JP2017028307A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、MISFETや不揮発性メモリセルを有する半導体装置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 method for manufacturing a semiconductor device, and can be suitably used for, for example, a method for manufacturing a semiconductor device having a MISFET or a nonvolatile memory cell.
MISFETの特性を向上させる技術としてSMT(Stress Memorization Technique)がある。このSMTは、ゲート電極の上部からチャネルに応力を印加することにより、チャネルの結晶を歪ませ、チャネル中のキャリア移動度を向上させる技術である。 There is SMT (Stress Memorization Technique) as a technique for improving the characteristics of the MISFET. This SMT is a technique for improving the carrier mobility in the channel by distorting the crystal of the channel by applying a stress to the channel from above the gate electrode.
例えば、特開2010−205951号公報(特許文献1)には、第1ストレスライナー膜(81)を周辺回路部(15)のNMOSトランジスタ(50N)上だけを被覆するように形成し、第2ストレスライナー膜(82)を上記PMOSトランジスタ(52P)上だけを被覆するように形成した固体撮像装置が開示されている([0036]〜[0039]、図2参照)。このように、画素部(13)上にストレスライナー膜を形成しないことにより、ストレスライナー膜に起因するノイズの発生が抑えられる。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-205951 (Patent Document 1), a first stress liner film (81) is formed so as to cover only the NMOS transistor (50N) of the peripheral circuit section (15). A solid-state imaging device in which a stress liner film (82) is formed so as to cover only the PMOS transistor (52P) is disclosed ([0036] to [0039], see FIG. 2). Thus, by not forming the stress liner film on the pixel portion (13), generation of noise due to the stress liner film can be suppressed.
また、特開2009−32962号公報(特許文献2)には、アニール時のSMT膜とB(ボロン)の活性化率の関係について、窒化シリコン膜内の水素によって、Bの活性化率が低下することが開示されている([0006]、[0007]参照)。そして、n型MOSトランジスタ領域(A)にストレッサー膜(24)を設け、p型MOSトランジスタ領域(B、C)にストレッサー膜(24)を設けないことにより、p型MOSトランジスタの電流駆動能力を劣化させることなく、n型MOSトランジスタの電流駆動能力を向上させる技術が開示されている([0024]〜[0026]、[0034]、[0035]、図1等参照)。 JP 2009-32962 A (Patent Document 2) discloses that the activation rate of B decreases due to hydrogen in the silicon nitride film regarding the relationship between the SMT film and B (boron) activation rate during annealing. (See [0006] and [0007]). Then, by providing the stressor film (24) in the n-type MOS transistor region (A) and not providing the stressor film (24) in the p-type MOS transistor region (B, C), the current driving capability of the p-type MOS transistor is increased. A technique for improving the current drive capability of an n-type MOS transistor without degrading is disclosed (see [0024] to [0026], [0034], [0035], FIG. 1, etc.).
また、特開2009−252841号公報(特許文献3)には、トランジスタのゲート絶縁膜への水素の拡散がデバイスの信頼性を低下させることが開示され、層間絶縁膜からメモリセルへの水素原子の拡散を抑えて、メモリセルの動作の信頼性を向上させる技術が開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2009-252841 (Patent Document 3) discloses that diffusion of hydrogen into a gate insulating film of a transistor reduces device reliability, and hydrogen atoms from an interlayer insulating film to a memory cell are disclosed. A technique for improving the reliability of the operation of the memory cell by suppressing the diffusion of the memory cell is disclosed.
なお、本欄において、(かっこ)内は当該文献に記載の符号等である。 In this column, the numbers in parentheses are the symbols described in the document.
本発明者は、MISFETを有する半導体装置の研究開発に従事しており、SMTを用いた半導体装置の特性向上について検討している。 The present inventor is engaged in research and development of a semiconductor device having a MISFET and is examining improvement in characteristics of a semiconductor device using SMT.
ここで、半導体装置内に設けられるMISFETには用途に応じた種々の構成のものがあり、また、MISFETと不揮発性メモリなどの他の形態の素子が混載される場合がある。このような様々な形態の半導体装置に対して、半導体装置の総合的な特性の向上のためには、単純にSMTを適用するのではなく、その適用箇所に改善の余地があることが本発明者らの検討により判明した。 Here, there are various types of MISFETs provided in the semiconductor device depending on the application, and other forms of elements such as MISFETs and nonvolatile memories may be mounted together. In order to improve the overall characteristics of the semiconductor device in such various forms of semiconductor devices, it is not simply applied SMT, but there is room for improvement in the application location. It became clear by examination of those.
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.
本願において開示される代表的な実施の形態に示される構成の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 The outline of the configuration shown in the typical embodiment disclosed in the present application will be briefly described as follows.
本願において開示される代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法は、複数の素子を有する半導体装置の製造方法であって、複数の素子のうち、所定の素子に対しSMTを適用する工程を有するものである。 A manufacturing method of a semiconductor device shown in a typical embodiment disclosed in the present application is a manufacturing method of a semiconductor device having a plurality of elements, and SMT is applied to a predetermined element among the plurality of elements. It has a process.
本願において開示される代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法によれば、特性の良好な半導体装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device shown in the representative embodiment disclosed in the present application, a semiconductor device having good characteristics can be manufactured.
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、応用例、詳細説明、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。 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. Are partly or entirely modified, application examples, detailed explanations, 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.
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。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、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。 Furthermore, 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. 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 numbers and the like (including the number, numerical value, quantity, range, etc.).
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または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材(部位)が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。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 or related reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted. In addition, when there are a plurality of similar members (parts), a symbol may be added to the generic symbol to indicate an individual or specific part. 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。 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.
また、断面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。 In the cross-sectional view, the size of each part does not correspond to the actual device, and a specific part may be displayed relatively large in order to make the drawing easy to understand.
(実施の形態1)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の構造について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the structure of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
[構造説明]
図1は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置は、MISFET(LT)およびMISFET(HT)を有する。
[Description of structure]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the semiconductor device of the present embodiment. The semiconductor device of this embodiment has a MISFET (LT) and a MISFET (HT).
