JP2016025322A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体基板上の堆積膜は、研磨により平坦化することができる。堆積膜の研磨は、トレンチアイソレーションの埋め込み絶縁膜の平坦化や層間絶縁膜の平坦化など半導体装置の製造に広く用いられている(特許文献1)。 The deposited film on the semiconductor substrate can be planarized by polishing. Polishing of a deposited film is widely used in the manufacture of semiconductor devices such as planarization of trench isolation buried insulating films and planarization of interlayer insulating films (Patent Document 1).
なお特許文献1には、基板凸部上の堆積膜を研磨すると、パターン寸法が小さい基板凸部上ではパターン寸法が大きい基板凸部上より堆積膜が薄くなることが開示されている。
メタルゲート電極を有するMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)は、周囲を絶縁膜で囲まれたダミーゲート電極を除去した領域にゲートメタル材料を埋め込むことで形成される。ここでダミーゲート電極を囲う絶縁膜は、ダミーゲート電極を埋め込む絶縁膜を研磨することで形成される。 A MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) having a metal gate electrode is formed by embedding a gate metal material in a region where a dummy gate electrode surrounded by an insulating film is removed. Here, the insulating film surrounding the dummy gate electrode is formed by polishing the insulating film in which the dummy gate electrode is embedded.
ダミーゲート電極を埋め込む絶縁膜の研磨には、ダミーゲート電極が長くなるほど、研磨により露出するダミーゲート電極上面の凹み(すなわち、ディッシング)が大きくなるという問題がある。 The polishing of the insulating film for embedding the dummy gate electrode has a problem that the longer the dummy gate electrode is, the larger the recess (that is, dishing) on the upper surface of the dummy gate electrode exposed by polishing.
上記の問題を解決するために、本製造方法の一観点によれば、半導体基板上に、第1ゲート長を有する第1ダミーゲート電極と、第1ゲート長より長い第2ゲート長を有する第2ダミーゲート電極と、前記第1ダミーゲート電極上に設けられ第1絶縁材料を含み第1膜厚を有する第1ストップ膜と、前記第2ダミーゲート電極上に設けられ前記第1絶縁材料を含み、前記第1膜厚より厚い第2膜厚を有する第2ストップ膜とを形成する工程と、前記第1ダミーゲート電極上、前記第2ダミーゲート電極上及び前記半導体基板上に、第2絶縁材料を含む絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜、前記第1ストップ膜及び第2ストップ膜を研磨して、前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を露出させる工程と、前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を露出させる工程後に、前記第1ダミーゲート電極と前記第2ダミーゲート電極とを除去する工程と、前記第1ダミーゲート電極を除去した第1領域と前記第2ダミーゲート電極を除去した第2領域それぞれにメタルゲートを形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 In order to solve the above problem, according to one aspect of the present manufacturing method, a first dummy gate electrode having a first gate length and a second gate length having a second gate length longer than the first gate length are formed on a semiconductor substrate. Two dummy gate electrodes, a first stop film provided on the first dummy gate electrode and including a first insulating material and having a first film thickness, and the first insulating material provided on the second dummy gate electrode. And forming a second stop film having a second film thickness greater than the first film thickness, a second stop film on the first dummy gate electrode, the second dummy gate electrode, and the semiconductor substrate. Forming an insulating film containing an insulating material; polishing the insulating film, the first stop film, and the second stop film to expose the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode; Said first dummy After the step of exposing the first electrode and the second dummy gate electrode, the step of removing the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode, the first region where the first dummy gate electrode is removed, and the first region And a step of forming a metal gate in each of the second regions from which the two dummy gate electrodes are removed.
実施の形態によれば、ダミーゲート電極のディッシングを抑制することができる。 According to the embodiment, dishing of the dummy gate electrode can be suppressed.
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof. Note that, even if the drawings are different, corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(実施の形態1)
実施の形態1の製造方法は、FinFET(Fin field-effect transistor)を有する半導体装置の製造方法である。図1〜図31は、実施の形態1の半導体装置の製造方法を説明する図である。
(Embodiment 1)
The manufacturing method according to the first embodiment is a method for manufacturing a semiconductor device having a FinFET (Fin field-effect transistor). 1 to 31 are diagrams for explaining the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.
図1(a)、図2(a)・・・図30(a)は、平面図である。図1(b)、図2(b)・・・図30(b)それぞれは、図1(a)のIB線、図2(a)のIIB線・・・図30(a)のXXXB線に沿った断面図である。図1(c)、図2(c)・・・図30(c)それぞれは、図1(a)のIC線、図2(a)のIIC線・・・図30(a)のXXXC線に沿った断面図である。図31は、実施の形態1の半導体装置の断面図である。 Fig.1 (a), FIG.2 (a) ... FIG.30 (a) is a top view. 1B, FIG. 2B, FIG. 30B are respectively the IB line in FIG. 1A, the IIB line in FIG. 2A, and the XXXB line in FIG. 30A. FIG. FIG. 1 (c), FIG. 2 (c)... FIG. 30 (c) are respectively the IC line in FIG. 1 (a), the IIC line in FIG. 2 (a), and the XXXC line in FIG. FIG. FIG. 31 is a cross-sectional view of the semiconductor device of First Embodiment.
(1)Finの形成および活性化(図1〜図6参照)
先ず、ひれ状に突出した半導体領域(Fin)を半導体基板(例えば、Si基板)に形成し、その後活性化する。具体的には例えば以下の手順により、Finを形成し活性化する。
(1) Formation and activation of Fin (see FIGS. 1 to 6)
First, a semiconductor region (Fin) protruding in a fin shape is formed on a semiconductor substrate (for example, a Si substrate), and then activated. Specifically, for example, Fin is formed and activated by the following procedure.
(1−1)Finの形成(図1参照)
図1は、Finの形成工程を説明する図である。
(1-1) Formation of Fin (see FIG. 1)
FIG. 1 is a diagram for explaining a Fin formation process.
先ず図1に示すように、例えばハードマス(図示せず)を介して半導体基板2をドライ・エッチングして、ひれ状に突出した凸状の第1半導体領域4a(Fin)およびひれ状に突出した凸状の第2半導体領域4b(Fin)を形成する。
First, as shown in FIG. 1, the
第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bの幅は例えば、10nm以下(例えば、2nm以上10nm以下)である。第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bの高さは例えば、80nm以上120nm以下である。
The width of the
(1−2)Finの活性化(図2〜図6参照)
図2〜図6は、Finの活性化工程を説明する図である。
(1-2) Fin activation (see FIGS. 2 to 6)
2-6 is a figure explaining the activation process of Fin.
第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bの形成後、図2に示すように、半導体基板2上に絶縁膜6(例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜))を堆積する。
After the formation of the
次に図3に示すように、化学機械研磨(すなわち、Chemical Mechanical Polishing)によりが絶縁膜6を研磨して、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bの上面を露出させる。絶縁膜6は、例えば後述する第1スラリーによる化学機械研磨で研磨する。
Next, as shown in FIG. 3, the insulating
次に図4に示すように、研磨した絶縁膜6の上部を例えばウェット・エッチングにより除去して、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bの上部(上面および側面の一部)を露出させる。第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bのうち露出した部分の高さは、例えば15nm〜60nm(例えば、30nm)である。
Next, as shown in FIG. 4, the upper portion of the polished
次に図5に示すように、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bに第1導電型の不純物(例えば、p型不純物)のイオン8を注入する。
Next, as shown in FIG. 5,
次に、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bを熱処理して、注入した不純物を活性化しつつ、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bのダメージを回復する。これにより、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bは第1導電型の半導体領域になる。
Next, the
次に図6に示すように、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bの上部を酸化して熱酸化膜10を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, the
なお図2(a)には、絶縁膜6を透視した部分(具体的には、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4b)が破線により示されている(以下の図面においても、同様である)。
In FIG. 2A, the portions seen through the insulating film 6 (specifically, the
(2)ダミーゲート電極の形成(図7〜図18参照)
図7〜図18は、ダミーゲート電極の形成工程を説明する図である。
(2) Formation of dummy gate electrode (see FIGS. 7 to 18)
7 to 18 are diagrams for explaining a process of forming a dummy gate electrode.
熱酸化膜10の形成後、図18に示すように、半導体基板2上に、第1ダミーゲート電極12aと第2ダミーゲート電極12bと第1ストップ膜14aと第2ストップ膜14bとを形成する。
After the formation of the
第1ダミーゲート電極12aは、第1ゲート長L1(図18(b)参照)と第1上面16aとを有するダミーゲート電極である。第2ダミーゲート電極12bは、第1ゲート長L1より長い第2ゲート長L2と第2上面16bとを有するダミーゲート電極である。
The first
第1ストップ膜14aは、第1ダミーゲート電極12a上に設けられ第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン(SiN))を含み、第1上面16aからの第1高さH1(すなわち第1膜厚、図18(c)参照)を有するストップ膜である。第2ストップ膜14bは、第2ダミーゲート電極12b上に設けられ第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)を含み第1高さH1より高い、第2上面16bからの第2高さH2(すなわち、第1膜厚より厚い第2膜厚)を有するストップ膜である。
The
第1ダミーゲート電極12aは、平面視において第1半導体領域4aに交差しつつ、第1ゲート絶縁膜18aを介して第1半導体領域4aの上面と側面を覆うように設けられる。同様に、第2ダミーゲート電極12bは、平面視において第2半導体領域4bに交差しつつ、第2ゲート絶縁膜18bを介して第2半導体領域4bの上面と側面を覆うように設けられる。第1ゲート絶縁膜18aは例えば、第1半導体領域4aの上部を酸化して形成した熱酸化膜10の一部である。第2ゲート絶縁膜18bは例えば、第2半導体領域4bの上部を酸化して形成した熱酸化膜10の一部である。
The first
第1ダミーゲート電極12aの幅W1および第2ダミーゲート電極12bの幅W2は、例えば10nm〜1000nmである。第1ダミーゲート電極12aのゲート長L1は、例えば10nm〜50nmである。第2ダミーゲート電極12aのゲート長L2は、例えば150nm〜1000nmである。
The width W1 of the first
第1ダミーゲート電極12aに対応するFinFETは、例えば高速で動作可能な電界効果トランジスタである。第2ダミーゲート電極12bに対応するFinFETは、例えば低消費電力で動作可能な電界効果トランジスタである。
The FinFET corresponding to the first
具体的には例えば以下の手順により、第1及び第2ダミーゲート電極12a,12bと第1及び第2ストップ膜14a,14bとを形成する。
Specifically, for example, the first and second
(2−1)ダミーゲート材料の形成(図7〜図8)
図7は、ダミーゲート材料の形成工程を説明する図である。図8は、ダミーゲート材料の研磨工程を説明する図である。
(2-1) Formation of dummy gate material (FIGS. 7 to 8)
FIG. 7 is a diagram illustrating a process for forming a dummy gate material. FIG. 8 is a diagram for explaining the polishing process of the dummy gate material.
