surface of the semiconductor layer SM1 (and thus the main surface of the SOI substrate SUB), it is not said that the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 is inclined.

半導体層EP1は、半導体層SM1のほぼ平坦な上面上に形成されるため、半導体層EP1の上面は、半導体層SM1の上面よりも高い位置になる。このため、ステップS4で形成された半導体層EP1の上面は、ダミーゲートGEDの直下における半導体層SM1の上面よりも高い位置になる。なお、高さをいうときは、基板SUBの主面に略垂直な方向の高さに対応している。   Since the semiconductor layer EP1 is formed on a substantially flat upper surface of the semiconductor layer SM1, the upper surface of the semiconductor layer EP1 is higher than the upper surface of the semiconductor layer SM1. For this reason, the upper surface of the semiconductor layer EP1 formed in step S4 is higher than the upper surface of the semiconductor layer SM1 immediately below the dummy gate GED. Note that the height corresponds to the height in the direction substantially perpendicular to the main surface of the substrate SUB.

半導体層SM1と半導体層SM1上に形成された半導体層EP1とを合わせたものを、以下では、半導体層SM2と称することとする。   A combination of the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP1 formed on the semiconductor layer SM1 is hereinafter referred to as a semiconductor layer SM2.

次に、図10に示されるように、半導体層SM2(すなわち半導体層SM1,EP1)におけるダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1の両側の領域に、リン(P)またはヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、n型半導体領域(エクステンション領域、LDD領域)EXを形成する(図3のステップS5)。n型半導体領域EXを形成するためのイオン注入工程では、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1がマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができる。このため、n型半導体領域EXは、半導体層SM1および半導体層EP1(の積層体)において、ダミーゲートGEDの側壁上の側壁絶縁膜SW1に対して自己整合して形成される。 Next, as shown in FIG. 10, n-type such as phosphorus (P) or arsenic (As) is formed in the regions on both sides of the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1 in the semiconductor layer SM2 (ie, the semiconductor layers SM1, EP1). The n type semiconductor region (extension region, LDD region) EX is formed by ion implantation of the impurity (step S5 in FIG. 3). In the ion implantation step for forming the n type semiconductor region EX, the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1 can function as a mask (ion implantation blocking mask). Therefore, the n type semiconductor region EX is formed in the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP1 (stacked body thereof) in a self-aligned manner with respect to the sidewall insulating film SW1 on the sidewall of the dummy gate GED.

次に、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁膜として側壁絶縁膜(サイドウォールスペーサ)SW2を形成する(図3のステップS6)。   Next, a sidewall insulating film (sidewall spacer) SW2 is formed as a sidewall film on the sidewall of the dummy gate GED (step S6 in FIG. 3).

ステップS6の側壁絶縁膜SW2形成工程は、次のようにして行うことができる。すなわち、まず、図11に示されるように、SOI基板SUBの主面の全面に、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1を覆うように、酸化シリコン膜SO2をCVD法などにより形成(堆積)する。それから、この酸化シリコン膜SO2をエッチバック(異方性エッチング)することで、図12に示されるように、ダミーゲートGEDの側壁上に酸化シリコン膜SO2を残して側壁絶縁膜SW2とし、他の領域の酸化シリコン膜SO2を除去する。これにより、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁絶縁膜SW1を介して、側壁絶縁膜SW2が形成される。側壁絶縁膜SWの2厚み(ダミーゲートGEDの側壁に略垂直な方向の厚み)は、例えば3〜10nm程度とすることができる。   The step of forming the sidewall insulating film SW2 in step S6 can be performed as follows. That is, first, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film SO2 is formed (deposited) over the entire main surface of the SOI substrate SUB by CVD or the like so as to cover the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1. Then, the silicon oxide film SO2 is etched back (anisotropic etching) to leave the silicon oxide film SO2 on the side wall of the dummy gate GED to form the side wall insulating film SW2, as shown in FIG. The silicon oxide film SO2 in the region is removed. As a result, the sidewall insulating film SW2 is formed on the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating film SW1. The two thicknesses of the sidewall insulating film SW (thickness in a direction substantially perpendicular to the sidewall of the dummy gate GED) can be set to, for example, about 3 to 10 nm.

側壁絶縁膜SW2は、ダミーゲートGEDの側壁に側壁絶縁膜SW1を介して隣接し、かつ、半導体層EP1上(具体的には半導体層EP1の傾斜した側面SF1上)に形成される。すなわち、側壁絶縁膜SW2の底面が半導体層EP2(具体的には半導体層EP1の傾斜した側面SF1)に接し、側壁絶縁膜SW2の内壁(ダミーゲートGEDに対向する側の側面)がダミーゲートGEDの側壁上の側壁絶縁膜SW1に接している。   The sidewall insulating film SW2 is formed adjacent to the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating film SW1 and on the semiconductor layer EP1 (specifically, on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1). That is, the bottom surface of the sidewall insulating film SW2 is in contact with the semiconductor layer EP2 (specifically, the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1), and the inner wall of the sidewall insulating film SW2 (the side surface facing the dummy gate GED) is the dummy gate GED. Is in contact with the side wall insulating film SW1 on the side wall.

次に、図13に示されるように、半導体層SM2(すなわち半導体層SM1,EP1)におけるダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2の両側の領域に、リン(P)またはヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、n型半導体領域SDを形成する(図3のステップS7)。n型半導体領域SDを形成するためのイオン注入工程では、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2がマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができる。このため、n型半導体領域SDは、ダミーゲートGEDの側壁上に側壁絶縁膜SW1を介して形成された側壁絶縁膜SW2に対して自己整合して形成される。n型半導体領域SDは、n型半導体領域EXよりも、不純物濃度が高い。 Next, as shown in FIG. 13, phosphorus (P) or arsenic (As) or the like is formed in the regions on both sides of the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2 in the semiconductor layer SM2 (that is, the semiconductor layers SM1 and EP1). By ion-implanting n-type impurities, an n + -type semiconductor region SD is formed (step S7 in FIG. 3). In the ion implantation process for forming the n + type semiconductor region SD, the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2 can function as a mask (ion implantation blocking mask). Therefore, the n + type semiconductor region SD is formed in self-alignment with the sidewall insulating film SW2 formed on the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating film SW1. The n + type semiconductor region SD has a higher impurity concentration than the n type semiconductor region EX.

型半導体領域EXを形成するためのイオン注入では、半導体層SM2(SM1,EP1)の比較的浅い領域にn型不純物を注入することができるが、それに比べて、n型半導体領域SDを形成するためのイオン注入では、半導体層SM2(SM1,EP1)の深い領域にまで(すなわち半導体層SM2の厚み全体に対して)n型不純物を注入する。 The n - -type semiconductor region by ion implantation to form the EX, may be an n-type impurity is implanted at a relatively shallow region of the semiconductor layer SM2 (SM1, EP1), compared to that, n + -type semiconductor region SD In the ion implantation for forming the n-type impurity, the n-type impurity is implanted into the deep region of the semiconductor layer SM2 (SM1, EP1) (that is, the entire thickness of the semiconductor layer SM2).

ステップS6で側壁絶縁膜SW2を形成する前に、n型半導体領域EXを形成するためのイオン注入(ステップS5)を行い、ステップS6で側壁絶縁膜SW2を形成した後で、n型半導体領域SDを形成するためのイオン注入(ステップS7)を行っている。このため、ステップS7までを行うと、n型半導体領域EXは、側壁絶縁膜SW2の直下の部分の半導体層SM2(SM1,EP1)に形成されている状態となる。後述のステップS13でダミーゲートGEDとともに側壁絶縁膜SW2も除去してから後述のステップS14〜S16でゲート電極GEを形成するため、側壁絶縁膜SW2が存在していた領域にもゲート電極GEが形成されることになる。このため、後でゲート電極GEを形成すると、n型半導体領域EXは、ゲート電極GEの一部(ゲート長方向の両端部側)の直下にほぼ形成されている状態となる。 Before forming the sidewall insulating film SW2 in step S6, ion implantation (step S5) for forming the n type semiconductor region EX is performed, and after forming the sidewall insulating film SW2 in step S6, the n + type semiconductor is formed. Ion implantation (step S7) for forming the region SD is performed. For this reason, when the process up to step S7 is performed, the n type semiconductor region EX is formed in the semiconductor layer SM2 (SM1, EP1) immediately below the sidewall insulating film SW2. Since the side wall insulating film SW2 is also removed together with the dummy gate GED in step S13 described later and then the gate electrode GE is formed in steps S14 to S16 described later, the gate electrode GE is also formed in the region where the side wall insulating film SW2 was present. Will be. For this reason, when the gate electrode GE is formed later, the n type semiconductor region EX is substantially formed directly below a part of the gate electrode GE (both ends in the gate length direction).

次に、n型半導体領域SDおよびn型半導体領域EXなどに導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う(図3のステップS8)。また、イオン注入領域がアモルファス化された場合は、このステップS8の活性化アニール時に、結晶化させることができる。 Next, activation annealing which is a heat treatment for activating impurities introduced into the n + type semiconductor region SD, the n type semiconductor region EX, and the like is performed (step S8 in FIG. 3). If the ion-implanted region is made amorphous, it can be crystallized during the activation annealing in step S8.

次に、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁膜として側壁絶縁膜(サイドウォールスペーサ)SW3を形成する(図3のステップS9)。   Next, a sidewall insulating film (sidewall spacer) SW3 is formed as a sidewall film on the sidewall of the dummy gate GED (step S9 in FIG. 3).

ステップS9の側壁絶縁膜SW3形成工程は、次のようにして行うことができる。すなわち、まず、図14に示されるように、SOI基板SUBの主面の全面に、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2を覆うように、窒化シリコン膜SN2をCVD法などにより形成(堆積)する。それから、この窒化シリコン膜SN2をエッチバック(異方性エッチング)することで、図15に示されるように、ダミーゲートGEDの側壁上に窒化シリコン膜SN2を残して側壁絶縁膜SW3とし、他の領域の窒化シリコン膜SN2を除去する。これにより、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁絶縁膜SW1,SW2を介して、側壁絶縁膜(サイドウォールスペーサ)SW3が形成される。側壁絶縁膜SW3の厚み(ダミーゲートGEDの側壁に略垂直な方向の厚み)は、例えば10〜30nm程度とすることができる。   The step of forming the sidewall insulating film SW3 in step S9 can be performed as follows. That is, first, as shown in FIG. 14, a silicon nitride film SN2 is formed (deposited) over the entire main surface of the SOI substrate SUB by CVD or the like so as to cover the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2. To do. Then, the silicon nitride film SN2 is etched back (anisotropic etching) to leave the silicon nitride film SN2 on the side wall of the dummy gate GED to form the side wall insulating film SW3 as shown in FIG. The silicon nitride film SN2 in the region is removed. Thereby, a sidewall insulating film (sidewall spacer) SW3 is formed on the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating films SW1 and SW2. The thickness of the sidewall insulating film SW3 (thickness in the direction substantially perpendicular to the sidewall of the dummy gate GED) can be set to about 10 to 30 nm, for example.

この段階で、ダミーゲートGEDの側壁上には、ダミーゲートGEDに近い順に、側壁絶縁膜SW1と側壁絶縁膜SW2と側壁絶縁膜SW3とが形成(積層)された状態となっている。   At this stage, the side wall insulating film SW1, the side wall insulating film SW2, and the side wall insulating film SW3 are formed (laminated) on the side wall of the dummy gate GED in the order close to the dummy gate GED.

側壁絶縁膜SW3の形成を省略することもできるが、側壁絶縁膜SW3を形成することが、より好ましい。側壁絶縁膜SW3を形成した場合には、金属シリサイド層SILの形成位置をダミーゲートGEDの位置から、側壁絶縁膜SW1,SW2の厚みに加えて側壁絶縁膜SW3の厚みの分も、離れさせることができる。このため、半導体層EP1の厚みが比較的厚い領域(従って半導体層SM2の厚みが比較的厚い領域)に金属シリサイド層SILを形成することができる。従って、半導体層SM2において、金属シリサイド層SILを形成することに伴って厚み方向にシリコン領域が無くなる領域が発生してしまうのを防止することができる。また、後の工程で側壁絶縁膜SW3を残した状態でゲート電極GEおよびゲート絶縁膜GIを形成すれば、金属シリサイド層SILとゲート電極GEとの間に、ゲート絶縁膜GIだけでなく側壁絶縁膜SW3も介在することになるため、ゲート電極GEと金属シリサイド層SILとの間の耐圧を向上させることができる。   Although the formation of the sidewall insulating film SW3 can be omitted, it is more preferable to form the sidewall insulating film SW3. When the sidewall insulating film SW3 is formed, the formation position of the metal silicide layer SIL is separated from the position of the dummy gate GED by the thickness of the sidewall insulating film SW3 in addition to the thickness of the sidewall insulating films SW1 and SW2. Can do. Therefore, the metal silicide layer SIL can be formed in a region where the thickness of the semiconductor layer EP1 is relatively thick (and thus a region where the thickness of the semiconductor layer SM2 is relatively thick). Therefore, in the semiconductor layer SM2, it is possible to prevent a region where the silicon region disappears in the thickness direction due to the formation of the metal silicide layer SIL. In addition, if the gate electrode GE and the gate insulating film GI are formed in a state where the side wall insulating film SW3 is left in a later step, not only the gate insulating film GI but also the side wall insulation is formed between the metal silicide layer SIL and the gate electrode GE. Since the film SW3 is also interposed, the breakdown voltage between the gate electrode GE and the metal silicide layer SIL can be improved.

次に、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術により、n型半導体領域SDの表面(上層部)に低抵抗の金属シリサイド層SILを形成する(図4のステップS10)。 Next, a low-resistance metal silicide layer SIL is formed on the surface (upper layer portion) of the n + type semiconductor region SD by using a salicide (Salicide: Self Aligned Silicide) technique (step S10 in FIG. 4).

ステップS10の金属シリサイド層SIL形成工程は、次のようにして行うことができる。すなわち、まず、n型半導体領域SDの表面(具体的にはダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2,SW3で覆われていない部分の半導体層EP1の表面)を露出させてから、図16に示されるように、ダミーゲートGED、側壁絶縁膜SW1,SW2,SW3およびn型半導体領域SDを覆うように、SOI基板SUBの主面(全面)上に、金属膜MEを形成(堆積)する。金属膜MEは、例えばコバルト(Co)膜、ニッケル(Ni)膜、またはニッケル白金合金膜などからなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。それから、熱処理によって、金属膜MEとn型半導体領域SD(を構成するシリコン)とを反応させる。これにより、図17に示されるように、n型半導体領域SDの表面に、金属シリサイド層SILが形成される。その後、未反応の金属膜MEは除去し、図17は、この段階が示されている。 The step of forming the metal silicide layer SIL in step S10 can be performed as follows. That is, first, after exposing the surface of the n + type semiconductor region SD (specifically, the surface of the semiconductor layer EP1 that is not covered with the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1, SW2, and SW3), FIG. As shown in FIG. 4, a metal film ME is formed (deposited) on the main surface (entire surface) of the SOI substrate SUB so as to cover the dummy gate GED, the sidewall insulating films SW1, SW2, SW3, and the n + type semiconductor region SD. To do. The metal film ME is made of, for example, a cobalt (Co) film, a nickel (Ni) film, or a nickel platinum alloy film, and can be formed using a sputtering method or the like. Then, the metal film ME is reacted with the n + type semiconductor region SD (which constitutes silicon) by heat treatment. Thereby, as shown in FIG. 17, a metal silicide layer SIL is formed on the surface of the n + type semiconductor region SD. Thereafter, the unreacted metal film ME is removed, and FIG. 17 shows this stage.

金属膜MEがコバルト膜の場合は、金属シリサイド層SILはコバルトシリサイド層であり、金属膜MEがニッケル膜の場合は、金属シリサイド層SILはニッケルシリサイド層であり、金属膜MEがニッケル白金合金膜の場合は、金属シリサイド層SILはニッケル白金シリサイド層となる。金属シリサイド層SILを形成したことで、n型半導体領域SDの拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低抵抗化することができる。 When the metal film ME is a cobalt film, the metal silicide layer SIL is a cobalt silicide layer. When the metal film ME is a nickel film, the metal silicide layer SIL is a nickel silicide layer, and the metal film ME is a nickel platinum alloy film. In this case, the metal silicide layer SIL is a nickel platinum silicide layer. By forming the metal silicide layer SIL, the diffusion resistance, contact resistance, etc. of the n + type semiconductor region SD can be reduced.

型半導体領域SDの表面(上層部)に金属シリサイド層SILが形成されるが、金属シリサイド層SILは、主として半導体層EP1に形成される。 A metal silicide layer SIL is formed on the surface (upper layer portion) of the n + type semiconductor region SD, and the metal silicide layer SIL is mainly formed in the semiconductor layer EP1.

なお、ダミーゲートGEDの側壁上には側壁絶縁膜SW1,SW2が形成され、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1上には窒化シリコン膜SN1が形成されているため、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1は金属膜MEと接触せず、ポリシリコン膜PL1は金属膜MEと反応しない。このため、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1の表面には、金属シリサイド層は形成されない。   Note that the sidewall insulating films SW1 and SW2 are formed on the sidewall of the dummy gate GED, and the silicon nitride film SN1 is formed on the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED, so that the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is formed. Does not contact the metal film ME, and the polysilicon film PL1 does not react with the metal film ME. Therefore, no metal silicide layer is formed on the surface of the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED.

次に、図18に示されるように、SOI基板SUBの主面(主面全面)上に絶縁膜(層間絶縁膜)IL1を形成する(図4のステップS11)。すなわち、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2,SW3を覆うように、SOI基板SUBの主面上に絶縁膜IL1を形成する。絶縁膜IL1は、好ましくは、窒化シリコン膜(ライナ膜)SN3と窒化シリコン膜SN3上の絶縁膜(層間絶縁膜)SO3との積層膜からなる。絶縁膜SO3の膜厚は窒化シリコン膜SN3の膜厚よりも厚い。絶縁膜SO3としては、酸化シリコン系の絶縁膜を用いることができる。ここで、酸化シリコン系の絶縁膜とは、酸化シリコンを主体とする絶縁膜であるが、炭素(C)、フッ素(F)、窒素(N)、ホウ素(B)およびリン(P)のうちの一種以上を更に含有することもできる。   Next, as shown in FIG. 18, an insulating film (interlayer insulating film) IL1 is formed on the main surface (entire main surface) of the SOI substrate SUB (step S11 in FIG. 4). That is, the insulating film IL1 is formed on the main surface of the SOI substrate SUB so as to cover the dummy gate GED and the side wall insulating films SW1, SW2, and SW3. The insulating film IL1 is preferably composed of a laminated film of a silicon nitride film (liner film) SN3 and an insulating film (interlayer insulating film) SO3 on the silicon nitride film SN3. The insulating film SO3 is thicker than the silicon nitride film SN3. As the insulating film SO3, a silicon oxide insulating film can be used. Here, the silicon oxide-based insulating film is an insulating film mainly composed of silicon oxide, and among carbon (C), fluorine (F), nitrogen (N), boron (B), and phosphorus (P). One or more of these can also be contained.

また、本実施の形態では、ライナ膜SN3として絶縁膜である窒化シリコン膜SN3を例示しているが、これに代えて酸窒化シリコン膜を用いてもよい。すなわち、後述の溝TRやコンタクトホールCNTを形成する際に、エッチングストッパとして機能する絶縁膜であればよい。   In the present embodiment, the silicon nitride film SN3 that is an insulating film is illustrated as the liner film SN3, but a silicon oxynitride film may be used instead. That is, any insulating film that functions as an etching stopper when forming a trench TR or a contact hole CNT, which will be described later, may be used.

次に、図19に示されるように、絶縁膜IL1の表面(上面)をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)法などにより研磨することにより、ダミーゲートGEDの上面(すなわち窒化シリコン膜SN1の上面)を露出させる(図4のステップS12)。すなわち、ダミーゲートGEDの窒化シリコン膜SN1の上面が露出するまで、絶縁膜IL1をCMP法で研磨する。ステップS12は、絶縁膜IL1の一部(少なくとも、ダミーゲートGEDを覆う部分の絶縁膜IL1)を除去してダミーゲートGEDの上面を露出させる工程である。   Next, as shown in FIG. 19, the surface (upper surface) of the insulating film IL1 is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like, so that the upper surface of the dummy gate GED (that is, the silicon nitride film SN1) is polished. The upper surface is exposed (step S12 in FIG. 4). That is, the insulating film IL1 is polished by CMP until the upper surface of the silicon nitride film SN1 of the dummy gate GED is exposed. Step S12 is a step of removing a part of the insulating film IL1 (at least the insulating film IL1 covering the dummy gate GED) to expose the upper surface of the dummy gate GED.

次に、図20に示されるように、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2を、エッチングにより除去する(図4のステップS13)。   Next, as shown in FIG. 20, the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2 are removed by etching (step S13 in FIG. 4).

このステップS13でダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2を除去することにより、図20に示されるように、溝(凹部、開口部、窪み部)TRが形成される。溝TRは、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2の除去前までダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2が存在していた領域(空間)からなる。溝TRからは、半導体層SM1の上面と、半導体層EP1の傾斜した側面SF1と、側壁絶縁膜SW3の内壁とが露出される。   By removing the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2 in this step S13, as shown in FIG. 20, a trench (recess, opening, recess) TR is formed. The trench TR is composed of a region (space) where the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2 existed before the removal of the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2. From the trench TR, the upper surface of the semiconductor layer SM1, the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1, and the inner wall of the sidewall insulating film SW3 are exposed.

溝TRの底面は、半導体層SM1の上面と半導体層EP1の傾斜した側面SF1とにより形成されている。溝TRの側面(側壁)は、側壁絶縁膜SW3の内壁により形成されている。つまり、溝TRから露出する半導体層SM1の上面から半導体層EP1の傾斜した側面SF1までを、溝TRの底面とみなすことができる。溝TRの上部は開放されている。ここで、側壁絶縁膜SW3の内壁とは、側壁絶縁膜SW3において、側壁絶縁膜SW2を除去するまで側壁絶縁膜SW2に接していた側の側面(側壁)に対応している。   The bottom surface of the trench TR is formed by the upper surface of the semiconductor layer SM1 and the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1. The side surface (side wall) of the trench TR is formed by the inner wall of the side wall insulating film SW3. In other words, the upper surface of the semiconductor layer SM1 exposed from the trench TR to the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 can be regarded as the bottom surface of the trench TR. The upper part of the trench TR is open. Here, the inner wall of the side wall insulating film SW3 corresponds to the side surface (side wall) of the side wall insulating film SW3 that is in contact with the side wall insulating film SW2 until the side wall insulating film SW2 is removed.

ステップS13のエッチング工程について、以下、具体的に説明する。   The etching process in step S13 will be specifically described below.

ステップS13のエッチングは、次の3段階(第1段階、第2段階および第3段階、図21〜図23参照)のエッチングにより行うことが好ましい。   The etching in step S13 is preferably performed by the following three stages (first stage, second stage and third stage, see FIGS. 21 to 23).

すなわち、ステップS12のCMP処理により図19の構造を得た後、ステップS13における第1段階のエッチングにより、図21に示されるように、ダミーゲートGEDの窒化シリコン膜SN1を除去する。この第1段階のエッチングは、窒化シリコン膜SN1のエッチング速度が、ポリシリコン膜PL1のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で、窒化シリコン膜SN1を選択的にエッチングすることが好ましい。第1段階のエッチングにより、窒化シリコン膜SN1が除去されて、ポリシリコン膜PL1が露出される。   That is, after obtaining the structure of FIG. 19 by the CMP process in step S12, the silicon nitride film SN1 of the dummy gate GED is removed by the first-stage etching in step S13 as shown in FIG. In this first-stage etching, it is preferable that the silicon nitride film SN1 is selectively etched under etching conditions such that the etching speed of the silicon nitride film SN1 is higher than the etching speed of the polysilicon film PL1. By the first stage etching, the silicon nitride film SN1 is removed, and the polysilicon film PL1 is exposed.

第1段階のエッチングで窒化シリコン膜SN1を除去した後、エッチング条件を変えて、ステップS13における第2段階のエッチングにより、図22に示されるように、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1を除去する。この第2段階のエッチングは、ポリシリコン膜PL1のエッチング速度が、側壁絶縁膜SW1,SW2および絶縁膜GID(具体的には酸化シリコン)のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で、ポリシリコン膜PL1を選択的にエッチングすることが好ましい。第2段階のエッチングにより、ポリシリコン膜PL1が除去されて、側壁絶縁膜SW1および絶縁膜GIDが露出される。すなわち、第2段階のエッチングでは、ポリシリコン膜PL1をエッチングするとともに、側壁絶縁膜SW1および絶縁膜GIDをエッチングストッパとして機能させることができる。ここでは、側壁絶縁膜SW1,SW2および絶縁膜GIDを酸化シリコンにより形成しているため、ポリシリコン膜PL1と側壁絶縁膜SW1,SW2および絶縁膜GIDとの高いエッチング選択比を確保することは容易である。また、半導体層SM1とポリシリコン膜PL1との間に絶縁膜GIDを設けていたことで、第2段階のエッチングでポリシリコン膜PL1を除去した際に、半導体層SM1がエッチングされてしまうのを防止することができる。   After removing the silicon nitride film SN1 by the first stage etching, the etching conditions are changed, and the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is removed by the second stage etching in step S13 as shown in FIG. . This second stage etching is performed under the etching conditions such that the etching rate of the polysilicon film PL1 is faster than the etching rates of the sidewall insulating films SW1 and SW2 and the insulating film GID (specifically, silicon oxide). It is preferable to selectively etch the film PL1. By the second-stage etching, the polysilicon film PL1 is removed, and the sidewall insulating film SW1 and the insulating film GID are exposed. That is, in the second stage etching, the polysilicon film PL1 can be etched, and the sidewall insulating film SW1 and the insulating film GID can function as an etching stopper. Here, since the sidewall insulating films SW1, SW2 and the insulating film GID are formed of silicon oxide, it is easy to ensure a high etching selectivity between the polysilicon film PL1, the sidewall insulating films SW1, SW2, and the insulating film GID. It is. In addition, since the insulating film GID is provided between the semiconductor layer SM1 and the polysilicon film PL1, the semiconductor layer SM1 is etched when the polysilicon film PL1 is removed by the second stage etching. Can be prevented.

第2段階のエッチングでポリシリコン膜PL1を除去した後、エッチング条件を変えて、ステップS13における第3段階のエッチングにより、図23に示されるように、側壁絶縁膜SW1,SW2および絶縁膜GIDを除去する。この第3段階のエッチングは、側壁絶縁膜SW1,SW2および絶縁膜GIDのエッチング速度が、半導体層SM1,EP1のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で、側壁絶縁膜SW1,SW2および絶縁膜GIDを選択的にエッチングすることが好ましい。これにより、第3段階のエッチングで半導体層SM1,EP1がエッチングされてしまうのを抑制または防止することができる。側壁絶縁膜SW1と側壁絶縁膜SW2とを同じ材料(ここでは酸化シリコン)により形成しておけば、側壁絶縁膜SW1と側壁絶縁膜SW2とを同じエッチング工程で連続的にエッチングすることができる。また、絶縁膜GIDと側壁絶縁膜SW1,SW2とを同じ材料(ここでは酸化シリコン)により形成しておけば、絶縁膜GIDを、側壁絶縁膜SW1,SW2を除去するのと同じエッチング工程で除去することができる。   After removing the polysilicon film PL1 in the second stage etching, the etching conditions are changed, and the third stage etching in step S13 is performed to change the sidewall insulating films SW1 and SW2 and the insulating film GID as shown in FIG. Remove. This third stage of etching is performed under such etching conditions that the etching rates of the sidewall insulating films SW1 and SW2 and the insulating film GID are higher than the etching rates of the semiconductor layers SM1 and EP1. It is preferable to selectively etch the GID. Thereby, it is possible to suppress or prevent the semiconductor layers SM1 and EP1 from being etched by the third stage etching. If sidewall insulating film SW1 and sidewall insulating film SW2 are formed of the same material (here, silicon oxide), sidewall insulating film SW1 and sidewall insulating film SW2 can be continuously etched in the same etching step. Further, if the insulating film GID and the side wall insulating films SW1 and SW2 are formed of the same material (here, silicon oxide), the insulating film GID is removed in the same etching process as the side wall insulating films SW1 and SW2 are removed. can do.

また、第3段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1,SW2は除去されるが、側壁絶縁膜SW3は残存させることが好ましい。このため、本実施の形態では、側壁絶縁膜SW3を側壁絶縁膜SW1,SW2とは異なる材料により形成しておき、側壁絶縁膜SW1,SW2(具体的には酸化シリコン)のエッチング速度が、側壁絶縁膜SW3(具体的には窒化シリコン)および半導体層SM1,EP1のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で、第3段階のエッチングを行う。ここでは、側壁絶縁膜SW1,SW2は酸化シリコン膜SO1,SO2により形成され、側壁絶縁膜SW3は窒化シリコン膜SN2により形成されているため、側壁絶縁膜SW1,SW2と側壁絶縁膜SW3との高いエッチング選択比を確保することは容易である。すなわち、第3段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1,SW2をエッチングするとともに、側壁絶縁膜SW3をエッチングストッパとして機能させることができる。また、側壁絶縁膜SW1,SW2は酸化シリコン膜SO1,SO2により形成されているため、側壁絶縁膜SW1,SW2と半導体層SM1,EP1との高いエッチング選択比を確保することも容易である。   In the third stage etching, the sidewall insulating films SW1 and SW2 are removed, but the sidewall insulating film SW3 is preferably left. For this reason, in this embodiment, the sidewall insulating film SW3 is formed of a material different from that of the sidewall insulating films SW1 and SW2, and the etching rate of the sidewall insulating films SW1 and SW2 (specifically, silicon oxide) is increased. The third-stage etching is performed under the etching conditions such that the etching rate of the insulating film SW3 (specifically, silicon nitride) and the semiconductor layers SM1 and EP1 is higher. Here, since the side wall insulating films SW1 and SW2 are formed of the silicon oxide films SO1 and SO2 and the side wall insulating film SW3 is formed of the silicon nitride film SN2, the side wall insulating films SW1 and SW2 and the side wall insulating film SW3 are high. It is easy to ensure the etching selectivity. That is, in the third stage etching, the sidewall insulating films SW1 and SW2 can be etched and the sidewall insulating film SW3 can function as an etching stopper. Further, since the sidewall insulating films SW1 and SW2 are formed of the silicon oxide films SO1 and SO2, it is easy to ensure a high etching selectivity between the sidewall insulating films SW1 and SW2 and the semiconductor layers SM1 and EP1.

また、側壁絶縁膜SW3の形成を省略した場合は、第3段階のエッチングで側壁絶縁膜SW1,SW2を除去すると、絶縁膜IL1(より特定的には絶縁膜IL1の窒化シリコン膜SN3)が露出することになる。この場合、絶縁膜IL1の窒化シリコン膜SN3をエッチングストッパとして機能させることができる。すなわち、側壁絶縁膜SW3は必ずしも形成されている必要は無い。なお、ライナ膜SN3の材料を窒化シリコン膜に代えて、酸窒化シリコン膜を用いてもよい。   If the formation of the sidewall insulating film SW3 is omitted, the insulating film IL1 (more specifically, the silicon nitride film SN3 of the insulating film IL1) is exposed when the sidewall insulating films SW1 and SW2 are removed by the third stage etching. Will do. In this case, the silicon nitride film SN3 of the insulating film IL1 can function as an etching stopper. That is, the sidewall insulating film SW3 is not necessarily formed. Note that a silicon oxynitride film may be used instead of the silicon nitride film as the material of the liner film SN3.