MISFET(LT)は、コアMIS形成領域1Aに形成され、MISFET(HT)よりゲート長が小さいMISFETである。MISFET(LT)のゲート長は、製造プロセスが40nmルール世代の場合は、例えば40nm程度である。このような、比較的ゲート長の小さいMISFETは、例えば、メモリセルMCなどの他の素子を駆動するための回路(コア回路、周辺回路ともいう)などに用いられる。また、MISFET(LT)は、MISFET(HT)より駆動電圧が低い傾向にある。また、MISFET(LT)の絶縁膜3は、MISFET(HT)の絶縁膜3より薄い場合がある。
The MISFET (LT) is a MISFET formed in the core
一方、MISFET(HT)は、I/OMIS形成領域2Aに形成され、MISFET(LT)よりゲート長が大きいMISFETである。MISFET(HT)のゲート長は、例えば、1000nm程度である。このような、比較的ゲート長の大きいMISFETは、例えば、入出力回路(I/O回路ともいう)などに用いられる。また、MISFET(HT)は、MISFET(LT)より駆動電圧が高い傾向にある。また、MISFET(HT)の絶縁膜3は、MISFET(LT)の絶縁膜3より厚い場合がある。
On the other hand, the MISFET (HT) is a MISFET formed in the I /
MISFET(LT)は、半導体基板1(p型ウエルPW1)上に絶縁膜3を介して配置されたゲート電極GEと、このゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW1)中に配置されたソース、ドレイン領域とを有する。ゲート電極GEの側壁部には、絶縁膜からなる側壁絶縁膜(サイドウォール、サイドウォールスペーサ)SWが形成されている。ここでは、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層体により側壁絶縁膜SWが形成されている。また、ソース、ドレイン領域は、LDD構造を有し、n+型半導体領域8とn−型半導体領域7よりなる。n−型半導体領域7は、ゲート電極GEの側壁に対して自己整合的に形成されている。また、n+型半導体領域8は、側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域7よりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。
The MISFET (LT) is disposed in the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) on both sides of the gate electrode GE. Source and drain regions. A side wall insulating film (side wall, side wall spacer) SW made of an insulating film is formed on the side wall portion of the gate electrode GE. Here, the sidewall insulating film SW is formed of a stacked body of the silicon oxide film SO and the silicon nitride film SN. The source and drain regions have an LDD structure and are composed of an n +
MISFET(HT)は、半導体基板1(p型ウエルPW2)上に絶縁膜3を介して配置されたゲート電極GEと、このゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW2)中に配置されたソース、ドレイン領域とを有する。ゲート電極GEの側壁部には、絶縁膜からなる側壁絶縁膜SWが形成されている。ここでは、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層体により側壁絶縁膜SWが形成されている。また、ソース、ドレイン領域は、LDD構造を有し、n+型半導体領域8とn−型半導体領域7よりなる。n−型半導体領域7は、ゲート電極GEの側壁に対して自己整合的に形成されている。また、n+型半導体領域8は、側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域7よりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。
The MISFET (HT) is arranged in the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2) on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2) and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2) on both sides of the gate electrode GE. Source and drain regions. A sidewall insulating film SW made of an insulating film is formed on the sidewall portion of the gate electrode GE. Here, the sidewall insulating film SW is formed of a stacked body of the silicon oxide film SO and the silicon nitride film SN. The source and drain regions have an LDD structure and are composed of an n +
ここで、本実施の形態(図1)においては、MISFET(LT)およびMISFET(HT)のうち、MISFET(LT)には、SMTによりチャネル領域に応力が印加されているが、MISFET(HT)には、SMTによりチャネル領域に応力が印加されていない。 Here, in the present embodiment (FIG. 1), out of the MISFET (LT) and the MISFET (HT), the MISFET (LT) is stressed to the channel region by the SMT, but the MISFET (HT) In SMT, no stress is applied to the channel region.
このSMTとは、MISFETのゲート電極の上部、及び側面部からチャネル領域に応力を印加することにより、チャネル領域の結晶を歪ませ、チャネル領域中のキャリア移動度を向上させる技術である。 This SMT is a technique for improving the carrier mobility in the channel region by applying stress to the channel region from the upper part and the side part of the gate electrode of the MISFET, thereby distorting the crystal in the channel region.
具体的には、ゲート電極の上部、及び側面部に、応力印加膜を形成し、熱処理を施す。この熱処理により応力印加膜に応力(圧縮応力や引っ張り応力)が加わる。この応力が、ゲート電極GEの下部のチャネル領域までおよび、チャネル領域の結晶間隔を変化させることにより、キャリア移動度を向上させることができる。チャネル領域に加わった応力は、応力印加膜を除去した後も維持される。 Specifically, a stress applying film is formed on the upper portion and the side portion of the gate electrode, and heat treatment is performed. By this heat treatment, stress (compressive stress or tensile stress) is applied to the stress application film. Carrier stress can be improved by this stress changing to the channel region below the gate electrode GE and changing the crystal spacing of the channel region. The stress applied to the channel region is maintained even after the stress application film is removed.
したがって、本実施の形態(図1)においては、MISFET(LT)およびMISFET(HT)のうち、SMTによりMISFET(LT)のチャネル領域の結晶間隔が変化している。一方、MISFET(HT)には、SMTが適用されていないため、SMTによるチャネル領域の結晶間隔の変化はない。このように、本実施の形態の半導体装置においては、SMTをすべての素子に適用するのではなく、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。以下の「製法説明」の欄において、さらに詳細に説明する。 Therefore, in the present embodiment (FIG. 1), the crystal spacing of the channel region of the MISFET (LT) is changed by SMT in the MISFET (LT) and the MISFET (HT). On the other hand, since SMT is not applied to MISFET (HT), there is no change in the crystal spacing of the channel region due to SMT. As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be comprehensively improved by selectively applying SMT instead of applying SMT to all elements. This will be described in more detail in the “Production Method” section below.
[製法説明]
次いで、図2〜図14を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図2〜図14は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
[Product description]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 14 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.