熱酸化膜10の形成後図7に示すように、例えば化学気相成長法により、半導体基板2上にダミーゲート材料20(例えば、多結晶シリコン)を堆積する。その後、図8に示すように、例えば化学機械研磨によりダミーゲート材料20を平坦化する。
After the formation of the
なお、図7(c)及び図8(c)に示す破線Bは夫々、VIIC線およびVIIIC線の屈折位置を示している(図9以降についても、同様である)。 In addition, the broken line B shown in FIG.7 (c) and FIG.8 (c) has each shown the refraction | bending position of the VIIC line and the VIIIC line (the same is applied also after FIG. 9).
(2−2)第1絶縁膜の形成(図9〜図15参照)
図9〜図15は、第1絶縁膜の形成工程を説明する図である。
(2-2) Formation of first insulating film (see FIGS. 9 to 15)
9-15 is a figure explaining the formation process of a 1st insulating film.
ダミーゲート材料20の形成後、図15に示すように、平坦化したダミーゲート材料20上に、第1凸部22aを有し第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)を含む第1絶縁膜24aを形成する。
After the formation of the
具体的には例えば、以下の手順により第1絶縁膜24aを形成する。
Specifically, for example, the first insulating
(2−2−1)下部絶縁膜および上部絶縁膜の形成(図9参照)
先ず図9に示すように、平坦化されたダミーゲート材料20上に、例えばプラズマCVD(plasma chemical vapor deposition)により、下部絶縁膜26と下部絶縁膜26上の上部絶縁膜28とを形成する。
(2-2-1) Formation of lower insulating film and upper insulating film (see FIG. 9)
First, as shown in FIG. 9, a lower insulating
下部絶縁膜26は、第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)を含む絶縁膜(例えば、SiN膜)である。下部絶縁膜26の厚さは、例えば30nm〜50nmである。上部絶縁膜28は、第1絶縁材料とは異なる第3絶縁材料(例えば、酸化シリコン(SiO2))を含む絶縁膜(例えば、SiO2膜)である。上部絶縁膜28の厚さは、例えば5nm〜20nmである。
The lower insulating
(2−2−2)マスクパターンの形成(図10参照)
図10に示すように、上部絶縁膜28上に、第1凸部22aに対応する第3マスクパターン30c(例えば、フォトレジスト膜のパターン)を形成する。
(2-2-2) Formation of mask pattern (see FIG. 10)
As shown in FIG. 10, a
(2−2−3)第1絶縁膜パターンの形成(図11〜図13参照)
―上部絶縁膜のエッチング(図11参照)―
図11に示すように、第3マスクパターン30cをマスクとして上部絶縁膜28と下部絶縁膜26の上部とをドライ・エッチングによりエッチングして、下部絶縁膜26に第2凸部22bを形成する。このエッチングにより、第1絶縁膜パターン32aも形成される。第1絶縁膜パターン32aは、上部絶縁膜28(図10参照)の第2凸部22b上の部分を有する絶縁膜のパターン(例えば、SiO2膜のパターン)である。
(2-2-3) Formation of first insulating film pattern (see FIGS. 11 to 13)
-Etching of upper insulating film (see Fig. 11)-
As shown in FIG. 11, the upper insulating
第1絶縁膜パターン32aを形成するドライ・エッチングは例えば、上部絶縁膜28(例えば、酸化シリコン)のエッチング速度VUに対する下部絶縁膜26(例えば、窒化シリコン)のエッチング速度VLの比(=VL/VU)が略1のドライ・エッチングである。この様なドライ・エッチングを以下、低選択比ドライ・エッチングと呼ぶ。
The dry etching for forming the first insulating
低選択比ドライ・エッチングは、例えば流量3〜10sccmのSF6ガスと流量20〜50sccmのO2ガスと流量20〜80sccmのN2ガスとをプラズマ化し、被エッチング膜に照射するRIE(reactive ion etching)である。この低選択比ドライ・エッチングによれば、酸化シリコンのエッチング速度VSIOに対する窒化シリコンのエッチング速度VSINの比(=VSIN/VSIO)は、例えば1.2〜2.0になる。 Low selective dry etching is performed by, for example, RIE (reactive ion) in which SF 6 gas having a flow rate of 3 to 10 sccm, O 2 gas having a flow rate of 20 to 50 sccm, and N 2 gas having a flow rate of 20 to 80 sccm are converted into plasma and irradiated to the etching target film. etching). According to this low selectivity dry etching, the ratio of the silicon nitride etching rate V SIN to the silicon oxide etching rate V SIO (= V SIN / V SIO ) is, for example, 1.2 to 2.0.
―上部絶縁膜のサイドエッチング(図12〜図13参照)―
第3マスクパターン30c(図11参照)で上面が覆われた状態の第1絶縁膜パターン32aを、例えばウェット・エッチングにより側面からエッチング(すなわち、サイドエッチング)する。これにより図12に示すように、上部絶縁膜28から第2絶縁膜パターン32bが形成される。第2絶縁膜パターン32bは、絶縁膜のパターン(例えば、SiO2膜のパターン)である。
-Side etching of upper insulating film (see Figs. 12 to 13)-
The first
その後図13に示すように、第3マスクパターン30cを除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 13, the
(2−2−4)下部絶縁膜のエッチング(図14〜図15参照)
第2凸部22b(図13参照)の形成後の下部絶縁膜26の上部を更に、第2絶縁膜パターン32bを介して、例えばドライ・エッチングによりエッチングする。これにより図14に示すように、第1凸部22aを有する第1絶縁膜24a(例えば、SiN膜)が形成される。
(2-2-4) Etching of lower insulating film (see FIGS. 14 to 15)
The upper part of the lower insulating
その後図15に示すように、例えばウェット・エッチング(例えば、希釈HFによるエッチング)により第2絶縁膜パターン32bを除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 15, the second insulating
下部絶縁膜26(図13参照)の上部を第2絶縁膜パターン32bを介してエッチングするドライ・エッチングは例えば、第2絶縁膜パターン32b(例えば、酸化シリコン)のエッチング速度VUに対する下部絶縁膜26(例えば、窒化シリコン)のエッチング速度VLの比(=VL/VU)が2より大きいドライ・エッチングである。この様なドライ・エッチングを以下、高選択比ドライ・エッチングと呼ぶ。
Lower dry etching the upper through the second insulating
図13に示すように、第2凸部22bの中央部は、ドライ・エッチング速度が下部絶縁膜26より遅い第2絶縁膜パターン32bにより覆われている。このため、高選択比ドライ・エッチングにより、第2絶縁膜パターン32bを介して下部絶縁膜26の上部をエッチングすると、図15に示すように中央部が周端部より厚い第1凸部22aが形成される。
As shown in FIG. 13, the central portion of the second
上述した高選択比ドライ・エッチングは、例えば流量5〜10sccmのO2ガスと流量60〜100sccmのCHF3ガスとを圧力(20〜60mTorr)でプラズマ化し、被エッチング膜に照射するRIEである。 The above-described high selectivity dry etching is RIE in which, for example, an O 2 gas having a flow rate of 5 to 10 sccm and a CHF 3 gas having a flow rate of 60 to 100 sccm are converted into plasma at a pressure (20 to 60 mTorr) and irradiated onto the etching target film.
この高選択比ドライ・エッチングによれば、酸化シリコンのエッチング速度VSIOに対する窒化シリコンのエッチング速度VSINの比(=VSIN/VSIO)は、例えば4.5〜10になる。 According to this high selectivity dry etching, the ratio of the silicon nitride etching rate V SIN to the silicon oxide etching rate V SIO (= V SIN / V SIO ) is, for example, 4.5-10.
(2−3)マスクパターンの形成(図16〜図17参照)
図16〜図17は、第1マスクパターンの形成工程を説明する図である。
(2-3) Formation of mask pattern (see FIGS. 16 to 17)
16 to 17 are views for explaining a first mask pattern forming process.
第1絶縁膜24aの形成後、図17に示すように、第1ダミーゲート電極12aに対応し第1絶縁膜24aの平坦部を覆う第1マスクパターン30aと、第2ダミーゲート電極12bに対応し第1凸部22aを覆う第2マスクパターン30bとを形成する。
After the formation of the first insulating
(2−3−1)保護膜の形成(図16参照)
先ず図16に示すように、第1マスクパターン30a(図17参照)及び第2マスクパターン30bを形成する前に、第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)とは異なる第4絶縁材料(例えば、酸化シリコン)を含む保護膜34で第1絶縁膜24aを覆う。保護膜34は、例えばプラズマCVDにより、第1絶縁膜24a上に形成される。
(2-3-1) Formation of protective film (see FIG. 16)
First, as shown in FIG. 16, before forming the
(2−3−2)マスクパターンの形成(図17参照)
その後図17に示すように、保護膜34を介して第1絶縁膜24a上に第1マスクパターン30a及び第2マスクパターン30bを形成する。第1マスクパターン30aおよび第2マスクパターン30bは、例えばフォトレジスト膜のパターンである。
(2-3-2) Formation of mask pattern (see FIG. 17)
Thereafter, as shown in FIG. 17, a
(2−4)ダミーゲート材料および第1絶縁膜のエッチング(図18参照)
図18は、ダミーゲート材料20および第1絶縁膜24aのエッチング工程を説明する図である。
(2-4) Etching of dummy gate material and first insulating film (see FIG. 18)
FIG. 18 is a diagram illustrating an etching process of the
第1マスクパターン30a(図17参照)及び第2マスクパターン30bをマスクとして、保護膜34と第1絶縁膜24aとダミーゲート材料20とをエッチングする。第1絶縁膜24aとダミーゲート材料20は例えば、ドライ・エッチングによりエッチングする。
The
その後、ダミーゲート材料20のエッチングにより露出した熱酸化膜10をウェット・エッチングにより除去する。その後、第1マスクパターン30aと第2マスクパターン30bを除去する。
Thereafter, the
これにより、図18に示すように、第1ダミーゲート電極12aと、第2ダミーゲート電極12bと、第1ストップ膜14aと、第2ストップ膜14bとが形成される。
Thereby, as shown in FIG. 18, the first
第1ダミーゲート電極12a上の第1絶縁膜24aは、2度エッチングされる(「(2−2−3)第1絶縁膜パターンの形成」および「(2−2−4)下部絶縁膜のエッチング」参照)。一方、第2ダミーゲート電極12b上の第1絶縁膜24aの中央部は、一度もエッチングされない。このため、第2ダミーゲート電極12b上の第2ストップ膜14bの高さH2は、第1ダミーゲート電極12a上の第1ストップ膜14aの高さH1より高くなる。
The first
第2ストップ膜14bは、第1絶縁膜24aの第1凸部22a(図15参照)から形成される。従って第2ストップ膜14bの中央部は、周端部より厚くなる。
The
なおダミーゲート材料20(例えば、多結晶シリコン)は例えば、CF4ガスとH2ガスとをプラズマ化して被エッチング膜に照射するRIEによりエッチングされる。 Note that the dummy gate material 20 (for example, polycrystalline silicon) is etched by, for example, RIE in which CF 4 gas and H 2 gas are turned into plasma and irradiated onto the etching target film.