また、絶縁膜GIDが側壁絶縁膜SW1,SW2と異なる材料により形成されていた場合は、側壁絶縁膜SW1,SW2をエッチングで除去した後に、エッチング条件を変えて絶縁膜GIDを選択的に除去することもできる。   When the insulating film GID is formed of a material different from that of the sidewall insulating films SW1 and SW2, the sidewall insulating films SW1 and SW2 are removed by etching, and then the insulating film GID is selectively removed by changing the etching conditions. You can also

また、側壁絶縁膜SW1,SW2を除去する際に、絶縁膜IL1の絶縁膜SO3の一部がエッチングされる場合もあるが、絶縁膜SO3の厚みは厚く、また、絶縁膜SO3の下には窒化シリコン膜SN3があるため、許容することができる。   In addition, when the sidewall insulating films SW1 and SW2 are removed, a part of the insulating film SO3 of the insulating film IL1 may be etched, but the insulating film SO3 is thick and under the insulating film SO3. Since there is the silicon nitride film SN3, it can be tolerated.

上記3段階(第1段階、第2段階および第3段階)のエッチングによりダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2を除去することで、図20および図23に示されるように、溝TRが形成される。   The trench TR is formed as shown in FIGS. 20 and 23 by removing the dummy gate GED and the side wall insulating films SW1 and SW2 by etching in the above three steps (first step, second step and third step). Is done.

続いて、ステップS13よりも後の工程について説明する。   Then, the process after step S13 is demonstrated.

ステップS13の後、図24に示されるように、溝TRの底面および側面(側壁)上を含むSOI基板SUBの主面(主面全面)上に、ゲート絶縁膜用の絶縁膜GIaを形成する(図4のステップS14)。   After step S13, as shown in FIG. 24, an insulating film GIa for a gate insulating film is formed on the main surface (entire main surface) of SOI substrate SUB including the bottom surface and side surface (sidewall) of trench TR. (Step S14 in FIG. 4).

絶縁膜GIaは、例えば、ALD(Atomic layer Deposition:原子層堆積)法またはCVD法により形成することができる。絶縁膜GIaとしては、例えば、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜または酸化ランタン膜などの金属酸化物膜を用いることができ、また、これらの金属酸化物膜は、窒素(N)またはケイ素(Si)の一方または両方を含有することもできる。この場合、絶縁膜GIaは、窒化シリコン膜よりも高い誘電率(比誘電率)を有する高誘電率膜(いわゆるHigh−k膜)である。また、絶縁膜GIaとして、酸化シリコンまたは酸窒化シリコン膜を用いることも可能である。但し、絶縁膜GIaに高誘電率膜を用いた場合は、同じ物理的膜厚を有する酸化シリコン膜を用いた場合に比べて、ゲート絶縁膜(GI)の酸化シリコン換算膜厚を増加させることができるため、リーク電流を低減できるという利点を得られる。なお、絶縁膜GIaの物理的膜厚は、2nm〜5nm程度である。   The insulating film GIa can be formed by, for example, an ALD (Atomic layer Deposition) method or a CVD method. As the insulating film GIa, for example, a metal oxide film such as a hafnium oxide film, a zirconium oxide film, an aluminum oxide film, a tantalum oxide film, or a lanthanum oxide film can be used. One or both of (N) and silicon (Si) can also be contained. In this case, the insulating film GIa is a high dielectric constant film (so-called High-k film) having a higher dielectric constant (relative dielectric constant) than that of the silicon nitride film. Alternatively, a silicon oxide or silicon oxynitride film can be used as the insulating film GIa. However, when a high dielectric constant film is used as the insulating film GIa, the equivalent silicon oxide thickness of the gate insulating film (GI) is increased as compared with the case where a silicon oxide film having the same physical film thickness is used. Therefore, the advantage that the leakage current can be reduced can be obtained. The physical film thickness of the insulating film GIa is about 2 nm to 5 nm.

また、絶縁膜GIaに高誘電率膜を用いる場合は、絶縁膜GIaの形成に先立って、界面層として1nm以下の酸化シリコン膜を形成してもよい。この界面層の物理的膜厚は、上記金属酸化物膜(高誘電率膜)の物理的膜厚よりも薄く形成される。なお、界面層は熱酸化法によって、半導体層SM1上に形成することができる。   When a high dielectric constant film is used for the insulating film GIa, a silicon oxide film having a thickness of 1 nm or less may be formed as an interface layer prior to the formation of the insulating film GIa. The physical thickness of the interface layer is formed thinner than the physical thickness of the metal oxide film (high dielectric constant film). The interface layer can be formed on the semiconductor layer SM1 by a thermal oxidation method.

絶縁膜GIaは、少なくとも、溝TRから露出する部分の半導体層SM1,EP1上に形成する必要があるが、実際には、溝TRから露出する部分の半導体層SM1,EP1上だけでなく、溝TRから露出する側壁絶縁膜SW3の内壁上と、絶縁膜IL1上とにも、絶縁膜GIaが形成される。すなわち、溝TRの底部および側壁上を含む絶縁膜IL1上に絶縁膜GIaが形成される。   The insulating film GIa needs to be formed at least on the portions of the semiconductor layers SM1 and EP1 exposed from the trench TR. Actually, the insulating film GIa is not only on the portions of the semiconductor layers SM1 and EP1 exposed from the trench TR. Insulating film GIa is also formed on the inner wall of sidewall insulating film SW3 exposed from TR and on insulating film IL1. That is, insulating film GIa is formed on insulating film IL1 including the bottom of trench TR and the side wall.

次に、図25に示されるように、SOI基板SUBの主面上に、すなわち絶縁膜GIa上に、ゲート電極用の導電膜(導電体膜)CDを形成する(図4のステップS15)。この導電膜CDは、絶縁膜GIa上に、溝TR内を埋めるように形成される。   Next, as shown in FIG. 25, a conductive film (conductor film) CD for the gate electrode is formed on the main surface of the SOI substrate SUB, that is, on the insulating film GIa (step S15 in FIG. 4). The conductive film CD is formed on the insulating film GIa so as to fill the trench TR.

導電膜CDとしては、例えば、窒化チタン(TiN)膜、窒化タンタル(TaN)膜、窒化タングステン(WN)膜、炭化チタン(TiC)膜、炭化タンタル(TaC)膜、炭化タングステン(WC)膜または窒化炭化タンタル(TaCN)膜などの、金属膜を用いることができる。なお、ここで言う金属膜とは、金属伝導を示す導電膜を言い、単体の金属膜(純金属膜)や合金膜だけでなく、金属伝導を示す金属化合物膜(窒化金属膜や炭化金属膜など)も含むものとする。導電膜CDは、金属膜の場合、例えばスパッタリング法などを用いて形成することができる。導電膜CDに金属膜を用いた場合は、後で形成されるゲート電極GEをメタルゲート電極とすることができるため、ゲート電極GEの空乏化現象を抑制し、寄生容量をなくすことができるという利点を得られる。また、MISFET素子の小型化(ゲート絶縁膜の薄膜化)も可能になるという利点も得られる。   As the conductive film CD, for example, a titanium nitride (TiN) film, a tantalum nitride (TaN) film, a tungsten nitride (WN) film, a titanium carbide (TiC) film, a tantalum carbide (TaC) film, a tungsten carbide (WC) film, or A metal film such as a tantalum nitride nitride (TaCN) film can be used. In addition, the metal film said here is the electrically conductive film which shows metal conduction, and not only a single metal film (pure metal film) and an alloy film, but also a metal compound film (metal nitride film and metal carbide film) which shows metal conduction. Etc.). In the case of a metal film, the conductive film CD can be formed using, for example, a sputtering method. When a metal film is used for the conductive film CD, a gate electrode GE formed later can be used as a metal gate electrode, so that the depletion phenomenon of the gate electrode GE can be suppressed and parasitic capacitance can be eliminated. Benefits. Further, there is an advantage that the MISFET element can be miniaturized (the gate insulating film can be thinned).

また、メタルゲート電極の変形例として、上記金属膜とポリシリコン膜(ドープトポリシリコン膜)の積層型のゲート電極とすることもできる。この場合、まず、溝TR内に上記金属膜を形成し、その後、溝TR内を埋め込むようにポリシリコン膜を形成することで、積層型のゲート電極を得られる。この場合、導電膜CDは、上記金属膜とその上のポリシリコン膜(ドープトポリシリコン膜)との積層膜により構成されることになる。   As a modification of the metal gate electrode, a stacked gate electrode of the metal film and a polysilicon film (doped polysilicon film) can be used. In this case, first, the metal film is formed in the trench TR, and then a polysilicon film is formed so as to fill the trench TR, whereby a stacked gate electrode can be obtained. In this case, the conductive film CD is composed of a laminated film of the metal film and a polysilicon film (doped polysilicon film) thereon.

また、メタルゲート電極の他の変形例として、異なる金属膜を積層させても良い。この場合、例えば、溝TR内に第1金属膜を形成し、その後、溝TR内を埋め込むように第2金属膜を形成することで、積層型のゲート電極を得られる。この場合、導電膜CDは、第1金属膜とその上の第2金属膜との積層膜により構成されることになる。この時、積層させる金属(金属膜)は2層に限らず、2層以上の複数層としても良い。   Moreover, you may laminate | stack a different metal film as another modification of a metal gate electrode. In this case, for example, by forming a first metal film in the trench TR and then forming a second metal film so as to fill the trench TR, a stacked gate electrode can be obtained. In this case, the conductive film CD is composed of a laminated film of the first metal film and the second metal film thereon. At this time, the metal (metal film) to be laminated is not limited to two layers, and may be a plurality of layers of two or more layers.

次に、図26に示されるように、溝TR内に導電膜CDを残し、溝TRの外部の導電膜CDをCMP法などにより除去して、ゲート電極GEを形成する(図4のステップS16)。ゲート電極GEは、溝TR内に残存する導電膜CDからなる。   Next, as shown in FIG. 26, the conductive film CD is left in the trench TR, and the conductive film CD outside the trench TR is removed by CMP or the like to form the gate electrode GE (step S16 in FIG. 4). ). The gate electrode GE is made of the conductive film CD remaining in the trench TR.

ステップS16においては、溝TRの外部の導電膜CDをCMP法で研磨して除去する際に、溝TRの外部の絶縁膜GIaも除去される。すなわち、絶縁膜IL1(の絶縁膜SO3)の上面が露出するまで導電膜CDおよび絶縁膜GIaを研磨し、それによって、溝TRの外部の導電膜CDおよび絶縁膜GIaを除去し、溝TR内に導電膜CDおよび絶縁膜GIaを残す。これにより、溝TR内には導電膜CDおよび絶縁膜GIaが残存し、溝TR内に残存する導電膜CDがゲート電極GEとなり、溝TR内に残存する絶縁膜GIaがゲート絶縁膜GIとなる。すなわち、ステップS14〜S16は、溝TR内にゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEを形成する工程である。   In step S16, when the conductive film CD outside the trench TR is removed by polishing using the CMP method, the insulating film GIa outside the trench TR is also removed. That is, the conductive film CD and the insulating film GIa are polished until the upper surface of the insulating film IL1 (the insulating film SO3) is exposed, whereby the conductive film CD and the insulating film GIa outside the trench TR are removed, and the trench TR The conductive film CD and the insulating film GIa are left. As a result, the conductive film CD and the insulating film GIa remain in the trench TR, the conductive film CD remaining in the trench TR becomes the gate electrode GE, and the insulating film GIa remaining in the trench TR becomes the gate insulating film GI. . That is, steps S14 to S16 are steps of forming the gate electrode GE in the trench TR via the gate insulating film GI.

ゲート電極GEと半導体層SM1(の上面)との間と、ゲート電極GEと半導体層EP1(の傾斜した側面SF1)との間と、ゲート電極GEと側壁絶縁膜SW3(の内壁)との間には、ゲート絶縁膜GI(絶縁膜GIa)が介在する。ゲート電極GEおよびゲート絶縁膜GIは、MISFETのゲート電極およびゲート絶縁膜としてそれぞれ機能する。つまり、半導体層SM2上にゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEを形成するのである。   Between the gate electrode GE and the semiconductor layer SM1 (the upper surface thereof), between the gate electrode GE and the semiconductor layer EP1 (the inclined side surface SF1 thereof), and between the gate electrode GE and the sidewall insulating film SW3 (the inner wall thereof). The gate insulating film GI (insulating film GIa) is interposed between the two. The gate electrode GE and the gate insulating film GI function as a gate electrode and a gate insulating film of the MISFET, respectively. That is, the gate electrode GE is formed on the semiconductor layer SM2 via the gate insulating film GI.

ゲート絶縁膜GI(絶縁膜GIa)を介してゲート電極GEの下に位置する半導体層SM1に、MISFETのチャネル領域が形成される。また、MISFETのソースまたはドレインとして機能する半導体領域(不純物拡散層)は、半導体層SM2(SM1,EP1)に設けられたn型半導体領域EXとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域SDとにより形成され、LDD(Lightly doped Drain)構造を有している。 A channel region of the MISFET is formed in the semiconductor layer SM1 located under the gate electrode GE via the gate insulating film GI (insulating film GIa). The semiconductor region (impurity diffusion layer) functioning as the source or drain of the MISFET includes an n type semiconductor region EX provided in the semiconductor layer SM2 (SM1, EP1) and an n + type semiconductor region having a higher impurity concentration than that. SD and has an LDD (Lightly doped Drain) structure.

なお、ゲート長方向において、ゲート電極GEの上部の長さは48nm程度であり、ゲート電極GEの下部長さ(チャネル領域の長さ)は28nm程度である。すなわち、ゲート長方向におけるゲート電極GEの最小長を、実質的なチャネル領域として利用している。   In the gate length direction, the upper length of the gate electrode GE is about 48 nm, and the lower length of the gate electrode GE (the length of the channel region) is about 28 nm. That is, the minimum length of the gate electrode GE in the gate length direction is used as a substantial channel region.

このようにして、nチャネル型のMISFETが形成される。   In this way, an n-channel MISFET is formed.

本実施の形態では、ダミーゲートGEDの側壁上に形成されかつ半導体層EP1の上に位置していた側壁絶縁膜SW2を、ステップS13でダミーゲートGEDとともに除去し、除去した領域(溝TR)にゲート電極GEを形成している。このため、ダミーゲートGEDが存在していた領域だけでなく、側壁絶縁膜SW2が存在していた領域にもゲート電極GEを形成することができる。このため、ゲート電極GEのゲート長方向の寸法を、ダミーゲートGEDの寸法よりも大きくすることができ、ゲート電極GEの一部(ゲート長方向の両端部側)が半導体層EP1上に位置する、すなわち半導体層EP1上に乗り上げることになる。従って、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部は、半導体層EP1の上に位置することになる。そして、n型半導体領域EXの少なくとも一部は、ゲート電極GEの直下に位置することになる。 In the present embodiment, the sidewall insulating film SW2 formed on the sidewall of the dummy gate GED and located on the semiconductor layer EP1 is removed together with the dummy gate GED in step S13, and the removed region (trench TR) is removed. A gate electrode GE is formed. Therefore, the gate electrode GE can be formed not only in the region where the dummy gate GED was present but also in the region where the sidewall insulating film SW2 was present. For this reason, the dimension in the gate length direction of the gate electrode GE can be made larger than the dimension of the dummy gate GED, and a part of the gate electrode GE (both ends in the gate length direction) is located on the semiconductor layer EP1. That is, it rides on the semiconductor layer EP1. Therefore, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1. At least a part of the n type semiconductor region EX is located immediately below the gate electrode GE.

次に、図27に示されるように、SOI基板SUBの主面全面上に、すなわちゲート電極GEが埋め込まれた絶縁膜IL1上に、絶縁膜(層間絶縁膜)IL2を形成する。絶縁膜SO3としては、酸化シリコン系の絶縁膜を用いることができる。絶縁膜IL2は、絶縁膜IL1上に、ゲート電極GEの上面を覆うように、形成される。   Next, as shown in FIG. 27, an insulating film (interlayer insulating film) IL2 is formed over the entire main surface of the SOI substrate SUB, that is, over the insulating film IL1 in which the gate electrode GE is embedded. As the insulating film SO3, a silicon oxide insulating film can be used. The insulating film IL2 is formed over the insulating film IL1 so as to cover the upper surface of the gate electrode GE.

絶縁膜IL2の形成後、絶縁膜IL2の表面(上面)をCMP法により研磨するなどして、絶縁膜IL2の上面の平坦性を高めることもできる。   After the formation of the insulating film IL2, the flatness of the upper surface of the insulating film IL2 can be improved by polishing the surface (upper surface) of the insulating film IL2 by a CMP method.

次に、図28に示されるように、絶縁膜IL2上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして用いて、絶縁膜IL2および絶縁膜IL1をドライエッチングすることにより、絶縁膜IL1,IL2にコンタクトホール(貫通孔、孔)CNTを形成する。コンタクトホールCNTは、絶縁膜IL1および絶縁膜IL2からなる積層膜(積層絶縁膜)を貫通するように形成される。   Next, as shown in FIG. 28, by using the photoresist pattern (not shown) formed on the insulating film IL2 as an etching mask, the insulating film IL2 and the insulating film IL1 are dry-etched, thereby forming the insulating film IL1. , IL2 are formed with contact holes (through holes, holes) CNT. The contact hole CNT is formed so as to penetrate the laminated film (laminated insulating film) made of the insulating film IL1 and the insulating film IL2.

コンタクトホールCNTを形成するには、まず、窒化シリコン膜SN3に比較して絶縁膜SO3および絶縁膜IL2がエッチングされやすい条件で絶縁膜IL2および絶縁膜SO3のドライエッチングを行い、窒化シリコン膜SN3をエッチングストッパ膜として機能させることで、絶縁膜IL2および絶縁膜SO3にコンタクトホールCNTを形成する。それから、絶縁膜IL2および絶縁膜SO3に比較して窒化シリコン膜SN3がエッチングされやすい条件でコンタクトホールCNTの底部の窒化シリコン膜SN3をドライエッチングして除去することで、貫通孔としてのコンタクトホールCNTが形成される。   In order to form the contact hole CNT, first, the insulating film IL2 and the insulating film SO3 are dry-etched under conditions that allow the insulating film SO3 and the insulating film IL2 to be etched more easily than the silicon nitride film SN3. By functioning as an etching stopper film, contact holes CNT are formed in the insulating film IL2 and the insulating film SO3. Then, the silicon nitride film SN3 at the bottom of the contact hole CNT is removed by dry etching under a condition that the silicon nitride film SN3 is more easily etched than the insulating film IL2 and the insulating film SO3, thereby removing the contact hole CNT as a through hole. Is formed.

コンタクトホールCNTは、例えば、n型半導体領域SDの上部、またはゲート電極GEの上部などに形成される。n型半導体領域SDの上部に形成されたコンタクトホールCNTの底部では、n型半導体領域SD上の金属シリサイド層SILが露出される。コンタクトホールCNT形成時に窒化シリコン膜SN3をエッチングストッパ膜として機能させたことで、コンタクトホールCNTの掘り過ぎや半導体層SM2のダメージを抑制または防止することができる。 The contact hole CNT is formed, for example, above the n + type semiconductor region SD or above the gate electrode GE. At the bottom of the n + -type semiconductor region SD of the contact hole CNT formed on the upper metal silicide layer SIL on n + -type semiconductor regions SD are exposed. By making the silicon nitride film SN3 function as an etching stopper film at the time of forming the contact hole CNT, excessive digging of the contact hole CNT and damage to the semiconductor layer SM2 can be suppressed or prevented.

次に、コンタクトホールCNT内に、接続用の導電体部として、タングステン(W)などからなる導電性のプラグPGを形成する(埋め込む)。プラグPGは、次のようにして形成することができる。   Next, a conductive plug PG made of tungsten (W) or the like is formed (embedded) in the contact hole CNT as a connecting conductor portion. The plug PG can be formed as follows.

すなわち、まず、コンタクトホールCNTの内部(底部および側壁上)を含む絶縁膜IL2上に、スパッタリング法またはプラズマCVD法などによりバリア導体膜BR1(例えばチタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜)を形成する。それから、タングステン膜などからなる主導体膜MC1を、CVD法などによってバリア導体膜BR1上にコンタクトホールCNTを埋めるように形成する。その後、コンタクトホールCNTの外部(絶縁膜IL2上)の不要な主導体膜MC1およびバリア導体膜BR1をCMP法またはエッチバック法などによって除去する。これにより、絶縁膜IL2の上面が露出し、絶縁膜IL1,IL2のコンタクトホールCNT内に埋め込まれて残存するバリア導体膜BR1および主導体膜MC1により、プラグPGが形成される。n型半導体領域SDの上部に形成されたプラグPGは、その底部でn型半導体領域SDの表面上の金属シリサイド層SILと接して電気的に接続される。また、図示はしないけれども、プラグPGがゲート電極GEの上部に形成された場合は、そのプラグPGは、そのプラグPGの底部でゲート電極GEと接して電気的に接続される。 That is, first, on the insulating film IL2 including the inside (on the bottom and side walls) of the contact hole CNT, the barrier conductor film BR1 (for example, a titanium film, a titanium nitride film, or a laminated film thereof) is formed by sputtering or plasma CVD. Form. Then, a main conductor film MC1 made of a tungsten film or the like is formed so as to fill the contact hole CNT on the barrier conductor film BR1 by a CVD method or the like. Thereafter, unnecessary main conductor film MC1 and barrier conductor film BR1 outside the contact hole CNT (on the insulating film IL2) are removed by a CMP method, an etch back method, or the like. As a result, the upper surface of the insulating film IL2 is exposed, and the plug PG is formed by the barrier conductor film BR1 and the main conductor film MC1 that remain buried in the contact holes CNT of the insulating films IL1 and IL2. n + -type semiconductor regions plugs PG formed in the upper portion of the SD are in contact with and electrically connected to the metal silicide layer SIL on the surface of the n + -type semiconductor region SD at its bottom. Although not shown, when the plug PG is formed on the top of the gate electrode GE, the plug PG is in contact with and electrically connected to the gate electrode GE at the bottom of the plug PG.

次に、図29に示されるように、プラグPGが埋め込まれた絶縁膜IL2上に、配線形成用の絶縁膜IL3を形成する。絶縁膜IL3は、単体膜(単体絶縁膜)または積層膜(積層絶縁膜)とすることができる。   Next, as shown in FIG. 29, an insulating film IL3 for wiring formation is formed on the insulating film IL2 in which the plug PG is embedded. The insulating film IL3 can be a single film (single insulating film) or a laminated film (laminated insulating film).

次に、シングルダマシン法により第1層目の配線を形成する。まず、フォトレジストパターン(図示せず)をマスクとしたドライエッチングによって絶縁膜IL3の所定の領域に配線溝WTを形成した後、SOI基板SUBの主面上(すなわち配線溝WTの底部および側壁上を含む絶縁膜IL3上)にバリア導体膜(バリアメタル膜)を形成する。バリア導体膜は、例えば窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜などを用いることができる。続いて、CVD法またはスパッタリング法などによりバリア導体膜上に銅のシード層を形成し、さらに電解めっき法などを用いてシード層上に銅めっき膜(主導体膜)を形成する。銅めっき膜により配線溝WTの内部を埋め込む。それから、配線溝WT以外の領域の銅めっき膜、シード層およびバリアメタル膜をCMP法により除去して、銅を主導電材料とする第1層目の配線M1を形成する。なお、図面の簡略化のために、図29では、配線M1を構成する銅めっき膜、シード層およびバリアメタル膜を一体化して示してある。配線M1は、プラグPGに接続され、プラグPGを介して、n型半導体領域SDまたはゲート電極GEなどと電気的に接続される。 Next, a first layer wiring is formed by a single damascene method. First, after a wiring groove WT is formed in a predetermined region of the insulating film IL3 by dry etching using a photoresist pattern (not shown) as a mask, the main surface of the SOI substrate SUB (that is, on the bottom and side walls of the wiring groove WT). A barrier conductor film (barrier metal film) is formed on the insulating film IL3 including As the barrier conductor film, for example, a titanium nitride film, a tantalum film, a tantalum nitride film, or the like can be used. Subsequently, a copper seed layer is formed on the barrier conductor film by CVD or sputtering, and a copper plating film (main conductor film) is further formed on the seed layer by electrolytic plating or the like. The inside of the wiring trench WT is embedded with a copper plating film. Then, the copper plating film, the seed layer, and the barrier metal film in regions other than the wiring trench WT are removed by CMP to form a first layer wiring M1 using copper as a main conductive material. In order to simplify the drawing, in FIG. 29, the copper plating film, the seed layer, and the barrier metal film constituting the wiring M1 are shown in an integrated manner. The wiring M1 is connected to the plug PG, and is electrically connected to the n + type semiconductor region SD or the gate electrode GE through the plug PG.

その後、デュアルダマシン法により2層目以降の配線を形成するが、ここでは図示およびその説明は省略する。また、配線M1および2層目以降の配線は、ダマシン配線に限定されず、配線用の導電体膜をパターニングして形成することもでき、例えばタングステン配線またはアルミニウム配線などとすることもできる。   Thereafter, the second and subsequent wirings are formed by the dual damascene method, but illustration and description thereof are omitted here. Further, the wiring M1 and the wirings in the second and subsequent layers are not limited to damascene wiring, and can be formed by patterning a conductive film for wiring, for example, tungsten wiring or aluminum wiring.

また、本実施の形態では、MISFEとして、nチャネル型のMISFETを形成する場合について説明したが、導電型を逆にして、pチャネル型のMISFETを形成することもできる。また、同一のSOI基板SUBにnチャネル型のMISFETとpチャネル型のMISFETとの両方を形成することもできる。これは、以下の実施の形態2〜4についても同様である。   In this embodiment, the case where an n-channel MISFET is formed as the MISFE has been described. However, a p-channel MISFET can be formed by reversing the conductivity type. In addition, both an n-channel MISFET and a p-channel MISFET can be formed on the same SOI substrate SUB. The same applies to the following second to fourth embodiments.

<検討例について>
SOI基板を用いて半導体装置を製造する場合、SOI基板の半導体層上に、ソース・ドレイン用のシリコン層をエピタキシャル成長させる。これにより、例えば、ソース・ドレイン拡散層の深さを浅くしながら抵抗低減を図ることができ、また、サリサイドプロセスで金属シリサイド層を形成するのに適したシリコン膜厚を確保することができる。このような半導体装置について、検討した。
<About study example>
When manufacturing a semiconductor device using an SOI substrate, a source / drain silicon layer is epitaxially grown on the semiconductor layer of the SOI substrate. Thereby, for example, the resistance can be reduced while reducing the depth of the source / drain diffusion layer, and a silicon film thickness suitable for forming the metal silicide layer by the salicide process can be secured. Such a semiconductor device was examined.

図30および図31は、第1検討例の半導体装置の要部断面図である。図30は、本実施の形態の上記図1に対応するものであり、図31は、本実施の形態の上記図2に対応するものである。   30 and 31 are main-portion cross-sectional views of the semiconductor device of the first study example. FIG. 30 corresponds to FIG. 1 of the present embodiment, and FIG. 31 corresponds to FIG. 2 of the present embodiment.

図30および図31に示される第1検討例の半導体装置は、上記ステップS10(金属シリサイド層SIL形成工程)までは本実施の形態と同様の工程を行っているが、それ以降の工程が相違している。すなわち、第1検討例の半導体装置を製造する場合は、ステップS10(金属シリサイド層SIL形成工程)までの工程を行って上記図17の構造を得た後に、SOI基板SUBの主面(主面全面)上に、上記窒化シリコン膜SN3に相当する窒化シリコン膜SN103と上記絶縁膜SO3に相当する酸化シリコン膜SO103との積層膜からなる層間絶縁膜IL101を形成する。そして、層間絶縁膜IL101の上面をCMP法で平坦化するが、その際、本実施の形態とは異なり、上記ダミーゲートGEDは露出させない。その後、上記ステップS13〜S16は行わずに、層間絶縁膜IL101に上記コンタクトホールCNTに相当するコンタクトホール(図示せず)を形成し、そのコンタクトホール内に上記プラグPGに相当するプラグ(図示せず)を形成し、更に、上記絶縁膜IL3と上記配線M1とに相当するもの(図示せず)を形成する。   The semiconductor device of the first study example shown in FIG. 30 and FIG. 31 performs the same process as the present embodiment until step S10 (metal silicide layer SIL formation process), but the subsequent processes are different. doing. That is, when the semiconductor device of the first study example is manufactured, the process up to step S10 (metal silicide layer SIL formation process) is performed to obtain the structure of FIG. 17 and then the main surface (main surface) of the SOI substrate SUB. On the entire surface, an interlayer insulating film IL101 made of a laminated film of a silicon nitride film SN103 corresponding to the silicon nitride film SN3 and a silicon oxide film SO103 corresponding to the insulating film SO3 is formed. Then, the upper surface of the interlayer insulating film IL101 is planarized by the CMP method. At this time, unlike the present embodiment, the dummy gate GED is not exposed. Thereafter, without performing steps S13 to S16, a contact hole (not shown) corresponding to the contact hole CNT is formed in the interlayer insulating film IL101, and a plug (not shown) corresponding to the plug PG is formed in the contact hole. In addition, a film (not shown) corresponding to the insulating film IL3 and the wiring M1 is formed.

このため、図30および図31に示される第1検討例の半導体装置は、上記絶縁膜GIDと上記ポリシリコン膜PL1と上記窒化シリコン膜SN1とが除去されずに残存して、それぞれゲート絶縁膜GI101とゲート電極GE101と窒化シリコン膜SN101となっている。つまり、上記ステップS2でゲート絶縁膜GI101とゲート電極GE101と窒化シリコン膜SN101との積層構造体を形成し、これをそのまま製造後の半導体装置に残存させたものが、第1検討例の半導体装置に対応している。   Therefore, in the semiconductor device of the first study example shown in FIGS. 30 and 31, the insulating film GID, the polysilicon film PL1, and the silicon nitride film SN1 remain without being removed, and the gate insulating film GI101, gate electrode GE101, and silicon nitride film SN101 are formed. That is, the stacked structure of the gate insulating film GI101, the gate electrode GE101, and the silicon nitride film SN101 formed in step S2 and left as it is in the manufactured semiconductor device is the semiconductor device of the first study example. It corresponds to.

図32および図33は、第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図34および図35は、第2検討例の半導体装置の要部断面図であり、図34は、本実施の形態の上記図1に対応するものであり、図35は、本実施の形態の上記図2に対応するものである。   32 and 33 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the second study example during the manufacturing process. 34 and 35 are cross-sectional views of the principal part of the semiconductor device of the second study example, FIG. 34 corresponds to FIG. 1 of the present embodiment, and FIG. This corresponds to FIG.

第2検討例の半導体装置を製造する場合は、上記ステップS12(絶縁膜IL1のCMP工程)までは本実施の形態と同様の工程を行っているが、それ以降の工程が相違している。すなわち、第2検討例の半導体装置を製造する場合は、ステップS12(絶縁膜IL1のCMP工程)までの工程を行って上記図19の構造を得た後に、図32に示されるように、上記ダミーゲートGEDの窒化シリコン膜SN1およびポリシリコン膜PL1をエッチングより除去するが、絶縁膜GIDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2,SW3は除去せずに残存させる。それから、窒化シリコン膜SN1およびポリシリコン膜PL1が除去されることで形成された溝TR101内を埋めるように絶縁膜IL1上に導電膜を形成してから、溝TR101の外部の導電膜をCMP法で除去することにより、溝TR101内にゲート電極GE102を形成する。ゲート電極GE102の下に残存する絶縁膜GIDがゲート絶縁膜GI102となる。その後は、本実施の形態と同様に、上記絶縁膜IL2を形成し、上記コンタクトホールCNTを形成し、上記プラグPGを形成し、上記絶縁膜IL3を形成し、上記配線M1を形成するが、ここではその図示は省略する。   In the case of manufacturing the semiconductor device of the second study example, the same processes as in the present embodiment are performed up to the above-described step S12 (CMP process of the insulating film IL1), but the subsequent processes are different. That is, in the case of manufacturing the semiconductor device of the second study example, the process up to step S12 (CMP process of the insulating film IL1) is performed to obtain the structure of FIG. 19, and as shown in FIG. The silicon nitride film SN1 and the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED are removed by etching, but the insulating film GID and the sidewall insulating films SW1, SW2, and SW3 are left without being removed. Then, a conductive film is formed on the insulating film IL1 so as to fill the trench TR101 formed by removing the silicon nitride film SN1 and the polysilicon film PL1, and then the conductive film outside the trench TR101 is formed by CMP. As a result, the gate electrode GE102 is formed in the trench TR101. The insulating film GID remaining under the gate electrode GE102 becomes the gate insulating film GI102. Thereafter, as in the present embodiment, the insulating film IL2 is formed, the contact hole CNT is formed, the plug PG is formed, the insulating film IL3 is formed, and the wiring M1 is formed. The illustration is omitted here.