<MISFET(LT)およびMISFET(HT)の形成工程>
まず、MISFET(LT)およびMISFET(HT)の形成工程の一例について説明する。
<Process for forming MISFET (LT) and MISFET (HT)>
First, an example of a process for forming MISFET (LT) and MISFET (HT) will be described.
図2に示すように、半導体基板1として、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シリコン基板を準備する。なお、シリコン基板以外の半導体基板1を用いてもよい。
As shown in FIG. 2, a silicon substrate made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of, for example, about 1 to 10 Ωcm is prepared as the
次いで、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。例えば、半導体基板1中に素子分離溝を形成し、この素子分離溝の内部に酸化シリコン膜などの絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離領域2を形成する。
Next, the
次いで、半導体基板1のコアMIS形成領域1Aにp型ウエルPW1を、I/OMIS形成領域2Aにp型ウエルPW2を形成する。p型ウエルPW1、PW2は、p型不純物(例えばホウ素(B)など)をイオン注入することによって形成する。
Next, the p-type well PW1 is formed in the core
次いで、希釈フッ酸洗浄などによって半導体基板1(p型ウエルPW1、PW2)の表面を清浄化した後、図3に示すように、半導体基板1の主面(p型ウエルPW1、PW2の表面)に、絶縁膜(ゲート絶縁膜)3として、例えば、酸化シリコン膜を熱酸化法により形成する。絶縁膜3としては、酸化シリコン膜の他、酸窒化シリコン膜などの他の絶縁膜を用いてもよい。また、この他、酸化ハフニウム膜、酸化アルミニウム膜(アルミナ)または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する金属酸化膜、および酸化膜等と金属酸化膜との積層膜を形成してもよい。また、熱酸化法の他、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法を用いて形成してもよい。また、コアMIS形成領域1A上の絶縁膜(ゲート絶縁膜)3およびI/OMIS形成領域2A上の絶縁膜(ゲート絶縁膜)3を、それぞれ異なる膜厚とし、また、異なる膜種としてもよい。
Next, after cleaning the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type wells PW1, PW2) by dilute hydrofluoric acid cleaning or the like, as shown in FIG. 3, the main surface of the semiconductor substrate 1 (surfaces of the p-type wells PW1, PW2) Further, as the insulating film (gate insulating film) 3, for example, a silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method. As the insulating
次に、半導体基板1の全面上に、導電性膜(導電体膜)としてシリコン膜4を形成する。このシリコン膜4として、例えば、多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて形成する。シリコン膜4として、非晶質シリコン膜を堆積し、熱処理を施すことにより結晶化させてもよい(結晶化処理)。このシリコン膜4は、コアMIS形成領域1AにおいてMISFET(LT)のゲート電極GEとなり、I/OMIS形成領域2AにおいてMISFET(HT)のゲート電極GEとなる。
Next, a
次いで、シリコン膜4に不純物を導入する。例えば、シリコン膜4に、リンなどのn型不純物を注入する。
Next, impurities are introduced into the
次いで、シリコン膜4のMISFET(LT)のゲート電極GEの形成予定領域およびMISFET(HT)のゲート電極GEの形成予定領域に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いて、シリコン膜4をエッチングする。この後、フォトレジスト膜(図示せず)をアッシングなどにより除去することにより、図3に示すように、コアMIS形成領域1Aに、MISFET(LT)のゲート電極GEを形成し、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)のゲート電極GEを形成する。MISFET(LT)のゲート電極GEのゲート長は、例えば、40nm程度であり、MISFET(HT)のゲート電極GEのゲート長は、例えば、1000nm程度である。
Next, a photoresist film (not shown) is formed on the
また、各ゲート電極GEの下に残存する絶縁膜3が、各MISFET(LT、HT)のゲート絶縁膜となる。なお、ゲート電極GEで覆われた部分以外の絶縁膜3は、上記ゲート電極GEの形成時に除去してもよいし、また、以降のパターニング工程などにより除去してもよい。
In addition, the insulating
次いで、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW1、PW2)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n−型半導体領域7を形成する(図4)。この際、n−型半導体領域7は、ゲート電極GEの側壁に自己整合して形成される。コアMIS形成領域1Aのn−型半導体領域7とI/OMIS形成領域2Aのn−型半導体領域7とを、異なる不純物濃度および異なる接合の深さとしてもよい。
Next, in the core
次いで、図5に示すように、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEの側壁部に、側壁絶縁膜SWを形成する。例えば、半導体基板1の主面全面上に酸化シリコン膜SOを堆積し、さらに、その上部に窒化シリコン膜SNを堆積することにより、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層膜よりなる絶縁膜を形成する。この絶縁膜をエッチバックすることによって、ゲート電極GEの側壁部に側壁絶縁膜SWを形成する。側壁絶縁膜SWとしては、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜の他、単層の酸化シリコン膜や単層の窒化シリコン膜などの絶縁膜を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 5, in the core
次いで、図6に示すように、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW1、PW2)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n+型半導体領域8を形成する。この際、n+型半導体領域8は、ゲート電極GEの側壁部の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。n+型半導体領域8は、n−型半導体領域7よりも不純物濃度が高く、接合の深さが深い半導体領域として形成される。コアMIS形成領域1Aのn+型半導体領域8とI/OMIS形成領域2Aのn+型半導体領域8とを、異なる不純物濃度および異なる接合の深さとしてもよい。
Next, as shown in FIG. 6, in the core
上記工程により、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、n−型半導体領域7とn+型半導体領域8とからなるLDD構造のソース、ドレイン領域が形成される。
Through the above steps, the source and drain regions of the LDD structure composed of the n −
次に、ソース、ドレイン領域(7、8)に導入された不純物を活性化するための熱処理(活性化処理)を行う。 Next, a heat treatment (activation process) for activating the impurities introduced into the source / drain regions (7, 8) is performed.
以上の工程により、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)が形成され、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)が形成される(図6)。
Through the above steps, the MISFET (LT) is formed in the core
なお、MISFET(LT)およびMISFET(HT)の形成工程については、上記工程に限定されるものではない。 In addition, about the formation process of MISFET (LT) and MISFET (HT), it is not limited to the said process.