(3)ソース/ドレイン領域等の形成(図19〜図22参照)
図19〜図22は、ソース/ドレイン領域等の形成工程を説明する図である。
(3) Formation of source / drain regions and the like (see FIGS. 19 to 22)
19 to 22 are diagrams for explaining a process of forming source / drain regions and the like.
先ず図19に示すように、第1ダミーゲート電極12aおよび第2ダミーゲート電極12bの側面にサイドウォール36を形成する。サイドウォール36は例えば、第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)の堆積と、エッチング・バックにより形成される。
First, as shown in FIG. 19, sidewalls 36 are formed on the side surfaces of the first
この時、第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)は例えば、上述した高選択比ドライ・エッチングによりエッチングされる。この時、第1ストップ膜14aおよび第2ストップ膜14bは、保護膜34(例えば、酸化シリコン膜)により保護されているため、エッチングされない。
At this time, the first insulating material (for example, silicon nitride) is etched by, for example, the above-described high selectivity dry etching. At this time, the
次に、第1ダミーゲート電極12aおよび第2ダミーゲート電極12bの両側に、第1導電型とは反対の第2導電型の不純物(例えば、n型不純物)をイオン注入する。その後、半導体基板2を熱処理して、注入した不純物を活性化しつつ半導体基板2のダメージを回復する。これにより、第1ダミーゲート電極12aおよび第2ダミーゲート電極12bそれぞれの両側に、図20に示すようにソース/ドレイン領域38が形成される。
Next, an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type (for example, an n-type impurity) is ion-implanted on both sides of the first
ソース/ドレイン領域38の形成後、半導体基板2の表面に、金属膜(図示せず)を堆積する。その後、半導体基板2を熱処理して金属膜と反応させて、図21に示すように、ソース/ドレイン領域38にシリサイド電極40(例えば、NiPtSi電極、CoSi電極、NiSi電極等)を形成する。熱処理後、未反応の金属膜をウェット・エッチングにより除去する。次に保護膜34を、ウェット・エッチング(例えば、希釈HFによるエッチング)により除去する。
After the formation of the source /
その後、図22に示すように例えば、第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)を半導体基板2上に堆積して、CESL42(contact-etch-stop layer)を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 22, for example, a first insulating material (for example, silicon nitride) is deposited on the
(4)層間絶縁膜の形成(図23参照)
図23は、層間絶縁膜44の形成工程を説明する図である。
(4) Formation of interlayer insulating film (see FIG. 23)
FIG. 23 is a diagram illustrating a process for forming the
図23に示すようにCESL42を介して、第1ダミーゲート電極12a上、第2ダミーゲート電極12b上、および半導体基板2の上に、第2絶縁材料(例えば、酸化シリコン)を含む絶縁膜44(層間絶縁膜)を形成する。絶縁膜44は、例えばプラズマCVDにより形成する。絶縁膜44は、例えばSiO2膜である。
As shown in FIG. 23, an insulating
(5)絶縁膜およびストップ膜の化学機械研磨(図24〜図25参照)
図24は、絶縁膜44の化学機械研磨工程を説明する図である。図25は、ストップ膜14a,14bの化学機械研磨工程を説明する図である。
(5) Chemical mechanical polishing of insulating film and stop film (see FIGS. 24 to 25)
FIG. 24 is a diagram for explaining a chemical mechanical polishing process of the insulating
図24及び図25に示すように、絶縁膜44及び第1ストップ膜14a及び第2ストップ膜14bを研磨して、第1ダミーゲート電極12aの上面及び第2ダミーゲート電極12bの上面を露出させる。具体的には例えば以下の手順により、第1ダミーゲート電極12aの上面及び第2ダミーゲート電極12bの上面を露出させる。
As shown in FIGS. 24 and 25, the insulating
(5−1)第1化学機械研磨(図24参照)
先ず、第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)より第2絶縁材料(例えば、酸化シリコン)を速く研磨する第1化学機械研磨により、絶縁膜44(図23参照)を研磨する。この研磨により図24に示すように、第1ストップ膜14a(例えば、窒化シリコン膜)および第2ストップ膜14b(例えば、窒化シリコン膜)上の絶縁膜44が除去される。
(5-1) First chemical mechanical polishing (see FIG. 24)
First, the insulating film 44 (see FIG. 23) is polished by first chemical mechanical polishing in which the second insulating material (for example, silicon oxide) is polished faster than the first insulating material (for example, silicon nitride). 24, the insulating
第1化学機械研磨は、第1スラリーにより被研磨膜を研磨する化学機械研磨である。第1スラリーは、第1ストップ膜14aおよび第2ストップ膜14bに含まれる第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)に対する第1研磨速度より、絶縁膜44に含まれる第2絶縁材料(例えば、酸化シリコン)に対する第2研磨速度が速い研磨剤である。従って第1化学機械研磨は、第1ストップ膜14aおよび第2ストップ膜14bで略停止する。或いは、第1絶縁材料を有するCECL42が十分に厚い場合には、第1化学機械研磨はCECL42で略停止する。
The first chemical mechanical polishing is chemical mechanical polishing in which a film to be polished is polished with a first slurry. The first slurry has a second polishing material (for example, oxidation) included in the insulating
第1スラリーは例えば、シリカ(SiO2)またはセリア(CeO2)の砥粒を水酸化カリウム(KOH)またはアンモニア水(NH4OH)などのアルカリ性溶液に混ぜたスラリーである。 The first slurry is, for example, a slurry in which silica (SiO 2 ) or ceria (CeO 2 ) abrasive grains are mixed with an alkaline solution such as potassium hydroxide (KOH) or ammonia water (NH 4 OH).
(5−2)第2化学機械研磨(図25参照)
次に図25に示すように、第2絶縁材料(例えば、酸化シリコン)より第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)を速く研磨する第2化学機械研磨により、第1ストップ膜14aと第2ストップ膜14bとを除去する。第1絶縁材料を有するCECL42が第1ストップ膜14aおよび第2ストップ膜14b上に残っている場合には、CECL42、第1ストップ膜14aおよび第2ストップ膜14bを、第2化学機械研磨により除去する。
(5-2) Second chemical mechanical polishing (see FIG. 25)
Next, as shown in FIG. 25, the
第2化学機械研磨は、第2スラリーにより被研磨膜を研磨する化学機械研磨である。第2スラリーは、第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)に対する第1研磨速度が、第2絶縁材料(例えば、酸化シリコン)に対する第2研磨速度より速い研磨剤である。 The second chemical mechanical polishing is chemical mechanical polishing in which a film to be polished is polished with a second slurry. The second slurry is an abrasive having a first polishing rate for a first insulating material (for example, silicon nitride) higher than a second polishing rate for a second insulating material (for example, silicon oxide).
第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)を第2絶縁材料(例えば、酸化シリコン)より速く研磨するスラリー(すなわち、第2スラリー)は、ダミーゲート材料20(例えば、多結晶シリコン)を第2絶縁材料(例えば、酸化シリコン)より速く研磨する。 A slurry (i.e., second slurry) that polishes a first insulating material (e.g., silicon nitride) faster than a second insulating material (e.g., silicon oxide) causes the dummy gate material 20 (e.g., polycrystalline silicon) to be second-insulated. Polish faster than the material (eg, silicon oxide).
第2化学機械研磨における第2研磨速度に対する第1研磨速度の比は、例えば100〜150である。第2スラリーのダミーゲート材料20(例えば、多結晶シリコン)に対する第3研磨速度と第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)に対する第1研磨速度の比は、例えば略1である。 The ratio of the first polishing rate to the second polishing rate in the second chemical mechanical polishing is, for example, 100 to 150. The ratio of the third polishing rate of the second slurry to the dummy gate material 20 (for example, polycrystalline silicon) and the first polishing rate to the first insulating material (for example, silicon nitride) is approximately 1, for example.
第2スラリーは例えば、シリカ(SiO2)またはセリア(CeO2)の砥粒をリン酸(H3PO4)水溶液に混ぜたスラリーである。 The second slurry is, for example, a slurry in which silica (SiO 2 ) or ceria (CeO 2 ) abrasive grains are mixed in a phosphoric acid (H 3 PO 4 ) aqueous solution.
(6)ダミーゲート電極の除去(図26参照)
図26は、ダミーゲート電極の除去工程を説明する図である。
(6) Removal of dummy gate electrode (see FIG. 26)
FIG. 26 is a diagram illustrating a dummy gate electrode removal process.
次に図26に示すように、第1ダミーゲート電極12aと第2ダミーゲート電極12bとを除去する。第1ダミーゲート電極12aと第2ダミーゲート電極12bの除去は例えば、ダミーゲート材料のドライ・エッチングにより除去する(「(2−4)ダミーゲート材料および第1絶縁膜のエッチング」参照)。
Next, as shown in FIG. 26, the first
(7)メタルゲートの形成(図27〜図28参照)
図27及び図28は、メタルゲートの形成工程を説明する図である。
(7) Formation of metal gate (see FIGS. 27 to 28)
27 and 28 are diagrams for explaining a metal gate formation process.
第1ダミーゲート電極12aを除去した第1領域46a(図26参照)と第2ダミーゲート電極12bを除去した第2領域46bそれぞれにメタルゲート48(図28参照)を形成する。メタルゲート48は例えば、以下の手順により形成される。
A metal gate 48 (see FIG. 28) is formed in each of the
先ず図27に示すように、金属を有する導電膜51(例えば、Ti膜、Ta膜、TiN膜、TaN膜、Ni膜、Ir膜)を半導体基板2上に堆積する。この導電膜51を化学機械研磨により研磨して、図28に示すように、第1領域46aおよび第2領域46bそれぞれに配置されたメタルゲート48を形成する。
First, as shown in FIG. 27, a
(8)配線層の形成(図29〜図31参照)
図29〜図31は、配線層の形成工程を説明する図である。
(8) Formation of wiring layer (see FIGS. 29 to 31)
FIG. 29 to FIG. 31 are diagrams for explaining the formation process of the wiring layer.