図30および図31に示される第1検討例の半導体装置においては、ゲート電極GE101の形成後にエピタキシャル層である半導体層EP1を形成しているため、ゲート電極GE101の端部(ゲート長方向の両端部)は、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1上に乗り上げていない。   In the semiconductor device of the first study example shown in FIGS. 30 and 31, since the semiconductor layer EP1 that is an epitaxial layer is formed after the formation of the gate electrode GE101, the end portions (both ends in the gate length direction) of the gate electrode GE101 are formed. Part) does not run on the semiconductor layer EP1 which is an epitaxial layer for source / drain.

また、図34および図35に示される第2検討例の半導体装置においては、ダミーゲートGEDの窒化シリコン膜SN1およびポリシリコン膜PL1をエッチングにより除去してそこにゲート電極GE102を形成する。しかしながら、第2検討例の半導体装置では、側壁絶縁膜SW1,SW2,SW3(特に側壁絶縁膜SW2)を残存させるため、ゲート電極GE102の端部(ゲート長方向の両端部)は、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1上に乗り上げていない。   Further, in the semiconductor device of the second examination example shown in FIGS. 34 and 35, the silicon nitride film SN1 and the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED are removed by etching, and the gate electrode GE102 is formed there. However, in the semiconductor device of the second study example, the side wall insulating films SW1, SW2, and SW3 (particularly the side wall insulating film SW2) are left, so that the ends of the gate electrode GE102 (both ends in the gate length direction) It does not run on the semiconductor layer EP1, which is an epitaxial layer.

図30および図31に示される第1検討例の半導体装置や図34および図35に示される第2検討例の半導体装置のように、ゲート電極GE101,GE102の端部(ゲート長方向の両端部)が半導体層EP1上に乗り上げていない構造では、次のような課題がある。   As in the semiconductor device of the first study example shown in FIGS. 30 and 31 and the semiconductor device of the second study example shown in FIGS. 34 and 35, end portions of gate electrodes GE101 and GE102 (both end portions in the gate length direction). However, there is the following problem in the structure that does not run on the semiconductor layer EP1.

第1の課題として、MISFETを有する半導体装置においては、ソースまたはドレイン用の半導体領域が、チャネル領域との間に寄生抵抗を有していると、特性(電気的特性)の劣化を招く虞がある。例えば、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗が大きいと、オン抵抗が増大してオン電流が低下するため、MISFETの電気的特性が低下する。また、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗の値がばらつくことで、MISFET毎の特性ばらつきが増大する懸念もある。以下、「寄生抵抗」とは、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗のことを指している。なお、ソースまたはドレイン用の半導体領域とは、n型半導体領域EXとn型半導体領域SDとを合わせたものに対応している。 As a first problem, in a semiconductor device having a MISFET, if the source or drain semiconductor region has a parasitic resistance between the channel region and the semiconductor region, the characteristics (electrical characteristics) may be deteriorated. is there. For example, if the parasitic resistance between the source or drain semiconductor region and the channel region is large, the on-resistance is increased and the on-current is decreased, so that the electrical characteristics of the MISFET are degraded. Further, there is a concern that variation in characteristics between MISFETs may increase due to variations in the value of the parasitic resistance between the semiconductor region for source or drain and the channel region. Hereinafter, “parasitic resistance” refers to parasitic resistance between a semiconductor region for a source or drain and a channel region. The source or drain semiconductor region corresponds to a combination of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD.

ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制するためには、ゲート電極の端部(ゲート長方向の両端部)をソースまたはドレイン用の半導体領域にオーバーラップさせることが有効である。   In order to suppress the parasitic resistance between the source or drain semiconductor region and the channel region, the end portions of the gate electrode (both end portions in the gate length direction) overlap the source or drain semiconductor region. It is valid.

しかしながら、図30および図31に示される第1検討例の半導体装置や図34および図35に示される第2検討例の半導体装置では、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1上にゲート電極GE101,GE102の端部(ゲート長方向の両端部)が乗り上げていないため、ソースまたはドレイン用の半導体領域にゲート電極GE101,GE102をオーバーラップさせにくく、寄生抵抗が大きくなりやすい。   However, in the semiconductor device of the first study example shown in FIGS. 30 and 31 and the semiconductor device of the second study example shown in FIGS. 34 and 35, a gate is formed on the semiconductor layer EP1 which is an epitaxial layer for source / drain. Since the end portions (both end portions in the gate length direction) of the electrodes GE101 and GE102 do not run over, it is difficult for the gate electrodes GE101 and GE102 to overlap the source or drain semiconductor region, and the parasitic resistance tends to increase.

また、単純にソース・ドレイン用の半導体領域をゲート電極GE101,GE102の下方にまで拡散させることを考えた場合でも、微細化によってゲート長が既にかなり短いので、ソースまたはドレイン用の半導体領域を拡散させすぎると、パンチスルーが起きやすくなってしまう。   Even if it is considered that the semiconductor region for source / drain is simply diffused below the gate electrodes GE101 and GE102, the gate length is already very short due to miniaturization, so that the semiconductor region for source or drain is diffused. If too much is used, punch-through is likely to occur.

更に、第2検討例では、溝TR101内のゲート絶縁膜として、本願の図24に示されるような絶縁膜GIaを形成した場合、ゲート絶縁膜GI(GIa)の厚みも加わるため、ソースまたはドレイン用の半導体領域にゲート電極GE102をオーバーラップさせることが、より困難となってしまう。   Further, in the second study example, when the insulating film GIa as shown in FIG. 24 of the present application is formed as the gate insulating film in the trench TR101, the thickness of the gate insulating film GI (GIa) is also added. It becomes more difficult to overlap the gate electrode GE102 with the semiconductor region for use.

また、第2の課題として、SOI基板を用いた場合では、ゲート電極の端部(ゲート長方向の両端部)がソースまたはドレイン用の半導体領域にオーバーラップしている場合でも、そのオーバーラップ部における半導体層の厚みが薄いと、寄生抵抗が大きくなる。   As a second problem, in the case where an SOI substrate is used, even if the end portions (both ends in the gate length direction) of the gate electrode overlap the semiconductor region for the source or drain, the overlap portion When the thickness of the semiconductor layer is small, the parasitic resistance increases.

第1検討例の半導体装置や第2検討例の半導体装置において、ソースまたはドレイン用の半導体領域をゲート電極GE101,GE102の下方にまで拡散させて、ゲート電極GE101,GE102をソースまたはドレイン用の半導体領域にオーバーラップさせることができたと仮定する。しかしながら、この場合でも、ゲート電極GE101,GE102は半導体層EP1上には乗り上げていないため、オーバーラップ部における半導体層の厚みは、半導体層SM1の厚みと同じになるため、寄生抵抗を抑制するには限界がある。SOI基板の半導体層(半導体層SM1に相当する半導体層)の厚みは薄い。このため、バルク状態の半導体基板を用いる場合に比べて、SOI基板を用いる場合には、ソースまたはドレイン用の半導体領域とゲート電極とのオーバーラップ部における半導体層の厚みを厚くすることは難しく、寄生抵抗が大きくなりやすい。   In the semiconductor device of the first study example and the semiconductor device of the second study example, the semiconductor region for source or drain is diffused below the gate electrodes GE101 and GE102, so that the gate electrodes GE101 and GE102 are semiconductors for source or drain Suppose we were able to overlap the region. However, even in this case, since the gate electrodes GE101 and GE102 do not run on the semiconductor layer EP1, the thickness of the semiconductor layer in the overlap portion is the same as the thickness of the semiconductor layer SM1, thereby suppressing parasitic resistance. There are limits. The thickness of the semiconductor layer (semiconductor layer corresponding to the semiconductor layer SM1) of the SOI substrate is thin. For this reason, it is difficult to increase the thickness of the semiconductor layer in the overlap portion between the semiconductor region for the source or drain and the gate electrode when using the SOI substrate as compared with the case where the semiconductor substrate in the bulk state is used. Parasitic resistance tends to increase.

このため、第1検討例の半導体装置と第2検討例の半導体装置では、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗が大きくなり、電気的特性の劣化を招く虞がある。   For this reason, in the semiconductor device of the first study example and the semiconductor device of the second study example, the parasitic resistance between the semiconductor region for the source or drain and the channel region is increased, which may lead to deterioration of electrical characteristics. .

なお、ゲート電極がソースまたはドレイン用の半導体領域にオーバーラップするとは、ゲート電極がソースまたはドレイン用の半導体領域の一部と、厚み方向(基板の主面に略垂直な方向)に重なることに対応している。この場合、ソースまたはドレイン用の半導体領域の一部がゲート電極の直下に位置することになる。   Note that the gate electrode overlaps with the source or drain semiconductor region when the gate electrode overlaps a part of the source or drain semiconductor region in the thickness direction (a direction substantially perpendicular to the main surface of the substrate). It corresponds. In this case, a part of the semiconductor region for source or drain is located immediately below the gate electrode.

また、第3の課題として、第2検討例において溝TR101内のゲート絶縁膜として、本願の図24に示されるような絶縁膜GIaを形成した場合、溝TR101の底面と側面がほぼ垂直となっている。そのため、絶縁膜GIaをCVD法やALD法で形成すると、溝TR101の角部において、絶縁膜GIaの膜厚が薄く成り易い。そうすると、ゲート電極GE102の端部において、絶縁膜GIaの膜厚が薄いため、電界集中が起き易くなり、MISFETの耐圧が低下してしまう。   As a third problem, when the insulating film GIa as shown in FIG. 24 of the present application is formed as the gate insulating film in the trench TR101 in the second study example, the bottom surface and the side surface of the trench TR101 are almost vertical. ing. Therefore, when the insulating film GIa is formed by the CVD method or the ALD method, the thickness of the insulating film GIa tends to be thin at the corner portion of the trench TR101. Then, since the insulating film GIa is thin at the end of the gate electrode GE102, electric field concentration is likely to occur, and the breakdown voltage of the MISFET is reduced.

また、第4の課題として、微細化によってゲート電極GE102のゲート長が短くなった場合、第2検討例において溝TR101にゲート電極GE102を完全に埋め込むことが困難となる。すなわち、溝TR101の口径が小さくなってくると、自然とアスペクト比が厳しく(大きく)なってくるため、ゲート電極GE102となる導電膜が溝TR101に完全に埋まりきらず、空孔が発生してしまう恐れが出てくる。よって、MISFETの信頼性が低下してしまう。特に、溝TR101内のゲート絶縁膜として絶縁膜GIaをCVD法やALD法で形成した場合には、溝TR101の側面にも絶縁膜GIaが形成されるため、その膜厚の分によって溝TR101の口径が小さくなる。従って、ゲート電極GE102の埋め込みが、より厳しくなってしまう。   As a fourth problem, when the gate length of the gate electrode GE102 is shortened by miniaturization, it is difficult to completely fill the gate electrode GE102 in the trench TR101 in the second study example. That is, when the diameter of the trench TR101 becomes small, the aspect ratio naturally becomes strict (large), so that the conductive film to be the gate electrode GE102 is not completely buried in the trench TR101, and holes are generated. Fear comes out. Therefore, the reliability of the MISFET is lowered. In particular, when the insulating film GIa is formed as the gate insulating film in the trench TR101 by the CVD method or the ALD method, the insulating film GIa is also formed on the side surface of the trench TR101. Smaller caliber. Therefore, the embedding of the gate electrode GE102 becomes more severe.

本実施の形態及び他実施の形態は、以上のような複数の課題に基づいて考案されたものである。すなわち、上述の第1及び第2の課題は、半導体装置の性能を向上させることである。また、上述の第3及び第4の課題は、半導体装置の信頼性を向上させることである。   The present embodiment and other embodiments have been devised based on the above-described multiple problems. That is, the first and second problems described above are to improve the performance of the semiconductor device. The third and fourth problems described above are to improve the reliability of the semiconductor device.

<本実施の形態の主要な特徴について>
上記複数の課題に対して、本実施の形態では、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1上にゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が乗り上げている。すなわち、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1の上に位置している。換言すれば、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、ゲート電極GEの端部が、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1の上に位置している。なお、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部(すなわちゲート長方向におけるゲート電極GEの端部)は、図1において符号EGを付して、端部EGとして示してある。
<Main features of the present embodiment>
In the present embodiment, the end portions of the gate electrode GE (both end portions in the gate length direction) run on the semiconductor layer EP1 which is an epitaxial layer for source / drain in order to deal with the above-described problems. That is, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1 that is an epitaxial layer for source / drain. In other words, in the gate length direction of the MISFET (MISFET having the gate electrode GE as the gate electrode), the end of the gate electrode GE is located on the semiconductor layer EP1 which is an epitaxial layer for source / drain. Note that an end portion in the gate length direction of the gate electrode GE (that is, an end portion of the gate electrode GE in the gate length direction) is indicated as an end portion EG in FIG.

このため、ソースまたはドレイン用の半導体領域(n型半導体領域EXとn型半導体領域SDとを合わせたもの)にゲート電極GEを確実にオーバーラップさせることができ、このオーバーラップにより、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制することができる。すなわち、n型半導体領域EXの少なくとも一部は、ゲート電極GEの直下に位置しているため、寄生抵抗を抑制することができる。従って、上記の第1の課題を解決することができる。 For this reason, the gate electrode GE can be surely overlapped with the semiconductor region for source or drain (a combination of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD). Alternatively, parasitic resistance between the semiconductor region for drain and the channel region can be suppressed. That is, since at least part of the n type semiconductor region EX is located immediately below the gate electrode GE, parasitic resistance can be suppressed. Therefore, the first problem can be solved.

また、半導体層EP1は、半導体層SM1の上面上に形成されており、半導体層EP1の上面は、ゲート電極GEの直下における半導体層SM1の上面よりも高い位置にある。そして、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1の上に位置している。上述のように、ゲート電極GEの直下における半導体層SM1の上面は、ゲート電極GEの下のゲート絶縁膜GIに接する部分の半導体層SM1の表面(上面)に対応している。   The semiconductor layer EP1 is formed on the upper surface of the semiconductor layer SM1, and the upper surface of the semiconductor layer EP1 is higher than the upper surface of the semiconductor layer SM1 immediately below the gate electrode GE. The end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1 which is an epitaxial layer for source / drain. As described above, the upper surface of the semiconductor layer SM1 immediately below the gate electrode GE corresponds to the surface (upper surface) of the semiconductor layer SM1 in contact with the gate insulating film GI below the gate electrode GE.

このため、本実施の形態では、ソースまたはドレイン用の半導体領域(n型半導体領域EXとn型半導体領域SDとを合わせたもの)とゲート電極GEとのオーバーラップ部における半導体層(SM2)の厚みは、半導体層SM1の厚みよりも、更にそのオーバーラップ部における半導体層EP1の厚みの分だけ厚くすることができる。従って、本実施の形態では、ソースまたはドレイン用の半導体領域とゲート電極GEとのオーバーラップ部における半導体層(SM2)の厚みを厚くすることができ、寄生抵抗を抑制することができる。従って、上記の第2の課題を解決することができる。 For this reason, in the present embodiment, the semiconductor layer (SM2) in the overlapping portion between the semiconductor region for source or drain (a combination of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD) and the gate electrode GE. ) Can be made thicker than the semiconductor layer SM1 by the thickness of the semiconductor layer EP1 in the overlap portion. Therefore, in the present embodiment, the thickness of the semiconductor layer (SM2) in the overlap portion between the semiconductor region for source or drain and the gate electrode GE can be increased, and parasitic resistance can be suppressed. Therefore, the second problem can be solved.

このため、本実施の形態では、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制することができるため、MISFETを備える半導体装置の特性(電気的特性)を向上させることができる。例えば、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制することで、オン抵抗を低減してオン電流を増大させることができる。従って、MISFETの電気的特性を向上させることができる。また、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制できることで、寄生抵抗の値のばらつきによるMISFET毎の特性ばらつきも抑制することができる。このため、半導体装置の性能を向上させることができる。   For this reason, in this embodiment mode, parasitic resistance between the semiconductor region for the source or drain and the channel region can be suppressed, so that the characteristics (electrical characteristics) of the semiconductor device including the MISFET can be improved. it can. For example, by suppressing the parasitic resistance between the source or drain semiconductor region and the channel region, the on-resistance can be reduced and the on-current can be increased. Accordingly, the electrical characteristics of the MISFET can be improved. In addition, since the parasitic resistance between the semiconductor region for source or drain and the channel region can be suppressed, variation in characteristics of each MISFET due to variation in the value of the parasitic resistance can also be suppressed. For this reason, the performance of the semiconductor device can be improved.

また、SOI基板を用いた場合には、SOI基板の薄い半導体層上にゲート電極を形成するため、バルク状態の半導体基板を用いる場合に比べて、ソースまたはドレイン用の半導体領域とゲート電極とのオーバーラップ部における半導体層の厚みを厚くすることは難しい。それに対して、本実施の形態では、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が半導体層EP1の上に位置している(すなわち半導体層EP1上にゲート電極GEの端部が乗り上げている)。このため、SOI基板SUBの半導体層SM1の厚みを厚くしなくとも、ゲート電極GEが乗り上げている部分における半導体層EP1の厚みの分だけ、ソースまたはドレイン用の半導体領域とゲート電極GEとのオーバーラップ部における半導体層(SM2)の厚みを厚くすることができ、寄生抵抗を抑制することができる。このため、SOI基板を用いて製造した半導体装置の性能を向上させることができる。   In addition, when an SOI substrate is used, a gate electrode is formed on a thin semiconductor layer of the SOI substrate. Therefore, compared with a case where a bulk semiconductor substrate is used, a semiconductor region for a source or a drain and a gate electrode are formed. It is difficult to increase the thickness of the semiconductor layer in the overlap portion. On the other hand, in the present embodiment, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1 (that is, the end of the gate electrode GE rides on the semiconductor layer EP1). Therefore, even if the thickness of the semiconductor layer SM1 of the SOI substrate SUB is not increased, the semiconductor region for the source or drain and the gate electrode GE are overlaid by the thickness of the semiconductor layer EP1 in the portion where the gate electrode GE rides. The thickness of the semiconductor layer (SM2) in the wrap portion can be increased, and parasitic resistance can be suppressed. For this reason, the performance of the semiconductor device manufactured using the SOI substrate can be improved.

また、n型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDは、半導体層SM1,EP1に形成されている。すなわち、n型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDは、厚み方向(SOI基板SUBの主面に略垂直な方向)に見ると、半導体層EP1から半導体層SM1にかけて形成されている。つまり、ソースまたはドレイン用の半導体領域(n型半導体領域EXとn型半導体領域SDとを合わせたもの)は、半導体層EP1とその下の半導体層SM1とに形成されている。このため、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が半導体層EP1の上に位置していると、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部の下には、n型半導体領域EX(n型半導体領域SDでもよい)が存在することになる。従って、ソースまたはドレイン用の半導体領域とゲート電極GEとを確実にオーバーラップさせることができる。 The n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD are formed in the semiconductor layers SM1 and EP1. That is, the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD are formed from the semiconductor layer EP1 to the semiconductor layer SM1 when viewed in the thickness direction (a direction substantially perpendicular to the main surface of the SOI substrate SUB). That is, a semiconductor region for source or drain (a combination of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD) is formed in the semiconductor layer EP1 and the semiconductor layer SM1 therebelow. For this reason, when the end of the gate electrode GE in the gate length direction is positioned on the semiconductor layer EP1, the n type semiconductor region EX (n + Type semiconductor region SD) may exist. Accordingly, the semiconductor region for source or drain and the gate electrode GE can be reliably overlapped.

また、図24などに示したように、ゲート絶縁膜用の絶縁膜GIa(従ってゲート絶縁膜GI)は、半導体層EP1の形状に沿って形成される。本実施の形態では、半導体層EP1は傾斜部(傾斜する側面SF1)を有しており、ゲート絶縁膜GI(絶縁膜GIa)とゲート電極GEは、傾斜部(傾斜する側面SF1)に沿って形成される。このため、溝TR内において、ゲート絶縁膜GI(絶縁膜GIa)の膜厚を均一に形成しやすくなっている。従って、上記の第3の課題で示したような、MISFETの耐圧が低下するという不具合を解消することができる。   Further, as shown in FIG. 24 and the like, the gate insulating film GIa (and hence the gate insulating film GI) is formed along the shape of the semiconductor layer EP1. In the present embodiment, the semiconductor layer EP1 has an inclined portion (inclined side surface SF1), and the gate insulating film GI (insulating film GIa) and the gate electrode GE are along the inclined portion (inclined side surface SF1). It is formed. For this reason, it is easy to form the gate insulating film GI (insulating film GIa) uniformly in the trench TR. Therefore, it is possible to solve the problem that the breakdown voltage of the MISFET is lowered as shown in the third problem.

また、図22および図23に示したように、溝TRの口径を、ダミーゲートGEDの長さよりも大きくすることができる。このため、図25で示されるように、アスペクト比が確保される(溝TRのアスペクト比を小さくできる)ので、溝TR内にゲート電極GEとなる導電膜CDを堆積する場合でも、空孔が発生しにくくなる。従って、上記の第4の課題で示したような不具合を解消することができる。これは、微細化が進み、ゲート長が30nm以下のMISFETを設計する場合に特に有効となる。   Further, as shown in FIGS. 22 and 23, the diameter of the trench TR can be made larger than the length of the dummy gate GED. For this reason, as shown in FIG. 25, since the aspect ratio is ensured (the aspect ratio of the trench TR can be reduced), even when the conductive film CD serving as the gate electrode GE is deposited in the trench TR, there is no vacancy. Less likely to occur. Therefore, it is possible to solve the problem as shown in the fourth problem. This is particularly effective when miniaturization advances and a MISFET having a gate length of 30 nm or less is designed.

更に、上記の第1及び第2検討例ではゲート電極の上部と下部の長さはほぼ同じであるが、本実施の形態のMISFETはゲート電極GEの上部の長さが(ゲート電極GEの下部の長さよりも)長いので、ゲート電極GE全体の体積を増加させることができるため、ゲート電極GEの低抵抗化を図ることができる。   Furthermore, in the first and second study examples described above, the length of the upper part and the lower part of the gate electrode is substantially the same. However, in the MISFET of this embodiment, the length of the upper part of the gate electrode GE Since the total volume of the gate electrode GE can be increased, the resistance of the gate electrode GE can be reduced.

<実施の形態1の変形例>
図36および図37は、本実施の形態の変形例の半導体装置の要部断面図であり、図36は上記図1に対応するものであり、図37は上記図2に対応するものである。図38は、図36および図37に示される変形例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図38は、上記図9に対応するものであり、ステップS4(半導体層EP1のピタキシャル成長工程)行った段階が示されている。
<Modification of Embodiment 1>
FIG. 36 and FIG. 37 are principal part sectional views of a semiconductor device according to a modification of the present embodiment. FIG. 36 corresponds to FIG. 1 and FIG. 37 corresponds to FIG. . FIG. 38 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device of the variation shown in FIGS. 36 and 37 during the manufacturing process. FIG. 38 corresponds to FIG. 9 and shows a stage where step S4 (pitaxial growth process of the semiconductor layer EP1) has been performed.

図36および図37に示される変形例の半導体装置は、上記ステップS4で半導体層EP1をエピタキシャル成長させる際に、図38に示されるように、半導体層EP1の側面SF1aがテーパを有さないように、半導体層EP1をエピタキシャル成長させた場合に製造される半導体装置である。すなわち、変形例の場合は、図38に示されるように、半導体層EP1の側面SF1aが、SOI基板SUBの主面(すなわち半導体層SM1の主面)に対してほぼ垂直となるように、半導体層EP1がエピタキシャル成長される。半導体層EP1の側面のテーパの有無は、半導体層EP1の成膜用ガスの組成や成膜温度などを調整することにより、制御することができる。   36 and 37, when the semiconductor layer EP1 is epitaxially grown in step S4, the side surface SF1a of the semiconductor layer EP1 does not have a taper as shown in FIG. This is a semiconductor device manufactured when the semiconductor layer EP1 is epitaxially grown. That is, in the modified example, as shown in FIG. 38, the side surface SF1a of the semiconductor layer EP1 is substantially perpendicular to the main surface of the SOI substrate SUB (that is, the main surface of the semiconductor layer SM1). Layer EP1 is epitaxially grown. The presence or absence of a taper on the side surface of the semiconductor layer EP1 can be controlled by adjusting the composition of the film forming gas for the semiconductor layer EP1, the film forming temperature, and the like.

図36および図37に示される変形例の半導体装置においても、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1上にゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が乗り上げている。すなわち、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1の上に位置している。換言すれば、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、ゲート電極GEの端部が、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1の上に位置している。そして、半導体層EP1は、半導体層SM1の上面上に形成されており、半導体層EP1の上面は、ゲート電極GEの直下における半導体層SM1の上面よりも高い位置にある。このため、上述したように、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制することができる。すなわち、上記の第1及び第2の課題を解決することができる。   Also in the semiconductor device of the modification shown in FIGS. 36 and 37, the end portions (both end portions in the gate length direction) of the gate electrode GE run on the semiconductor layer EP1 which is the source / drain epitaxial layer. That is, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1 that is an epitaxial layer for source / drain. In other words, in the gate length direction of the MISFET (MISFET having the gate electrode GE as the gate electrode), the end of the gate electrode GE is located on the semiconductor layer EP1 which is an epitaxial layer for source / drain. The semiconductor layer EP1 is formed on the upper surface of the semiconductor layer SM1, and the upper surface of the semiconductor layer EP1 is higher than the upper surface of the semiconductor layer SM1 directly below the gate electrode GE. For this reason, as described above, the parasitic resistance between the source or drain semiconductor region and the channel region can be suppressed. That is, the above first and second problems can be solved.

しかしながら、図36および図37に示される変形例の半導体装置に比べて、上記図1および図2に本実施の形態の半導体装置は、次のような利点を有している。   However, as compared with the semiconductor device of the modification shown in FIGS. 36 and 37, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 has the following advantages.

すなわち、上記図1および図2に示される本実施の形態の半導体装置は、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が半導体層EP1の上に位置しているが、半導体層EP1の側面SF1が傾斜し、この半導体層EP1の傾斜する側面SF1上に、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が位置している。換言すれば、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、半導体層EP1の側面(ゲート電極GE側の側面)SF1は傾斜しており、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、ゲート電極GEの端部が半導体層EP1の傾斜する側面SF1上に位置している。すなわち、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の端部)が、半導体層EP1の傾斜する側面SF1上に乗り上げている。   That is, in the semiconductor device of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1, but the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 is The end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1. In other words, the side surface (side surface on the gate electrode GE side) SF1 of the semiconductor layer EP1 is inclined in the gate length direction of the MISFET (MISFET having the gate electrode GE as the gate electrode), and the MISFET (the gate electrode GE is used as the gate electrode). In the gate length direction of MISFET, the end of the gate electrode GE is located on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1. That is, the end portion (end portion in the gate length direction) of the gate electrode GE rides on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1.

図36および図37に示される変形例の半導体装置の場合は、図36に示される、ゲート電極GEにおける半導体層SM1,EP1に対向する角部EG1,EG2がほぼ直角になっているため、この角部EG1,EG2で電界が集中してゲートリークを招く懸念がある。それに対して、上記図1および図2に示される本実施の形態の半導体装置は、半導体層EP1の側面SF1が傾斜していることにより、図1に示される、ゲート電極GEにおける半導体層SM1,EP1に対向する角部EG3,EG4は鈍角になるため、この角部EG3,EG4での電界集中を緩和することができる。このため、図36および図37に示される変形例の半導体装置に比べて、上記図1および図2に示される本実施の形態の半導体装置の方が、ゲートリーク電流(ゲート絶縁膜GIをリークする電流)を抑制することができる。   In the case of the semiconductor device of the modification shown in FIGS. 36 and 37, the corner portions EG1 and EG2 facing the semiconductor layers SM1 and EP1 in the gate electrode GE shown in FIG. There is a concern that the electric field concentrates at the corner portions EG1 and EG2 to cause gate leakage. On the other hand, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 has the semiconductor layer SM1 in the gate electrode GE shown in FIG. 1 because the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 is inclined. Since the corners EG3 and EG4 facing the EP1 are obtuse, the electric field concentration at the corners EG3 and EG4 can be reduced. For this reason, compared with the semiconductor device of the modification shown in FIGS. 36 and 37, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIGS. Current) can be suppressed.

また、ステップS14,S15で絶縁膜GIaおよび導電膜CDを形成する際に、溝TRから露出する半導体層EP1の側面が、垂直な側面SF1aである場合(図36および図37の変形例の場合に対応)よりも、傾斜する側面SF1である場合(図1および図2の本実施の形態の場合に対応)の方が、溝TR内に絶縁膜GIaおよび導電膜CDを形成しやすくなる。このため、図36および図37に示される変形例の半導体装置に比べて、上記図1および図2に示される本実施の形態の半導体装置の方が、ゲート電極GEおよびゲート絶縁膜GIを、より容易かつ的確に形成することができる。   Further, when the insulating film GIa and the conductive film CD are formed in Steps S14 and S15, the side surface of the semiconductor layer EP1 exposed from the trench TR is a vertical side surface SF1a (in the case of the modified example of FIGS. 36 and 37). In the case of the inclined side surface SF1 (corresponding to the case of the present embodiment in FIGS. 1 and 2), it is easier to form the insulating film GIa and the conductive film CD in the trench TR. Therefore, compared with the semiconductor device of the modification shown in FIGS. 36 and 37, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 has the gate electrode GE and the gate insulating film GI, It can be formed more easily and accurately.

従って、半導体層EP1の側面SF1が傾斜し、この半導体層EP1の傾斜する側面SF1上に、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が位置していることが、より好ましい。すなわち、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の端部)が、半導体層EP1の傾斜する側面SF1上に乗り上げていることが、より好ましい。すなわち、上記の第4の課題に対しては同等の効果を有するものの、上記の第3の課題に対しては、図1および図2に示される本実施の形態の半導体装置の方が(図36および図37に示される変形例の半導体装置よりも)優れている。   Therefore, it is more preferable that the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 is inclined, and the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1. That is, it is more preferable that the end portion (end portion in the gate length direction) of the gate electrode GE rides on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1. That is, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 has the same effect for the fourth problem, but the third problem shown in FIGS. 36 and the modified semiconductor device shown in FIG.

また、本実施の形態では、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が、半導体層EP1の上に位置している。すなわち、半導体層EP1上にゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が乗り上げている。このような構造を得るために、製造工程として、次のような工程を採用している。   In the present embodiment, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1. That is, the end portions (both end portions in the gate length direction) of the gate electrode GE run on the semiconductor layer EP1. In order to obtain such a structure, the following process is adopted as a manufacturing process.