<SMTおよびシリサイド工程>
次いで、図7に示すように、MISFET(LT)およびMISFET(HT)上を含む半導体基板1上に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を13nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)とオゾン(O3)を原料ガスとしたCVD法により、酸化シリコン膜を形成する。このストッパー膜9は、後述する応力印加膜10のエッチングの際、エッチングストッパーとしての役割を果たす。このストッパー膜9により、MISFET(LT)およびMISFET(HT)を構成する各パターン(例えば、シリコン膜よりなる部位など)の不所望なエッチングを防止することができる。次いで、図8に示すように、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を20nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、HCD(六塩化二ケイ素)とNH3(アンモニア)を原料ガスとしたCVD法により、窒化シリコン膜を形成する。
<SMT and silicide process>
Next, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film having a thickness of about 13 nm is formed as a
次いで、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10を除去する。まず、図9に示すように、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR1を形成する。次いで、図10に示すように、フォトレジスト膜PR1をマスクとして用いて、応力印加膜10をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜を、ドライエッチングする。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、等方的なドライエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1Aのみが、応力印加膜10で覆われる。言い換えれば、MISFET(LT)のみが、応力印加膜10で覆われる。また、I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9が露出する。
Next, the
ここで、上記エッチングは、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10のエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で行われるが、ストッパー膜9も僅かにエッチングされる。これにより、I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚は、コアMIS形成領域1Aにおいて、応力印加膜10下に残存するストッパー膜9の膜厚より小さくなる(図10)。なお、I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚をT92、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚をT91とした場合、T92<T91の関係にある。
Here, the etching is performed under the condition that the etching selectivity is increased, that is, the etching rate of the
次いで、図11に示すように、フォトレジスト膜PR1をアッシング処理などにより除去した後、熱処理(アニールともいう)を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTA(Rapid Thermal Annealing)ともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。熱処理後、即ち、応力が加わった状態の応力印加膜を“10S”で示す。この応力印加膜10Sにより、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)に応力が印加される。一方、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10は除去されているため、MISFET(HT)には、応力が印加されない。
Next, as shown in FIG. 11, the photoresist film PR1 is removed by ashing or the like, and then heat treatment (also referred to as annealing) is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA (Rapid Thermal Annealing)) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
なお、この熱処理を利用して、ソース、ドレイン領域(7、8)に導入された不純物を活性化し、先の熱処理(活性化処理)を省略してもよい。また、この熱処理により、非晶質シリコン膜よりなるシリコン膜4を結晶化させてもよい(結晶化処理)。
Note that this heat treatment may be used to activate impurities introduced into the source and drain regions (7, 8), and the previous heat treatment (activation treatment) may be omitted. Further, the
次いで、図12に示すように、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10Sを除去する。ここでは、応力印加膜10Sを構成する窒化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10Sのエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、リン酸(H3PO4)溶液を用い、155℃で600秒間のウエットエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9が露出する。
Next, as shown in FIG. 12, the
次いで、図13に示すように、上記ストッパー膜9を除去する。ここでは、ストッパー膜9を構成する酸化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、ストッパー膜9のエッチング速度/半導体基板1のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、HF溶液を用い、25℃で100秒間のウエットエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 13, the
次いで、図14に示すように、サリサイド技術を用いて、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEおよびn+型半導体領域8の上部に、それぞれ金属シリサイド層SILを形成する。
Next, as shown in FIG. 14, metal silicide layers SIL are formed on the gate electrode GE and the n +
この金属シリサイド層SILにより、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。この金属シリサイド層SILは、次のようにして形成することができる。 With this metal silicide layer SIL, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced. The metal silicide layer SIL can be formed as follows.
例えば、半導体基板1の主面全面上に、金属膜(図示せず)を形成し、半導体基板1に対して熱処理を施すことによって、ゲート電極GEおよびn+型半導体領域8の上層部分と上記金属膜とを反応させる。これにより、ゲート電極GEおよびn+型半導体領域8の上部に、それぞれ金属シリサイド層SILが形成される。上記金属膜は、例えばコバルト(Co)膜またはニッケル(Ni)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。次いで、未反応の金属膜を除去する。
For example, a metal film (not shown) is formed on the entire main surface of the
この後、図示は省略するが、半導体基板1の主面全面上に、層間絶縁膜(図示せず)を形成する。次いで、層間絶縁膜中に、例えば、n+型半導体領域8の表面を露出するコンタクトホール(図示せず)を形成し、コンタクトホール内に、導電性膜を埋め込むことにより、プラグ(図示せず)を形成する。次いで、プラグが埋め込まれた層間絶縁膜上に配線(図示せず)を形成する。
Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the entire main surface of the
このように、本実施の形態によれば、MISFET(LT)およびMISFET(HT)のうち、MISFET(LT)のみに、SMTを適用したので、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。 Thus, according to the present embodiment, since the SMT is applied only to the MISFET (LT) of the MISFET (LT) and the MISFET (HT), the characteristics of the semiconductor device can be improved comprehensively. .
本発明者らが、MISFET(LT)およびMISFET(HT)の双方の素子にSMTを適用した場合について検討したところ図15に示す結果が得られた。図15は、SMT適用後のMISFET(LT)およびMISFET(HT)の特性を示す図である。 When the present inventors examined the case where SMT was applied to both the MISFET (LT) and the MISFET (HT), the result shown in FIG. 15 was obtained. FIG. 15 is a diagram illustrating the characteristics of the MISFET (LT) and the MISFET (HT) after application of SMT.
即ち、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2A上に、応力印加膜10である窒化シリコン膜が存在する状態で(例えば、図8参照)、熱処理を行い、各素子に応力を印加した場合について検討した。
That is, in the state where the silicon nitride film as the
図15に示すように、MISFET(LT)については、SMTの効果により、チャネル電流(図15においては、単に“電流”と表示)の増加が確認できた。しかしながら、MISFET(HT)のチャネル電流は、変わらなかった。これは、ゲート長が比較的大きいMISFET(HT)については、SMTの効果が乏しく、チャネル電流が増加するに至らなかったものと考察される。 As shown in FIG. 15, for MISFET (LT), an increase in channel current (simply indicated as “current” in FIG. 15) was confirmed due to the effect of SMT. However, the channel current of MISFET (HT) was not changed. This is considered that the MISFET (HT) having a relatively large gate length has a poor effect of SMT and the channel current has not increased.