メタルゲート48の形成後、絶縁膜44(以下、第1層間絶縁膜と呼ぶ)上に第2層間絶縁膜44b(図29参照)を形成する。その後、第1層間絶縁膜44と第2層間絶縁膜44bに、図29に示すように、シリサイド電極40に達する第1コンタクトホール50aと、メタルゲート48に達する第2コンタクトホール50bとを形成する。
After the formation of the
次に図30に示すように、第1コンタクトホール50aおよび第2コンタクトホール50bそれぞれにビア52を形成する。ビア52は例えば、バリア金属膜(例えば、TiN膜)と低抵抗金属(例えば、W)とを有する導体である。これにより、第1層目の配線層54a(図31参照)が形成される。
Next, as shown in FIG. 30, a via 52 is formed in each of the
その後図31に示すように、第2絶縁膜44b上にビア52に接続される配線56を含む2層目以降の配線層54bを形成する。以上により、半導体装置58が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 31, second and subsequent wiring layers 54b including the
(9)ディッシングの抑制(図32〜図33参照)
図32は、第1ダミーゲート電極12a上の第1ストップ膜14aと略同じ厚さの第3ストップ膜14cが第2ダミーゲート電極12b上に設けられた場合の化学機械研磨を説明する断面図である。第3ストップ膜14cは、第1ストップ膜14aと同じ第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)を有する絶縁膜である。
(9) Suppression of dishing (see FIGS. 32 to 33)
FIG. 32 is a cross-sectional view for explaining chemical mechanical polishing when a
図32(a)は、絶縁膜44を第1化学機械研磨により研磨した後の断面図である。図32(b)は、第1ストップ膜14aおよび第3ストップ膜14cを、第2化学機械研磨により研磨した後の断面図である。
FIG. 32A is a cross-sectional view after the insulating
第2化学機械研磨は、第1及び第2ダミーゲート電極12a,12bの上面が露出した後も一定期間継続される。このオーバエッチングにより、第1及び第2ダミーゲート電極12a,12bの上面が確実に露出される。
The second chemical mechanical polishing is continued for a certain period after the upper surfaces of the first and second
第2化学機械研磨は、第1及び第3ストップ膜14a,14c(例えば、窒化シリコン膜)に対する第1研磨速度が、絶縁膜44(例えば、酸化シリコン膜)に対する第2研磨速度より速い化学機械研磨である。更に第2化学機械研磨は、ダミーゲート材料20(例えば、多結晶シリコン)に対する第3研磨速度が、絶縁膜44(例えば、酸化シリコン)に対する第2研磨速度より速い化学機械研磨である。
In the second chemical mechanical polishing, the first polishing rate for the first and
いま第2化学機械研磨により第1及び第3ストップ膜14a,14cが除去され、第1及び第2ダミーゲート電極12a,12bの上面が絶縁膜44と略同一平面上に位置するようになった状態を考える。この状態になると、第1及び第2ダミーゲート電極12a,12bの研磨速度は、周囲を囲む絶縁膜44の影響を受けて低下する。
Now, the first and
研磨速度の低下は、絶縁膜44の近傍ほど大きい。このため、第1及び第2ダミーゲート電極12a,12bの上面が中央部で凹むディッシングが発生し易くなる。
The decrease in the polishing rate is greater in the vicinity of the insulating
研磨速度の低下は絶縁膜44から離れるほど小さくなる。このため、図32(b)に示すように、ゲート長の長い第2ダミーゲート電極12bには深い凹みが生じる。一方、ゲート長の短い第1ダミーゲート電極12aに生じる凹みは浅い(図32(b)には、第1ダミーゲート電極12aの凹みが無視できる場合が示されている)。第2ダミーゲート電極12bの凹みは、研磨時間が長くなるほど深くなる。
The decrease in the polishing rate decreases as the distance from the insulating
実施の形態1の製造方法では図18に示すように、第2ストップ膜14bが第1ストップ膜14aより厚いので、第2ダミーゲート電極12bの研磨が開始する時点が、第1ダミーゲート電極12aの研磨が開始する時点より遅くなる。このため、第2ダミーゲート電極12bの研磨時間が第1ダミーゲート電極12aの研磨時間より短くなる。その結果、深い凹みが発生しやすい第2ダミーゲート電極12bのディッシングが抑制される。従って実施の形態1によれば、ディッシングを抑制することができる。
In the manufacturing method of the first embodiment, as shown in FIG. 18, since the
更に実施の形態1では、第2ストップ膜14bの中央部が、周端部より厚くなっている。このため、第2ダミーゲート電極12bの中央部の研磨時間が周端部より短くなる。このため、第2ダミーゲート電極12bのディッシングが更に抑制される。
Furthermore, in the first embodiment, the central portion of the
―ディッシングによる閾値のバラツキ―
図33は、図32のようにゲート長の異なる複数のダミーゲート電極上に略同じ厚さのストップ膜を設けて製造したFinFETのPelgrom図である。縦軸は、FinFETの閾値の標準偏差σである。横軸は、FinFETのゲート長Lとゲート幅Wの積の平方根すなわちゲート面積(=L×W)の平方根である。図33には、ピッチ及びFinの幅が一定のFinFET群で測定された標準偏差σが示されている。
―Threshold variation due to dishing―
FIG. 33 is a Pelgrom diagram of a FinFET manufactured by providing stop films having substantially the same thickness on a plurality of dummy gate electrodes having different gate lengths as shown in FIG. The vertical axis represents the standard deviation σ of the FinFET threshold. The horizontal axis is the square root of the product of the gate length L and the gate width W of the FinFET, that is, the square root of the gate area (= L × W). FIG. 33 shows a standard deviation σ measured in a FinFET group having a constant pitch and Fin width.
図33のデータ点「■」は、ゲート長が10nm〜50nmのFinFETを測定して得られた標準偏差σaを示している。図33のデータ点「●」は、ゲート長が150nm〜1000nmのFinFETを測定して得られた標準偏差σbを示している。 A data point “■” in FIG. 33 indicates a standard deviation σa obtained by measuring a FinFET having a gate length of 10 nm to 50 nm. A data point “●” in FIG. 33 indicates a standard deviation σb obtained by measuring a FinFET having a gate length of 150 nm to 1000 nm.
図33から明らかなように、ゲート面積(=L×W)が同じ場合、ゲート長が長いFinFETの標準偏差σbは、ゲート長が短いFinFETの標準偏差σaより大きくなる。すなわち図33は、ゲート長が長くなると、閾値のバラツキが大きくなることを示している。 As is apparent from FIG. 33, when the gate area (= L × W) is the same, the standard deviation σb of the FinFET having the long gate length is larger than the standard deviation σa of the FinFET having the short gate length. That is, FIG. 33 shows that the variation in threshold value increases as the gate length increases.
上述したように、メタルゲート48は、ダミーゲート電極12a,12bをドライ・エッチングにより除去した領域に形成される。このメタルゲート48の下方の半導体基板の表層が、キャリアが走行するチャネル領域になる。
As described above, the
図32に示すように、ゲート長の長い第2ダミーゲート電極12bは、ディッシングにより生じる凹み60の深さの分、ゲート長の短い第1ダミーゲート電極12aより薄い。このため、第2ダミーゲート電極12bは、第1ダミーゲート電極12aより短時間で除去される。
As shown in FIG. 32, the second
第2ダミーゲート電極12bの除去後、第1ダミーゲート電極12aのドライ・エッチングが終了するまで、第2ダミーゲート電極12bが存在していた領域の半導体基板2は熱酸化膜10を介して(ドライ・エッチングの)プラズマに曝される。
After the removal of the second
この時プラズマに曝された半導体基板2の表層が、第2ダミーゲート電極12bをメタルゲートで置き換えたFinFETのチャネル領域になる。このチャネル領域の物性は、プラズマから受けるダメージによって変動する。その結果、第2ダミーゲート電極12bをメタルゲートで置き換えたFinFETすなわちゲート長が長いFinFETでは、閾値のバラツキが大きくなる。
At this time, the surface layer of the
上述したように実施の形態1では、図22に示すように第2ダミーゲート電極12b上の第2ストップ膜14bを厚くすることで、ディッシングを抑制する。従って実施の形態1によれば、FinFETの閾値のバラツキを抑制することができる。
As described above, in the first embodiment, dishing is suppressed by increasing the thickness of the
ところでFinFETの閾値のバラつきは、ダミーゲート電極のデッシングが5nm以上なると顕在化する。従って、第2ストップ膜14bの高さH2(図18(c)参照)は、第1ストップ膜14aの高さH1(図18(c)参照)より5nm以上高いことが好ましい。
By the way, the variation in the threshold value of the FinFET becomes apparent when the dishing of the dummy gate electrode is 5 nm or more. Therefore, the height H2 (see FIG. 18C) of the
一方、第1ストップ膜14aと第2ストップ膜14bの高低差が30nmより大きくなると、第1化学機械研磨による絶縁膜44の平坦化が困難になる。
On the other hand, when the height difference between the
従って、第2ストップ膜14bの高さH2は、第1ストップ膜14aの高さH1より5nm以上30nm以下高いことが好ましい。更に好ましくは、第2ストップ膜14bの高さH2は、第1ストップ膜14aの高さH1より15nm以上20nm以下高いことが好ましい。
Accordingly, the height H2 of the
例えば、第1ストップ膜14aの高さH1が15nm〜30nmの場合、第2ストップ膜14bの高さH2は20nm(=15nm+5nm)以上60nm(=30nm+30nm)以下が好ましい。更に好ましくは、第2ストップ膜14bの高さH2は、30nm(=15nm+15nm)以上50nm(=30nm+20nm)以下である。
For example, when the height H1 of the
(実施の形態2)
実施の形態2は、実施の形態1に類似している。従って、実施の形態1と共通する部分の説明は、省略または簡単にする。
(Embodiment 2)
The second embodiment is similar to the first embodiment. Therefore, description of portions common to
図34〜図44は、実施の形態2の半導体装置の製造方法を説明する図である。 34 to 44 are views for explaining the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.
図34(a)、図35(a)・・・図44(a)は、平面図である。図34(b)、図35(b)・・・図44(b)それぞれは、図34(a)のXXXIVB線、図35(a)のXXXVB線・・・図44(a)のXLIVB線に沿った断面図である。図34(c)、図35(c)・・・図44(c)それぞれは、図34(a)のXXXIVC線、図35(a)のXXXVC線・・・図44(a)のXLIVC線に沿った断面図である。 FIG. 34 (a), FIG. 35 (a)... FIG. 44 (a) is a plan view. 34 (b), 35 (b)... FIG. 44 (b) are respectively the XXXIVB line in FIG. 34 (a), the XXXVB line in FIG. 35 (a), and the XLIVB line in FIG. 44 (a). FIG. 34 (c), 35 (c)... FIG. 44 (c) are respectively the XXXIVC line in FIG. 34 (a), the XXXVC line in FIG. 35 (a), and the XLIVC line in FIG. FIG.
(1)Finの形成等(図1〜図6参照)
図1〜図6を参照して説明した実施の形態1の手順により、半導体基板2(例えば、Si基板)に第1半導体領域4a(Fin)および第2半導体領域4b(Fin)を形成し、その後活性化する。
(1) Fin formation, etc. (See FIGS. 1-6)
The
(2)ダミーゲート電極およびストップ膜の形成(図7〜図9、図34〜図40参照)
図34〜図40は、実施の形態2のダミーゲート電極およびストップ膜の形成工程を説明する図である。
(2) Formation of dummy gate electrode and stop film (see FIGS. 7 to 9 and FIGS. 34 to 40)
34 to 40 are diagrams for explaining the steps of forming the dummy gate electrode and the stop film according to the second embodiment.