すなわち、本実施の形態では、ステップS2でダミーゲートGEDを形成してから、ステップS4でソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1を形成し、その後、ステップS6でダミーゲートGEDの側壁上に側壁絶縁膜SW2を形成する。それから、ステップS11でダミーゲートGEDを覆うように絶縁膜IL1を形成してから、ステップS12で絶縁膜IL1の一部を除去してダミーゲートGEDの上面を露出させる。その後、ステップS13でダミーゲートおよび側壁絶縁膜SW2を除去して溝TRを形成してから、ステップS14〜S16で溝TR内にゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEを形成する。   That is, in this embodiment, after forming the dummy gate GED in step S2, the semiconductor layer EP1 which is an epitaxial layer for source / drain is formed in step S4, and then on the sidewall of the dummy gate GED in step S6. Then, the sidewall insulating film SW2 is formed. Then, after forming the insulating film IL1 so as to cover the dummy gate GED in step S11, a part of the insulating film IL1 is removed in step S12 to expose the upper surface of the dummy gate GED. Thereafter, the dummy gate and the sidewall insulating film SW2 are removed in step S13 to form the trench TR, and then in steps S14 to S16, the gate electrode GE is formed in the trench TR via the gate insulating film GI.

ここで、特に重要なのは、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1を形成した後にダミーゲートGEDの側壁上に側壁絶縁膜SW2を形成することと、ステップS13でダミーゲートGEDを除去するだけでなく側壁絶縁膜SW2も除去してから、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW2の除去により形成された溝TR内にゲート電極GEを形成することである。本実施の形態とは異なり、上記第2検討例(図32〜図35)のように、ステップS13でダミーゲートGEDを除去するが側壁絶縁膜SW2は除去せずに残した場合には、ゲート電極GE102の端部(ゲート長方向の両端部)は、半導体層EP1上に乗り上げない。   Here, it is particularly important to form the side wall insulating film SW2 on the side wall of the dummy gate GED after forming the semiconductor layer EP1 which is the source / drain epitaxial layer, and to remove the dummy gate GED in step S13. Not only the sidewall insulating film SW2 but also the gate electrode GE is formed in the trench TR formed by removing the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW2. Unlike the present embodiment, as in the second study example (FIGS. 32 to 35), when the dummy gate GED is removed in step S13 but the sidewall insulating film SW2 is left without being removed, The end portions (both end portions in the gate length direction) of the electrode GE102 do not run on the semiconductor layer EP1.

つまり、ダミーゲートGEDの側壁上に形成していた側壁絶縁膜SW2を、ステップS13でダミーゲートGEDとともに除去することで、その後で形成されるゲート電極GEのゲート長方向の寸法を、ダミーゲートGEDの寸法よりも大きくすることができる。そして、半導体層EP1を形成した後に側壁絶縁膜SW2が形成されているため、側壁絶縁膜SW2は半導体層EP1上に形成され、ステップS13でダミーゲートGEDとともに側壁絶縁膜SW2も除去してから、ゲート電極GEを形成すれば、除去前まで側壁絶縁膜SW2が存在していた領域もゲート電極GEが占めることになる。このため、ゲート電極GEの一部が半導体層EP1上に位置する、すなわち半導体層EP1上に乗り上げることになる。   That is, the side wall insulating film SW2 formed on the side wall of the dummy gate GED is removed together with the dummy gate GED in step S13, so that the dimension in the gate length direction of the gate electrode GE formed thereafter is changed to the dummy gate GED. It can be made larger than the dimension. Since the sidewall insulating film SW2 is formed after the semiconductor layer EP1 is formed, the sidewall insulating film SW2 is formed on the semiconductor layer EP1, and after the sidewall insulating film SW2 is removed together with the dummy gate GED in step S13, If the gate electrode GE is formed, the gate electrode GE also occupies the region where the sidewall insulating film SW2 existed before the removal. For this reason, a part of the gate electrode GE is located on the semiconductor layer EP1, that is, runs on the semiconductor layer EP1.

ダミーゲートGEDの側壁上に側壁絶縁膜SW1,SW2,SW3を形成した場合に、ステップS13において、半導体層EP1の形成前に形成した側壁絶縁膜SW1を除去するが、半導体層EP1の形成後に形成した側壁絶縁膜SW2,SW3を除去せずに残す場合は、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)は、半導体層EP1上に乗り上げない。このため、ダミーゲートGEDの側壁上に側壁絶縁膜SW1,SW2,SW3を形成した場合には、ステップS13において、半導体層EP1の形成前に形成した側壁絶縁膜SW1を除去するだけでなく、半導体層EP1の形成後に形成した側壁絶縁膜SW2も除去するかあるいはエッチングで側壁絶縁膜SW2の厚みを薄くする必要がある。つまり、半導体層EP1の形成後にダミーゲートGEDの側壁上に形成した側壁絶縁膜SW2をステップS13でダミーゲートGEDとともに除去する(あるいは側壁絶縁膜SW2厚みを薄くする)ことで、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が、半導体層EP1上に乗り上げた構造を得ることができる。   When the sidewall insulating films SW1, SW2, and SW3 are formed on the sidewalls of the dummy gate GED, the sidewall insulating film SW1 formed before the formation of the semiconductor layer EP1 is removed in step S13, but formed after the formation of the semiconductor layer EP1. When the side wall insulating films SW2 and SW3 are left without being removed, the end portions of the gate electrode GE (both end portions in the gate length direction) do not run on the semiconductor layer EP1. Therefore, when the sidewall insulating films SW1, SW2, SW3 are formed on the sidewalls of the dummy gate GED, in step S13, not only the sidewall insulating film SW1 formed before the formation of the semiconductor layer EP1 is removed, but also the semiconductor It is necessary to remove the sidewall insulating film SW2 formed after the formation of the layer EP1 or to reduce the thickness of the sidewall insulating film SW2 by etching. That is, the side wall insulating film SW2 formed on the side wall of the dummy gate GED after the formation of the semiconductor layer EP1 is removed together with the dummy gate GED (or the side wall insulating film SW2 is thinned) in step S13. A structure in which the portions (both end portions in the gate length direction) ride on the semiconductor layer EP1 can be obtained.

また、本実施の形態では、ゲート電極GEが半導体層EP1に乗り上げた構造を、フォトリソグラフィ工程の使用を抑制しながら、セルフアライン(自己整合)で形成することができる。このため、フォトマスクパターンの位置ずれによる不具合を防止できる。また、半導体素子の小型化を図ることができる。従って、半導体装置を小型化することができる。   In the present embodiment, the structure in which the gate electrode GE runs over the semiconductor layer EP1 can be formed by self-alignment (self-alignment) while suppressing the use of the photolithography process. For this reason, the malfunction by the position shift of a photomask pattern can be prevented. Further, the semiconductor element can be reduced in size. Therefore, the semiconductor device can be reduced in size.

また、本実施の形態では、ダミーゲートGEDを除去してから、ゲート絶縁膜GIおよびゲート電極GEを形成する、いわゆるゲートラストプロセスを用いている。このため、ゲート電極GEおよびゲート絶縁膜GIとしてメタルゲート電極および高誘電率ゲート絶縁膜を適用することが容易である。また、ゲートラストプロセスを用いて、製造工程数の増加を抑制しながら、ゲート電極GEが半導体層EP1に乗り上げた構造をセルフアラインで形成することができる。   Further, in this embodiment, a so-called gate last process is used in which the gate insulating film GI and the gate electrode GE are formed after the dummy gate GED is removed. Therefore, it is easy to apply a metal gate electrode and a high dielectric constant gate insulating film as the gate electrode GE and the gate insulating film GI. Further, a structure in which the gate electrode GE rides on the semiconductor layer EP1 can be formed by self-alignment while suppressing an increase in the number of manufacturing steps by using the gate last process.

(実施の形態2)
本実施の形態2は、上記実施の形態1の半導体装置の製造工程の変形例に対応している。図39〜図45は、本実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
(Embodiment 2)
The second embodiment corresponds to a modification of the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. 39 to 45 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of Second Embodiment during the manufacturing process thereof.

上記実施の形態1では、側壁絶縁膜SW1,SW2が酸化シリコンにより形成されかつ側壁絶縁膜SW3が窒化シリコンにより形成されている場合について説明したが、本実施の形態2では、側壁絶縁膜SW1,SW2,SW3を窒化シリコンにより形成した場合について説明する。   In the first embodiment, the case where the sidewall insulating films SW1 and SW2 are formed of silicon oxide and the sidewall insulating film SW3 is formed of silicon nitride has been described. However, in the second embodiment, the sidewall insulating films SW1 and SW2 are formed. A case where SW2 and SW3 are formed of silicon nitride will be described.

本実施の形態2では、上記ステップS3においては、上記酸化シリコン膜SO1の代わりに窒化シリコン膜を用いることにより、酸化シリコンからなる上記側壁絶縁膜SW1の代わりに、窒化シリコンからなる側壁絶縁膜SW1aを形成する。側壁絶縁膜SW1aは、酸化シリコンではなく窒化シリコンからなること以外は、上記側壁絶縁膜SW1と基本的には同じである。すなわち、窒化シリコンにより形成された場合の側壁絶縁膜SW1を、側壁絶縁膜SW1aと称している。   In the second embodiment, in step S3, a silicon nitride film is used instead of the silicon oxide film SO1, so that the side wall insulating film SW1a made of silicon nitride is used instead of the side wall insulating film SW1 made of silicon oxide. Form. The sidewall insulating film SW1a is basically the same as the sidewall insulating film SW1 except that it is made of silicon nitride instead of silicon oxide. That is, the side wall insulating film SW1 when formed of silicon nitride is referred to as a side wall insulating film SW1a.

また、本実施の形態2では、上記ステップS6においては、上記酸化シリコン膜SO2の代わりに窒化シリコン膜を用いることにより、酸化シリコンからなる上記側壁絶縁膜SW2の代わりに、窒化シリコンからなる側壁絶縁膜SW2aを形成する。側壁絶縁膜SW2aは、酸化シリコンではなく窒化シリコンからなること以外は、上記側壁絶縁膜SW2と基本的には同じである。すなわち、窒化シリコンにより形成された場合の側壁絶縁膜SW2を、側壁絶縁膜SW2aと称している。   In the second embodiment, in step S6, by using a silicon nitride film instead of the silicon oxide film SO2, side wall insulation made of silicon nitride instead of the side wall insulation film SW2 made of silicon oxide. A film SW2a is formed. The sidewall insulating film SW2a is basically the same as the sidewall insulating film SW2 except that it is made of silicon nitride instead of silicon oxide. That is, the sidewall insulating film SW2 when formed of silicon nitride is referred to as a sidewall insulating film SW2a.

また、本実施の形態2でも、上記ステップS9においては、上記実施の形態1と同様に、窒化シリコンからなる側壁絶縁膜SW3を形成する。   Also in the present second embodiment, in step S9, as in the first embodiment, the sidewall insulating film SW3 made of silicon nitride is formed.

これ以外は、上記ステップS12のCMP工程までを上記実施の形態1と同様に行うことにより、上記図19に対応する図39の構造を得る。   Other than this, the structure shown in FIG. 39 corresponding to FIG. 19 is obtained by performing the steps up to the CMP step of step S12 in the same manner as in the first embodiment.

図39の段階で、上記実施の形態1の上記図19の段階と相違しているのは、酸化シリコンからなる側壁絶縁膜SW1,SW2が、窒化シリコンからなる側壁絶縁膜SW1a,SW2aに代わっている点であり、それ以外は基本的には同じである。   In the stage of FIG. 39, the difference from the stage of FIG. 19 of the first embodiment is that the side wall insulating films SW1 and SW2 made of silicon oxide are replaced with the side wall insulating films SW1a and SW2a made of silicon nitride. Other than that, it is basically the same.

上記ステップS12のCMP工程までを上記実施の形態1と同様に行って図39の構造を得た後、本実施の形態2においても、上記ステップS13のエッチングにより、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2を除去する。このステップS13のエッチング条件が、酸化シリコンからなる側壁絶縁膜SW1,SW2が、窒化シリコンからなる側壁絶縁膜SW1a,SW2aに代わったことにより、上記実施の形態1で説明したのと一部相違している。以下、本実施の形態2の場合のステップS13について、具体的に説明する。   After the CMP process of step S12 is performed in the same manner as in the first embodiment to obtain the structure of FIG. 39, in the second embodiment also, the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1 are etched by the etching in step S13. , SW2 is removed. The etching conditions in step S13 are partially different from those described in the first embodiment because the side wall insulating films SW1 and SW2 made of silicon oxide are replaced with the side wall insulating films SW1a and SW2a made of silicon nitride. ing. Hereinafter, step S13 in the case of this Embodiment 2 is demonstrated concretely.

まず、ステップS13のエッチングの第1段階として、図40に示されるように、ダミーゲートGEDの窒化シリコン膜SN1を除去するが、この第1段階のエッチングは、本実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様である。第1段階のエッチングにより、窒化シリコン膜SN1が除去されて、ポリシリコン膜PL1が露出される。   First, as shown in FIG. 40, as the first stage of etching in step S13, the silicon nitride film SN1 of the dummy gate GED is removed. This first stage etching is performed in the second embodiment as well. The same as in the first embodiment. By the first stage etching, the silicon nitride film SN1 is removed, and the polysilicon film PL1 is exposed.

次に、ステップS13のエッチングの第2段階として、図41に示されるように、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1を除去するが、この第2段階のエッチングは、本実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様である。第2段階のエッチングにより、ポリシリコン膜PL1が除去されて、側壁絶縁膜SW1および絶縁膜GIDが露出される。   Next, as a second stage of etching in step S13, as shown in FIG. 41, the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is removed. This second stage of etching is also performed in the second embodiment. This is the same as in the first embodiment. By the second-stage etching, the polysilicon film PL1 is removed, and the sidewall insulating film SW1 and the insulating film GID are exposed.

ステップS13のエッチングの第3段階以降は、上記実施の形態1の場合と相違している。すなわち、第2段階のエッチングでポリシリコン膜PL1を除去した後、本実施の形態2では、図42に示されるように、第3段階のエッチングにより、絶縁膜GIDを除去する。この第3段階のエッチングは、絶縁膜GID(酸化シリコン)のエッチング速度が、側壁絶縁膜SW1a,SW2a(窒化シリコン)および半導体層SM1,EP1(シリコン)のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で、絶縁膜GIDを選択的にエッチングすることが好ましい。これにより、第3段階のエッチングで半導体層SM1,EP1がエッチングされてしまうのを抑制または防止することができる。   The third and subsequent stages of etching in step S13 are different from those in the first embodiment. That is, after the polysilicon film PL1 is removed by the second stage etching, in the second embodiment, as shown in FIG. 42, the insulating film GID is removed by the third stage etching. This third stage etching is performed under such an etching condition that the etching rate of the insulating film GID (silicon oxide) is faster than the etching rates of the sidewall insulating films SW1a and SW2a (silicon nitride) and the semiconductor layers SM1 and EP1 (silicon). Thus, it is preferable to selectively etch the insulating film GID. Thereby, it is possible to suppress or prevent the semiconductor layers SM1 and EP1 from being etched by the third stage etching.

絶縁膜GIDを側壁絶縁膜SW1a,SW2aとは異なる材料膜(具体的には酸化シリコン膜など)により形成していた場合は、この第3段階のエッチングにより絶縁膜GIDを除去することができる。一方、絶縁膜GIDを側壁絶縁膜SW1a,SW2aと同じ材料(具体的には窒化シリコン膜)により形成していた場合は、この第3段階のエッチングは行わずに次の第4段階のエッチングを行えばよく、第4段階のエッチングで絶縁膜GIDも除去される。   If the insulating film GID is formed of a material film (specifically, a silicon oxide film or the like) different from the sidewall insulating films SW1a and SW2a, the insulating film GID can be removed by this third stage etching. On the other hand, if the insulating film GID is formed of the same material as the sidewall insulating films SW1a and SW2a (specifically, a silicon nitride film), the third stage etching is not performed and the next fourth stage etching is performed. The insulating film GID is also removed by the fourth stage etching.

また、本実施の形態2においては、この第3段階のエッチング(絶縁膜GIDを除去するエッチング)を、次に説明する第4段階のエッチング(側壁絶縁膜SW1a,SW2aを除去するエッチング)の後に行うこともできる。   In the second embodiment, the third-stage etching (etching for removing the insulating film GID) is performed after the fourth-stage etching (etching for removing the sidewall insulating films SW1a and SW2a) described below. It can also be done.

次に、ステップS13のエッチングの第4段階として、図43に示されるように、窒化シリコンからなる側壁絶縁膜SW1a,SW2aを除去する。この第4段階のエッチングは、側壁絶縁膜SW1a,SW2a(窒化シリコン)のエッチング速度が、半導体層SM1,EP1のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で行う。これにより、第4段階のエッチングで半導体層SM1,EP1がエッチングされてしまうのを抑制または防止することができる。また、側壁絶縁膜SW1a,SW2a,SW3は窒化シリコンにより形成されているため、側壁絶縁膜SW1a,SW2a,SW3と半導体層SM1,EP1との高いエッチング選択比を確保することは容易である。   Next, as a fourth stage of etching in step S13, as shown in FIG. 43, the sidewall insulating films SW1a and SW2a made of silicon nitride are removed. This fourth stage etching is performed under etching conditions such that the etching rate of the sidewall insulating films SW1a, SW2a (silicon nitride) is higher than the etching rate of the semiconductor layers SM1, EP1. Thereby, it is possible to suppress or prevent the semiconductor layers SM1 and EP1 from being etched by the fourth stage etching. Further, since the sidewall insulating films SW1a, SW2a, SW3 are formed of silicon nitride, it is easy to ensure a high etching selectivity between the sidewall insulating films SW1a, SW2a, SW3 and the semiconductor layers SM1, EP1.

第4段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1a,SW2aだけでなく、側壁絶縁膜SW3も窒化シリコンにより形成されている。このため、第4段階のエッチングは、側壁絶縁膜SW1a,SW2aをエッチングによって除去し、側壁絶縁膜SW3は残すように、エッチング時間を制御する。すなわち、第4段階のエッチングは、側壁絶縁膜SW1aと側壁絶縁膜SW2aとの合計の厚みを丁度エッチングできるだけのエッチング時間に設定することで、側壁絶縁膜SW1a,SW2aをエッチングによって除去し、側壁絶縁膜SW3は残すようにすることができる。   In the fourth stage etching, not only the sidewall insulating films SW1a and SW2a, but also the sidewall insulating film SW3 is formed of silicon nitride. Therefore, in the fourth stage etching, the etching time is controlled so that the sidewall insulating films SW1a and SW2a are removed by etching and the sidewall insulating film SW3 remains. That is, in the fourth stage etching, the sidewall insulating films SW1a and SW2a are removed by etching by setting the total thickness of the sidewall insulating film SW1a and the sidewall insulating film SW2a to an etching time that can be etched. The film SW3 can be left.

なお、ステップS13のエッチングの第4段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1aは全部(全厚み)を除去する必要がある。   Note that in the fourth stage of etching in step S13, it is necessary to remove the entire sidewall insulating film SW1a (total thickness).

また、ステップS13のエッチングの第4段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1aは、全部(全厚み)を除去することが望ましい。但し、側壁絶縁膜SW3の内壁上に側壁絶縁膜SW2aの一部が層状に残存する場合も許容することができ、この場合でも、側壁絶縁膜SW3の内壁上に残存する側壁絶縁膜SW2aの厚みは、第4段階のエッチングの前の状態における側壁絶縁膜SW2aの厚みよりも薄くなっている必要がある。   Further, in the fourth stage etching of step S13, it is desirable to remove the entire sidewall insulating film SW1a (total thickness). However, a case where a part of the sidewall insulating film SW2a remains in a layer form on the inner wall of the sidewall insulating film SW3 can be allowed. Even in this case, the thickness of the sidewall insulating film SW2a remaining on the inner wall of the sidewall insulating film SW3 is acceptable. Needs to be thinner than the thickness of the sidewall insulating film SW2a in the state before the fourth stage etching.

また、ステップS13のエッチングの第4段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW3は、ほぼ全体(全厚み)を残存させることが望ましいが、側壁絶縁膜SW3が若干エッチングされて(側壁絶縁膜SW3の厚みの一部がエッチングされて)側壁絶縁膜SW3の一部が層状に残存する場合も許容することができる。このため、側壁絶縁膜SW3の厚みが、第4段階のエッチングの前の状態における側壁絶縁膜SW3の厚みよりも薄くなっていてもよいが、側壁絶縁膜SW3の少なくとも一部が層状に残存している段階で、ステップS13のエッチングの第4段階のエッチングを終了するようにする。   In the fourth stage etching of step S13, it is desirable that the side wall insulating film SW3 is left almost entirely (total thickness), but the side wall insulating film SW3 is slightly etched (thickness of the side wall insulating film SW3). It is also possible to allow a case where a part of the sidewall insulating film SW3 remains in a layered state after a part of the film is etched. For this reason, the thickness of the sidewall insulating film SW3 may be thinner than the thickness of the sidewall insulating film SW3 in the state before the fourth-stage etching, but at least a part of the sidewall insulating film SW3 remains in a layered manner. At this stage, the fourth stage of etching in step S13 is terminated.

すなわち、側壁絶縁膜SW1aと側壁絶縁膜SW2aと側壁絶縁膜SW3とが窒化シリコンにより形成されているが、ステップS13のエッチングの第4段階のエッチングは、エッチング厚みが側壁絶縁膜SW1aの厚みよりも厚くなり、かつ、エッチング厚みが側壁絶縁膜SW1aと側壁絶縁膜SW2aと側壁絶縁膜SW3との合計の厚みよりも薄くなるように、エッチング時間を設定する。つまり、ステップS13のエッチングの第4段階のエッチングは、側壁絶縁膜SW1aが除去されて側壁絶縁膜SW2aが露出されてからもエッチングが継続されるようにするとともに、側壁絶縁膜SW3の全厚みがエッチングされる前の段階でエッチングを停止するように、エッチング時間を設定する。換言すれば、ステップS13のエッチングの第4段階のエッチングの終点は、側壁絶縁膜SW2aの厚みの途中までエッチングが進行した段階から、側壁絶縁膜SW3の厚みの途中までエッチングが進行した段階までの間に、設定する。   That is, the sidewall insulating film SW1a, the sidewall insulating film SW2a, and the sidewall insulating film SW3 are formed of silicon nitride, but the etching in the fourth stage of the etching in step S13 has an etching thickness that is larger than the thickness of the sidewall insulating film SW1a. The etching time is set so that the thickness is increased and the etching thickness is smaller than the total thickness of the sidewall insulating film SW1a, the sidewall insulating film SW2a, and the sidewall insulating film SW3. In other words, the etching in the fourth stage of step S13 is such that the etching continues even after the sidewall insulating film SW1a is removed and the sidewall insulating film SW2a is exposed, and the total thickness of the sidewall insulating film SW3 is reduced. The etching time is set so that the etching is stopped at the stage before being etched. In other words, the end point of the etching in the fourth stage of the etching in step S13 is from the stage where the etching has progressed to the middle of the thickness of the sidewall insulating film SW2a to the stage where the etching has progressed to the middle of the thickness of the sidewall insulating film SW3. Set in between.

また、側壁絶縁膜SW3の形成を省略した場合は、ステップS13の第4段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1a,SW2aが除去されて絶縁膜IL1(より特定的には絶縁膜IL1の窒化シリコン膜SN3)が露出した段階で、エッチングを終了するようにすればよい。   If the formation of the sidewall insulating film SW3 is omitted, the sidewall insulating films SW1a and SW2a are removed and the insulating film IL1 (more specifically, the silicon nitride film of the insulating film IL1) is removed in the fourth stage etching in step S13. Etching may be terminated when SN3) is exposed.

ステップS13の上記4段階(第1段階、第2段階、第3段階および第4段階)のエッチングによりダミーゲートGED、絶縁膜GIDおよび側壁絶縁膜SW1a,SW2aを除去することにより、図43に示されるように、上記溝TRが形成される。   43, by removing the dummy gate GED, the insulating film GID, and the side wall insulating films SW1a and SW2a by etching in the above four stages (first stage, second stage, third stage and fourth stage) of step S13. As described above, the trench TR is formed.

以降の工程は、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、上記ステップS14でゲート絶縁膜用の上記絶縁膜GIaを形成し、上記ステップS15でゲート電極用の上記導電膜CDを形成し、上記ステップS16で溝TRの外部の導電膜CDおよび絶縁膜GIaをCMP法などにより除去することで、図44に示されるように、溝TR内にゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEを形成する。それから、図45に示されるように、上記実施の形態1と同様に、上記絶縁膜IL2を形成し、上記コンタクトホールCNTを形成し、コンタクトホールCNT内に上記プラグPGを形成し、上記絶縁膜IL3を形成し、上記配線M1を形成する。   Subsequent steps are substantially the same as those in the first embodiment. That is, the insulating film GIa for the gate insulating film is formed in the step S14, the conductive film CD for the gate electrode is formed in the step S15, and the conductive film CD and the insulating film outside the trench TR are formed in the step S16. By removing GIa by a CMP method or the like, a gate electrode GE is formed in the trench TR via the gate insulating film GI as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 45, as in the first embodiment, the insulating film IL2 is formed, the contact hole CNT is formed, the plug PG is formed in the contact hole CNT, and the insulating film is formed. IL3 is formed, and the wiring M1 is formed.

このようにして、本実施の形態2においても、上記実施の形態1とほぼ同様の半導体装置を製造することができる。すなわち、上述の第1〜4の課題を解決することができる。   Thus, also in the second embodiment, a semiconductor device substantially similar to the first embodiment can be manufactured. That is, the above first to fourth problems can be solved.

上記実施の形態1では、側壁絶縁膜SW1,SW2を酸化シリコン膜としたことで、側壁絶縁膜SW3または窒化シリコン膜SN3をエッチングストッパとして用いることができ、ステップS13のエッチングの制御を容易とすることができる。   In the first embodiment, since the sidewall insulating films SW1 and SW2 are silicon oxide films, the sidewall insulating film SW3 or the silicon nitride film SN3 can be used as an etching stopper, and the etching control in step S13 is facilitated. be able to.

一方、本実施の形態2では、側壁絶縁膜SW1a,SW2aを窒化シリコン膜としたことで、層間絶縁膜SO3との選択比が取りやすいという利点を得られる。すなわち、上記実施の形態1では、側壁絶縁膜SW1a,SW2aと層間絶縁膜SO3の材料が同じ酸化シリコン膜であった場合に、層間絶縁膜SO3の表面が後退しやすい。しかし、実施の形態2では、側壁絶縁膜SW1a,SW2aと層間絶縁膜SO3の材料が異なるので、層間絶縁膜SO3の表面が後退しにくい。従って、層間絶縁膜SO3の高さを制御しやすいという効果を得られる。   On the other hand, in the second embodiment, since the sidewall insulating films SW1a and SW2a are silicon nitride films, there is an advantage that the selection ratio with the interlayer insulating film SO3 can be easily obtained. That is, in the first embodiment, when the material of the sidewall insulating films SW1a, SW2a and the interlayer insulating film SO3 is the same silicon oxide film, the surface of the interlayer insulating film SO3 tends to recede. However, since the materials of the sidewall insulating films SW1a and SW2a and the interlayer insulating film SO3 are different in the second embodiment, the surface of the interlayer insulating film SO3 is unlikely to recede. Therefore, it is possible to easily control the height of the interlayer insulating film SO3.

なお、ライナ膜SN3の材料を窒化シリコン膜に代えて、酸窒化シリコン膜を用いてもよい。この場合、酸窒化シリコン膜(ライナ膜SN3)は、側壁絶縁膜SW1,SW2、SW3の材料、及び、絶縁膜SO3の材料とも異なるため、溝TR形成時に、層間絶縁膜SO3の表面が後退するという問題にも対処することができる。   Note that a silicon oxynitride film may be used instead of the silicon nitride film as the material of the liner film SN3. In this case, since the silicon oxynitride film (liner film SN3) is different from the material of the sidewall insulating films SW1, SW2, and SW3 and the material of the insulating film SO3, the surface of the interlayer insulating film SO3 recedes when the trench TR is formed. It can also deal with the problem.

(実施の形態3)
図46および図47は、本実施の形態3の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。図48〜図63は、本実施の形態3の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
(Embodiment 3)
46 and 47 are process flowcharts showing the manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment. 48 to 63 are cross-sectional views of relevant parts in the manufacturing process of the semiconductor device of Third Embodiment.

上記実施の形態1では、SOI基板SUBの半導体層SM1上に、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層(上記半導体層EP1に対応)は、1層だけ形成していた。それに対して、本実施の形態3では、SOI基板SUBの半導体層SM1上に、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層(後述の半導体層EP2,EP3に対応)は、2層形成している。本実施の形態3では、上述の第1、第2及び第4の課題を解決することができる。   In the first embodiment, only one epitaxial layer for source / drain (corresponding to the semiconductor layer EP1) is formed on the semiconductor layer SM1 of the SOI substrate SUB. On the other hand, in the third embodiment, two source / drain epitaxial layers (corresponding to semiconductor layers EP2 and EP3 described later) are formed on the semiconductor layer SM1 of the SOI substrate SUB. In the third embodiment, the first, second, and fourth problems described above can be solved.

以下、図面を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, specific description will be given with reference to the drawings.

本実施の形態3においても、上記実施の形態1と同様に上記ステップS3の側壁絶縁膜SW1形成工程までを行って、上記図7に対応する図48の構造を得る。   Also in the third embodiment, similarly to the first embodiment, the steps up to the step S3 for forming the sidewall insulating film SW1 are performed to obtain the structure of FIG. 48 corresponding to FIG.

次に、図49に示されるように、半導体層SM1上に、半導体層EP2をエピタキシャル成長させる(図46のステップS4a)。   Next, as shown in FIG. 49, the semiconductor layer EP2 is epitaxially grown on the semiconductor layer SM1 (step S4a in FIG. 46).

上記半導体層EP1と同様に、半導体層EP2も、ダミーゲートGED(より特定的にはダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1とからなる構造体)の両側の領域の半導体層SM1上に形成される。すなわち、半導体層SM1上において、ダミーゲートGED(より特定的にはダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1とからなる構造体)の両側に、ダミーゲートGED(より特定的にはダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1とからなる構造体)と隣り合うように、半導体層EP2が形成される。   Similar to the semiconductor layer EP1, the semiconductor layer EP2 is also formed on the semiconductor layer SM1 in a region on both sides of the dummy gate GED (more specifically, a structure including the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1). That is, on the semiconductor layer SM1, the dummy gate GED (more specifically, the dummy gate GED and the side wall insulation is provided on both sides of the dummy gate GED (more specifically, the structure including the dummy gate GED and the side wall insulating film SW1). The semiconductor layer EP2 is formed so as to be adjacent to the structure including the film SW1.

上記半導体層EP1と同様に、半導体層EP2は、エピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル層(エピタキシャル半導体層)であり、シリコン(単結晶シリコン)からなる。半導体層EP2は、半導体層SM1上に選択的にエピタキシャル成長し、側壁絶縁膜SW1上や窒化シリコン膜SN1上には形成されない。また、上記実施の形態1で説明したように、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1は、窒化シリコン膜SN1および側壁絶縁膜SW1で覆われているため、ポリシリコン膜PL1上にエピタキシャル層は形成されない。   Similar to the semiconductor layer EP1, the semiconductor layer EP2 is an epitaxial layer (epitaxial semiconductor layer) formed by epitaxial growth, and is made of silicon (single crystal silicon). The semiconductor layer EP2 is selectively epitaxially grown on the semiconductor layer SM1, and is not formed on the sidewall insulating film SW1 or the silicon nitride film SN1. Further, as described in the first embodiment, since the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is covered with the silicon nitride film SN1 and the sidewall insulating film SW1, no epitaxial layer is formed on the polysilicon film PL1. .