一方、HCついては、MISFET(LT)およびMISFET(HT)の双方の素子において、低下した。ここで、“HC”とは、ホットキャリアによる劣化を示し、例えば、チャネル電流が10%減少する時間をHC寿命として定義される。これは、応力印加膜10として用いる窒化シリコン膜に含まれる水素(H)が影響しているものと考えられる。
On the other hand, HC decreased in both MISFET (LT) and MISFET (HT) elements. Here, “HC” indicates deterioration due to hot carriers, and for example, the time during which the channel current decreases by 10% is defined as the HC life. This is considered to be due to the influence of hydrogen (H) contained in the silicon nitride film used as the
図16は、応力印加膜である窒化シリコン膜を設けたMISFETの断面図である。図16に示すMISFETについて、図1に示すMISFET(HT)と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。なお、PWは、p型ウエルを示す。 FIG. 16 is a cross-sectional view of a MISFET provided with a silicon nitride film as a stress application film. In the MISFET shown in FIG. 16, members having the same functions as those of the MISFET (HT) shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted. PW indicates a p-type well.
図16に示すように、応力印加膜10として用いられる窒化シリコン膜には、H(水素)が多く含まれている。この窒化シリコン膜中のH(水素)が、応力を印加するための熱処理により、MISFETの内部へ拡散する。例えば、半導体基板1(p型ウエル)と絶縁膜3との界面に、H(水素)が到達すると、シリコン(Si)と結合し、Si−H結合を生成する。そして、MISFETの駆動時に、高電位が印加されるドレイン領域側において、ホットキャリアが生じると、Si−H結合が切断され、界面準位となる。このような界面準位が多く形成されると、キャリアが捕獲され、MISFETの駆動能力を低下させる。
As shown in FIG. 16, the silicon nitride film used as the
これに対し、本実施の形態においては、SMTの効果が乏しいMISFET(HT)については、SMTを適用せず、MISFET(HT)上の応力印加膜(窒化シリコン膜)10を除去したので、上記窒化シリコン膜中のH(水素)によるMISFETの駆動能力の低下を回避することができる。 On the other hand, in the present embodiment, since the SMT is not applied to the MISFET (HT) having a poor SMT effect, the stress application film (silicon nitride film) 10 on the MISFET (HT) is removed. A decrease in the driving capability of the MISFET due to H (hydrogen) in the silicon nitride film can be avoided.
このように、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。 Thus, by selectively applying SMT, the characteristics of the semiconductor device can be improved comprehensively.
(応用例の説明)
上記工程においては、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10をすべて除去し、当該領域においてストッパー膜9を露出させたが(図9、図10参照)、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10を、その膜厚を減ずるように、その表面から所定の膜厚分を除去してもよい。
(Explanation of application examples)
In the above process, the
図17および図18は、本実施の形態の応用例の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 17 and 18 are cross-sectional views of relevant parts showing the manufacturing steps of the semiconductor device of the application example of the present embodiment.
<MISFET(LT)およびMISFET(HT)の形成工程>
図2〜図6を参照しながら説明したように、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)を、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)を形成する(図6)。
<Process for forming MISFET (LT) and MISFET (HT)>
As described with reference to FIGS. 2 to 6, the MISFET (LT) is formed in the core
<SMTおよびシリサイド工程>
次いで、図17に示すように、MISFET(LT)およびMISFET(HT)上を含む半導体基板1上に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を5nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。次いで、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を35nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。
<SMT and silicide process>
Next, as shown in FIG. 17, a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed as a
次いで、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR2を形成する。次いで、このフォトレジスト膜PR2をマスクとして用いて、応力印加膜10の表面から所定の膜厚分をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜の表面から25nm程度の膜厚分を異方的もしくは等方的にドライエッチングする。言い換えれば、窒化シリコン膜の膜厚が10nm程度となるまでドライエッチングを行う。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10の膜厚は、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10の膜厚より小さくなる(図17)。なお、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10の膜厚をT102、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10の膜厚をT101とした場合、T102<T101の関係にある。
Next, a photoresist film PR2 is formed on the
次いで、図18に示すように、フォトレジスト膜PR2をアッシング処理などにより除去する。その後、熱処理を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。そして、この応力印加膜10により、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)に応力が印加される。ここで、応力印加膜10に応力を加えるための熱処理条件としては、1000℃以上で、1秒以内の熱処理が好ましい。一方、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10は、その膜厚が小さいため、MISFET(HT)には、大きな応力は印加されない。I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10の膜厚としては、20nm以下とすることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 18, the photoresist film PR2 is removed by ashing or the like. Thereafter, heat treatment is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
この後、図11〜図14を参照しながら説明したように、熱処理後の応力印加膜10を除去し、さらに、ストッパー膜9を除去する。次いで、サリサイド技術を用いて、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。
Thereafter, as described with reference to FIGS. 11 to 14, the
このように、本実施の形態によれば、MISFET(LT)およびMISFET(HT)上に、応力印加膜10を形成し、熱処理を施したものの、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10の膜厚を小さくしたので、応力印加膜として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)の影響を低減することができる。よって、前述した窒化シリコン膜中のH(水素)によるMISFET(HT)の特性劣化の程度を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, although the
また、本実施の形態においては、I/OMIS形成領域2Aに薄い応力印加膜10が残存しているため、I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9とコアMIS形成領域1Aのストッパー膜9との膜厚差が生じない。
In the present embodiment, since the thin
即ち、図12においては、I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚が、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚より小さくなっている。このような場合、ストッパー膜9の残存膜厚や膜厚差によっては、エッチングの制御性が難しくなる。
That is, in FIG. 12, the thickness of the
即ち、厚膜部を基準にエッチングを行った場合、薄膜部においてオーバーエッチング状態となり、例えば、側壁絶縁膜SWを構成する酸化シリコン膜SOの端部、図19において、丸で囲んだ箇所がエッチングされてしまう。このような箇所に金属シリサイド層SILが成長すると、リーク電流の増加や耐圧の劣化が生じ得る。図19は、本実施の形態の応用例の半導体装置の製造工程の効果を説明するための要部断面図である。 That is, when etching is performed with reference to the thick film portion, the thin film portion is over-etched. For example, the end portion of the silicon oxide film SO constituting the sidewall insulating film SW, the circled portion in FIG. 19 is etched. Will be. When the metal silicide layer SIL grows in such a location, an increase in leakage current and a breakdown voltage may occur. FIG. 19 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the effect of the manufacturing process of the semiconductor device of the application example of the present embodiment.