第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bの形成後、図40に示すように、半導体基板2(例えば、Si基板)上に、第1ダミーゲート電極12a、第2ダミーゲート電極12b、第1ストップ膜14a、および第2ストップ膜14bを形成する。
After the formation of the
図40に示すように、第2ストップ膜14bの高さH2(図40(c)参照)は、実施の形態1と同様、第1ストップ膜14aの高さH1より高い。更に、第2ストップ膜14bの中央部は実施の形態1と同様、第2ストップ膜14bの周端部より厚い。
As shown in FIG. 40, the height H2 (see FIG. 40C) of the
実施の形態1の第1ストップ膜14aは、図18に示すように平坦である。一方、実施の形態2の第1ストップ膜14aは、図40に示すように凸状である。すなわち、実施の形態2の第1ストップ膜14aの中央部は、第1ストップ膜14aの周端部より厚い。
The
具体的には例えば以下の手順により、第1ダミーゲート電極12a、第2ダミーゲート電極12b、第1ストップ膜14a、および第2ストップ膜14bを形成する。
Specifically, the first
(2−1)ダミーゲート材料の形成〜マスクパターンの形成(図7〜図9、図34参照)
図34は、ダミーゲート材料の形成工程〜マスクパターンの形成工程を説明する図である。
(2-1) Formation of dummy gate material to mask pattern (see FIGS. 7 to 9 and FIG. 34)
FIG. 34 is a diagram for explaining a dummy gate material forming process to a mask pattern forming process.
先ず図7〜図8を参照して説明した実施の形態1の手順により、半導体基板2上にダミーゲート材料20(例えば、多結晶シリコン)を堆積し、その後平坦化する。
First, the dummy gate material 20 (for example, polycrystalline silicon) is deposited on the
次に図9を参照して説明した実施の形態1の手順により、平坦化したダミーゲート材料20上に、第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)を含む下部絶縁膜26を形成する。更に、第1絶縁材料とは異なる第3絶縁材料(例えば、酸化シリコン)を含む上部絶縁膜28を、下部絶縁膜26上に形成する。
Next, the lower insulating
その後図34に示すように、第1ダミーゲート電極12aに対応する第1マスクパターン30aと第2ダミーゲート電極12bに対応する第2マスクパターン30bとを、上部絶縁膜28上に形成する。第1マスクパターン30aおよび第2マスクパターン30bは、例えばフォトレジスト膜のパターンである。
Thereafter, as shown in FIG. 34, a
(2−2)ダミーゲート材料のエッチング(図35参照)
図35は、ダミーゲート材料のエッチング工程を説明する図である。
(2-2) Etching of dummy gate material (see FIG. 35)
FIG. 35 is a diagram for explaining an etching process of the dummy gate material.
第1マスクパターン30aおよび第2マスクパターン30bをマスクとして、上部絶縁膜28と下部絶縁膜26とダミーゲート材料20とをエッチングする。
The upper insulating
第1マスクパターン30aおよび第2マスクパターン30bは例えば、実施の形態1で説明した低選択比ドライ・エッチングによりエッチングする。ダミーゲート材料20は例えば、実施の形態1で説明したダミーゲート材料20のドライ・エッチングによりエッチングする(実施の形態1の「(2−4)ダミーゲート材料および第1絶縁膜のエッチング」参照)。
The
これらのエッチングにより、第1ダミーゲート電極12aと、下部絶縁膜26の第1ダミーゲート電極12a上の部分を有する第1下部絶縁膜パターン62aとが形成される。更に、上部絶縁膜28の第1ダミーゲート電極12a上の部分を有する第1上部絶縁膜パターン64aが形成される。
By these etchings, a first
更に上記エッチングにより、第2ダミーゲート電極12bと、下部絶縁膜26の第2ダミーゲート電極12b上の部分を有する第2下部絶縁膜パターン62bとが形成される。更に、上部絶縁膜28の第2ダミーゲート電極12b上の部分を有する第2上部絶縁膜パターン64bが形成される。
Further, the etching forms the second
(2−3)上部絶縁膜パターンのサイドエッチング(図36〜図37参照)
図36及び図37は、上部絶縁膜パターン64a,64bのサイドエッチング工程を説明する図である。
(2-3) Side etching of upper insulating film pattern (see FIGS. 36 to 37)
36 and 37 are views for explaining a side etching process of the upper insulating
第1マスクパターン30aで上面が覆われた状態の第1上部絶縁膜パターン64a(図35参照)と第2マスクパターン30bで上面が覆われた状態の第2上部絶縁膜パターン64b(図35参照)とを、図36に示すようにそれぞれの側面からエッチングする。このエッチングは例えば、希釈HFによるウェット・エッチングである。
The first upper insulating
これにより図37に示すように、第1サイズS1,s1を有する第3上部絶縁膜パターン64cと、第1サイズS1,s1より大きい第2サイズS2,s2を有する第4上部絶縁膜パターン64dとを形成する。
Thus, as shown in FIG. 37, the third upper insulating
その後、第1マスク30aおよび第2マスク30bを除去する。
Thereafter, the
(2−4)ストップ膜の形成(図38〜図40参照)
図38〜図40は、第1ストップ膜14aおよび第2ストップ膜14bの形成工程を説明する図である。
(2-4) Formation of stop film (see FIGS. 38 to 40)
38 to 40 are views for explaining the steps of forming the
図38〜図40に示すように、第3上部絶縁膜パターン64cと第4上部絶縁膜パターン64dとをエッチングしながら、第1下部絶縁膜パターン62aと第2下部絶縁膜パターン62bとをエッチングする。第1下部絶縁膜パターン62a、第2下部絶縁膜パターン62b、第3上部絶縁膜パターン64c、および第4上部絶縁膜パターン64dは例えば、実施の形態1で説明した低選択比ドライ・エッチングにより、エッチングする。
As shown in FIGS. 38 to 40, the first lower insulating
図38及び図39は、第1下部絶縁膜パターン62a〜第4上部絶縁膜パターン64dの状態をエッチングの進行過程に従って示す図である。図38は、エッチング開始後間もない時点での状態を示している。図39は、第1ダミーゲート電極12a上の第3上部絶縁膜パターン64cが消失した時点での状態を示している。図40は、第1下部絶縁膜パターン62a〜第4上部絶縁膜パターン64dのエッチングが終了した時点の状態を示す図である。
38 and 39 are views showing the states of the first lower insulating
図40に示すように、第1下部絶縁膜パターン62a〜第4上部絶縁膜パターン64dのエッチングは、第2ダミーゲート電極12b上の第4上部絶縁膜パターン64dが消失した時点で(または、その後間もなく)終了する。このエッチングにより、第1ストップ膜14aと第2ストップ膜14bが形成される。
As shown in FIG. 40, the etching of the first lower insulating
(3)ソース/ドレイン領域等の形成(図41参照)
図41は、ソース/ドレイン領域38等の形成工程を説明する図である。
(3) Formation of source / drain regions and the like (see FIG. 41)
FIG. 41 is a diagram illustrating a process for forming the source /
図41に示すように、例えば実施の形態1と略同じ手順(実施の形態1の「(3)ソース/ドレイン領域等の形成」参照)により、サイドウォール36、ソース/ドレイン領域38、シリサイド電極40、およびCESL42を形成する。
As shown in FIG. 41, for example, by substantially the same procedure as in the first embodiment (refer to “(3) Formation of source / drain regions and the like” in the first embodiment), the
サイドウォール36は、半導体基板2上に堆積した第1絶縁材料(例えば、窒化シリコン)をエッチ・バック(etch back)することで形成する。第1及び第2ストップ膜14a,14bはサイドウォール36と同じ第1絶縁材料で形成されているので、サイドウォール36のエッチ・バックによりエッチングされる虞がある。
The
実施の形態1では、第1及び第2ストップ膜14a,14bのエッチングを保護膜34により抑制している。しかし実施の形態2では図40に示すように、第1ストップ膜14a上および第2ストップ膜14b上に保護膜は設けられない。
In the first embodiment, etching of the first and
そこで実施の形態2では、サイド・ウォール36となる第1絶縁材料のエッチ・バックを第1絶縁材料の消失後直ちに終了する。これにより、第1ストップ膜14aおよび第2ストップ膜14bのエッチングが抑制される。
Therefore, in the second embodiment, the etch back of the first insulating material that becomes the
シリサイド電極40は、金属膜を堆積した半導体基板2を熱処理することで形成される。この際、金属膜/絶縁膜界面(例えば、金属膜/ストップ膜界面)には変成層が形成される。このような変成層を、第2化学機械研磨で除去することは容易ではない。
The
実施の形態1では、ウェット・エッチングにより未反応金属を除去した後、例えば希釈HFにより保護膜34(図18参照)と一緒に変成層を除去する。 In the first embodiment, after removing the unreacted metal by wet etching, the metamorphic layer is removed together with the protective film 34 (see FIG. 18) by, for example, diluted HF.
実施の形態2では保護膜34を設けないので、未反応金属のウェット・エッチング時間を長くすることで、未反応金属と共に変成層を除去する。
Since the
(4)層間絶縁膜の形成(図42参照)
図42は、層間絶縁膜44の形成工程を説明する図である。
(4) Formation of interlayer insulating film (see FIG. 42)
FIG. 42 is a diagram illustrating a process for forming the
図42に示すように、第1ダミーゲート電極12a、第2ダミーゲート電極12bおよび半導体基板2の上に、第2絶縁材料(例えば、酸化シリコン)を含む絶縁膜44(層間絶縁膜)を形成する。絶縁膜44は、例えば実施の形態1で説明した手順により形成する。
As shown in FIG. 42, an insulating film 44 (interlayer insulating film) containing a second insulating material (for example, silicon oxide) is formed on the first
(5)絶縁膜およびストップ膜の化学機械研磨(図43〜図44参照)
図43及び図44はそれぞれ、絶縁膜44及びストップ膜14a,14bの化学機械研磨工程を説明する図である。
(5) Chemical mechanical polishing of insulating film and stop film (see FIGS. 43 to 44)
43 and 44 are diagrams for explaining the chemical mechanical polishing process of the insulating
先ず図43に示すように、例えば実施の形態1で説明した手順(実施の形態1の「(5−1)第1化学機械研磨」参照)により、絶縁膜44を研磨する。この研磨より、第1ストップ膜14a上の絶縁膜44および第2ストップ膜14b上の絶縁膜44が除去される。
First, as shown in FIG. 43, the insulating
次に図44に示すように、例えば実施の形態1で説明した手順(実施の形態1の「(5−2)第2化学機械研磨」参照)により、第1ストップ膜14aと第2ストップ膜14bとを除去する。これにより、第1ダミーゲート電極12aの上面及び第2ダミーゲート電極12bの上面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 44, for example, by the procedure described in the first embodiment (see “(5-2) Second chemical mechanical polishing” in the first embodiment), the
(6)ダミーゲート電極の除去〜配線層の形成
次に、例えば実施の形態1で説明した手順(実施の形態1の「(6)ダミーゲート電極の除去」参照)により、第1ダミーゲート電極12aと第2ダミーゲート電極12bとを除去する。
(6) Removal of dummy gate electrode to formation of wiring layer Next, for example, by the procedure described in the first embodiment (see “(6) Removal of dummy gate electrode” in the first embodiment), the first
次に、例えば実施の形態1で説明した手順(実施の形態1の「(7)メタルゲートの形成」参照)により、第1ダミーゲート電極12aを除去した領域および第2ダミーゲート電極12bを除去した領域それぞれにメタルゲートを形成する。
Next, for example, by the procedure described in the first embodiment (see “(7) Formation of metal gate” in the first embodiment), the region from which the first
その後、例えば実施の形態1で説明した手順(実施の形態1の「(8)配線層の形成」参照)により、配線層を形成する。以上により、実施の形態2の半導体装置が完成する。 Thereafter, the wiring layer is formed by the procedure described in the first embodiment (see “(8) Formation of wiring layer” in the first embodiment). As described above, the semiconductor device of the second embodiment is completed.