また、上記実施の形態1では、半導体層EP1の側面がテーパを有するように、半導体層EP1をエピタキシャル成長させたが、本実施の形態3では、半導体層EP2の側面がテーパを有さないように、半導体層EP2をエピタキシャル成長させることができる。すなわち、半導体層EP2の側面が、SOI基板SUBの主面(すなわち半導体層SM1の主面)に対してほぼ垂直となるように、半導体層EP2がエピタキシャル成長される。半導体層EP2の側面のテーパの有無(従って半導体層SM1の主面と半導体層EP2の側面とのなす角度)は、半導体層EP2の成膜用ガスの組成や成膜温度などを調整することにより、制御することができる。   In the first embodiment, the semiconductor layer EP1 is epitaxially grown so that the side surface of the semiconductor layer EP1 has a taper. However, in the third embodiment, the side surface of the semiconductor layer EP2 does not have a taper. The semiconductor layer EP2 can be epitaxially grown. That is, the semiconductor layer EP2 is epitaxially grown so that the side surface of the semiconductor layer EP2 is substantially perpendicular to the main surface of the SOI substrate SUB (that is, the main surface of the semiconductor layer SM1). The presence or absence of taper on the side surface of the semiconductor layer EP2 (therefore, the angle between the main surface of the semiconductor layer SM1 and the side surface of the semiconductor layer EP2) is adjusted by adjusting the composition of the film forming gas of the semiconductor layer EP2, the film forming temperature, and the like. Can be controlled.

半導体層EP2は、半導体層SM1のほぼ平坦な上面上に形成されているため、半導体層EP2の上面は、半導体層SM2の上面よりも高い位置にある。このため、ステップS4aで形成された半導体層EP1の上面は、ダミーゲートGEDの直下における半導体層SM1の上面よりも高い位置にある。   Since the semiconductor layer EP2 is formed on a substantially flat upper surface of the semiconductor layer SM1, the upper surface of the semiconductor layer EP2 is located higher than the upper surface of the semiconductor layer SM2. Therefore, the upper surface of the semiconductor layer EP1 formed in step S4a is higher than the upper surface of the semiconductor layer SM1 immediately below the dummy gate GED.

次に、図50に示されるように、半導体層SM1,EP2におけるダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1の両側の領域に、リン(P)またはヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、n型半導体領域EXを形成する(図46のステップS5)。 Next, as shown in FIG. 50, n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As) are ion-implanted into the regions on both sides of the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1 in the semiconductor layers SM1 and EP2. Thereby, the n type semiconductor region EX is formed (step S5 in FIG. 46).

ステップS5のイオン注入工程は、本実施の形態3も上記実施の形態1と基本的には同じであるが、上記実施の形態1では、半導体層SM1と半導体層EP1との積層体に対してn型不純物を注入してn型半導体領域EXを形成していたのに対して、本実施の形態3では、半導体層SM1と半導体層EP2との積層体に対してn型不純物を注入してn型半導体領域EXを形成している。 The ion implantation process in step S5 is basically the same as that of the first embodiment in the third embodiment, but in the first embodiment, the stacked body of the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP1 is used. In contrast to the n type semiconductor region EX formed by implanting the n type impurity, in the third embodiment, the n type impurity is implanted into the stacked body of the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP2. Thus, the n type semiconductor region EX is formed.

型半導体領域EXを形成するためのイオン注入工程では、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1がマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができる。このため、n型半導体領域EXは、半導体層SM1および半導体層EP2(の積層体)において、ダミーゲートGEDの側壁上の側壁絶縁膜SW1に対して自己整合して形成される。 In the ion implantation step for forming the n type semiconductor region EX, the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1 can function as a mask (ion implantation blocking mask). Therefore, the n type semiconductor region EX is formed in the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP2 (stacked body thereof) in a self-aligned manner with respect to the sidewall insulating film SW1 on the sidewall of the dummy gate GED.

次に、図51に示されるように、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁膜として側壁絶縁膜(サイドウォールスペーサ)SW4を形成する(図46のステップS6a)。側壁絶縁膜SW4は、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁絶縁膜SW1を介して形成される。   Next, as shown in FIG. 51, a sidewall insulating film (sidewall spacer) SW4 is formed as a sidewall film on the sidewall of the dummy gate GED (step S6a in FIG. 46). The sidewall insulating film SW4 is formed on the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating film SW1.

側壁絶縁膜SW4は、側壁膜である側壁絶縁膜SW4aと側壁膜である側壁絶縁膜SW4bとの積層により形成されている。側壁絶縁膜SW4aと側壁絶縁膜SW4bとは異なる材料により形成されており、好ましくは、側壁絶縁膜SW4aは酸化シリコン(酸化シリコン膜)により形成され、側壁絶縁膜SW4bは窒化シリコン(窒化シリコン膜)により形成されている。   The sidewall insulating film SW4 is formed by stacking a sidewall insulating film SW4a that is a sidewall film and a sidewall insulating film SW4b that is a sidewall film. The sidewall insulating film SW4a and the sidewall insulating film SW4b are formed of different materials. Preferably, the sidewall insulating film SW4a is formed of silicon oxide (silicon oxide film), and the sidewall insulating film SW4b is silicon nitride (silicon nitride film). It is formed by.

側壁絶縁膜SW4aは、後で除去するため、必ずしも絶縁性を有していなくともよいが、側壁膜としての形成のしやすさや、除去時にエッチング残りが生じた場合の不具合を防止できるという観点などで、絶縁膜が望ましい。また、側壁絶縁膜SW4bは、製造後の半導体装置でも残るため、絶縁性を有している。   The sidewall insulating film SW4a is not necessarily insulative because it will be removed later, but it is easy to form as a sidewall film, and from the viewpoint that it is possible to prevent problems when etching residue occurs during removal. An insulating film is desirable. Further, since the sidewall insulating film SW4b remains in the manufactured semiconductor device, it has an insulating property.

側壁絶縁膜SW4を形成するには、まず、側壁絶縁膜SW4aを形成する。側壁絶縁膜SW4aを形成するには、まず、SOI基板SUBの主面の全面に、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1を覆うように、酸化シリコン膜をCVD法などにより形成する。それから、この酸化シリコン膜をエッチバック(異方性エッチング)することで、ダミーゲートGEDの側壁上に酸化シリコン膜を残して側壁絶縁膜SW4aとし、他の領域の酸化シリコン膜を除去する。これにより、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁絶縁膜SW1を介して、側壁絶縁膜SW4aが形成される。側壁絶縁膜SW4aの形成後に、側壁絶縁膜SW4bを形成する。側壁絶縁膜SW4bを形成するには、まず、SOI基板SUBの主面の全面に、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4aを覆うように、窒化シリコン膜をCVD法などにより形成する。それから、この窒化シリコン膜をエッチバック(異方性エッチング)することで、ダミーゲートGEDの側壁上に窒化シリコン膜を残して側壁絶縁膜SW4bとし、他の領域の窒化シリコン膜を除去する。これにより、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁絶縁膜SW1,SW4aを介して、側壁絶縁膜SW4bが形成される。このようにして、側壁絶縁膜SW4aと側壁絶縁膜SW4bとの積層からなる側壁絶縁膜SW4が、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁絶縁膜SW1を介して形成される。   In order to form the sidewall insulating film SW4, first, the sidewall insulating film SW4a is formed. In order to form the sidewall insulating film SW4a, first, a silicon oxide film is formed over the entire main surface of the SOI substrate SUB by a CVD method or the like so as to cover the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1. Then, the silicon oxide film is etched back (anisotropic etching) to leave the silicon oxide film on the side wall of the dummy gate GED to form the side wall insulating film SW4a, and the silicon oxide film in other regions is removed. Thereby, the sidewall insulating film SW4a is formed on the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating film SW1. After the formation of the sidewall insulating film SW4a, the sidewall insulating film SW4b is formed. In order to form the sidewall insulating film SW4b, first, a silicon nitride film is formed over the entire main surface of the SOI substrate SUB by a CVD method or the like so as to cover the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW4a. Then, this silicon nitride film is etched back (anisotropic etching) to leave the silicon nitride film on the side wall of the dummy gate GED to form the side wall insulating film SW4b and to remove the silicon nitride film in other regions. As a result, the sidewall insulating film SW4b is formed on the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating films SW1 and SW4a. In this way, the side wall insulating film SW4 formed of the stacked layer of the side wall insulating film SW4a and the side wall insulating film SW4b is formed on the side wall of the dummy gate GED via the side wall insulating film SW1.

側壁絶縁膜SW4aの厚み(ダミーゲートGEDの側壁に略垂直な方向の厚み)は、例えば5〜10nm程度とすることができ、側壁絶縁膜SW4bの厚み(ダミーゲートGEDの側壁に略垂直な方向の厚み)は、例えば10〜30nm程度とすることができる。   The thickness of the side wall insulating film SW4a (thickness in the direction substantially perpendicular to the side wall of the dummy gate GED) can be, for example, about 5 to 10 nm, and the thickness of the side wall insulating film SW4b (direction substantially perpendicular to the side wall of the dummy gate GED). ) Can be about 10 to 30 nm, for example.

側壁絶縁膜SW4は、ダミーゲートGEDの側壁に側壁絶縁膜SW1を介して隣接し、かつ、半導体層EP2上に形成される。すなわち、側壁絶縁膜SW4の底面が半導体層EP2(具体的には半導体層EP2の上面)に接し、側壁絶縁膜SW4の内壁(ダミーゲートGEDに対向する側の側面)がダミーゲートGEDの側壁上の側壁絶縁膜SW1に接している。   The side wall insulating film SW4 is formed adjacent to the side wall of the dummy gate GED via the side wall insulating film SW1 and on the semiconductor layer EP2. That is, the bottom surface of the sidewall insulating film SW4 is in contact with the semiconductor layer EP2 (specifically, the top surface of the semiconductor layer EP2), and the inner wall (side surface on the side facing the dummy gate GED) of the sidewall insulating film SW4 is on the sidewall of the dummy gate GED. Is in contact with the side wall insulating film SW1.

次に、図52に示されるように、半導体層EP2上に、半導体層EP3をエピタキシャル成長させる(図46のステップS4b)。   Next, as shown in FIG. 52, the semiconductor layer EP3 is epitaxially grown on the semiconductor layer EP2 (step S4b in FIG. 46).

半導体層EP3は、ダミーゲートGED(より特定的にはダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1,SW4とからなる構造体)の両側の領域の半導体層SM1上に形成される。すなわち、半導体層SM1上において、ダミーゲートGED(より特定的にはダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1,SW4とからなる構造体)の両側に、ダミーゲートGED(より特定的にはダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1,SW4とからなる構造体)と隣り合うように、半導体層EP3が形成される。   The semiconductor layer EP3 is formed on the semiconductor layer SM1 in a region on both sides of the dummy gate GED (more specifically, a structure including the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW4). That is, on the semiconductor layer SM1, dummy gates GED (more specifically, dummy gates GED and more specifically, dummy gates GED and more specifically, dummy gates GED and dummy gates GED) The semiconductor layer EP3 is formed so as to be adjacent to the structure including the sidewall insulating films SW1 and SW4.

上記半導体層EP1,EP2と同様に、半導体層EP3は、エピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル層(エピタキシャル半導体層)であり、シリコン(単結晶シリコン)からなる。半導体層EP3は、半導体層EP2上に選択的にエピタキシャル成長し、側壁絶縁膜SW1,SW4上や窒化シリコン膜SN1上には形成されない。上述したように、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1は、窒化シリコン膜SN1および側壁絶縁膜SW1,SW4で覆われているため、ポリシリコン膜PL1上にエピタキシャル層は形成されない。また、半導体層EP3は半導体層EP2上に形成されるが、側壁絶縁膜SW4で覆われている部分の半導体層EP2上には半導体層EP3は形成されない。このため、半導体層EP2の側面は、側壁絶縁膜SW1に隣接しているが、半導体層EP3の側面は、側壁絶縁膜SW4bに隣接している。   Similar to the semiconductor layers EP1 and EP2, the semiconductor layer EP3 is an epitaxial layer (epitaxial semiconductor layer) formed by epitaxial growth and is made of silicon (single crystal silicon). The semiconductor layer EP3 is selectively epitaxially grown on the semiconductor layer EP2, and is not formed on the sidewall insulating films SW1 and SW4 or the silicon nitride film SN1. As described above, since the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is covered with the silicon nitride film SN1 and the sidewall insulating films SW1 and SW4, no epitaxial layer is formed on the polysilicon film PL1. Further, although the semiconductor layer EP3 is formed on the semiconductor layer EP2, the semiconductor layer EP3 is not formed on the portion of the semiconductor layer EP2 covered with the sidewall insulating film SW4. Therefore, the side surface of the semiconductor layer EP2 is adjacent to the sidewall insulating film SW1, while the side surface of the semiconductor layer EP3 is adjacent to the sidewall insulating film SW4b.

また、半導体層EP2と同様に、半導体層EP3も、半導体層EP3の側面がテーパを有さないようにエピタキシャル成長させることができる。すなわち、半導体層EP3の側面が、SOI基板SUBの主面(すなわち半導体層SM1の主面)に対してほぼ垂直となるように、半導体層EP3がエピタキシャル成長される。半導体層EP3の側面のテーパの有無(従って半導体層SM1の主面と半導体層EP3の側面とのなす角度)は、半導体層EP3の成膜用ガスの組成や成膜温度などを調整することにより、制御することができる。   Similarly to the semiconductor layer EP2, the semiconductor layer EP3 can be epitaxially grown so that the side surface of the semiconductor layer EP3 does not have a taper. That is, the semiconductor layer EP3 is epitaxially grown so that the side surface of the semiconductor layer EP3 is substantially perpendicular to the main surface of the SOI substrate SUB (that is, the main surface of the semiconductor layer SM1). The presence or absence of taper on the side surface of the semiconductor layer EP3 (therefore, the angle between the main surface of the semiconductor layer SM1 and the side surface of the semiconductor layer EP3) is adjusted by adjusting the composition of the film forming gas of the semiconductor layer EP3, the film forming temperature, and the like. Can be controlled.

また、ステップS4bにおける半導体層EP3の形成厚みは、ステップS4aにおける半導体層EP2の形成厚みよりも厚いことが好ましい。これにより、後で金属シリサイド層SILを形成することに伴って厚み方向にシリコン領域が無くなる領域が発生してしまうのを防止しやすくなる。   In addition, the formation thickness of the semiconductor layer EP3 in step S4b is preferably thicker than the formation thickness of the semiconductor layer EP2 in step S4a. This makes it easy to prevent the occurrence of a region where the silicon region disappears in the thickness direction with the subsequent formation of the metal silicide layer SIL.

次に、図53に示されるように、半導体層SM1,EP2,EP3におけるダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4の両側の領域に、リン(P)またはヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、n型半導体領域SDを形成する(図46のステップS7)。 Next, as shown in FIG. 53, n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As) are formed in the regions on both sides of the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW4 in the semiconductor layers SM1, EP2, and EP3. Are ion-implanted to form an n + type semiconductor region SD (step S7 in FIG. 46).

ステップS7のイオン注入工程は、本実施の形態3も上記実施の形態1と基本的には同じである。但し、上記実施の形態1では、半導体層SM1と半導体層EP1との積層体に対してn型不純物を注入してn型半導体領域SDを形成していたのに対して、本実施の形態3では、半導体層SM1と半導体層EP2と半導体層EP3との積層体に対してn型不純物を注入してn型半導体領域SDを形成している。 The ion implantation process in step S7 is basically the same as that in the first embodiment in the third embodiment. However, in the first embodiment, the n + -type semiconductor region SD is formed by injecting the n-type impurity into the stacked body of the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layer EP1. 3, an n + -type semiconductor region SD is formed by implanting an n-type impurity into the stacked body of the semiconductor layer SM1, the semiconductor layer EP2, and the semiconductor layer EP3.

型半導体領域SDを形成するためのイオン注入工程では、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4がマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができる。このため、n型半導体領域SDは、ダミーゲートGEDの側壁上に側壁絶縁膜SW1を介して形成された側壁絶縁膜SW4に対して自己整合して形成される。n型半導体領域SDは、n型半導体領域EXよりも、不純物濃度が高い。 In the ion implantation process for forming the n + type semiconductor region SD, the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW4 can function as a mask (ion implantation blocking mask). Therefore, the n + type semiconductor region SD is formed in self-alignment with the sidewall insulating film SW4 formed on the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating film SW1. The n + type semiconductor region SD has a higher impurity concentration than the n type semiconductor region EX.

ステップS6aで側壁絶縁膜SW4を形成する前に、n型半導体領域EXを形成するためのイオン注入(ステップS5)を行い、ステップS6aで側壁絶縁膜SW4を形成した後で、n型半導体領域SDを形成するためのイオン注入(ステップS7)を行っている。このため、ステップS7までを行うと、n型半導体領域EXは、側壁絶縁膜SW4(4a,4b)の直下の部分の半導体層SM1,EP2に形成されている状態となる。後述のステップS13aでは、ダミーゲートGEDとともに側壁絶縁膜SW4aも除去してからゲート電極GEを形成しているため、側壁絶縁膜SW4aが存在していた領域にもゲート電極GEが形成されることになる。このため、後でゲート電極GEを形成すると、n型半導体領域EXは、ゲート電極GEの一部(ゲート長方向の両端部側)の直下と側壁絶縁膜SW4bの直下とにほぼ形成されている状態となる。 Before forming the sidewall insulating film SW4 in step S6a, ion implantation (step S5) for forming the n type semiconductor region EX is performed, and after forming the sidewall insulating film SW4 in step S6a, the n + type semiconductor is formed. Ion implantation (step S7) for forming the region SD is performed. For this reason, when the steps up to step S7 are performed, the n type semiconductor region EX is formed in the semiconductor layers SM1 and EP2 immediately below the sidewall insulating film SW4 (4a and 4b). In step S13a, which will be described later, since the gate electrode GE is formed after the sidewall insulating film SW4a is also removed together with the dummy gate GED, the gate electrode GE is also formed in the region where the sidewall insulating film SW4a was present. Become. For this reason, when the gate electrode GE is formed later, the n type semiconductor region EX is substantially formed directly below a part of the gate electrode GE (on both ends in the gate length direction) and directly below the sidewall insulating film SW4b. It becomes a state.

次に、n型半導体領域SDおよびn型半導体領域EXなどに導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う(図46のステップS8)。また、イオン注入領域がアモルファス化された場合は、このステップS8の活性化アニール時に、結晶化させることができる。 Next, activation annealing which is a heat treatment for activating the impurities introduced into the n + type semiconductor region SD, the n type semiconductor region EX, and the like is performed (step S8 in FIG. 46). If the ion-implanted region is made amorphous, it can be crystallized during the activation annealing in step S8.

次に、図54に示されるように、上記実施の形態1と同様に、サリサイド技術により、n型半導体領域SDの表面(上層部)に低抵抗の金属シリサイド層SILを形成する(図47のステップS10)。 Next, as shown in FIG. 54, a low resistance metal silicide layer SIL is formed on the surface (upper layer portion) of the n + type semiconductor region SD by the salicide technique, as in the first embodiment (FIG. 47). Step S10).

ステップS10の金属シリサイド層SIL形成工程は、本実施の形態3も上記実施の形態1と基本的には同じであるが、上記実施の形態1では、主として半導体層EP1に金属シリサイド層SILが形成されたが、本実施の形態3では、主として半導体層EP3(あるいは半導体層EP3,EP2)に金属シリサイド層SILが形成される。また、上記実施の形態1と同様に、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1上には窒化シリコン膜SN1が形成されているため、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1の表面には、金属シリサイド層は形成されない。   The metal silicide layer SIL forming step in step S10 is basically the same as that in the first embodiment, but the metal silicide layer SIL is mainly formed in the semiconductor layer EP1 in the first embodiment. However, in the third embodiment, the metal silicide layer SIL is formed mainly in the semiconductor layer EP3 (or the semiconductor layers EP3 and EP2). Similarly to the first embodiment, since the silicon nitride film SN1 is formed on the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED, the metal silicide layer is not formed on the surface of the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED. Not formed.

次に、図55に示されるように、上記実施の形態1と同様に、SOI基板SUBの主面(主面全面)上に絶縁膜IL1を形成する(図47のステップS11)。すなわち、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4を覆うように、SOI基板SUBの主面上に絶縁膜IL1を形成する。絶縁膜IL1については、上記実施の形態1で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Next, as shown in FIG. 55, as in the first embodiment, an insulating film IL1 is formed on the main surface (entire main surface) of the SOI substrate SUB (step S11 in FIG. 47). That is, the insulating film IL1 is formed on the main surface of the SOI substrate SUB so as to cover the dummy gate GED and the side wall insulating films SW1 and SW4. Since the insulating film IL1 has been described in the first embodiment, repeated description thereof is omitted here.

次に、上記図56に示されるように、記実施の形態1と同様に、絶縁膜IL1の表面(上面)をCMP法により研磨することにより、ダミーゲートGEDの上面(すなわち窒化シリコン膜SN1の上面)を露出させる(図47のステップS12)。   Next, as shown in FIG. 56, similarly to the first embodiment, the surface (upper surface) of the insulating film IL1 is polished by the CMP method, so that the upper surface of the dummy gate GED (that is, the silicon nitride film SN1) is polished. The upper surface is exposed (step S12 in FIG. 47).

次に、図57に示されるように、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4aを、エッチングにより除去する(図47のステップS13a)。   Next, as shown in FIG. 57, the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW4a are removed by etching (step S13a in FIG. 47).

このステップS13aでダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4aを除去することにより、溝(凹部、開口部、窪み部)TR1が形成される。溝TR1は、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4aの除去前までダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4aが存在していた領域(空間)からなる。溝TR1からは、半導体層SM1の上面と、半導体層EP2の側面および上面と、側壁絶縁膜SW4bの内壁とが露出される。   By removing the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW4a in this step S13a, a trench (recess, opening, recess) TR1 is formed. The trench TR1 is formed of a region (space) where the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW4a existed before the removal of the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW4a. From trench TR1, the upper surface of semiconductor layer SM1, the side surface and upper surface of semiconductor layer EP2, and the inner wall of sidewall insulating film SW4b are exposed.

溝TR1の底面は、半導体層SM1の上面と半導体層EP2の側面および上面とにより形成されている。溝TR1の側面(側壁)は、側壁絶縁膜SW4aの内壁により形成されている。溝TR1の底面には、半導体層EP2の側面および上面により段差部が形成されている。ここで、側壁絶縁膜SW4bの内壁とは、側壁絶縁膜SW4bにおいて、側壁絶縁膜SW4aを除去するまで側壁絶縁膜SW4aに接していた側の側面(側壁)に対応している。   The bottom surface of the trench TR1 is formed by the upper surface of the semiconductor layer SM1 and the side surfaces and the upper surface of the semiconductor layer EP2. The side surface (side wall) of the trench TR1 is formed by the inner wall of the side wall insulating film SW4a. On the bottom surface of the trench TR1, a step portion is formed by the side surface and the top surface of the semiconductor layer EP2. Here, the inner wall of the side wall insulating film SW4b corresponds to the side surface (side wall) of the side wall insulating film SW4b that is in contact with the side wall insulating film SW4a until the side wall insulating film SW4a is removed.

ステップS13aのエッチング工程について、以下、具体的に説明する。   The etching process in step S13a will be specifically described below.

ステップS13aのエッチングは、次の3段階(第1段階、第2段階および第3段階、図58〜図60参照)のエッチングにより行うことが好ましい。   The etching in step S13a is preferably performed by the following three stages (first stage, second stage and third stage, see FIGS. 58 to 60).

まず、ステップS13aのエッチングの第1段階として、図58に示されるように、ダミーゲートGEDの窒化シリコン膜SN1を除去するが、この第1段階のエッチングは、本実施の形態3においても、上記実施の形態1(上記ステップS13の第1段階のエッチング)と同様である。第1段階のエッチングにより、窒化シリコン膜SN1が除去されて、ポリシリコン膜PL1が露出される。   First, as shown in FIG. 58, the silicon nitride film SN1 of the dummy gate GED is removed as the first stage of etching in step S13a. This first stage etching is performed in the third embodiment as well. This is the same as in the first embodiment (the first stage etching in step S13). By the first stage etching, the silicon nitride film SN1 is removed, and the polysilicon film PL1 is exposed.

次に、ステップS13aのエッチングの第2段階として、図59に示されるように、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1を除去するが、この第2段階のエッチングは、本実施の形態3においても、上記実施の形態1(上記ステップS13の第2段階のエッチング)と同様である。第2段階のエッチングにより、ポリシリコン膜PL1が除去されて、側壁絶縁膜SW1および絶縁膜GIDが露出される。   Next, as a second stage of etching in step S13a, as shown in FIG. 59, the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is removed. This second stage of etching is also performed in the third embodiment. This is the same as in the first embodiment (the second stage etching in step S13). By the second-stage etching, the polysilicon film PL1 is removed, and the sidewall insulating film SW1 and the insulating film GID are exposed.

ステップS13aのエッチングの第3段階は、上記実施の形態1のステップS13の第3段階と若干相違している。ステップS13aのエッチング工程では、第2段階のエッチングでポリシリコン膜PL1を除去した後、エッチング条件を変えて、第3段階のエッチングにより、図60に示されるように、側壁絶縁膜SW1,SW4aおよび絶縁膜GIDを除去する。この第3段階のエッチングは、側壁絶縁膜SW1,SW4aおよび絶縁膜GIDのエッチング速度が、半導体層SM1,EP2のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で、側壁絶縁膜SW1,SW4aおよび絶縁膜GIDを選択的にエッチングすることが好ましい。これにより、第3段階のエッチングで半導体層SM1,EP2がエッチングされてしまうのを抑制または防止することができる。側壁絶縁膜SW1と側壁絶縁膜SW4aとを同じ材料(ここでは酸化シリコン)により形成しておけば、側壁絶縁膜SW1と側壁絶縁膜SW4aとを同じエッチング工程で連続的にエッチングすることができる。また、絶縁膜GIDを側壁絶縁膜SW1,SW4aと同じ材料(ここでは酸化シリコン)により形成しておけば、絶縁膜GIDを、側壁絶縁膜SW1,SW4aを除去するのと同じエッチング工程で除去することができる。   The third stage of etching in step S13a is slightly different from the third stage of step S13 in the first embodiment. In the etching process of step S13a, after the polysilicon film PL1 is removed by the second stage etching, the etching conditions are changed, and the third stage etching is performed to form the sidewall insulating films SW1, SW4a and The insulating film GID is removed. This third stage etching is performed under the etching conditions such that the etching rates of the sidewall insulating films SW1, SW4a and the insulating film GID are higher than the etching rates of the semiconductor layers SM1, EP2, and the sidewall insulating films SW1, SW4a and the insulating film. It is preferable to selectively etch the GID. Thereby, it is possible to suppress or prevent the semiconductor layers SM1 and EP2 from being etched by the third stage etching. If sidewall insulating film SW1 and sidewall insulating film SW4a are formed of the same material (here, silicon oxide), sidewall insulating film SW1 and sidewall insulating film SW4a can be continuously etched in the same etching step. Further, if the insulating film GID is formed of the same material (here, silicon oxide) as the side wall insulating films SW1 and SW4a, the insulating film GID is removed in the same etching step as the side wall insulating films SW1 and SW4a are removed. be able to.

また、第3段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1,SW4aは除去されるが、側壁絶縁膜SW4bは残存させることが好ましい。このため、本実施の形態3では、側壁絶縁膜SW4bを側壁絶縁膜SW4aとは異なる材料により形成しておき、側壁絶縁膜SW1,SW4a(具体的には酸化シリコン)のエッチング速度が、側壁絶縁膜SW4b(具体的には窒化シリコン)および半導体層SM1,EP2のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で、第3段階のエッチングを行う。ここでは、側壁絶縁膜SW1,SW4aは酸化シリコンにより形成され、側壁絶縁膜SW4bは窒化シリコンにより形成されているため、側壁絶縁膜SW1,SW4aと側壁絶縁膜SW4bとの高いエッチング選択比を確保することは容易である。すなわち、第3段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1,SW4aをエッチングするとともに、側壁絶縁膜SW4bをエッチングストッパとして機能させることができる。また、側壁絶縁膜SW1,SW4aは酸化シリコンにより形成されているため、側壁絶縁膜SW1,SW4aと半導体層SM1,EP2との高いエッチング選択比を確保することも容易である。   In the third stage etching, the sidewall insulating films SW1 and SW4a are removed, but the sidewall insulating film SW4b is preferably left. Therefore, in the third embodiment, the sidewall insulating film SW4b is formed of a material different from that of the sidewall insulating film SW4a, and the etching rate of the sidewall insulating films SW1 and SW4a (specifically, silicon oxide) is set to be the sidewall insulating film. The third-stage etching is performed under the etching conditions such that the etching speed of the film SW4b (specifically, silicon nitride) and the semiconductor layers SM1 and EP2 is higher. Here, since the sidewall insulating films SW1 and SW4a are formed of silicon oxide and the sidewall insulating film SW4b is formed of silicon nitride, a high etching selectivity between the sidewall insulating films SW1 and SW4a and the sidewall insulating film SW4b is ensured. It is easy. That is, in the third stage etching, the sidewall insulating films SW1 and SW4a can be etched and the sidewall insulating film SW4b can function as an etching stopper. Further, since the sidewall insulating films SW1 and SW4a are made of silicon oxide, it is easy to ensure a high etching selectivity between the sidewall insulating films SW1 and SW4a and the semiconductor layers SM1 and EP2.

ステップS13aの上記3段階(第1段階、第2段階および第3段階)のエッチングによりダミーゲートGED、絶縁膜GIDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4aを除去することにより、図57および図60に示されるように、溝TR1が形成される。   57 and 60 are obtained by removing the dummy gate GED, the insulating film GID, and the sidewall insulating films SW1 and SW4a by etching in the above three stages (first stage, second stage, and third stage) of step S13a. Thus, the trench TR1 is formed.

次に、上記実施の形態1と同様に、図61に示されるように、溝TR1の底面および側面(側壁)上を含むSOI基板SUBの主面(主面全面)上に、すなわち溝TR1の底部および側壁上を含む絶縁膜IL1上に、ゲート絶縁膜用の絶縁膜GIaを形成する(図47のステップS14)。絶縁膜GIaについては、上記実施の形態1で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 61, on the main surface (entire main surface) of SOI substrate SUB including the bottom surface and side surface (side wall) of groove TR1, that is, in trench TR1. An insulating film GIa for the gate insulating film is formed on the insulating film IL1 including the bottom and side walls (step S14 in FIG. 47). Since the insulating film GIa has been described in the first embodiment, repeated description thereof is omitted here.

次に、上記実施の形態1と同様に、SOI基板SUBの主面上に、すなわち絶縁膜GIa上に、溝TR1内を埋めるように,ゲート電極用の導電膜CDを形成する(図47のステップS15)。導電膜CDについては、上記実施の形態1で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Next, as in the first embodiment, a conductive film CD for the gate electrode is formed on the main surface of the SOI substrate SUB, that is, on the insulating film GIa so as to fill the trench TR1 (FIG. 47). Step S15). Since the conductive film CD has been described in the first embodiment, repeated description thereof is omitted here.

次に、図62に示されるように、溝TR1内に導電膜CDおよび絶縁膜GIaを残し、溝TR1の外部の導電膜CDおよび絶縁膜GIaをCMP法などにより除去して、ゲート電極GEおよびゲート絶縁膜GIを形成する(図47のステップS16)。ステップS16については、本実施の形態3も上記実施の形態1と同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。ステップS16は、溝TR1内にゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEを形成する工程である。   Next, as shown in FIG. 62, the conductive film CD and the insulating film GIa are left in the trench TR1, and the conductive film CD and the insulating film GIa outside the trench TR1 are removed by a CMP method or the like, so that the gate electrodes GE and A gate insulating film GI is formed (step S16 in FIG. 47). Since step S16 is the same as the first embodiment, the third embodiment is not described here. Step S16 is a step of forming the gate electrode GE in the trench TR1 via the gate insulating film GI.