また、薄膜部を基準にエッチングを行った場合、厚膜部においてストッパー膜9の残渣が生じ得る。このような残渣上には、金属シリサイド層SILが充分に成長せず、不具合が生じ得る。
Further, when etching is performed based on the thin film portion, a residue of the
これに対し、本実施の形態によれば、ストッパー膜9の膜厚差を解消することにより、上記不所望な箇所での金属シリサイド層SILの成長や、ストッパー膜9の残渣による金属シリサイド層SILの不成長を回避することができる。よって、例えば、酸化シリコン膜を5nm程度の薄膜で形成しても、ストッパー膜9の膜厚差を解消でき、良好な金属シリサイド層SILを形成することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, by eliminating the difference in the thickness of the
(実施の形態2)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置(半導体記憶装置)の構造について説明する。
(Embodiment 2)
The structure of the semiconductor device (semiconductor memory device) of the present embodiment will be described below with reference to the drawings.
[構造説明]
図20は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置は、MISFET(LT)およびメモリセル(不揮発性メモリセル、不揮発性記憶素子、不揮発性半導体記憶装置、EEPROM、フラッシュメモリともいう)MCを有する。
[Description of structure]
FIG. 20 is a fragmentary cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of the present embodiment. The semiconductor device of this embodiment includes a MISFET (LT) and a memory cell (also referred to as a nonvolatile memory cell, a nonvolatile memory element, a nonvolatile semiconductor memory device, an EEPROM, or a flash memory) MC.
MISFET(LT)は、コアMIS形成領域1Aに形成され、比較的ゲート長が小さいMISFETである。例えば、MISFET(LT)のゲート長は、メモリセルMCの制御ゲート電極CGのゲート長とメモリゲート電極MGのゲート長の和より小さく、例えば、40nm程度である。このような、比較的ゲート長の小さいMISFETは、例えば、メモリセルMCを駆動するための回路(コア回路、周辺回路ともいう)などに用いられる。また、MISFET(LT)は、比較的、駆動電圧が低い傾向にある。
The MISFET (LT) is a MISFET formed in the core
MISFET(LT)は、半導体基板1(p型ウエルPW1)上に絶縁膜3を介して配置されたゲート電極GEと、このゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW1)中に配置されたソース、ドレイン領域とを有する。ゲート電極GEの側壁部には、絶縁膜からなる側壁絶縁膜(サイドウォール、サイドウォールスペーサ)SWが形成されている。ここでは、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層体により側壁絶縁膜SWが形成されている。また、ソース、ドレイン領域は、LDD構造を有し、n+型半導体領域8とn−型半導体領域7よりなる。n−型半導体領域7は、ゲート電極GEの側壁に対して自己整合的に形成されている。また、n+型半導体領域8は、側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域7よりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。
The MISFET (LT) is disposed in the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) on both sides of the gate electrode GE. Source and drain regions. A side wall insulating film (side wall, side wall spacer) SW made of an insulating film is formed on the side wall portion of the gate electrode GE. Here, the sidewall insulating film SW is formed of a stacked body of the silicon oxide film SO and the silicon nitride film SN. The source and drain regions have an LDD structure and are composed of an n +
メモリセルMCは、半導体基板1(p型ウエルPW3)の上方に配置された制御ゲート電極(ゲート電極)CGと、半導体基板1(p型ウエルPW3)の上方に配置され、制御ゲート電極CGと隣合うメモリゲート電極(ゲート電極)MGとを有する。この制御ゲート電極CGの上部には、薄い酸化シリコン膜CP1および窒化シリコン膜(キャップ絶縁膜)CP2が配置されている。メモリセルMCは、さらに、制御ゲート電極CGおよび半導体基板1(p型ウエルPW3)間に配置された絶縁膜3と、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW3)との間に配置され、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間に配置された絶縁膜5とを有する。
The memory cell MC is disposed above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW3), the control gate electrode (gate electrode) CG above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW3), and the control gate electrode CG. It has an adjacent memory gate electrode (gate electrode) MG. A thin silicon oxide film CP1 and a silicon nitride film (cap insulating film) CP2 are disposed on the control gate electrode CG. Memory cell MC is further arranged between control gate electrode CG and semiconductor substrate 1 (p-type well PW3), and between insulating
また、メモリセルMCは、さらに、半導体基板1のp型ウエルPW3中に形成されたソース領域MSおよびドレイン領域MDを有する。また、メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CGの合成パターンの側壁部には、絶縁膜からなる側壁絶縁膜(サイドウォール、サイドウォールスペーサ)SWが形成されている。ここでは、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層体により側壁絶縁膜SWが形成されている。ソース領域MSは、n+型半導体領域8aとn−型半導体領域7aよりなる。n−型半導体領域7aは、メモリゲート電極MGの側壁に対して自己整合的に形成されている。また、n+型半導体領域8aは、メモリゲート電極MG側の側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域7aよりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。ドレイン領域MDは、n+型半導体領域8bとn−型半導体領域7bよりなる。n−型半導体領域7bは、制御ゲート電極CGの側壁に対して自己整合的に形成されている。また、n+型半導体領域8bは、制御ゲート電極CG側の側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域7bよりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。
The memory cell MC further includes a source region MS and a drain region MD formed in the p-type well PW3 of the
ここで、本実施の形態(図20)においては、MISFET(LT)およびメモリセルMCのうち、MISFET(LT)には、SMTによりチャネル領域に応力が印加されているが、メモリセルMCには、SMTによりチャネル領域に応力が印加されていない。 Here, in the present embodiment (FIG. 20), among the MISFET (LT) and the memory cell MC, stress is applied to the channel region by SMT in the MISFET (LT), but the memory cell MC , No stress is applied to the channel region by SMT.