実施の形態2では、第1ストップ膜14aおよび第2ストップ膜14bを、第1凸部22a(図15参照)を設けずに形成する。このため第1凸部22aに対応する第3マスクパターン30c(図11参照)は形成されないので、フォトリソグラフィ工程が一つ少なくなる。従って実施の形態2によれば、製造工程が簡素化される。
In the second embodiment, the
(実施の形態3)
実施の形態3は、実施の形態2に類似している。従って実施の形態2と共通する部分の説明は、省略または簡単にする。
(Embodiment 3)
The third embodiment is similar to the second embodiment. Therefore, description of portions common to
図45は、実施の形態3の半導体装置の製造方法を説明する図である。 FIG. 45 illustrates a method for manufacturing the semiconductor device of the third embodiment.
図45(a)は、平面図である。図45(b)は、図45(a)のXLVB線に沿った断面図である。図45(c)は、図45(a)のXLVC線に沿った断面図である。 FIG. 45A is a plan view. FIG. 45B is a cross-sectional view taken along line XLVB in FIG. FIG. 45 (c) is a cross-sectional view along the XLVC line of FIG. 45 (a).
(1)Finの形成〜上部絶縁膜パターンのサイドエッチング
先ず実施の形態2で説明した手順により、第1下部絶縁膜パターン62a(図37参照)および第3上部絶縁膜パターン64cが上面に形成された第1ダミーゲート電極12aを形成する。更に、第2下部絶縁膜パターン62b(図37参照)および第4上部絶縁膜パターン64dが上面に形成された第2ダミーゲート電極12bを形成する。すなわち、実施の形態2の「(1)Finの形成等」〜「(2−3)上部絶縁膜のサイドエッチング」で説明した手順により、図37に示す第1及び第2ダミーゲート電極12a,12bを形成する。
(1) Formation of Fin to Side Etching of Upper Insulating Film Pattern First, the first lower insulating
(2)ストップ膜の形成
次に実施の形態2と略同じ手順により、第3上部絶縁膜パターン64cと第4上部絶縁膜パターン64dをエッチングしながら、第1下部絶縁膜パターン62aと第2下部絶縁膜パターン62bとをエッチングする。このエッチングにより、第1ストップ膜14aと第2ストップ膜14bとが形成される(実施の形態2の「(2−4)ストップ膜の形成」参照)。
(2) Formation of Stop Film Next, the first lower insulating
実施の形態2では図40に示すように、第2ダミーゲート電極12b上の第4上部絶縁膜パターン64dが消失した後に、第1下部絶縁膜パターン62aおよび第2下部絶縁膜パターン62bのエッチングを終了する。
In the second embodiment, as shown in FIG. 40, after the fourth upper insulating
一方、実施の形態3では、第1ダミーゲート電極12a上の第3上部絶縁膜パターン64cが消失した後、第4上部絶縁膜パターン64dが消失する前に、第1下部絶縁膜パターン62aおよび第2下部絶縁膜パターン62bのエッチングを終了する。
On the other hand, in the third embodiment, after the third upper insulating
(3)ソース/ドレイン領域等の形成(図45参照)
次に実施の形態2で説明した手順により、サイドウォール36、ソース/ドレイン領域38、およびシリサイド電極40を形成する(実施の形態2の「(3)ソース/ドレイン領域等の形成」参照)。その後、第4上部絶縁膜パターン64d(図45参照)を第2ストップ膜14b上に残したまま、CESL42を形成する。
(3) Formation of source / drain regions and the like (see FIG. 45)
Next, sidewalls 36, source /
(4)層間絶縁膜の形成〜配線層の形成
次に実施の形態2で説明した手順により、半導体装置を完成させる(実施の形態2の「(4)層間絶縁膜の形成」〜「(6)ダミーゲート電極〜配線層の形成」参照)。
(4) Formation of Interlayer Insulating Film to Formation of Wiring Layer Next, a semiconductor device is completed by the procedure described in the second embodiment (“(4) Formation of interlayer insulating film” to “(6 (See “Dummy Gate Electrode to Wiring Layer Formation”).
この際、第4上部絶縁膜パターン64dが上面に残されたままの第2ストップ膜14bを第2化学機械研磨により除去する。第4上部絶縁膜パターン64dを形成する第3絶縁材料(例えば、酸化シリコン)に対する第2化学機械研磨のエッチング速度は遅い。
At this time, the
しかし第4上部絶縁膜パターン64dは、第1ストップ膜14aおよび第2ストップ膜14bを形成するためのドライ・エッチングにより、例えば10nm以下に薄層化されている。従って、第4上部絶縁膜パターン64dは第2化学機械研磨により容易に除去することができる。
However, the fourth upper insulating
実施の形態3によれば、実施の形態2と同様にフォトリソグラフィ工程が一つ少なくなるので、製造工程が簡素化される。 According to the third embodiment, since the number of photolithography processes is reduced by one as in the second embodiment, the manufacturing process is simplified.
(実施の形態4)
実施の形態4は、実施の形態1に類似している。従って、実施の形態1と共通する部分の説明は、省略または簡単にする。実施の形態4の半導体装置は、プレーナ型のMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)を有する半導体装置である。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment is similar to the first embodiment. Therefore, description of portions common to
図46および図47は、実施の形態4の半導体装置の製造方法を説明する図である。 46 and 47 are diagrams illustrating the method of manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment.
図46(a)および図47(a)は、平面図である。図46(b)および図47(b)はそれぞれ、図46(a)のXLVIB線および図47(a)のXLVIIB線に沿った断面図である。図47(c)は、図47(a)のXLVIIC線に沿った断面図である。 46 (a) and 47 (a) are plan views. 46 (b) and 47 (b) are cross-sectional views taken along the XLVIB line in FIG. 46 (a) and the XLVIIB line in FIG. 47 (a), respectively. FIG. 47C is a cross-sectional view taken along line XLVIIC in FIG.
(1)活性領域の形成および活性化(図46参照)
先ず図46に示すように、半導体基板2に、素子分離溝内の絶縁層66に囲まれた第1及び第2半導体領域4a,4bを形成する。次に、例えば実施の形態1で説明した手順により、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bを活性化する(実施の形態1の「(1―2)Finの活性化」参照)。
(1) Formation and activation of active region (see FIG. 46)
First, as shown in FIG. 46, the first and
その後、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bの上面を酸化して、熱酸化膜70を形成する。
Thereafter, the upper surfaces of the
(2)ダミーゲート電極の形成(図47参照)
熱酸化膜70の形成後、図47に示すように、半導体基板2上に、第1ダミーゲート電極12a、第2ダミーゲート電極12b、第1ストップ膜14a、第2ストップ膜14b、および保護膜34を形成する。第1ダミーゲート電極12a〜保護膜34は、実施の形態1で説明した手順により形成する(実施の形態1の「(2)ダミーゲート電極の形成」参照)。
(2) Formation of dummy gate electrode (see FIG. 47)
After the formation of the
図47に示すように、第1ダミーゲート電極12aは、平面視において第1半導体領域4a(活性領域)に交差しつつ、第1ゲート絶縁膜18aを介して第1半導体領域4aの上面を覆うように設けられる。同様に、第2ダミーゲート電極12bは、平面視において第2半導体領域4b(活性領域)に交差しつつ、第2ゲート絶縁膜18bを介して第2半導体領域4bの上面を覆うように設けられる。第1ゲート絶縁膜18aおよび第2ゲート絶縁膜18bはそれぞれ例えば、第1半導体領域4aおよび第2半導体領域4bの上面を酸化して形成した熱酸化膜10の一部である。
As shown in FIG. 47, the first
(3)ソース/ドレイン領域等の形成〜層間絶縁膜の形成
その後、実施の形態1で説明した手順と略同じ手順により、プレーナ型のMOSFETを有する半導体装置を完成する(実施の形態1の「(3)ソース/ドレイン領域等の形成」〜「(8)配線層の形成」参照)。
(3) Formation of Source / Drain Region and the like to Formation of Interlayer Insulating Film Thereafter, a semiconductor device having a planar MOSFET is completed by substantially the same procedure as that described in the first embodiment (see “ (3) Formation of source / drain regions and the like "to" (8) Formation of wiring layer ").
実施の形態4によれば、プレーナ型のMOSFETを有する半導体装置を、ダミーゲート電極のディッシングを抑制しながら製造することができる。 According to the fourth embodiment, a semiconductor device having a planar MOSFET can be manufactured while suppressing dishing of the dummy gate electrode.
実施の形態1〜4は、例示であって制限的なものではない。
例えば、実施の形態1〜4では第1絶縁材料は、窒化シリコンである。しかし、第1絶縁材料は、他の絶縁材料(例えば、酸窒化シリコン)であってもよい。 For example, in the first to fourth embodiments, the first insulating material is silicon nitride. However, the first insulating material may be another insulating material (for example, silicon oxynitride).
また、実施の形態1〜4では第2絶縁材料は、酸化シリコンである。しかし、第2絶縁材料は、他の絶縁材料(例えば、PSG(Phosphorus silicate glass),USG(un-doped silicate glass),BPSG(boron-silicate glass)等)であってもよい。第3絶縁材料および第4絶縁材料についても、同様である。 In the first to fourth embodiments, the second insulating material is silicon oxide. However, the second insulating material may be another insulating material (for example, PSG (Phosphorus silicate glass), USG (un-doped silicate glass), BPSG (boron-silicate glass), etc.). The same applies to the third insulating material and the fourth insulating material.