溝TR1内に残存する導電膜CDがゲート電極GEとなり、溝TR1内に残存する絶縁膜GIaがゲート絶縁膜GIとなる。そして、ゲート電極GEと半導体層SM1(の上面)との間と、ゲート電極GEと半導体層EP2(の側面および上面)との間と、ゲート電極GEと側壁絶縁膜SW4b(の内壁)との間に、ゲート絶縁膜GIが介在した状態となる。ゲート電極GEおよびゲート絶縁膜GIは、MISFETのゲート電極およびゲート絶縁膜としてそれぞれ機能する。   The conductive film CD remaining in the trench TR1 becomes the gate electrode GE, and the insulating film GIa remaining in the trench TR1 becomes the gate insulating film GI. Then, between the gate electrode GE and the semiconductor layer SM1 (the upper surface thereof), between the gate electrode GE and the semiconductor layer EP2 (the side surfaces and the upper surface thereof), and between the gate electrode GE and the sidewall insulating film SW4b (the inner wall thereof). The gate insulating film GI is interposed therebetween. The gate electrode GE and the gate insulating film GI function as a gate electrode and a gate insulating film of the MISFET, respectively.

ゲート絶縁膜GI(絶縁膜GIa)を介してゲート電極GEの下に位置する半導体層SM1に、MISFETのチャネル領域が形成される。また、MISFETのソースまたはドレインとして機能する半導体領域(不純物拡散層)は、n型半導体領域EXとそれよりも高不純物濃度のn型半導体領域SDとにより形成され、LDD構造を有している。 A channel region of the MISFET is formed in the semiconductor layer SM1 located under the gate electrode GE via the gate insulating film GI (insulating film GIa). Further, the semiconductor region (impurity diffusion layer) functioning as the source or drain of the MISFET is formed by the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD having a higher impurity concentration than that, and has an LDD structure. Yes.

このようにして、nチャネル型のMISFETが形成される。   In this way, an n-channel MISFET is formed.

本実施の形態では、ダミーゲートGEDの側壁上に形成されかつ半導体層EP2の上に位置していた側壁絶縁膜SW4aを、ステップS13aでダミーゲートGEDとともに除去し、除去した領域(溝TR1)にゲート電極GEを形成している。このため、ダミーゲートGEDが存在していた領域だけでなく、側壁絶縁膜SW4aが存在していた領域にもゲート電極GEを形成することができる。このため、ゲート電極GEのゲート長方向の寸法を、ダミーゲートGEDの寸法よりも大きくすることができ、ゲート電極GEの一部(ゲート長方向の両端部側)が半導体層EP2上に位置する、すなわち半導体層EP2上に乗り上げることになる。従って、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部は、半導体層EP1の上に位置することになる。そして、n型半導体領域EXの少なくとも一部は、ゲート電極GEの直下に位置することになる。 In the present embodiment, the side wall insulating film SW4a formed on the side wall of the dummy gate GED and located on the semiconductor layer EP2 is removed together with the dummy gate GED in step S13a, and the removed region (trench TR1) is removed. A gate electrode GE is formed. Therefore, the gate electrode GE can be formed not only in the region where the dummy gate GED was present but also in the region where the sidewall insulating film SW4a was present. For this reason, the dimension in the gate length direction of the gate electrode GE can be made larger than the dimension of the dummy gate GED, and part of the gate electrode GE (both ends in the gate length direction) is located on the semiconductor layer EP2. That is, it rides on the semiconductor layer EP2. Therefore, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1. At least a part of the n type semiconductor region EX is located immediately below the gate electrode GE.

以降の工程は、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、図63に示されるように、上記実施の形態1と同様に、上記絶縁膜IL2を形成し、上記コンタクトホールCNTを形成し、コンタクトホールCNT内に上記プラグPGを形成し、上記絶縁膜IL3を形成し、上記配線M1を形成する。   Subsequent steps are substantially the same as those in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 63, as in the first embodiment, the insulating film IL2 is formed, the contact hole CNT is formed, the plug PG is formed in the contact hole CNT, and the insulating film is formed. IL3 is formed, and the wiring M1 is formed.

図64および図65は、本実施の形態3の半導体装置の要部断面図であり、図64は上記図1に対応するものであり、図65は上記図2に対応するものである。   64 and 65 are cross-sectional views of the main part of the semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 64 corresponds to FIG. 1 and FIG. 65 corresponds to FIG.

但し、図64では、半導体層SM1と半導体層EP2,EP3がどの領域であるかが分かりやすいように、半導体層EP2と半導体層EP3とを合わせたもの全体をドットのハッチングで示し、半導体層SM1全体を細線の斜線のハッチングで示している。従って、図1では、n型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDの形成領域についての図示はしていない。また、図65では、n型半導体領域EXとn型半導体領域SDがどの領域であるかが分かりやすいように、n型半導体領域EX全体に同じハッチングを付し、n型半導体領域SD全体に他の同じハッチングを付してある。従って、図64と図65とを合わせて見れば、半導体層SM1,EP2,EP3の構成と、半導体層SM1,EP2,EP3におけるn型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDの形成領域とを、理解しやすい。なお、上記図1および図2と同様に、図64および図64において、上記絶縁膜IL3および配線M1とそれよりも上層の構造については、図示を省略している。 However, in FIG. 64, in order to easily understand which region is the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layers EP2 and EP3, the total of the semiconductor layer EP2 and the semiconductor layer EP3 is indicated by dot hatching, and the semiconductor layer SM1 The whole is indicated by hatching with thin diagonal lines. Accordingly, FIG. 1 does not illustrate the formation region of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD. Further, in FIG. 65, n - -type semiconductor region EX and the n + -type semiconductor region as SD is easy to understand if it is any region, n - -type semiconductor regions EX entirety denoted by the same hatching, n + -type semiconductor region The same SD is added to the entire SD. Therefore, when FIG. 64 and FIG. 65 are viewed together, the configuration of the semiconductor layers SM1, EP2, and EP3, and the formation region of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD in the semiconductor layers SM1, EP2, and EP3, Easy to understand. As in FIGS. 1 and 2, in FIGS. 64 and 64, the insulating film IL3, the wiring M1, and the upper layer structure thereof are not shown.

図64および図65に示される本実施の形態3の半導体装置と、上記図1および図2に示される上記実施の形態1の半導体装置との主要な相違点は、以下のものである。なお、共通点については、説明を省略する。   Major differences between the semiconductor device of the third embodiment shown in FIGS. 64 and 65 and the semiconductor device of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are as follows. Note that description of common points is omitted.

上記実施の形態1の半導体装置では、上記図1および図2に示されるように、SOI基板SUBの半導体層SM1上に、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層として、半導体層EP1を形成している。そして、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が半導体層EP1上に乗り上げている。すなわち、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP1の上に位置している。   In the semiconductor device of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor layer EP1 is formed as the source / drain epitaxial layer on the semiconductor layer SM1 of the SOI substrate SUB. Then, end portions (both end portions in the gate length direction) of the gate electrode GE run on the semiconductor layer EP1. That is, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP1 that is an epitaxial layer for source / drain.

一方、本実施の形態3の半導体装置は、図64および図65に示されるように、SOI基板SUBの半導体層SM1上に、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層として、半導体層SM1上の半導体層EP2と半導体層EP2上の半導体層EP3との2層を形成している。そして、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が半導体層EP2上に乗り上げている。すなわち、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層である半導体層EP2の上に位置している。なお、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部は、図64において符号EGを付して、端部EGとして示してある。   On the other hand, as shown in FIGS. 64 and 65, the semiconductor device according to the third embodiment has a semiconductor layer EP2 on the semiconductor layer SM1 on the semiconductor layer SM1 of the SOI substrate SUB as an epitaxial layer for source / drain. And a semiconductor layer EP3 on the semiconductor layer EP2 are formed. Then, end portions (both end portions in the gate length direction) of the gate electrode GE run on the semiconductor layer EP2. That is, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the semiconductor layer EP2 which is an epitaxial layer for source / drain. Note that the end of the gate electrode GE in the gate length direction is indicated as an end EG by adding a symbol EG in FIG.

また、上記実施の形態1では、上記図1および図2に示されるように、ゲート電極GEの一部と、側壁絶縁膜SW3と、ゲート電極GEと側壁絶縁膜SW3との間に位置する部分のゲート絶縁膜GIとが、半導体層EP1上に存在している。   In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a part of the gate electrode GE, the sidewall insulating film SW3, and a portion located between the gate electrode GE and the sidewall insulating film SW3. The gate insulating film GI is present on the semiconductor layer EP1.

一方、本実施の形態3では、図64および図65に示されるように、ゲート電極GEの一部と、側壁絶縁膜SW4bと、ゲート電極GEと側壁絶縁膜SW4bとの間に位置する部分のゲート絶縁膜GIとが、半導体層EP2上に存在している。   On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIGS. 64 and 65, a part of the gate electrode GE, the side wall insulating film SW4b, and a portion located between the gate electrode GE and the side wall insulating film SW4b are shown. A gate insulating film GI is present on the semiconductor layer EP2.

また、上記実施の形態1では、半導体層EP1の傾斜した側面SF1上にゲート電極GEの一部(両端部)が乗り上げていた。一方、本実施の形態3では、半導体層EP2の側面は傾斜しておらず、半導体層EP2の上面上にゲート電極の一部(両端部)が乗り上げている。   Further, in the first embodiment, a part (both ends) of the gate electrode GE rides on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1. On the other hand, in the present third embodiment, the side surface of the semiconductor layer EP2 is not inclined, and part (both ends) of the gate electrode rides on the upper surface of the semiconductor layer EP2.

また、上記実施の形態1では、SOI基板SUB上に、半導体層EP1を覆うように絶縁膜IL1が形成されており、ゲート電極GEは、絶縁膜IL1に形成された溝TR内に埋め込まれていた。一方、本実施の形態3では、SOI基板SUB上に、半導体層EP2,EP3を覆うように絶縁膜IL1が形成されており、ゲート電極GEは、絶縁膜IL1に形成された溝TR1内に埋め込まれている。また、上記実施の形態1では、ゲート絶縁膜GIが溝TRの側面上および底面上に形成されており、ゲート電極GEは、ゲート絶縁膜GIを介して溝TR内に埋め込まれていた。一方、本実施の形態3では、ゲート絶縁膜GIが溝TR1の側面上および底面上に形成されており、ゲート電極GEは、ゲート絶縁膜GIを介して溝TR1内に埋め込まれている。   In the first embodiment, the insulating film IL1 is formed on the SOI substrate SUB so as to cover the semiconductor layer EP1, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR formed in the insulating film IL1. It was. On the other hand, in the third embodiment, the insulating film IL1 is formed on the SOI substrate SUB so as to cover the semiconductor layers EP2 and EP3, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR1 formed in the insulating film IL1. It is. In the first embodiment, the gate insulating film GI is formed on the side surface and the bottom surface of the trench TR, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR via the gate insulating film GI. On the other hand, in the third embodiment, the gate insulating film GI is formed on the side surface and the bottom surface of the trench TR1, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR1 through the gate insulating film GI.

このような本実施の形態3の半導体装置においても、上記実施の形態1で説明したのとほぼ同様の理由により、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制することができるため、半導体装置の特性(電気的特性)を向上させることができる。   Also in the semiconductor device of the third embodiment, the parasitic resistance between the source or drain semiconductor region and the channel region is suppressed for almost the same reason as described in the first embodiment. Therefore, the characteristics (electrical characteristics) of the semiconductor device can be improved.

すなわち、本実施の形態の半導体装置においても、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層(ここでは半導体層EP2)上にゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が乗り上げている。すなわち、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層(ここでは半導体層EP2)の上に位置している。換言すれば、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、ゲート電極GEの端部が、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層(ここでは半導体層EP2)の上に位置している。そして、このエピタキシャル層(ここでは半導体層EP2)は、半導体層SM1の上面上に形成されており、このエピタキシャル層(ここでは半導体層EP2)の上面は、ゲート電極GEの直下における半導体層SM1の上面よりも高い位置にある。   That is, also in the semiconductor device of the present embodiment, the end portions (both end portions in the gate length direction) of the gate electrode GE run on the source / drain epitaxial layers (here, the semiconductor layer EP2). That is, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the source / drain epitaxial layer (here, the semiconductor layer EP2). In other words, in the gate length direction of the MISFET (MISFET having the gate electrode GE as the gate electrode), the end of the gate electrode GE is positioned on the source / drain epitaxial layer (here, the semiconductor layer EP2). Yes. The epitaxial layer (here, the semiconductor layer EP2) is formed on the upper surface of the semiconductor layer SM1, and the upper surface of the epitaxial layer (here, the semiconductor layer EP2) is the surface of the semiconductor layer SM1 immediately below the gate electrode GE. Located higher than the top surface.

このため、ソースまたはドレイン用の半導体領域(n型半導体領域EXとn型半導体領域SDとを合わせたもの)にゲート電極GEを確実にオーバーラップさせることができ、このオーバーラップにより、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制することができる。また、ソースまたはドレイン用の半導体領域(n型半導体領域EXとn型半導体領域SDとを合わせたもの)とゲート電極GEとのオーバーラップ部における半導体層の厚みは、半導体層SM1の厚みよりも、オーバーラップ部における半導体層EP2の厚みの分だけ厚くすることができるため、寄生抵抗を更に抑制することができる。従って、MISFETを備える半導体装置の特性(電気的特性)を向上させることができる。また、寄生抵抗の値のばらつきによるMISFET毎の特性ばらつきも抑制することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。また、本実施の形態3においても、ゲート電極GEが半導体層EP2に乗り上げた構造を、セルフアラインで形成することができる。 For this reason, the gate electrode GE can be surely overlapped with the semiconductor region for source or drain (a combination of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD). Alternatively, parasitic resistance between the semiconductor region for drain and the channel region can be suppressed. In addition, the thickness of the semiconductor layer in the overlapping portion between the semiconductor region for source or drain (a combination of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD) and the gate electrode GE is the thickness of the semiconductor layer SM1. Rather, the parasitic resistance can be further suppressed because the thickness can be increased by the thickness of the semiconductor layer EP2 in the overlap portion. Therefore, the characteristics (electrical characteristics) of the semiconductor device including the MISFET can be improved. Further, variation in characteristics of each MISFET due to variation in the value of the parasitic resistance can be suppressed. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved. Also in the present third embodiment, the structure in which the gate electrode GE rides on the semiconductor layer EP2 can be formed by self-alignment.

また、半導体層EP2の形成後にダミーゲートGEDの側壁上に側壁絶縁膜SW4を形成してから、この側壁絶縁膜SW4をマスクにしてイオン注入を行うことでn型半導体領域SDを形成しているが、本実施の形態3では、側壁絶縁膜SW4を、側壁絶縁膜SW4aおよび側壁絶縁膜SW4bにより形成している。このため、側壁絶縁膜SW4a,SW4bの直下の部分の半導体層EP2,SM1が、n型半導体領域EXとなる。そして、ステップS13では、側壁絶縁膜SW4a,SW4bのうち、側壁絶縁膜SW4aを除去し、側壁絶縁膜SW4bを残存させている。このため、側壁絶縁膜SW4aが存在していた領域にはゲート電極GEが形成されるが、側壁絶縁膜SW4bが存在する領域にはゲート電極GEは形成されない。従って、側壁絶縁膜SW4aと側壁絶縁膜SW4bとの厚みの比を調整することで、n型半導体領域EXの寸法を変えることなく、n型半導体領域EXとゲート電極GEのオーバーラップ量を所望の値に制御することができる。また、金属シリサイド層SILとゲート電極GEとの間に、ゲート絶縁膜GIだけでなく側壁絶縁膜SW4aも介在することになるため、ゲート電極GEと金属シリサイド層SILとの間の耐圧を向上させることができる。 Further, after forming the semiconductor layer EP2, a sidewall insulating film SW4 is formed on the sidewall of the dummy gate GED, and then ion implantation is performed using the sidewall insulating film SW4 as a mask to form an n + type semiconductor region SD. However, in the third embodiment, the sidewall insulating film SW4 is formed of the sidewall insulating film SW4a and the sidewall insulating film SW4b. Therefore, the semiconductor layers EP2 and SM1 immediately below the sidewall insulating films SW4a and SW4b become the n type semiconductor region EX. In step S13, the sidewall insulating film SW4a is removed from the sidewall insulating films SW4a and SW4b, and the sidewall insulating film SW4b is left. Therefore, the gate electrode GE is formed in the region where the sidewall insulating film SW4a is present, but the gate electrode GE is not formed in the region where the sidewall insulating film SW4b is present. Therefore, by adjusting the ratio of the thickness of the sidewall insulating film SW4a and the sidewall insulating films SW4b, n - without changing the dimensions of the type semiconductor region EX, n - amount of overlap type semiconductor region EX and the gate electrode GE It can be controlled to a desired value. Further, since not only the gate insulating film GI but also the sidewall insulating film SW4a is interposed between the metal silicide layer SIL and the gate electrode GE, the breakdown voltage between the gate electrode GE and the metal silicide layer SIL is improved. be able to.

また、上記実施の形態1および後述の実施の形態4において、側壁絶縁膜SW2の代わりに本実施の形態3の側壁絶縁膜SW4を適用することもでき、この場合、上記ステップS13および後述のステップS13bにおいて、本実施の形態3のステップS13aと同様に、側壁絶縁膜SW4aを除去して側壁絶縁膜SW4bを残存させることができる。   In the first embodiment and the fourth embodiment described later, the sidewall insulating film SW4 of the third embodiment can be applied instead of the sidewall insulating film SW2. In this case, the step S13 described above and the steps described later are performed. In S13b, as in step S13a of the third embodiment, the sidewall insulating film SW4a can be removed and the sidewall insulating film SW4b can be left.

また、本実施の形態3では、ソース・ドレイン用のエピタキシャル層を、半導体層EP2と半導体層EP3の2層形成している。これにより、以下の利点を得られる。   In the third embodiment, the source / drain epitaxial layers are formed in two layers of the semiconductor layer EP2 and the semiconductor layer EP3. Thereby, the following advantages can be obtained.

すなわち、本実施の形態3では、半導体層EP2を形成してから、n型半導体領域EX形成用のイオン注入を行い、その後、半導体層EP3を形成してから、n型半導体領域SD形成用のイオン注入を行っている。このため、半導体層EP3に対しては、n型半導体領域SD形成用のイオン注入は行われるが、n型半導体領域EX形成用のイオン注入は行われていないため、両方のイオン注入が行われる場合に比べて、イオン注入によりアモルファス化が進んだとしても種結晶が残りやすい。このため、ステップS8の活性化アニール時に、種結晶の存在により結晶化(単結晶化)を促進しやすくなる。従って、ソース・ドレイン領域を、より低抵抗化することができ、半導体装置の性能の更なる向上を図ることができる。 That is, in the present third embodiment, after the semiconductor layer EP2 is formed, ion implantation for forming the n type semiconductor region EX is performed, and then after the semiconductor layer EP3 is formed, the n + type semiconductor region SD is formed. For ion implantation. For this reason, the ion implantation for forming the n + -type semiconductor region SD is performed on the semiconductor layer EP3, but the ion implantation for forming the n -type semiconductor region EX is not performed. Compared to the case where the seed crystal is formed, the seed crystal is likely to remain even if the amorphization is advanced by ion implantation. For this reason, at the time of activation annealing in step S8, crystallization (single crystallization) is facilitated by the presence of the seed crystal. Therefore, the resistance of the source / drain regions can be further reduced, and the performance of the semiconductor device can be further improved.

(実施の形態4)
上記実施の形態1〜3では、SOI基板SUBにMISFETを形成する場合について説明した。本実施の形態4では、半導体基板SUB2にMISFETを形成する場合について説明する。なお、本実施の形態4では、上述の第1、第3及び第4の課題を解決することができる。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments, the case where the MISFET is formed on the SOI substrate SUB has been described. In the fourth embodiment, a case where a MISFET is formed on the semiconductor substrate SUB2 will be described. In the fourth embodiment, the first, third, and fourth problems described above can be solved.

図66および図67は、本実施の形態4の半導体装置の製造工程を示す工程フロー図である。図68〜図83は、本実施の形態4の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。   66 and 67 are process flow diagrams showing the manufacturing process of the semiconductor device of the fourth embodiment. 68 to 83 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the fourth embodiment.

まず、図68に示されるように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンからなる半導体基板(半導体ウエハ)SUB2を準備する(図66のステップS1b)。   First, as shown in FIG. 68, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) SUB2 made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of, for example, about 1 to 10 Ωcm is prepared (step S1b in FIG. 66).

次に、半導体基板SUB2に素子分離領域(図示せず)を形成する。素子分離領域は、例えば、半導体基板SUB2の主面に素子分離溝を、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術などを用いて形成し、この素子分離溝に、成膜技術およびCMP技術などを用いて絶縁膜を埋め込むことで、形成することができる。半導体基板SUB2において、素子分離領域によって規定された活性領域に、以下に説明するようにMISFETが形成される。   Next, an element isolation region (not shown) is formed in the semiconductor substrate SUB2. In the element isolation region, for example, an element isolation groove is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB2 using a photolithography technique, a dry etching technique, or the like, and the element isolation groove is insulated using a film formation technique, a CMP technique, or the like. It can be formed by embedding a film. In the semiconductor substrate SUB2, a MISFET is formed in the active region defined by the element isolation region as described below.

次に、図69に示されるように、pチャネル型MISFETを形成する予定の領域における半導体基板SUB2にn型ウエルNWを形成する。n型ウエルNWは、半導体基板SUB2にn型不純物(例えば砒素)をイオン注入することにより、形成することができる。   Next, as shown in FIG. 69, an n-type well NW is formed in the semiconductor substrate SUB2 in a region where a p-channel MISFET is to be formed. The n-type well NW can be formed by ion-implanting an n-type impurity (for example, arsenic) into the semiconductor substrate SUB2.

次に、半導体基板SUB2上に、ダミーゲートGEDを形成する(図66のステップS2)。ダミーゲートGEDは、半導体基板SUB2上(n型ウエルNW上)に形成するが、ダミーゲートGEDの形成法と構成は、上記実施の形態1と同様である。   Next, a dummy gate GED is formed on the semiconductor substrate SUB2 (step S2 in FIG. 66). The dummy gate GED is formed on the semiconductor substrate SUB2 (on the n-type well NW), and the formation method and configuration of the dummy gate GED are the same as those in the first embodiment.

次に、図70に示されるように、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁膜として側壁絶縁膜SW1を形成する(図66のステップS3)。側壁絶縁膜SW1の構成と形成法は、上記実施の形態1と同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Next, as shown in FIG. 70, a sidewall insulating film SW1 is formed as a sidewall film on the sidewall of the dummy gate GED (step S3 in FIG. 66). Since the configuration and formation method of the sidewall insulating film SW1 are the same as those in the first embodiment, the repeated description thereof is omitted here.

次に、図71に示されるように、異方性と等方性のドライエッチングをどちらか単独で、若しくは組み合わせて行うことにより、半導体基板SUB2(n型ウエルNW)を所定の深さまでエッチングして溝(基板リセス部、基板後退部、凹部、窪み部)TR2を形成する(図66のステップS21)。   Next, as shown in FIG. 71, the semiconductor substrate SUB2 (n-type well NW) is etched to a predetermined depth by performing either anisotropic or isotropic dry etching alone or in combination. Groove (substrate recess portion, substrate recess portion, recess, recess) TR2 is formed (step S21 in FIG. 66).

ステップS21では、ダミーゲートGEDと側壁絶縁膜SW1とが、エッチングマスクとして機能する。このため、溝TR2は、ダミーゲートGEDの側壁上の側壁絶縁膜SW1に対して自己整合して形成される。但し、等方性のドライエッチングを行う場合、溝TR2は、側壁絶縁膜SW1やダミーゲートGEDと若干オーバーラップするように形成される。溝TR2の底部および側壁では、Si基板領域(n型ウエルNWを構成している部分の半導体基板SUB2)が露出する。溝TR2の深さは、例えば20〜40nm程度とすることができる。   In step S21, the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1 function as an etching mask. Therefore, the trench TR2 is formed in self-alignment with the sidewall insulating film SW1 on the sidewall of the dummy gate GED. However, when isotropic dry etching is performed, the trench TR2 is formed to slightly overlap the sidewall insulating film SW1 and the dummy gate GED. At the bottom and side walls of trench TR2, the Si substrate region (the portion of semiconductor substrate SUB2 constituting n-type well NW) is exposed. The depth of the trench TR2 can be about 20 to 40 nm, for example.

次に、図72に示されるように、半導体基板SUB2の溝TR2内に、半導体層としてシリコンゲルマニウム層(SiGe層、シリコンゲルマニウム領域、エピタキシャルシリコンゲルマニウム層)EP4をエピタキシャル成長させる(図66のステップS4c)。   Next, as shown in FIG. 72, a silicon germanium layer (SiGe layer, silicon germanium region, epitaxial silicon germanium layer) EP4 is epitaxially grown as a semiconductor layer in the trench TR2 of the semiconductor substrate SUB2 (step S4c in FIG. 66). .

シリコンゲルマニウム層EP4は、エピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル層(エピタキシャル半導体層)であり、シリコンゲルマニウム(単結晶シリコンゲルマニウム)からなる。シリコンゲルマニウム層EP4は、半導体基板SUB2の溝TR2から露出するSi基板領域上に選択的にエピタキシャル成長し、側壁絶縁膜SW1上や窒化シリコン膜SN1上には形成されない。また、上記実施の形態1で説明したように、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1は、窒化シリコン膜SN1および側壁絶縁膜SW1で覆われているため、ポリシリコン膜PL1上にエピタキシャル層は形成されない。   The silicon germanium layer EP4 is an epitaxial layer (epitaxial semiconductor layer) formed by epitaxial growth, and is made of silicon germanium (single crystal silicon germanium). The silicon germanium layer EP4 is selectively epitaxially grown on the Si substrate region exposed from the trench TR2 of the semiconductor substrate SUB2, and is not formed on the sidewall insulating film SW1 or the silicon nitride film SN1. Further, as described in the first embodiment, since the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is covered with the silicon nitride film SN1 and the sidewall insulating film SW1, no epitaxial layer is formed on the polysilicon film PL1. .

また、シリコンゲルマニウム層EP4は、溝TR2内を埋め、半導体基板SUB2の主面(溝TR2が形成されていない部分の半導体基板SUB2の上面)よりもシリコンゲルマニウム層EP4が盛り上がるように形成することが好ましい。この場合、ステップS4cで形成されたシリコンゲルマニウム層EP4の上面は、ダミーゲートGEDの直下における半導体基板SUB2の上面よりも高い位置になる。例えば、シリコンゲルマニウム層EP4の上面が半導体基板SUB2の主面よりも、10〜40nm程度高くなるように、シリコンゲルマニウム層EP4を形成する。   Further, the silicon germanium layer EP4 may be formed so as to fill the trench TR2 and to swell the silicon germanium layer EP4 over the main surface of the semiconductor substrate SUB2 (the upper surface of the semiconductor substrate SUB2 where the trench TR2 is not formed). preferable. In this case, the upper surface of the silicon germanium layer EP4 formed in step S4c is higher than the upper surface of the semiconductor substrate SUB2 immediately below the dummy gate GED. For example, the silicon germanium layer EP4 is formed so that the upper surface of the silicon germanium layer EP4 is about 10 to 40 nm higher than the main surface of the semiconductor substrate SUB2.

また、シリコンゲルマニウム層EP4の上面が半導体基板SUB2の主面よりも高くなるように、シリコンゲルマニウム層EP4を形成するが、半導体基板SUB2の主面よりも高くなっている部分のシリコンゲルマニウム層EP4の側面SF2がテーパを有するように、シリコンゲルマニウム層EP4をエピタキシャル成長させることが好ましい。すなわち、半導体基板SUB2の主面に対して、半導体基板SUB2の主面よりも高くなっている部分のシリコンゲルマニウム層EP4の側面SF2が傾斜していることが好ましい。つまり、ダミーゲートGEDから遠ざかるにしたがって、シリコンゲルマニウム層EP4の厚みが厚くなるように、シリコンゲルマニウム層EP4の側面SF2が傾斜していることが好ましい。半導体基板SUB2の主面よりも高くなっている部分のシリコンゲルマニウム層EP4の側面SF2のテーパは、シリコンゲルマニウム層EP4の成膜用ガスの組成や成膜温度などを調整することにより、制御することができる。   Further, the silicon germanium layer EP4 is formed so that the upper surface of the silicon germanium layer EP4 is higher than the main surface of the semiconductor substrate SUB2, but the silicon germanium layer EP4 in a portion higher than the main surface of the semiconductor substrate SUB2 is formed. It is preferable to epitaxially grow the silicon germanium layer EP4 so that the side surface SF2 has a taper. That is, it is preferable that the side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4 that is higher than the main surface of the semiconductor substrate SUB2 is inclined with respect to the main surface of the semiconductor substrate SUB2. That is, it is preferable that the side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4 is inclined so that the thickness of the silicon germanium layer EP4 increases as the distance from the dummy gate GED increases. The taper of the side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4 that is higher than the main surface of the semiconductor substrate SUB2 is controlled by adjusting the composition of the film forming gas of the silicon germanium layer EP4, the film forming temperature, and the like. Can do.

また、シリコンゲルマニウム層EP4は、エピタキシャル成長時に、ドーピングガスを導入することにより、導電型の不純物を導入したシリコンゲルマニウム層EP4とすることが好ましい。pチャネル型MISFETを形成する場合は、p型の不純物を導入したp型のシリコンゲルマニウム層EP4とすることが好ましい。この場合、ソース・ドレイン領域形成用のイオン注入工程は、行わなくてよい。   The silicon germanium layer EP4 is preferably a silicon germanium layer EP4 into which impurities of a conductive type are introduced by introducing a doping gas during epitaxial growth. When forming a p-channel type MISFET, it is preferable to use a p-type silicon germanium layer EP4 into which a p-type impurity is introduced. In this case, the ion implantation process for forming the source / drain regions may not be performed.

また、半導体基板SUB2の溝TR2にエピタキシャル成長させる半導体層として、シリコンゲルマニウム層は好適である。シリコンゲルマニウムを用いることで、例えば、チャネルに作用する応力を制御することができる。   Further, a silicon germanium layer is suitable as a semiconductor layer to be epitaxially grown in the trench TR2 of the semiconductor substrate SUB2. By using silicon germanium, for example, the stress acting on the channel can be controlled.

すなわち、このような技術は、一般的に1軸性応力を利用した歪Siトランジスタと称されている。本実施の形態4のpチャネル型MISFETのチャネル領域には、ソース及びドレイン領域に形成されたシリコンゲルマニウム層EP4によって、圧縮応力が発生している。この圧縮応力によって、チャネル領域のSi原子間の距離が狭められることにより、ソースおよびドレイン間を流れるキャリア(正孔)の移動度を向上させることができる。従って、ソースおよびドレイン間を流れる電流を増加させることができる。なお、本実施の形態4では、チャネル領域に発生している応力の値は−1.3GP以上となっており、チャネルが無歪であった場合と比較して、電流は10%以上増加している。   That is, such a technique is generally called a strained Si transistor using uniaxial stress. In the channel region of the p-channel MISFET of the fourth embodiment, compressive stress is generated by the silicon germanium layer EP4 formed in the source and drain regions. By this compressive stress, the distance between Si atoms in the channel region is narrowed, whereby the mobility of carriers (holes) flowing between the source and the drain can be improved. Therefore, the current flowing between the source and the drain can be increased. In the fourth embodiment, the value of the stress generated in the channel region is −1.3 GP or more, and the current increases by 10% or more compared to the case where the channel is unstrained. ing.