このSMTとは、前述したとおり、MISFETのゲート電極の上部、及び側面部からチャネル領域に応力を印加することにより、チャネル領域の結晶を歪ませ、チャネル領域中のキャリア移動度を向上させる技術である。 As described above, this SMT is a technique for improving the carrier mobility in the channel region by distorting the crystal in the channel region by applying stress to the channel region from the top and side surfaces of the gate electrode of the MISFET. is there.
したがって、本実施の形態(図20)においては、MISFET(LT)およびメモリセルMCのうち、SMTによりMISFET(LT)のチャネル領域の結晶間隔が変化している。一方、メモリセルMCには、SMTが適用されていないため、SMTによるチャネル領域の結晶間隔の変化はない。このように、本実施の形態の半導体装置においては、SMTをすべての素子に適用するのではなく、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。以下の「製法説明」の欄において、さらに詳細に説明する。 Therefore, in the present embodiment (FIG. 20), among the MISFET (LT) and the memory cell MC, the crystal spacing of the channel region of the MISFET (LT) is changed by SMT. On the other hand, since SMT is not applied to the memory cell MC, there is no change in the crystal spacing of the channel region due to SMT. As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be comprehensively improved by selectively applying SMT instead of applying SMT to all elements. This will be described in more detail in the “Production Method” section below.
[製法説明]
次いで、図21〜図37を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図21〜図37は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
[Product description]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 21 to 37 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.
<MISFET(LT)およびメモリセルMCの形成工程>
まず、MISFET(LT)およびメモリセルMCの形成工程の一例について説明する。
<Process for Forming MISFET (LT) and Memory Cell MC>
First, an example of a process for forming the MISFET (LT) and the memory cell MC will be described.
図21に示すように、半導体基板1として、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シリコン基板を準備する。なお、シリコン基板以外の半導体基板1を用いてもよい。
As shown in FIG. 21, a silicon substrate made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of, for example, about 1 to 10 Ωcm is prepared as the
次いで、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。例えば、半導体基板1中に素子分離溝を形成し、この素子分離溝の内部に酸化シリコン膜などの絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離領域2を形成する。
Next, the
次いで、半導体基板1のコアMIS形成領域1Aにp型ウエルPW1を、メモリセル領域3Aにp型ウエルPW3を、それぞれ形成する。p型ウエルPW1、PW3は、p型不純物(例えばホウ素(B)など)をイオン注入することによって形成する。
Next, a p-type well PW1 is formed in the core
次いで、希釈フッ酸洗浄などによって半導体基板1(p型ウエルPW1、PW3)の表面を清浄化した後、図22に示すように、半導体基板1の主面(p型ウエルPW1、PW3の表面)に、絶縁膜(ゲート絶縁膜)3として、例えば、酸化シリコン膜を熱酸化法により、2〜3nm程度の膜厚で形成する。絶縁膜3としては、酸化シリコン膜の他、酸窒化シリコン膜などの他の絶縁膜を用いてもよい。また、この他、酸化ハフニウム膜、酸化アルミニウム膜(アルミナ)または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する金属酸化膜、および酸化膜等と金属酸化膜との積層膜を形成してもよい。また、熱酸化法の他、CVD法を用いて形成してもよい。また、コアMIS形成領域1A上の絶縁膜(ゲート絶縁膜)3およびメモリセル領域3A上の絶縁膜(ゲート絶縁膜)3を、それぞれ異なる膜厚とし、また、異なる膜種としてもよい。
Next, after cleaning the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type wells PW1, PW3) by dilute hydrofluoric acid cleaning or the like, as shown in FIG. 22, the main surface of the semiconductor substrate 1 (surfaces of the p-type wells PW1, PW3) Further, as the insulating film (gate insulating film) 3, for example, a silicon oxide film is formed with a film thickness of about 2 to 3 nm by a thermal oxidation method. As the insulating
次に、半導体基板1の全面上に、導電性膜(導電体膜)としてシリコン膜4を形成する。このシリコン膜4として、例えば、多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて、100〜200nm程度の膜厚で形成する。シリコン膜4として、非晶質シリコン膜を堆積し、熱処理を施すことにより結晶化させてもよい(結晶化処理)。このシリコン膜4は、コアMIS形成領域1AにおいてMISFET(LT)のゲート電極GEとなり、メモリセル領域3AにおいてメモリセルMCの制御ゲート電極CGとなる。
Next, a
次いで、メモリセル領域3Aのシリコン膜4中に、n型不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P)など)を注入する。
Next, an n-type impurity (such as arsenic (As) or phosphorus (P)) is implanted into the