また実施の形態1〜4では、第1導電型および第2導電型はそれぞれ、p型およびn型である。しかし、第1導電型および第2導電型はそれぞれ、n型およびp型であってもよい。 In the first to fourth embodiments, the first conductivity type and the second conductivity type are p-type and n-type, respectively. However, the first conductivity type and the second conductivity type may be n-type and p-type, respectively.
また、実施の形態1〜4では、第1半導体領域4aと第2半導体領域4bは異なる半導体領域である。しかし、第1半導体領域4aと第2半導体領域4bは一つの領域であってもよい。
In the first to fourth embodiments, the
以上の実施の形態1〜4に関し、更に以下の付記を開示する。 The following additional notes are further disclosed with respect to the first to fourth embodiments.
(付記1)
半導体基板上に、第1ゲート長を有する第1ダミーゲート電極と、第1ゲート長より長い第2ゲート長を有する第2ダミーゲート電極と、前記第1ダミーゲート電極上に設けられ第1絶縁材料を含み第1膜厚を有する第1ストップ膜と、前記第2ダミーゲート電極上に設けられ前記第1絶縁材料を含み、前記第1膜厚より厚い第2膜厚を有する第2ストップ膜とを形成する工程と、
前記第1ダミーゲート電極上、前記第2ダミーゲート電極上及び前記半導体基板上に、第2絶縁材料を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜、前記第1ストップ膜及び第2ストップ膜を研磨して、前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を露出させる工程と、
前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を露出させる工程後に、前記第1ダミーゲート電極と前記第2ダミーゲート電極とを除去する工程と、
前記第1ダミーゲート電極を除去した第1領域と前記第2ダミーゲート電極を除去した第2領域それぞれにメタルゲートを形成する工程とを有する
半導体装置の製造方法。
(Appendix 1)
A first dummy gate electrode having a first gate length on a semiconductor substrate, a second dummy gate electrode having a second gate length longer than the first gate length, and a first insulation provided on the first dummy gate electrode. A first stop film having a first film thickness including a material and a second stop film having a second film thickness that is provided on the second dummy gate electrode and includes the first insulating material and is thicker than the first film thickness. Forming a process; and
Forming an insulating film containing a second insulating material on the first dummy gate electrode, on the second dummy gate electrode, and on the semiconductor substrate;
Polishing the insulating film, the first stop film, and the second stop film to expose the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Removing the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode after the step of exposing the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Forming a metal gate in each of the first region from which the first dummy gate electrode has been removed and the second region from which the second dummy gate electrode has been removed.
(付記2)
前記第2ストップ膜の中央部は、前記第2ストップ膜の周端部より厚いことを
特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 2)
The manufacturing method of a semiconductor device according to
(付記3)
前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を形成する工程は、
前記半導体基板上にダミーゲート材料を形成する工程と、
前記ダミーゲート材料上に、第1凸部を有し前記第1絶縁材料を含む第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1ダミーゲート電極に対応し前記第1絶縁膜の平坦部を覆う第1マスクパターンと、前記第2ダミーゲート電極に対応し前記第1凸部を覆う第2マスクパターンとを形成する工程と、
前記第1マスクパターン及び前記第2マスクパターンをマスクとして前記第1絶縁膜と前記ダミーゲート材料とをエッチングして、前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を形成する工程と、を有することを
特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 3)
Forming the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Forming a dummy gate material on the semiconductor substrate;
Forming a first insulating film having a first protrusion and including the first insulating material on the dummy gate material;
Forming a first mask pattern corresponding to the first dummy gate electrode and covering a flat portion of the first insulating film; and a second mask pattern corresponding to the second dummy gate electrode and covering the first convex portion. When,
Etching the first insulating film and the dummy gate material using the first mask pattern and the second mask pattern as a mask to form the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode; The method for manufacturing a semiconductor device according to
(付記4)
前記第1絶縁膜を形成する工程は、
前記ダミーゲート材料上に、前記第1絶縁材料を含む下部絶縁膜と、前記第1絶縁材料とは異なる第3絶縁材料を含む、前記下部絶縁膜上の上部絶縁膜とを形成する工程と、
前記上部絶縁膜上に、前記第1凸部に対応する第3マスクパターンを形成する工程と、
前記第3マスクパターンをマスクとして前記上部絶縁膜と前記下部絶縁膜の上部とをエッチングして前記下部絶縁膜に第2凸部を形成しつつ、前記上部絶縁膜のうち前記第2凸部上の部分を有する第1絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第3マスクパターンで上面が覆われた状態の前記第1絶縁膜パターンを側面からエッチングして、前記上部絶縁膜の第2絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第2凸部の形成後の前記下部絶縁膜の上部を前記第2絶縁膜パターンを介してエッチングして、前記第1凸部を有する前記第1絶縁膜を形成する工程と、を有することを
特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 4)
The step of forming the first insulating film includes:
Forming a lower insulating film including the first insulating material and an upper insulating film on the lower insulating film including a third insulating material different from the first insulating material on the dummy gate material;
Forming a third mask pattern corresponding to the first protrusion on the upper insulating film;
Etching the upper insulating film and the upper portion of the lower insulating film using the third mask pattern as a mask to form a second convex portion on the lower insulating film, and on the second convex portion of the upper insulating film Forming a first insulating film pattern having a portion of:
Etching the first insulating film pattern whose upper surface is covered with the third mask pattern from a side surface to form a second insulating film pattern of the upper insulating film;
Etching the upper part of the lower insulating film after the formation of the second convex part through the second insulating film pattern to form the first insulating film having the first convex part. The method for manufacturing a semiconductor device according to
(付記5)
前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を形成する工程は、
前記第1マスクパターン及び前記第2マスクパターンを形成する前に、前記第1絶縁材料とは異なる第4絶縁材料を含む保護膜で前記第1絶縁膜を覆う工程と、
前記保護膜を介して前記第1絶縁膜上に前記第1マスクパターン及び前記第2マスクパターンを形成する工程と、
前記第1マスクパターン及び前記第2マスクパターンをマスクとして前記保護膜と前記第1絶縁膜と前記ダミーゲート材料とをエッチングして、前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を形成する工程と、
前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を形成する工程の後であって前記絶縁膜を形成する工程の前に、
前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極の側面に、サイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールの形成後、前記第1ダミーゲート電極および前記第2ダミーゲート電極それぞれの両側の前記半導体基板にソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース/ドレイン領域の形成後、前記保護膜を除去することを
特徴とする付記3又は4に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 5)
Forming the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Covering the first insulating film with a protective film including a fourth insulating material different from the first insulating material before forming the first mask pattern and the second mask pattern;
Forming the first mask pattern and the second mask pattern on the first insulating film via the protective film;
The protective film, the first insulating film, and the dummy gate material are etched using the first mask pattern and the second mask pattern as a mask to form the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode. Process,
After the step of forming the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode and before the step of forming the insulating film,
Forming sidewalls on side surfaces of the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Forming a source / drain region in the semiconductor substrate on both sides of each of the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode after forming the sidewall;
The method for manufacturing a semiconductor device according to
(付記6)
前記第1ストップ膜の中央部は、前記第1ストップ膜の周端部より厚いことを
特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 6)
The manufacturing method of a semiconductor device according to
(付記7)
前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を形成する工程は、
前記半導体基板上にダミーゲート材料を堆積し、
前記ダミーゲート材料上に、前記第1絶縁材料を含む下部絶縁膜と前記第1絶縁材料とは異なる第3絶縁材料を含む、前記下部絶縁膜上の上部絶縁膜とを形成する工程と、
前記第1ダミーゲート電極に対応する第1マスクパターンと前記第2ダミーゲート電極に対応する第2マスクパターンとを、前記上部絶縁膜上に形成する工程と、
前記第1マスクパターン及び前記第2マスクパターンをマスクとして前記上部絶縁膜と前記下部絶縁膜と前記ダミーゲート材料とをエッチングして、前記第1ダミーゲート電極と、前記下部絶縁膜の前記第1ダミーゲート電極上の部分を有する第1下部絶縁膜パターンと、前記上部絶縁膜の前記第1ダミーゲート電極上の部分を有する第1上部絶縁膜パターンと、前記第2ダミーゲート電極と、前記下部絶縁膜の前記第2ダミーゲート電極上の部分を有する第2下部絶縁膜パターンと、前記上部絶縁膜の前記第2ダミーゲート電極上の部分を有する第2上部絶縁膜パターンとを形成する工程と、
前記第1マスクパターンで上面が覆われた状態の前記第1上部絶縁膜パターンを側面からエッチングして、第1サイズを有する第3上部絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第2マスクパターンで上面が覆われた状態の前記第2上部絶縁膜パターンを側面からエッチングして、前記第1サイズより大きい第2サイズを有する第4上部絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第3上部絶縁膜パターンと前記第4上部絶縁膜パターンとをエッチングしながら前記第1ダミーゲート電極上の前記第1下部絶縁膜パターンと前記第2ゲート電極上の前記第2下部絶縁膜パターンとをエッチングして、前記第1ストップ膜と前記第2ストップ膜を形成する工程とを有することを
特徴とする付記6に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 7)
Forming the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Depositing a dummy gate material on the semiconductor substrate;
Forming a lower insulating film containing the first insulating material and an upper insulating film on the lower insulating film containing a third insulating material different from the first insulating material on the dummy gate material;
Forming a first mask pattern corresponding to the first dummy gate electrode and a second mask pattern corresponding to the second dummy gate electrode on the upper insulating film;
Using the first mask pattern and the second mask pattern as a mask, the upper insulating film, the lower insulating film, and the dummy gate material are etched to form the first dummy gate electrode and the first insulating film. A first lower insulating film pattern having a portion on a dummy gate electrode; a first upper insulating film pattern having a portion on the first dummy gate electrode of the upper insulating film; the second dummy gate electrode; Forming a second lower insulating film pattern having a portion of the insulating film on the second dummy gate electrode, and a second upper insulating film pattern having a portion of the upper insulating film on the second dummy gate electrode; ,
Etching the first upper insulating film pattern having an upper surface covered with the first mask pattern from a side surface to form a third upper insulating film pattern having a first size;
Etching the second upper insulating film pattern whose upper surface is covered with the second mask pattern from a side surface to form a fourth upper insulating film pattern having a second size larger than the first size;
The first lower insulating film pattern on the first dummy gate electrode and the second lower insulating film pattern on the second gate electrode while etching the third upper insulating film pattern and the fourth upper insulating film pattern. And a step of forming the first stop film and the second stop film by etching the semiconductor device.