なお、本実施の形態4では、主にpチャネル型MISFETを例示しているが、nチャネル型MISFETで実施する場合には、SiGe(シリコンゲルマニウム)の代わりにSiC(炭化シリコン、シリコンカーバイド)を使用する。すなわち、nチャネル型MISFETの場合は、シリコンゲルマニウム層EP4の代わりに、SiC層を使用する。この場合、nチャネル型MISFETのチャネル領域には、ソース及びドレイン領域に形成されたSiC層によって、引張応力が発生している。この引張応力によって、チャネル領域のSi原子間の距離が広げられることにより、ソースおよびドレイン間を流れるキャリア(電子)の移動度を向上させることができる。従って、ソースおよびドレイン間を流れる電流を増加させることができる。なお、その際に、チャネル領域に発生している応力の値は+1.3GP以上となっており、チャネルが無歪であった場合と比較して、電流は10%以上増加している。   In the fourth embodiment, a p-channel type MISFET is mainly exemplified. However, when the n-channel type MISFET is used, SiC (silicon carbide, silicon carbide) is used instead of SiGe (silicon germanium). use. That is, in the case of an n channel MISFET, a SiC layer is used instead of the silicon germanium layer EP4. In this case, tensile stress is generated in the channel region of the n-channel type MISFET by the SiC layers formed in the source and drain regions. This tensile stress increases the distance between Si atoms in the channel region, so that the mobility of carriers (electrons) flowing between the source and the drain can be improved. Therefore, the current flowing between the source and the drain can be increased. At that time, the value of the stress generated in the channel region is +1.3 GP or more, and the current is increased by 10% or more compared to the case where the channel is unstrained.

また、上記のSiGe層やSiC層は、エピタキシャル成長で形成することによって、強い応力を発生させることができる。すなわち、単純にSi層をエピタキシャル成長させて、その後、GeやCをイオン注入した場合では、強い応力を発生させることができない。   In addition, the above-described SiGe layer or SiC layer can generate a strong stress by being formed by epitaxial growth. That is, when the Si layer is simply epitaxially grown and then Ge or C is ion-implanted, a strong stress cannot be generated.

また、本実施の形態4において、pチャネル型MISFETとnチャネル型MISFETのうちpチャネル型MISFETにだけ上記SiGe層を使用しても良いし、nチャネル型MISFETにだけ上記SiC層を使用しても良いし、pチャネル型MISFETに上記SiGe層を使用し、且つ、nチャネル型MISFETに上記SiC層を使用しても良い。   In the fourth embodiment, the SiGe layer may be used only for the p-channel MISFET among the p-channel MISFET and the n-channel MISFET, or the SiC layer is used only for the n-channel MISFET. Alternatively, the SiGe layer may be used for the p-channel type MISFET and the SiC layer may be used for the n-channel type MISFET.

次に、図73に示されるように、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁膜として側壁絶縁膜SW2を形成する(図66のステップS6)。側壁絶縁膜SW2の構成および形成法は、上記実施の形態1と基本的には同じである。但し、上記実施の形態1では、側壁絶縁膜SW2の底面が半導体層EP1に接していたのに対して、本実施の形態4では、側壁絶縁膜SW2の底面はシリコンゲルマニウム層EP4に接している。   Next, as shown in FIG. 73, a sidewall insulating film SW2 is formed as a sidewall film on the sidewall of the dummy gate GED (step S6 in FIG. 66). The configuration and formation method of the sidewall insulating film SW2 are basically the same as those in the first embodiment. However, in Embodiment 1 described above, the bottom surface of the sidewall insulating film SW2 is in contact with the semiconductor layer EP1, whereas in Embodiment 4, the bottom surface of the sidewall insulating film SW2 is in contact with the silicon germanium layer EP4. .

すなわち、本実施の形態4では、側壁絶縁膜SW2は、ダミーゲートGEDの側壁に側壁絶縁膜SW1を介して隣接し、かつ、シリコンゲルマニウム層EP4上(具体的にはシリコンゲルマニウム層EP4の傾斜する側面SF2上)に形成される。つまり、側壁絶縁膜SW2の底面がシリコンゲルマニウム層EP4(具体的にはシリコンゲルマニウム層EP4の傾斜する側面SF2)に接し、側壁絶縁膜SW2の内壁(ダミーゲートGEDに対向する側の側面)がダミーゲートGEDの側壁上の側壁絶縁膜SW1に接している。   That is, in the fourth embodiment, the side wall insulating film SW2 is adjacent to the side wall of the dummy gate GED via the side wall insulating film SW1, and on the silicon germanium layer EP4 (specifically, the silicon germanium layer EP4 is inclined). (On side surface SF2). That is, the bottom surface of the sidewall insulating film SW2 is in contact with the silicon germanium layer EP4 (specifically, the inclined side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4), and the inner wall of the sidewall insulating film SW2 (the side surface facing the dummy gate GED) is a dummy. It is in contact with the side wall insulating film SW1 on the side wall of the gate GED.

次に、シリコンゲルマニウム層EP4などに導入されている不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う(図66のステップS8)。   Next, activation annealing which is a heat treatment for activating impurities introduced into the silicon germanium layer EP4 or the like is performed (step S8 in FIG. 66).

なお、ステップS6で側壁絶縁膜SW2を形成した後でかつ後述のステップS10で金属シリサイド層SILを形成する前にイオン注入を行わない場合は、ステップS8の活性化アニールを、ステップS6で側壁絶縁膜SW2を形成する前でかつステップS4cでシリコンゲルマニウム層EP4を形成した後に行うこともできる。   In the case where ion implantation is not performed after the sidewall insulating film SW2 is formed in step S6 and before the metal silicide layer SIL is formed in step S10 described later, activation annealing in step S8 is performed, and sidewall insulation is performed in step S6. It can also be performed before forming the film SW2 and after forming the silicon germanium layer EP4 in step S4c.

次に、図74に示されるように、サリサイド技術により、シリコンゲルマニウム層EP4の表面(上層部)に金属シリサイド層SILを形成する(図67のステップS10)。   Next, as shown in FIG. 74, a metal silicide layer SIL is formed on the surface (upper layer portion) of the silicon germanium layer EP4 by the salicide technique (step S10 in FIG. 67).

ステップS10の金属シリサイド層SIL形成工程は、本実施の形態4も上記実施の形態1と基本的には同じであるが、上記実施の形態1では、主として半導体層EP1に金属シリサイド層SILが形成されたが、本実施の形態3では、シリコンゲルマニウム層EP4に金属シリサイド層SILが形成される。また、上記実施の形態1と同様に、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1上には窒化シリコン膜SN1が形成されているため、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1の表面には、金属シリサイド層は形成されない。   The metal silicide layer SIL forming step in step S10 is basically the same as the fourth embodiment as in the first embodiment, but in the first embodiment, the metal silicide layer SIL is mainly formed in the semiconductor layer EP1. However, in the third embodiment, the metal silicide layer SIL is formed in the silicon germanium layer EP4. Similarly to the first embodiment, since the silicon nitride film SN1 is formed on the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED, the metal silicide layer is not formed on the surface of the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED. Not formed.

次に、図75に示されるように、上記実施の形態1と同様に、半導体基板SUB2の主面(主面全面)上に絶縁膜IL1を形成する(図67のステップS11)。すなわち、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4を覆うように、半導体基板SUB2の主面上に絶縁膜IL1を形成する。絶縁膜IL1については、上記実施の形態1で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Next, as shown in FIG. 75, an insulating film IL1 is formed on the main surface (entire main surface) of the semiconductor substrate SUB2 as in the first embodiment (step S11 in FIG. 67). That is, the insulating film IL1 is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB2 so as to cover the dummy gate GED and the side wall insulating films SW1 and SW4. Since the insulating film IL1 has been described in the first embodiment, repeated description thereof is omitted here.

次に、図76に示されるように、上記実施の形態1と同様に、絶縁膜IL1の表面(上面)をCMP法により研磨することにより、ダミーゲートGEDの上面(すなわち窒化シリコン膜SN1の上面)を露出させる(図67のステップS12)。   Next, as shown in FIG. 76, as in the first embodiment, the surface (upper surface) of the insulating film IL1 is polished by the CMP method to thereby form the upper surface of the dummy gate GED (that is, the upper surface of the silicon nitride film SN1). ) Is exposed (step S12 in FIG. 67).

次に、図77に示されるように、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW4aを、エッチングにより除去する(図67のステップS13b)。   Next, as shown in FIG. 77, the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW4a are removed by etching (step S13b in FIG. 67).

このステップS13bでダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2を除去することにより、溝(凹部、開口部、窪み部)TR3が形成される。溝TR3は、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2の除去前までダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2が存在していた領域(空間)からなる。溝TR3からは、半導体基板SUB2(の上面)と、シリコンゲルマニウム層EP4(の傾斜した側面SF2)と、絶縁膜IL1の窒化シリコン膜SN3の内面とが露出される。   By removing the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2 in this step S13b, a trench (recess, opening, recess) TR3 is formed. The trench TR3 is formed of a region (space) in which the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2 existed before the removal of the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2. From the trench TR3, the semiconductor substrate SUB2 (the upper surface thereof), the silicon germanium layer EP4 (the inclined side surface SF2 thereof), and the inner surface of the silicon nitride film SN3 of the insulating film IL1 are exposed.

溝TR3の底面は、半導体層SM1の上面と、シリコンゲルマニウム層EP4の傾斜した側面SF2とにより形成されている。溝TR3の側面(側壁)は、窒化シリコン膜SN3の内面により形成されている。溝TR3から露出する半導体基板SUB2の上面からシリコンゲルマニウム層EP4の傾斜した側面SF2までを、溝TR3の底面とみなすことができる。溝TR3の上部は開放されている。ここで、窒化シリコン膜SN3の内面は、絶縁膜SO3に接する側とは反対側の面に対応している。   The bottom surface of the trench TR3 is formed by the upper surface of the semiconductor layer SM1 and the inclined side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4. The side surface (side wall) of the trench TR3 is formed by the inner surface of the silicon nitride film SN3. From the upper surface of the semiconductor substrate SUB2 exposed from the trench TR3 to the inclined side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4 can be regarded as the bottom surface of the trench TR3. The upper part of the trench TR3 is open. Here, the inner surface of the silicon nitride film SN3 corresponds to the surface opposite to the side in contact with the insulating film SO3.

ステップS13bのエッチングは、次の3段階(第1段階、第2段階および第3段階、図78〜図80参照)のエッチングにより行うことが好ましい。   The etching in step S13b is preferably performed by the following three stages (first stage, second stage and third stage, see FIGS. 78 to 80).

まず、ステップS13bのエッチングの第1段階として、図78に示されるように、ダミーゲートGEDの窒化シリコン膜SN1を除去するが、この第1段階のエッチングは、本実施の形態4においても、上記実施の形態1(上記ステップS13の第1段階のエッチング)と同様である。第1段階のエッチングにより、窒化シリコン膜SN1が除去されて、ポリシリコン膜PL1が露出される。   First, as shown in FIG. 78, as the first stage of etching in step S13b, the silicon nitride film SN1 of the dummy gate GED is removed. This first stage etching is also performed in the fourth embodiment. This is the same as in the first embodiment (the first stage etching in step S13). By the first stage etching, the silicon nitride film SN1 is removed, and the polysilicon film PL1 is exposed.

次に、ステップS13bのエッチングの第2段階として、図79に示されるように、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1を除去するが、この第2段階のエッチングは、本実施の形態4においても、上記実施の形態1(上記ステップS13の第2段階のエッチング)と同様である。第2段階のエッチングにより、ポリシリコン膜PL1が除去されて、側壁絶縁膜SW1および絶縁膜GIDが露出される。   Next, as shown in FIG. 79, as the second stage of etching in step S13b, the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is removed. This second stage of etching is also performed in the fourth embodiment. This is the same as in the first embodiment (the second stage etching in step S13). By the second-stage etching, the polysilicon film PL1 is removed, and the sidewall insulating film SW1 and the insulating film GID are exposed.

ステップS13bのエッチングの第3段階は、上記実施の形態1と基本的には同様であり、次のように行うことができる。   The third stage of etching in step S13b is basically the same as that in the first embodiment, and can be performed as follows.

すなわち、本実施の形態4においては、ステップS13bのエッチング工程では、第2段階のエッチングでポリシリコン膜PL1を除去した後、エッチング条件を変えて、第3段階のエッチングにより、図80に示されるように、側壁絶縁膜SW1,SW2および絶縁膜GIDを除去する。この第3段階のエッチングは、側壁絶縁膜SW1,SW2および絶縁膜GIDのエッチング速度が、半導体基板SUB2(n型ウエルNW)およびシリコンゲルマニウム層EP4のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で、側壁絶縁膜SW1,SW2および絶縁膜GIDを選択的にエッチングすることが好ましい。これにより、第3段階のエッチングで半導体基板SUB2(n型ウエルNW)およびシリコンゲルマニウム層EP4がエッチングされてしまうのを抑制または防止することができる。側壁絶縁膜SW1と側壁絶縁膜SW2とを同じ材料(ここでは酸化シリコン)により形成しておけば、側壁絶縁膜SW1と側壁絶縁膜SW2とを同じエッチング工程で連続的にエッチングすることができる。また、絶縁膜GIDと側壁絶縁膜SW1,SW2とを同じ材料(ここでは酸化シリコン)により形成しておけば、絶縁膜GIDを、側壁絶縁膜SW1,SW2を除去するのと同じエッチング工程で除去することができる。   That is, in the fourth embodiment, in the etching process of step S13b, after the polysilicon film PL1 is removed by the second stage etching, the etching conditions are changed, and the third stage etching is shown in FIG. As described above, the sidewall insulating films SW1 and SW2 and the insulating film GID are removed. This third stage etching is performed under such etching conditions that the etching rates of the sidewall insulating films SW1 and SW2 and the insulating film GID are faster than the etching rates of the semiconductor substrate SUB2 (n-type well NW) and the silicon germanium layer EP4. Sidewall insulating films SW1, SW2 and insulating film GID are preferably selectively etched. Thereby, it is possible to suppress or prevent the semiconductor substrate SUB2 (n-type well NW) and the silicon germanium layer EP4 from being etched by the third-stage etching. If sidewall insulating film SW1 and sidewall insulating film SW2 are formed of the same material (here, silicon oxide), sidewall insulating film SW1 and sidewall insulating film SW2 can be continuously etched in the same etching step. Further, if the insulating film GID and the side wall insulating films SW1 and SW2 are formed of the same material (here, silicon oxide), the insulating film GID is removed in the same etching process as the side wall insulating films SW1 and SW2 are removed. can do.

また、第3段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1,SW2は除去されるが、絶縁膜IL1の窒化シリコン膜SN3は残存させることが好ましい。このため、本実施の形態4では、側壁絶縁膜SW2を絶縁膜IL1の窒化シリコン膜SN3とは異なる材料により形成しておき、側壁絶縁膜SW1,SW2(具体的には酸化シリコン)のエッチング速度が、絶縁膜IL1の窒化シリコン膜SN3と半導体基板SUB2とシリコンゲルマニウム層EP4のエッチング速度よりも速くなるようなエッチング条件で、第3段階のエッチングを行う。ここでは、側壁絶縁膜SW1,SW2は酸化シリコンにより形成されているため、側壁絶縁膜SW1,SW2と絶縁膜IL1の窒化シリコン膜SN3との高いエッチング選択比を確保することは容易である。すなわち、第3段階のエッチングでは、側壁絶縁膜SW1,SW2をエッチングするとともに、絶縁膜IL1の窒化シリコン膜SN3をエッチングストッパとして機能させることができる。また、側壁絶縁膜SW1,SW2は酸化シリコンにより形成されているため、側壁絶縁膜SW1,SW2と半導体基板SUB2およびシリコンゲルマニウム層EP4との高いエッチング選択比を確保することも容易である。   In the third-stage etching, the sidewall insulating films SW1 and SW2 are removed, but it is preferable that the silicon nitride film SN3 of the insulating film IL1 is left. Therefore, in the fourth embodiment, the sidewall insulating film SW2 is formed of a material different from that of the silicon nitride film SN3 of the insulating film IL1, and the etching rate of the sidewall insulating films SW1 and SW2 (specifically, silicon oxide) is increased. However, the third-stage etching is performed under the etching conditions such that the etching rate is higher than the etching rate of the silicon nitride film SN3 of the insulating film IL1, the semiconductor substrate SUB2, and the silicon germanium layer EP4. Here, since the sidewall insulating films SW1 and SW2 are formed of silicon oxide, it is easy to ensure a high etching selectivity between the sidewall insulating films SW1 and SW2 and the silicon nitride film SN3 of the insulating film IL1. That is, in the third stage etching, the sidewall insulating films SW1 and SW2 can be etched and the silicon nitride film SN3 of the insulating film IL1 can function as an etching stopper. Further, since the sidewall insulating films SW1 and SW2 are made of silicon oxide, it is easy to ensure a high etching selectivity between the sidewall insulating films SW1 and SW2, the semiconductor substrate SUB2, and the silicon germanium layer EP4.

ステップS13bの上記3段階(第1段階、第2段階および第3段階)のエッチングによりダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SW2を除去することにより、図77および図80に示されるように、溝TR3が形成される。   As shown in FIGS. 77 and 80, the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1 and SW2 are removed by etching in the above-described three stages (first stage, second stage, and third stage) of step S13b. TR3 is formed.

また、本実施の形態4においても、上記実施の形態1と同様に、上記ステップS9を行ってダミーゲートGEDの側壁上に側壁絶縁膜SW1,SW2を介して上記側壁絶縁膜SW3を形成してから、ステップS10で金属シリサイド層SILを形成することもできる。この場合、上記実施の形態1と同様に、本実施の形態4においても、ステップS13では側壁絶縁膜SW3を残存させることが好ましく、溝TR3の側面(側壁)は、側壁絶縁膜SW3の内壁により形成されることになる。   Also in the fourth embodiment, as in the first embodiment, the step S9 is performed to form the sidewall insulating film SW3 on the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating films SW1 and SW2. Thus, the metal silicide layer SIL can be formed in step S10. In this case, as in the first embodiment, also in the fourth embodiment, it is preferable to leave the sidewall insulating film SW3 in step S13, and the side surface (sidewall) of the trench TR3 is formed by the inner wall of the sidewall insulating film SW3. Will be formed.

また、本実施の形態4においても、上記実施の形態2と同様に、側壁絶縁膜SW1,SW2を窒化シリコンにより形成することも可能であり、この場合、ステップS13bのエッチングは、上記実施の形態2のステップS13と同様にして行うことができる。   Also in the fourth embodiment, as in the second embodiment, the sidewall insulating films SW1 and SW2 can be formed of silicon nitride. In this case, the etching in step S13b is performed in the first embodiment. This can be performed in the same manner as in step S13 of FIG.

次に、上記実施の形態1と同様に、図81に示されるように、溝TR3の底面および側面(側壁)上を含む半導体基板SUB2の主面(主面全面)上に、すなわち溝TR1の底部および側壁上を含む絶縁膜IL1上に、ゲート絶縁膜用の絶縁膜GIaを形成する(図67のステップS14)。絶縁膜GIaについては、上記実施の形態1で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。なお、上記実施の形態1と同様に、絶縁膜GIaを形成する前に、界面層として1nm以下の酸化シリコン膜を形成しても良い。   Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 81, on the main surface (entire main surface) of the semiconductor substrate SUB2 including the bottom surface and side surfaces (sidewalls) of the trench TR3, that is, the trench TR1. An insulating film GIa for the gate insulating film is formed on the insulating film IL1 including the bottom and side walls (step S14 in FIG. 67). Since the insulating film GIa has been described in the first embodiment, repeated description thereof is omitted here. Note that a silicon oxide film having a thickness of 1 nm or less may be formed as an interface layer before the insulating film GIa is formed as in the first embodiment.

次に、上記実施の形態1と同様に、図82に示されるように、半導体基板SUB2の主面上に、すなわち絶縁膜GIa上に、溝TR3内を埋めるように,ゲート電極用の導電膜(導電体膜)CDを形成する(図67のステップS15)。導電膜CDについては、上記実施の形態1で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 82, the conductive film for the gate electrode is formed so as to fill the trench TR3 on the main surface of the semiconductor substrate SUB2, that is, on the insulating film GIa. (Conductive film) CD is formed (step S15 in FIG. 67). Since the conductive film CD has been described in the first embodiment, repeated description thereof is omitted here.

次に、図82に示されるように、溝TR3内に導電膜CDおよび絶縁膜GIaを残し、溝TR3の外部の導電膜CDおよび絶縁膜GIaをCMP法などにより除去して、ゲート電極GEおよびゲート絶縁膜GIを形成する(図67のステップS16)。ステップS16については、本実施の形態3も上記実施の形態1と同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。ステップS16は、溝TR1内にゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEを形成する工程である。なお、上記実施の形態1と同様に、ゲート電極GEを金属膜とポリシリコン膜の積層構造や、異なる金属膜を積層させた構造としても良い。   Next, as shown in FIG. 82, the conductive film CD and the insulating film GIa are left in the trench TR3, the conductive film CD and the insulating film GIa outside the trench TR3 are removed by a CMP method or the like, and the gate electrode GE and A gate insulating film GI is formed (step S16 in FIG. 67). Since step S16 is the same as the first embodiment, the third embodiment is not described here. Step S16 is a step of forming the gate electrode GE in the trench TR1 via the gate insulating film GI. As in the first embodiment, the gate electrode GE may have a stacked structure of a metal film and a polysilicon film or a structure in which different metal films are stacked.

溝TR3内に残存する導電膜CDがゲート電極GEとなり、溝TR3内に残存する絶縁膜GIaがゲート絶縁膜GIとなる。そして、ゲート電極GEと半導体基板SUB2の上面との間と、ゲート電極GEとシリコンゲルマニウム層EP4の傾斜した側面SF2との間と、ゲート電極GEと窒化シリコン膜SN3(の内面)との間に、ゲート絶縁膜GIが介在した状態となる。ゲート電極GEおよびゲート絶縁膜GIは、MISFETのゲート電極およびゲート絶縁膜としてそれぞれ機能する。   The conductive film CD remaining in the trench TR3 becomes the gate electrode GE, and the insulating film GIa remaining in the trench TR3 becomes the gate insulating film GI. Then, between the gate electrode GE and the upper surface of the semiconductor substrate SUB2, between the gate electrode GE and the inclined side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4, and between the gate electrode GE and the silicon nitride film SN3 (the inner surface thereof). Then, the gate insulating film GI is interposed. The gate electrode GE and the gate insulating film GI function as a gate electrode and a gate insulating film of the MISFET, respectively.

ゲート絶縁膜GI(絶縁膜GIa)を介してゲート電極GEの下に位置する半導体基板SUB2に、MISFETのチャネル領域が形成される。また、MISFETのソースまたはドレインとして機能する半導体領域(不純物拡散層)は、シリコンゲルマニウム層EP4により形成される。   A channel region of the MISFET is formed in the semiconductor substrate SUB2 located under the gate electrode GE via the gate insulating film GI (insulating film GIa). Further, the semiconductor region (impurity diffusion layer) functioning as the source or drain of the MISFET is formed by the silicon germanium layer EP4.

このようにして、pチャネル型のMISFETが形成される。   In this way, a p-channel type MISFET is formed.

本実施の形態4では、ダミーゲートGEDの側壁上に形成されかつシリコンゲルマニウム層EP4の上に位置していた側壁絶縁膜SW2を、ステップS13bでダミーゲートGEDとともに除去し、除去した領域(溝TR3)にゲート電極GEを形成している。このため、ダミーゲートGEDが存在していた領域だけでなく、側壁絶縁膜SW2が存在していた領域にもゲート電極GEを形成することができる。このため、ゲート電極GEのゲート長方向の寸法を、ダミーゲートGEDの寸法よりも大きくすることができ、ゲート電極GEの一部(ゲート長方向の両端部側)がシリコンゲルマニウム層EP4上に位置する、すなわちシリコンゲルマニウム層EP4上に乗り上げることになる。従って、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部は、シリコンゲルマニウム層EP4の上に位置することになる。そして、シリコンゲルマニウム層EP4の一部(従ってソースまたはドレイン用の半導体領域の一部)は、ゲート電極GEの直下に位置することになる。   In the fourth embodiment, the side wall insulating film SW2 formed on the side wall of the dummy gate GED and located on the silicon germanium layer EP4 is removed together with the dummy gate GED in step S13b, and the removed region (trench TR3 ) Is formed with a gate electrode GE. Therefore, the gate electrode GE can be formed not only in the region where the dummy gate GED was present but also in the region where the sidewall insulating film SW2 was present. For this reason, the dimension in the gate length direction of the gate electrode GE can be made larger than the dimension of the dummy gate GED, and a part of the gate electrode GE (both ends in the gate length direction) is positioned on the silicon germanium layer EP4. That is, it rides on the silicon germanium layer EP4. Therefore, the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the silicon germanium layer EP4. A part of the silicon germanium layer EP4 (and thus a part of the semiconductor region for the source or drain) is located immediately below the gate electrode GE.

以降の工程は、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、図83に示されるように、上記実施の形態1と同様に、上記絶縁膜IL2を形成し、上記コンタクトホールCNTを形成し、コンタクトホールCNT内に上記プラグPGを形成し、上記絶縁膜IL3を形成し、上記配線M1を形成する。   Subsequent steps are substantially the same as those in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 83, as in the first embodiment, the insulating film IL2 is formed, the contact hole CNT is formed, the plug PG is formed in the contact hole CNT, and the insulating film is formed. IL3 is formed, and the wiring M1 is formed.

図84は、本実施の形態4の半導体装置の要部断面図である。   FIG. 84 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device of Fourth Embodiment.

本実施の形態4では、SOI基板ではなく、バルクの半導体基板SUB2にMISFETを形成している。この半導体基板SUB2上には、ゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEが形成されている。また、半導体基板SUB2には、溝TR2が形成されており、この溝TR2内にソース・ドレイン用のエピタキシャル層としてシリコンゲルマニウム層EP4が形成されている。   In the fourth embodiment, the MISFET is formed not on the SOI substrate but on the bulk semiconductor substrate SUB2. A gate electrode GE is formed on the semiconductor substrate SUB2 via a gate insulating film GI. Further, a trench TR2 is formed in the semiconductor substrate SUB2, and a silicon germanium layer EP4 is formed as an epitaxial layer for source / drain in the trench TR2.

すなわち、半導体基板SUB2には溝TR2が形成されており、この溝TR2内にソース・ドレイン用のエピタキシャル層が埋め込まれている。この溝TR2内に埋め込まれたソース・ドレイン用のエピタキシャル層は、pチャネル型MISFETの場合は、シリコンゲルマニウム層EP4である。上述のように、本実施の形態4をnチャネル型MISFETに適用する場合は、溝TR2内に埋め込まれたソース・ドレイン用のエピタキシャル層は、SiC層である。図84は、pチャネル型MISFETの場合を例示しているが、本実施の形態4をnチャネル型MISFETに適用する場合は、図84において、n型ウエルNWがp型ウエルに代わり、シリコンゲルマニウム層EP4がSiC層に代わることになる。なお、MISFETのチャネル領域は、半導体基板SUB2のシリコン基板領域(pチャネル型MISFETの場合はn型ウエルNWを構成する単結晶Si領域(Si基板領域)、nチャネル型MISFETの場合はp型ウエルを構成する単結晶Si領域(Si基板領域))に形成される。   That is, a trench TR2 is formed in the semiconductor substrate SUB2, and an epitaxial layer for source / drain is buried in the trench TR2. The source / drain epitaxial layer buried in the trench TR2 is a silicon germanium layer EP4 in the case of a p-channel MISFET. As described above, when the fourth embodiment is applied to an n-channel MISFET, the source / drain epitaxial layers embedded in the trench TR2 are SiC layers. 84 illustrates the case of a p-channel type MISFET. However, when the fourth embodiment is applied to an n-channel type MISFET, the n-type well NW is replaced with a p-type well in FIG. Layer EP4 will replace the SiC layer. The channel region of the MISFET is a silicon substrate region of the semiconductor substrate SUB2 (a single crystal Si region (Si substrate region) constituting an n-type well NW in the case of a p-channel type MISFET, and a p-type well in the case of an n-channel type MISFET). Are formed in a single crystal Si region (Si substrate region)).

シリコンゲルマニウム層EP4は、ゲート電極GEの両側(ゲート長方向の両側)に形成されているが、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部がシリコンゲルマニウム層EP4の上に位置している。換言すれば、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、ゲート電極GEの端部が、シリコンゲルマニウム層EP4の上に位置している。つまり、シリコンゲルマニウム層EP4上にゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が乗り上げている。   The silicon germanium layer EP4 is formed on both sides of the gate electrode GE (on both sides in the gate length direction), but the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the silicon germanium layer EP4. In other words, the end of the gate electrode GE is located on the silicon germanium layer EP4 in the gate length direction of the MISFET (MISFET having the gate electrode GE as the gate electrode). That is, the end portions of the gate electrode GE (both end portions in the gate length direction) run on the silicon germanium layer EP4.

すなわち、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の中央部側は、シリコンゲルマニウム層EP4が形成されていない部分の半導体基板SUB2上にあるが、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の両端部側は、シリコンゲルマニウム層EP4上に乗り上げている。つまり、ゲート電極GEの中央部側(ゲート長方向の中央部側)は、シリコンゲルマニウム層EP4に重なっていない(半導体基板SUB2の厚み方向に重なっていない)が、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の端部)は、シリコンゲルマニウム層EP4に重なっている(半導体基板SUB2の厚み方向に重なっている)。換言すれば、ゲート電極GEの両端部近傍(ゲート長方向の両端部近傍)の直下にはシリコンゲルマニウム層EP4が存在し、ゲート電極GEの中央部側(ゲート長方向の中央部側)の直下にはシリコンゲルマニウム層EP4は存在していない(Si基板領域が存在している)。   That is, the central portion side of the gate electrode GE in the gate length direction is on the semiconductor substrate SUB2 where the silicon germanium layer EP4 is not formed, but the both ends of the gate electrode GE in the gate length direction are the silicon germanium layer. I am riding on EP4. That is, the central portion side (the central portion side in the gate length direction) of the gate electrode GE does not overlap with the silicon germanium layer EP4 (does not overlap with the thickness direction of the semiconductor substrate SUB2), but the end portion of the gate electrode GE (gate The end in the long direction) overlaps the silicon germanium layer EP4 (overlaps in the thickness direction of the semiconductor substrate SUB2). In other words, the silicon germanium layer EP4 exists immediately below both ends of the gate electrode GE (near both ends in the gate length direction), and immediately below the center portion side (the center portion side in the gate length direction) of the gate electrode GE. There is no silicon germanium layer EP4 (Si substrate region is present).

そして、シリコンゲルマニウム層EP4は、半導体基板SUB2の溝TR2内に形成されている(埋め込まれている)が、シリコンゲルマニウム層EP4の上面は、ゲート電極GEの直下における半導体基板SUB2の上面よりも高い位置にある。ここで、ゲート電極GEの直下における半導体基板SUB2の上面は、ゲート電極GEの下のゲート絶縁膜GIに接する部分の半導体基板SUB2の表面(上面)に対応しており、図84において符号UF2を付して上面UF2として示してある。   The silicon germanium layer EP4 is formed (embedded) in the trench TR2 of the semiconductor substrate SUB2, but the upper surface of the silicon germanium layer EP4 is higher than the upper surface of the semiconductor substrate SUB2 immediately below the gate electrode GE. In position. Here, the upper surface of the semiconductor substrate SUB2 immediately below the gate electrode GE corresponds to the surface (upper surface) of the semiconductor substrate SUB2 in contact with the gate insulating film GI below the gate electrode GE. In FIG. It is shown as an upper surface UF2.

シリコンゲルマニウム層EP4には、p型不純物が導入されているため、シリコンゲルマニウム層EP4がソースまたはドレインとして機能する半導体領域となっている。ゲート電極GEの下部の半導体基板SUB2が、MISFETのチャネルが形成される領域(チャネル形成領域)となる。このため、ソースまたはドレイン用の半導体領域(ここではシリコンゲルマニウム層EP4)の一部が、ゲート電極GEの直下に位置することになる。   Since the p-type impurity is introduced into the silicon germanium layer EP4, the silicon germanium layer EP4 is a semiconductor region that functions as a source or a drain. The semiconductor substrate SUB2 below the gate electrode GE becomes a region where a channel of the MISFET is formed (channel formation region). For this reason, a part of the semiconductor region for source or drain (here, the silicon germanium layer EP4) is located immediately below the gate electrode GE.