(付記8)
前記研磨する工程は、
前記第1絶縁材料より前記第2絶縁材料を速く研磨する第1化学機械研磨により前記絶縁膜を研磨して、前記第1ストップ膜上の前記絶縁膜および前記第2ストップ膜上の前記絶縁膜を除去する工程と、
前記第2絶縁材料より前記第1絶縁材料を速く研磨する第2化学機械研磨により、前記第1ストップ膜と前記第2ストップ膜とを除去する工程とを有することを
特徴とする付記1〜7に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 8)
The polishing step includes
The insulating film is polished by first chemical mechanical polishing that polishes the second insulating material faster than the first insulating material, and the insulating film on the first stop film and the insulating film on the second stop film Removing the
(付記9)
前記第1化学機械研磨は、前記第1ストップ膜および前記第2ストップ膜に含まれる前記第1絶縁材料に対する第1研磨速度より、前記絶縁膜に含まれる前記第2絶縁材料に対する第2研磨速度が速い第1スラリーにより被研磨膜を研磨する化学機械研磨であり、
前記第2化学機械研磨は、前記第2研磨速度より前記第1研磨速度が速い第2スラリーにより被研磨膜を研磨する化学機械研磨であることを
特徴とする付記8に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 9)
In the first chemical mechanical polishing, a second polishing rate for the second insulating material contained in the insulating film is higher than a first polishing rate for the first insulating material contained in the first stop film and the second stop film. Is a chemical mechanical polishing that polishes the film to be polished with the first slurry that is fast,
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記10)
前記半導体基板は、凸状の第1半導体領域と、凸状の第2半導体領域とを有し、
前記第1ダミーゲート電極は、平面視において前記第1半導体領域に交差しつつ、第1ゲート絶縁膜を介して前記第1半導体領域の上面と側面を覆うように設けられ、
前記第2ダミーゲート電極は、平面視において前記第2半導体領域に交差しつつ、第2ゲート絶縁膜を介して前記第2半導体領域の上面と側面を覆うように設けられることを
特徴とする付記1乃至9に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 10)
The semiconductor substrate has a convex first semiconductor region and a convex second semiconductor region;
The first dummy gate electrode is provided so as to cover the upper surface and the side surface of the first semiconductor region through the first gate insulating film while intersecting the first semiconductor region in a plan view.
The second dummy gate electrode is provided so as to cover the upper surface and the side surface of the second semiconductor region through a second gate insulating film while intersecting the second semiconductor region in plan view. 10. A method for manufacturing a semiconductor device according to 1 to 9.
2・・・半導体基板
4a・・・第1半導体領域 4b・・・第2半導体領域
12a・・・第1ダミーゲート電極 12b・・・第2ダミーゲート電極
14a・・・第1ストップ膜 14b・・・第2ストップ膜
16a・・・第1上面 16b・・・第2上面
18a・・・第1ゲート絶縁膜 18b・・・第2ゲート絶縁膜
20・・・ダミーゲート材料
22a・・・第1凸部 22b・・・第2凸部
24a・・・第1絶縁膜
26・・・下部絶縁膜
28・・・上部絶縁膜
30a・・・第1マスクパターン 30b・・・第2マスクパターン
30c・・・第3マスクパターン
32a・・・第1絶縁膜パターン 32b・・・第2絶縁膜パターン
34・・・保護膜
36・・・サイドウォール
38・・・ソース/ドレイン領域
44・・・絶縁膜
48・・・メタルゲート
62a・・・第1下部絶縁膜パターン 62b・・・第2下部絶縁膜パターン
64a・・・第1上部絶縁膜パターン 64b・・・第2上部絶縁膜パターン
64c・・・第3上部絶縁膜パターン 64d・・・第4上部絶縁膜パターン
2 ...
Claims (6)
前記第1ダミーゲート電極上、前記第2ダミーゲート電極上及び前記半導体基板上に、第2絶縁材料を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜、前記第1ストップ膜及び第2ストップ膜を研磨して、前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を露出させる工程と、
前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を露出させる工程後に、前記第1ダミーゲート電極と前記第2ダミーゲート電極とを除去する工程と、
前記第1ダミーゲート電極を除去した第1領域と前記第2ダミーゲート電極を除去した第2領域それぞれにメタルゲートを形成する工程とを有する
半導体装置の製造方法。 A first dummy gate electrode having a first gate length on a semiconductor substrate, a second dummy gate electrode having a second gate length longer than the first gate length, and a first insulation provided on the first dummy gate electrode. A first stop film having a first film thickness including a material and a second stop film having a second film thickness that is provided on the second dummy gate electrode and includes the first insulating material and is thicker than the first film thickness. Forming a process; and
Forming an insulating film containing a second insulating material on the first dummy gate electrode, on the second dummy gate electrode, and on the semiconductor substrate;
Polishing the insulating film, the first stop film, and the second stop film to expose the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Removing the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode after the step of exposing the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Forming a metal gate in each of the first region from which the first dummy gate electrode has been removed and the second region from which the second dummy gate electrode has been removed.
特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a central portion of the second stop film is thicker than a peripheral end portion of the second stop film.
前記半導体基板上にダミーゲート材料を形成する工程と、
前記ダミーゲート材料上に、第1凸部を有し前記第1絶縁材料を含む第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1ダミーゲート電極に対応し前記第1絶縁膜の平坦部を覆う第1マスクパターンと、前記第2ダミーゲート電極に対応し前記第1凸部を覆う第2マスクパターンとを形成する工程と、
前記第1マスクパターン及び前記第2マスクパターンをマスクとして前記第1絶縁膜と前記ダミーゲート材料とをエッチングして、前記第1ダミーゲート電極及び前記第2ダミーゲート電極を形成する工程と、を有することを
特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 Forming the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Forming a dummy gate material on the semiconductor substrate;
Forming a first insulating film having a first protrusion and including the first insulating material on the dummy gate material;
Forming a first mask pattern corresponding to the first dummy gate electrode and covering a flat portion of the first insulating film; and a second mask pattern corresponding to the second dummy gate electrode and covering the first convex portion. When,
Etching the first insulating film and the dummy gate material using the first mask pattern and the second mask pattern as a mask to form the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode; The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, comprising:
前記ダミーゲート材料上に、前記第1絶縁材料を含む下部絶縁膜と、前記第1絶縁材料とは異なる第3絶縁材料を含む、前記下部絶縁膜上の上部絶縁膜とを形成する工程と、
前記上部絶縁膜上に、前記第1凸部に対応する第3マスクパターンを形成する工程と、
前記第3マスクパターンをマスクとして前記上部絶縁膜と前記下部絶縁膜の上部とをエッチングして前記下部絶縁膜に第2凸部を形成しつつ、前記上部絶縁膜のうち前記第2凸部上の部分を有する第1絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第3マスクパターンで上面が覆われた状態の前記第1絶縁膜パターンを側面からエッチングして、前記上部絶縁膜の第2絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第2凸部の形成後の前記下部絶縁膜の上部を前記第2絶縁膜パターンを介してエッチングして、前記第1凸部を有する前記第1絶縁膜を形成する工程と、を有することを
特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the first insulating film includes:
Forming a lower insulating film including the first insulating material and an upper insulating film on the lower insulating film including a third insulating material different from the first insulating material on the dummy gate material;
Forming a third mask pattern corresponding to the first protrusion on the upper insulating film;
Etching the upper insulating film and the upper portion of the lower insulating film using the third mask pattern as a mask to form a second convex portion on the lower insulating film, and on the second convex portion of the upper insulating film Forming a first insulating film pattern having a portion of:
Etching the first insulating film pattern whose upper surface is covered with the third mask pattern from a side surface to form a second insulating film pattern of the upper insulating film;
Etching the upper part of the lower insulating film after the formation of the second convex part through the second insulating film pattern to form the first insulating film having the first convex part. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3.
特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a central portion of the first stop film is thicker than a peripheral end portion of the first stop film.
前記半導体基板上にダミーゲート材料を堆積し、
前記ダミーゲート材料上に、前記第1絶縁材料を含む下部絶縁膜と前記第1絶縁材料とは異なる第3絶縁材料を含む、前記下部絶縁膜上の上部絶縁膜とを形成する工程と、
前記第1ダミーゲート電極に対応する第1マスクパターンと前記第2ダミーゲート電極に対応する第2マスクパターンとを、前記上部絶縁膜上に形成する工程と、
前記第1マスクパターン及び前記第2マスクパターンをマスクとして前記上部絶縁膜と前記下部絶縁膜と前記ダミーゲート材料とをエッチングして、前記第1ダミーゲート電極と、前記下部絶縁膜の前記第1ダミーゲート電極上の部分を有する第1下部絶縁膜パターンと、前記上部絶縁膜の前記第1ダミーゲート電極上の部分を有する第1上部絶縁膜パターンと、前記第2ダミーゲート電極と、前記下部絶縁膜の前記第2ダミーゲート電極上の部分を有する第2下部絶縁膜パターンと、前記上部絶縁膜の前記第2ダミーゲート電極上の部分を有する第2上部絶縁膜パターンとを形成する工程と、
前記第1マスクパターンで上面が覆われた状態の前記第1上部絶縁膜パターンを側面からエッチングして、第1サイズを有する第3上部絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第2マスクパターンで上面が覆われた状態の前記第2上部絶縁膜パターンを側面からエッチングして、前記第1サイズより大きい第2サイズを有する第4上部絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第3上部絶縁膜パターンと前記第4上部絶縁膜パターンとをエッチングしながら前記第1ダミーゲート電極上の前記第1下部絶縁膜パターンと前記第2ゲート電極上の前記第2下部絶縁膜パターンとをエッチングして、前記第1ストップ膜と前記第2ストップ膜を形成する工程とを有することを
特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 Forming the first dummy gate electrode and the second dummy gate electrode;
Depositing a dummy gate material on the semiconductor substrate;
Forming a lower insulating film containing the first insulating material and an upper insulating film on the lower insulating film containing a third insulating material different from the first insulating material on the dummy gate material;
Forming a first mask pattern corresponding to the first dummy gate electrode and a second mask pattern corresponding to the second dummy gate electrode on the upper insulating film;
Using the first mask pattern and the second mask pattern as a mask, the upper insulating film, the lower insulating film, and the dummy gate material are etched to form the first dummy gate electrode and the first insulating film. A first lower insulating film pattern having a portion on a dummy gate electrode; a first upper insulating film pattern having a portion on the first dummy gate electrode of the upper insulating film; the second dummy gate electrode; Forming a second lower insulating film pattern having a portion of the insulating film on the second dummy gate electrode, and a second upper insulating film pattern having a portion of the upper insulating film on the second dummy gate electrode; ,
Etching the first upper insulating film pattern having an upper surface covered with the first mask pattern from a side surface to form a third upper insulating film pattern having a first size;
Etching the second upper insulating film pattern whose upper surface is covered with the second mask pattern from a side surface to form a fourth upper insulating film pattern having a second size larger than the first size;
The first lower insulating film pattern on the first dummy gate electrode and the second lower insulating film pattern on the second gate electrode while etching the third upper insulating film pattern and the fourth upper insulating film pattern. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising: forming a first stop film and a second stop film by etching the first stop film and the second stop film.
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