なお、上記実施の形態1では、SOI基板SUB上に、半導体層EP1を覆うように絶縁膜IL1が形成されており、ゲート電極GEは、絶縁膜IL1に形成された溝TR内に埋め込まれていた。一方、本実施の形態4では、半導体基板SUB2上に、シリコンゲルマニウム層EP4を覆うように絶縁膜IL1が形成されており、ゲート電極GEは、絶縁膜IL1に形成された溝TR3内に埋め込まれている。また、上記実施の形態1では、ゲート絶縁膜GIが溝TRの側面上および底面上に形成されており、ゲート電極GEは、ゲート絶縁膜GIを介して溝TR内に埋め込まれていた。一方、本実施の形態4では、ゲート絶縁膜GIが溝TR3の側面上および底面上に形成されており、ゲート電極GEは、ゲート絶縁膜GIを介して溝TR3内に埋め込まれている。   In the first embodiment, the insulating film IL1 is formed on the SOI substrate SUB so as to cover the semiconductor layer EP1, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR formed in the insulating film IL1. It was. On the other hand, in the fourth embodiment, the insulating film IL1 is formed on the semiconductor substrate SUB2 so as to cover the silicon germanium layer EP4, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR3 formed in the insulating film IL1. ing. In the first embodiment, the gate insulating film GI is formed on the side surface and the bottom surface of the trench TR, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR via the gate insulating film GI. On the other hand, in the fourth embodiment, the gate insulating film GI is formed on the side surface and the bottom surface of the trench TR3, and the gate electrode GE is embedded in the trench TR3 via the gate insulating film GI.

また、上記実施の形態1では、半導体層EP1の側面SF1が傾斜し、この半導体層EP1の傾斜する側面SF1上に、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が位置している。一方、本実施の形態4では、シリコンゲルマニウム層EP4の側面SF2が傾斜し、このシリコンゲルマニウム層EP4の傾斜する側面SF2上に、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部が位置している。換言すれば、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、シリコンゲルマニウム層EP4の側面(ゲート電極GE側の側面)SF2は傾斜しており、MISFET(ゲート電極GEをゲート電極とするMISFET)のゲート長方向において、ゲート電極GEの端部が半導体層EP1の傾斜する側面SF2上に位置している。すなわち、ゲート電極GEの端部(ゲート長方向の端部)が、シリコンゲルマニウム層EP4の傾斜する側面SF2上に乗り上げている。   In the first embodiment, the side surface SF1 of the semiconductor layer EP1 is inclined, and the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the inclined side surface SF1 of the semiconductor layer EP1. On the other hand, in the fourth embodiment, the side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4 is inclined, and the end of the gate electrode GE in the gate length direction is located on the inclined side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4. In other words, the side surface (side surface on the gate electrode GE side) SF2 of the silicon germanium layer EP4 is inclined in the gate length direction of the MISFET (MISFET having the gate electrode GE as the gate electrode), and the MISFET (gate electrode GE is gated). In the gate length direction of the MISFET as an electrode), the end of the gate electrode GE is located on the inclined side surface SF2 of the semiconductor layer EP1. That is, the end portion (end portion in the gate length direction) of the gate electrode GE runs on the inclined side surface SF2 of the silicon germanium layer EP4.

このような半導体装置においては、次のような効果を得ることができる。   In such a semiconductor device, the following effects can be obtained.

すなわち、ステップS4cでシリコンゲルマニウム層EP4を、導電型不純物(pチャネル型MISFETを形成する場合はp型不純物)をドープしたエピタキシャル層として形成した場合、ソースまたはドレイン用の半導体領域(シリコンゲルマニウム層EP4)とダミーゲートGEDとのオーバーラップは、形成しにくい。このため、本実施の形態とは異なり、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1を除去せずに半導体装置のゲート電極として用いた場合には、ソースまたはドレイン用の半導体領域(シリコンゲルマニウム層EP4)とゲート電極とのオーバーラップが不足して、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗が大きくなる虞がある。   That is, when the silicon germanium layer EP4 is formed as an epitaxial layer doped with a conductive impurity (p-type impurity in the case of forming a p-channel MISFET) in step S4c, a semiconductor region for source or drain (silicon germanium layer EP4) ) And the dummy gate GED are difficult to form. Therefore, unlike this embodiment, when the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is used as a gate electrode of a semiconductor device without being removed, the semiconductor region for the source or drain (silicon germanium layer EP4) and There is a possibility that parasitic resistance between the semiconductor region for the source or drain and the channel region is increased due to insufficient overlap with the gate electrode.

また、本実施の形態4の変形例として、ステップS4cでシリコンゲルマニウム層EP4をアンドープか低濃度ドープのシリコンゲルマニウム層として形成してから、上記ステップS5と同様のp型半導体領域EX形成用のイオン注入を行い、その後、ステップS6で側壁絶縁膜SW2を形成してから、上記ステップS7と同様のp型半導体領域SD形成用のイオン注入を行う場合もある。この場合、p型半導体領域EXおよびp型半導体領域SDが、主としてシリコンゲルマニウム層EP4に形成されることになる。しかしながら、シリコンゲルマニウム層EP4の上面は、ゲート電極GEの直下における半導体基板SUB2の上面よりも高い位置にあるため、イオン注入で導入したp型不純物は、ダミーゲートGEDの直下の領域までは拡散しにくいため、ソースまたはドレイン用の半導体領域とダミーゲートGEDとのオーバーラップは形成しにくい。このため、本実施の形態とは異なり、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1を除去せずに半導体装置のゲート電極として用いた場合には、ソースまたはドレイン用の半導体領域(シリコンゲルマニウム層EP4)とゲート電極とのオーバーラップが不足して、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗が大きくなる虞がある。 Further, as a modification of the fourth embodiment, after the silicon germanium layer EP4 is formed as an undoped or lightly doped silicon germanium layer in step S4c, the p type semiconductor region EX is formed as in step S5. In some cases, after ion implantation is performed and the sidewall insulating film SW2 is formed in step S6, ion implantation for forming the p + -type semiconductor region SD is performed in the same manner as in step S7. In this case, the p type semiconductor region EX and the p + type semiconductor region SD are mainly formed in the silicon germanium layer EP4. However, since the upper surface of the silicon germanium layer EP4 is higher than the upper surface of the semiconductor substrate SUB2 immediately below the gate electrode GE, the p-type impurity introduced by ion implantation diffuses to the region immediately below the dummy gate GED. Therefore, it is difficult to form an overlap between the semiconductor region for source or drain and the dummy gate GED. Therefore, unlike this embodiment, when the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED is used as a gate electrode of a semiconductor device without being removed, the semiconductor region for the source or drain (silicon germanium layer EP4) and There is a possibility that parasitic resistance between the semiconductor region for the source or drain and the channel region is increased due to insufficient overlap with the gate electrode.

それに対して、本実施の形態4では、シリコンゲルマニウム層EP4形成後にダミーゲートGEDの側壁上に形成した側壁絶縁膜SW2を、ステップS13bでダミーゲートGEDとともに除去してから、ゲート電極GEを形成している。これにより、ダミーゲートGEDが形成されていた領域だけでなく、側壁絶縁膜SW2が形成されていた領域にもゲート電極GEが形成されることになる。このため、シリコンゲルマニウム層EP4上にゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が乗り上げ、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部がシリコンゲルマニウム層EP4の上に位置することになる。従って、ソースまたはドレイン用の半導体領域(シリコンゲルマニウム層EP4)とゲート電極GEとのオーバーラップを確実に確保することができ、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制することができる。つまり、シリコンゲルマニウム層EP4を、p型ドープのエピタキシャル層として成長させた場合と、本実施の形態4の上記変形例のように、イオン注入でシリコンゲルマニウム層EP4に上記p型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDを形成した場合との両方で、寄生抵抗を抑制することができる。このため、上記第1の課題を解決することができる。 In contrast, in the fourth embodiment, the sidewall insulating film SW2 formed on the sidewall of the dummy gate GED after the formation of the silicon germanium layer EP4 is removed together with the dummy gate GED in step S13b, and then the gate electrode GE is formed. ing. As a result, the gate electrode GE is formed not only in the region where the dummy gate GED is formed, but also in the region where the sidewall insulating film SW2 is formed. For this reason, the end portions (both ends in the gate length direction) of the gate electrode GE run on the silicon germanium layer EP4, and the end portions in the gate length direction of the gate electrode GE are positioned on the silicon germanium layer EP4. Therefore, the overlap between the semiconductor region for source or drain (silicon germanium layer EP4) and the gate electrode GE can be reliably ensured, and the parasitic resistance between the semiconductor region for source or drain and the channel region is suppressed. can do. That is, when the silicon germanium layer EP4 is grown as a p-type doped epitaxial layer and as in the modification of the fourth embodiment, the p type semiconductor region EX and the silicon germanium layer EP4 are formed by ion implantation. The parasitic resistance can be suppressed both in the case where the n + type semiconductor region SD is formed. For this reason, the said 1st subject can be solved.

従って、MISFETを備える半導体装置の特性(電気的特性)を向上させることができる。また、寄生抵抗の値のばらつきによるMISFET毎の特性ばらつきも抑制することができる。このため、半導体装置の性能を向上させることができる。また、本実施の形態4においても、ゲート電極GEがシリコンゲルマニウム層EP4に乗り上げた構造を、セルフアラインで形成することができる。   Therefore, the characteristics (electrical characteristics) of the semiconductor device including the MISFET can be improved. Further, variation in characteristics of each MISFET due to variation in the value of the parasitic resistance can be suppressed. For this reason, the performance of the semiconductor device can be improved. Also in the fourth embodiment, the structure in which the gate electrode GE rides on the silicon germanium layer EP4 can be formed by self-alignment.

また、本実施の形態4においても、シリコンゲルマニウム層EP4は傾斜部(傾斜する側面SF2)を有しており、ゲート絶縁膜GI(絶縁膜GIa)とゲート電極GEは、傾斜部(傾斜する側面SF2)に沿って形成される。このため、溝TR3内において、ゲート絶縁膜GI(絶縁膜GIa)の膜厚を均一に形成しやすくなっている。従って、上記の第3の課題で示したような、MISFETの耐圧が低下するという不具合を解消することができる。   Also in the fourth embodiment, the silicon germanium layer EP4 has the inclined portion (inclined side surface SF2), and the gate insulating film GI (insulating film GIa) and the gate electrode GE are in the inclined portion (inclined side surface). SF2). For this reason, it is easy to form the gate insulating film GI (insulating film GIa) uniformly in the trench TR3. Therefore, it is possible to solve the problem that the breakdown voltage of the MISFET is lowered as shown in the third problem.

また、本実施の形態4においても、溝TR3の口径を、ダミーゲートGEDの長さよりも大きくすることができる。このため、図81で示されるように、アスペクト比が確保される(溝TR3のアスペクト比を小さくできる)ので、溝TR3内にゲート電極GEとなる導電膜CDを堆積する場合でも、空孔が発生しにくくなる。従って、上記の第4の課題で示したような不具合を解消することができる。   Also in the fourth embodiment, the diameter of the trench TR3 can be made larger than the length of the dummy gate GED. For this reason, as shown in FIG. 81, since the aspect ratio is ensured (the aspect ratio of the trench TR3 can be reduced), even when the conductive film CD serving as the gate electrode GE is deposited in the trench TR3, the voids are not formed. Less likely to occur. Therefore, it is possible to solve the problem as shown in the fourth problem.

更に、本実施の形態4のMISFETにおいても、ゲート電極GEの上部の長さが(ゲート電極GEの下部の長さよりも)長いので、ゲート電極GE全体の体積を増加させることができるため、ゲート電極GEの低抵抗化を図ることができる。   Furthermore, in the MISFET of the fourth embodiment, since the upper length of the gate electrode GE is longer (than the lower length of the gate electrode GE), the volume of the entire gate electrode GE can be increased. The resistance of the electrode GE can be reduced.

以上、本発明者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言うまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor 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.

BOX1 絶縁層
BR バリア導体膜
CD 導電膜
CNT コンタクトホール
EG 端部
EG1,EG2,EG3,EG4 角部
EP1,EP2,EP3 半導体層
EP4 シリコンゲルマニウム層
EX n型半導体領域
GE,GE101,GE102 ゲート電極
GED ダミーゲート
GI,GI101,GI102 ゲート絶縁膜
GIa 絶縁膜
GID 絶縁膜
IL1,IL2,IL3 絶縁膜
IL101 層間絶縁膜
M1 配線
ME 金属膜
MC1 主導体膜
PG プラグ
PL1 ポリシリコン膜
NW n型ウエル
SD n型半導体領域
SF1,SF1a,SF2 側面
SIL 金属シリサイド層
SM1,SM2 半導体層
SN1,SN2,SN101,SN103 窒化シリコン膜
SN3 ライナ膜
SO1,SO2,SO103 酸化シリコン膜
SO3 絶縁膜
SUB SOI基板
SUB1 基板
SUB2 半導体基板
SW1,SW1a,SW2,SW2a,SW3,SW4,SW4a,SW4b 側壁絶縁膜
TR,TR1,TR2,TR3,TR101 溝
UF1,UF2 上面
WT 配線溝
BOX1 Insulating layer BR Barrier conductor film CD Conductive film CNT Contact hole EG End portion EG1, EG2, EG3, EG4 Corner portion EP1, EP2, EP3 Semiconductor layer EP4 Silicon germanium layer EX n type semiconductor regions GE, GE101, GE102 Gate electrode GED Dummy gates GI, GI101, GI102 Gate insulating film GIa Insulating film GID Insulating film IL1, IL2, IL3 Insulating film IL101 Interlayer insulating film M1 Wiring ME Metal film MC1 Main conductor film PG Plug PL1 Polysilicon film NW n-type well SD n + type Semiconductor region SF1, SF1a, SF2 Side surface SIL Metal silicide layer SM1, SM2 Semiconductor layer SN1, SN2, SN101, SN103 Silicon nitride film SN3 Liner film SO1, SO2, SO103 Silicon oxide film SO3 Insulating film SUB S I substrate SUB1 substrate SUB2 semiconductor substrate SW1, SW1a, SW2, SW2a, SW3, SW4, SW4a, SW4b sidewall insulating film TR, TR1, TR2, TR3, TR101 groove UF1, UF2 top WT wiring groove

ステップS6の側壁絶縁膜SW2形成工程は、次のようにして行うことができる。すなわち、まず、図11に示されるように、SOI基板SUBの主面の全面に、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1を覆うように、酸化シリコン膜SO2をCVD法などにより形成(堆積)する。それから、この酸化シリコン膜SO2をエッチバック(異方性エッチング)することで、図12に示されるように、ダミーゲートGEDの側壁上に酸化シリコン膜SO2を残して側壁絶縁膜SW2とし、他の領域の酸化シリコン膜SO2を除去する。これにより、ダミーゲートGEDの側壁上に、側壁絶縁膜SW1を介して、側壁絶縁膜SW2が形成される。側壁絶縁膜SW2の厚み(ダミーゲートGEDの側壁に略垂直な方向の厚み)は、例えば3〜10nm程度とすることができる。 The step of forming the sidewall insulating film SW2 in step S6 can be performed as follows. That is, first, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film SO2 is formed (deposited) over the entire main surface of the SOI substrate SUB by CVD or the like so as to cover the dummy gate GED and the sidewall insulating film SW1. Then, the silicon oxide film SO2 is etched back (anisotropic etching) to leave the silicon oxide film SO2 on the side wall of the dummy gate GED to form the side wall insulating film SW2, as shown in FIG. The silicon oxide film SO2 in the region is removed. As a result, the sidewall insulating film SW2 is formed on the sidewall of the dummy gate GED via the sidewall insulating film SW1. The thickness of the sidewall insulating film SW2 (thickness in a direction substantially perpendicular to the sidewall of the dummy gate GED) can be set to about 3 to 10 nm, for example.

次に、図27に示されるように、SOI基板SUBの主面全面上に、すなわちゲート電極GEが埋め込まれた絶縁膜IL1上に、絶縁膜(層間絶縁膜)IL2を形成する。絶縁膜IL2としては、酸化シリコン系の絶縁膜を用いることができる。絶縁膜IL2は、絶縁膜IL1上に、ゲート電極GEの上面を覆うように、形成される。 Next, as shown in FIG. 27, an insulating film (interlayer insulating film) IL2 is formed over the entire main surface of the SOI substrate SUB, that is, over the insulating film IL1 in which the gate electrode GE is embedded. As the insulating film IL2 , a silicon oxide insulating film can be used. The insulating film IL2 is formed over the insulating film IL1 so as to cover the upper surface of the gate electrode GE.

また、本実施の形態では、MISFEとして、nチャネル型のMISFETを形成する場合について説明したが、導電型を逆にして、pチャネル型のMISFETを形成することもできる。また、同一のSOI基板SUBにnチャネル型のMISFETとpチャネル型のMISFETとの両方を形成することもできる。これは、以下の実施の形態2〜4についても同様である。 In this embodiment, the case where an n-channel MISFET is formed as MISFE T has been described. However, a p-channel MISFET can be formed by reversing the conductivity type. In addition, both an n-channel MISFET and a p-channel MISFET can be formed on the same SOI substrate SUB. The same applies to the following second to fourth embodiments.

次に、上記図56に示されるように、記実施の形態1と同様に、絶縁膜IL1の表面(上面)をCMP法により研磨することにより、ダミーゲートGEDの上面(すなわち窒化シリコン膜SN1の上面)を露出させる(図47のステップS12)。 Next, as shown in FIG. 56, as in Embodiment 1 above Symbol embodiment, by a surface (upper surface) of the insulating film IL1 are polished by the CMP method, the upper surface of the dummy gate GED (i.e. silicon nitride film SN1 Are exposed (step S12 in FIG. 47).

本実施の形態では、ダミーゲートGEDの側壁上に形成されかつ半導体層EP2の上に位置していた側壁絶縁膜SW4aを、ステップS13aでダミーゲートGEDとともに除去し、除去した領域(溝TR1)にゲート電極GEを形成している。このため、ダミーゲートGEDが存在していた領域だけでなく、側壁絶縁膜SW4aが存在していた領域にもゲート電極GEを形成することができる。このため、ゲート電極GEのゲート長方向の寸法を、ダミーゲートGEDの寸法よりも大きくすることができ、ゲート電極GEの一部(ゲート長方向の両端部側)が半導体層EP2上に位置する、すなわち半導体層EP2上に乗り上げることになる。従って、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部は、半導体層EPの上に位置することになる。そして、n型半導体領域EXの少なくとも一部は、ゲート電極GEの直下に位置することになる。 In the present embodiment, the side wall insulating film SW4a formed on the side wall of the dummy gate GED and located on the semiconductor layer EP2 is removed together with the dummy gate GED in step S13a, and the removed region (trench TR1) is removed. A gate electrode GE is formed. Therefore, the gate electrode GE can be formed not only in the region where the dummy gate GED was present but also in the region where the sidewall insulating film SW4a was present. For this reason, the dimension in the gate length direction of the gate electrode GE can be made larger than the dimension of the dummy gate GED, and part of the gate electrode GE (both ends in the gate length direction) is located on the semiconductor layer EP2. That is, it rides on the semiconductor layer EP2. Therefore, the end of the gate length direction of the gate electrode GE, will be positioned on the semiconductor layer EP 2. At least a part of the n type semiconductor region EX is located immediately below the gate electrode GE.

但し、図64では、半導体層SM1と半導体層EP2,EP3がどの領域であるかが分かりやすいように、半導体層EP2と半導体層EP3とを合わせたもの全体をドットのハッチングで示し、半導体層SM1全体を細線の斜線のハッチングで示している。従って、図64では、n型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDの形成領域についての図示はしていない。また、図65では、n型半導体領域EXとn型半導体領域SDがどの領域であるかが分かりやすいように、n型半導体領域EX全体に同じハッチングを付し、n型半導体領域SD全体に他の同じハッチングを付してある。従って、図64と図65とを合わせて見れば、半導体層SM1,EP2,EP3の構成と、半導体層SM1,EP2,EP3におけるn型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDの形成領域とを、理解しやすい。なお、上記図1および図2と同様に、図64および図6において、上記絶縁膜IL3および配線M1とそれよりも上層の構造については、図示を省略している。 However, in FIG. 64, in order to easily understand which region is the semiconductor layer SM1 and the semiconductor layers EP2 and EP3, the total of the semiconductor layer EP2 and the semiconductor layer EP3 is indicated by dot hatching, and the semiconductor layer SM1 The whole is indicated by hatching with thin diagonal lines. Therefore, in FIG. 64 , the formation region of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD is not illustrated. Further, in FIG. 65, n - -type semiconductor region EX and the n + -type semiconductor region as SD is easy to understand if it is any region, n - -type semiconductor regions EX entirety denoted by the same hatching, n + -type semiconductor region The same SD is added to the entire SD. Therefore, when FIG. 64 and FIG. 65 are viewed together, the configuration of the semiconductor layers SM1, EP2, and EP3, and the formation region of the n type semiconductor region EX and the n + type semiconductor region SD in the semiconductor layers SM1, EP2, and EP3, Easy to understand. Similarly to FIGS. 1 and 2, in FIGS. 64 and 6 5, for the upper layer of the structure than the above insulating film IL3 and wiring M1, are not shown.

ステップS10の金属シリサイド層SIL形成工程は、本実施の形態4も上記実施の形態1と基本的には同じであるが、上記実施の形態1では、主として半導体層EP1に金属シリサイド層SILが形成されたが、本実施の形態では、シリコンゲルマニウム層EP4に金属シリサイド層SILが形成される。また、上記実施の形態1と同様に、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1上には窒化シリコン膜SN1が形成されているため、ダミーゲートGEDのポリシリコン膜PL1の表面には、金属シリサイド層は形成されない。 The metal silicide layer SIL forming step in step S10 is basically the same as the fourth embodiment as in the first embodiment, but in the first embodiment, the metal silicide layer SIL is mainly formed in the semiconductor layer EP1. However, in the fourth embodiment, the metal silicide layer SIL is formed in the silicon germanium layer EP4. Similarly to the first embodiment, since the silicon nitride film SN1 is formed on the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED, the metal silicide layer is not formed on the surface of the polysilicon film PL1 of the dummy gate GED. Not formed.

次に、図75に示されるように、上記実施の形態1と同様に、半導体基板SUB2の主面(主面全面)上に絶縁膜IL1を形成する(図67のステップS11)。すなわち、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SWを覆うように、半導体基板SUB2の主面上に絶縁膜IL1を形成する。絶縁膜IL1については、上記実施の形態1で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。 Next, as shown in FIG. 75, an insulating film IL1 is formed on the main surface (entire main surface) of the semiconductor substrate SUB2 as in the first embodiment (step S11 in FIG. 67). In other words, so as to cover the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1, SW 2, an insulating film IL1 on the main surface of the semiconductor substrate SUB2. Since the insulating film IL1 has been described in the first embodiment, repeated description thereof is omitted here.

次に、図77に示されるように、ダミーゲートGEDおよび側壁絶縁膜SW1,SWを、エッチングにより除去する(図67のステップS13b)。 Next, as shown in FIG. 77, the dummy gate GED and the sidewall insulating films SW1, SW 2, is removed by etching (step S13b in FIG. 67).

次に、図82に示されるように、溝TR3内に導電膜CDおよび絶縁膜GIaを残し、溝TR3の外部の導電膜CDおよび絶縁膜GIaをCMP法などにより除去して、ゲート電極GEおよびゲート絶縁膜GIを形成する(図67のステップS16)。ステップS16については、本実施の形態も上記実施の形態1と同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。ステップS16は、溝TR1内にゲート絶縁膜GIを介してゲート電極GEを形成する工程である。なお、上記実施の形態1と同様に、ゲート電極GEを金属膜とポリシリコン膜の積層構造や、異なる金属膜を積層させた構造としても良い。 Next, as shown in FIG. 82, the conductive film CD and the insulating film GIa are left in the trench TR3, and the conductive film CD and the insulating film GIa outside the trench TR3 are removed by a CMP method or the like, so that the gate electrodes GE and A gate insulating film GI is formed (step S16 in FIG. 67). As for step S16, the fourth embodiment is the same as the first embodiment, and therefore, repeated description thereof is omitted here. Step S16 is a step of forming the gate electrode GE in the trench TR1 via the gate insulating film GI. As in the first embodiment, the gate electrode GE may have a stacked structure of a metal film and a polysilicon film or a structure in which different metal films are stacked.

それに対して、本実施の形態4では、シリコンゲルマニウム層EP4形成後にダミーゲートGEDの側壁上に形成した側壁絶縁膜SW2を、ステップS13bでダミーゲートGEDとともに除去してから、ゲート電極GEを形成している。これにより、ダミーゲートGEDが形成されていた領域だけでなく、側壁絶縁膜SW2が形成されていた領域にもゲート電極GEが形成されることになる。このため、シリコンゲルマニウム層EP4上にゲート電極GEの端部(ゲート長方向の両端部)が乗り上げ、ゲート電極GEにおけるゲート長方向の端部がシリコンゲルマニウム層EP4の上に位置することになる。従って、ソースまたはドレイン用の半導体領域(シリコンゲルマニウム層EP4)とゲート電極GEとのオーバーラップを確実に確保することができ、ソースまたはドレイン用の半導体領域とチャネル領域との間の寄生抵抗を抑制することができる。つまり、シリコンゲルマニウム層EP4を、p型ドープのエピタキシャル層として成長させた場合と、本実施の形態4の上記変形例のように、イオン注入でシリコンゲルマニウム層EP4に上記p型半導体領域EXおよび 型半導体領域SDを形成した場合との両方で、寄生抵抗を抑制することができる。このため、上記第1の課題を解決することができる。 In contrast, in the fourth embodiment, the sidewall insulating film SW2 formed on the sidewall of the dummy gate GED after the formation of the silicon germanium layer EP4 is removed together with the dummy gate GED in step S13b, and then the gate electrode GE is formed. ing. As a result, the gate electrode GE is formed not only in the region where the dummy gate GED is formed, but also in the region where the sidewall insulating film SW2 is formed. For this reason, the end portions (both ends in the gate length direction) of the gate electrode GE run on the silicon germanium layer EP4, and the end portions in the gate length direction of the gate electrode GE are positioned on the silicon germanium layer EP4. Therefore, the overlap between the semiconductor region for source or drain (silicon germanium layer EP4) and the gate electrode GE can be reliably ensured, and the parasitic resistance between the semiconductor region for source or drain and the channel region is suppressed. can do. That is, when the silicon germanium layer EP4 is grown as a p-type doped epitaxial layer and as in the modification of the fourth embodiment, the p type semiconductor region EX and the silicon germanium layer EP4 are formed by ion implantation. The parasitic resistance can be suppressed both in the case where the p + type semiconductor region SD is formed. For this reason, the said 1st subject can be solved.

Claims (11)

ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース用の第1エピタキシャル層及びドレイン用の第2エピタキシャル層を含むMISFETを有する半導体装置であって、
複数の第1溝が半導体基板に形成されており、
前記第1及び第2エピタキシャル層は、各々、前記第1溝内に埋め込まれて形成され、且つ、前記第1溝外の前記半導体基板の表面よりも高くなっている突出部を有し、
前記突出部はその厚さが次第に厚くなるような傾斜部を有し、
第1絶縁膜が前記半導体基板上、前記第1エピタキシャル層上及び前記第2エピタキシャル層上に形成されており、
第2溝が、前記第1及び第2エピタキシャル層間の前記半導体基板上、前記第1エピタキシャル層の傾斜部上、及び、前記第2エピタキシャル層の傾斜部上を開口するように、前記第1絶縁膜中に形成されており、
前記ゲート絶縁膜は前記第2溝の側面及び底面に形成されており、
前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜を介して前記第2溝内を埋め込むように形成されており、
前記MISFETのゲート長方向における前記ゲート電極の両端部が、各々、前記第1及び第2エピタキシャル層上に位置している半導体装置。
A semiconductor device having a MISFET including a gate insulating film, a gate electrode, a first epitaxial layer for source, and a second epitaxial layer for drain,
A plurality of first grooves are formed in the semiconductor substrate;
The first and second epitaxial layers each have a protruding portion that is embedded in the first groove and is higher than the surface of the semiconductor substrate outside the first groove,
The protrusion has an inclined portion that gradually increases in thickness,
A first insulating film is formed on the semiconductor substrate, on the first epitaxial layer and on the second epitaxial layer;
The first insulation so that a second groove opens on the semiconductor substrate between the first and second epitaxial layers, on the inclined portion of the first epitaxial layer, and on the inclined portion of the second epitaxial layer. Formed in the film,
The gate insulating film is formed on a side surface and a bottom surface of the second groove;
The gate electrode is formed so as to fill the second trench through the gate insulating film;
A semiconductor device in which both end portions of the gate electrode in the gate length direction of the MISFET are respectively located on the first and second epitaxial layers.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第2溝内において、前記ゲート絶縁膜は、前記第1及び第2エピタキシャル層の傾斜部の形状に沿うように形成されている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
In the second trench, the gate insulating film is formed so as to follow the shape of the inclined portion of the first and second epitaxial layers.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記第2溝内において、前記ゲート電極は、前記第1及び第2エピタキシャル層の傾斜部の形状に沿うように形成されている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
In the second trench, the gate electrode is formed so as to follow the shape of the inclined portion of the first and second epitaxial layers.
請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜は金属酸化物を含む半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The gate insulating film is a semiconductor device containing a metal oxide.
請求項4に記載の半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜は、前記第1及び第2エピタキシャル層間の前記半導体基板と前記金属酸化物との間に酸化シリコン膜を含む半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4,
The gate insulating film includes a silicon oxide film between the semiconductor substrate and the metal oxide between the first and second epitaxial layers.
請求項1〜5の何れか1項に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は金属膜を含む半導体装置。
In the semiconductor device according to claim 1,
The gate electrode is a semiconductor device including a metal film.
請求項6に記載の半導体装置において、
前記第1及び第2エピタキシャル層上にシリサイド膜が形成されている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 6.
A semiconductor device in which a silicide film is formed on the first and second epitaxial layers.
請求項1〜7の何れか1項に記載の半導体装置において、
前記半導体基板はシリコンであり、
前記MISFETのチャネル領域は前記シリコンに形成され、
前記MISFETはpチャネル型MISFETであり、
前記第1及び第2エピタキシャル層は、各々SiGeを含む半導体装置。
In the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor substrate is silicon;
The channel region of the MISFET is formed in the silicon,
The MISFET is a p-channel MISFET,
The first and second epitaxial layers are each a semiconductor device containing SiGe.
請求項8に記載の半導体装置において、
前記第1及び第2エピタキシャル層によって、前記MISFETのチャネル領域には−1.3GPa以上の圧縮応力が発生している半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8,
A semiconductor device in which a compressive stress of −1.3 GPa or more is generated in the channel region of the MISFET by the first and second epitaxial layers.
請求項1〜7の何れか1項に記載の半導体装置において、
前記半導体基板はシリコンであり、
前記MISFETのチャネル領域は前記シリコンに形成され、
前記MISFETはnチャネル型MISFETであり、
前記第1及び第2エピタキシャル層は、各々SiCを含む半導体装置。
In the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor substrate is silicon;
The channel region of the MISFET is formed in the silicon,
The MISFET is an n-channel MISFET,
Each of the first and second epitaxial layers is a semiconductor device containing SiC.
請求項10に記載の半導体装置において、
前記第1及び第2エピタキシャル層によって、前記MISFETのチャネル領域には1.3GPa以上の引張応力が発生している半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10.
A semiconductor device in which a tensile stress of 1.3 GPa or more is generated in the channel region of the MISFET by the first and second epitaxial layers.
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