次いで、シリコン膜4の表面を例えば3〜10nm程度、熱酸化することにより、薄い酸化シリコン膜CP1を形成する。なお、この酸化シリコン膜CP1をCVD法を用いて形成してもよい。次いで、酸化シリコン膜CP1の上部に、CVD法などを用いて、50〜150nm程度の窒化シリコン膜(キャップ絶縁膜)CP2を形成する。
Next, a thin silicon oxide film CP1 is formed by thermally oxidizing the surface of the
次いで、制御ゲート電極CGの形成予定領域に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いて、窒化シリコン膜CP2、酸化シリコン膜CP1およびシリコン膜4をエッチングする。この後、フォトレジスト膜をアッシングなどにより除去することにより、制御ゲート電極CG(例えば、ゲート長が80nm程度)を形成する。このような、フォトリソグラフィからフォトレジスト膜の除去までの一連の工程をパターニングという。なお、ここでは、制御ゲート電極CGの上部に、窒化シリコン膜CP2および酸化シリコン膜CP1を形成したが、これらの膜を省略することも可能である。
Next, a photoresist film (not shown) is formed using a photolithography method in a region where the control gate electrode CG is to be formed, and using this photoresist film as a mask, a silicon nitride film CP2, a silicon oxide film CP1, and The
ここで、メモリセル領域3Aにおいて、制御ゲート電極CGの下に残存する絶縁膜3が、制御トランジスタのゲート絶縁膜となる。なお、制御ゲート電極CGで覆われた部分以外の絶縁膜3は、以降のパターニング工程などにより除去され得る。また、コアMIS形成領域1Aにおいては、窒化シリコン膜CP2、酸化シリコン膜CP1およびシリコン膜4を残存させておく。
Here, in the
次いで、コアMIS形成領域1Aにおいて、シリコン膜4の上部の窒化シリコン膜CP2を除去する。
Next, the silicon nitride film CP2 over the
次いで、図23に示すように、窒化シリコン膜CP2および酸化シリコン膜CP1の上部を含む半導体基板1上に、絶縁膜5(5A、5N、5B)を形成する。まず、半導体基板1の主面を清浄化処理した後、図23に示すように、窒化シリコン膜CP2および酸化シリコン膜CP1の上部を含む半導体基板1上に、酸化シリコン膜5Aを形成する。この酸化シリコン膜5Aは、例えば、熱酸化法(好ましくはISSG(In Situ Steam Generation)酸化)により例えば4nm程度の膜厚で形成する。なお、酸化シリコン膜5AをCVD法を用いて形成してもよい。図においては、CVD法で形成した場合の酸化シリコン膜5Aの形状を示してある。次いで、酸化シリコン膜5A上に、窒化シリコン膜5NをCVD法で例えば10nm程度の膜厚で堆積する。この窒化シリコン膜5Nが、メモリセルの電荷蓄積部となり、絶縁膜(ONO膜)5を構成する中間層となる。次いで、窒化シリコン膜5N上に、酸化シリコン膜5BをCVD法により例えば5nm程度の膜厚で堆積する。
Next, as shown in FIG. 23, the insulating film 5 (5A, 5N, 5B) is formed on the
以上の工程により、酸化シリコン膜5A、窒化シリコン膜5Nおよび酸化シリコン膜5Bからなる絶縁膜(ONO膜)5を形成することができる。なお、図23に示すコアMIS形成領域1Aの酸化シリコン膜CP1上に絶縁膜(ONO膜)5が残存してもよい。
Through the above steps, an insulating film (ONO film) 5 composed of the
また、本実施の形態においては、絶縁膜5の内部の電荷蓄積部(電荷蓄積層、トラップ準位を有する絶縁膜)として、窒化シリコン膜5Nを形成しているが、例えば酸窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜または酸化タンタル膜などの他の絶縁膜を用いてもよい。これらの膜は、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜である。また、シリコンナノドットを有する絶縁膜を用いて電荷蓄積層を形成してもよい。
In the present embodiment, the
また、メモリセル領域3Aに形成された絶縁膜5は、メモリゲート電極MGのゲート絶縁膜として機能し、電荷保持(電荷蓄積)機能を有する。したがって、少なくとも3層の積層構造を有し、外側の層(酸化シリコン膜5A、5B)のポテンシャル障壁高さに比べ、内側の層(窒化シリコン膜5N)のポテンシャル障壁高さが低くなるよう構成する。また、各層の膜厚はそのメモリセルの動作方式毎に最適な値を有する。
The insulating
次いで、絶縁膜5上に、導電性膜(導電体膜)としてシリコン膜6を形成する。絶縁膜5の上部に、シリコン膜6として、例えば、多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて、50〜200nm程度の膜厚で形成する。シリコン膜6として、非晶質シリコン膜を堆積し、熱処理を施すことにより結晶化させてもよい(結晶化処理)。なお、このシリコン膜6に必要に応じて不純物を導入してもよい。また、このシリコン膜6は、後述するように、メモリセル領域3Aにおいてメモリゲート電極MG(例えば、ゲート長が50nm程度)となる。
Next, a
次いで、図24に示すように、シリコン膜6をエッチバックする。このエッチバック工程では、シリコン膜6をその表面から所定の膜厚分だけ異方的なドライエッチングにより除去する。この工程により、制御ゲート電極CGの両側の側壁部に、絶縁膜5を介して、シリコン膜6を、サイドウォール状(側壁膜状)に残存させることができる。この際、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいては、シリコン膜4上部では、シリコン膜6がエッチングされ、絶縁膜5が露出する。なお、コアMIS形成領域1Aとメモリセル領域3Aとの境界部においては、酸化シリコン膜CP1およびシリコン膜4の積層膜の側壁に、絶縁膜5を介してシリコン膜6がサイドウォール状(側壁膜状)にシリコンスペーサSP2として残存する。
Next, as shown in FIG. 24, the
上記制御ゲート電極CGの両方の側壁部のうち、一方の側壁部に残存したシリコン膜6により、メモリゲート電極MGが形成される。また、他方の側壁部に残存したシリコン膜6により、シリコンスペーサSP1が形成される。上記メモリゲート電極MGの下の絶縁膜5が、メモリトランジスタのゲート絶縁膜となる。シリコン膜6の堆積膜厚に対応してメモリゲート長(メモリゲート電極MGのゲート長)が決まる。
A memory gate electrode MG is formed by the
次いで、図25に示すように、制御ゲート電極CGの側壁部でメモリゲート電極MGを形成しない側のシリコンスペーサSP1、およびコアMIS形成領域1Aとメモリセル領域3Aとの境界部のシリコンスペーサSP2(シリコン膜6)を除去する。
Next, as shown in FIG. 25, the silicon spacer SP1 on the side where the memory gate electrode MG is not formed on the side wall of the control gate electrode CG, and the silicon spacer SP2 at the boundary between the core
次いで、絶縁膜5をエッチングによって除去する。これにより、メモリセル領域3Aにおいて、制御ゲート電極CGの上部の窒化シリコン膜CP2が露出し、p型ウエルPW3が露出する。また、コアMIS形成領域1Aにおいては、酸化シリコン膜CP1も除去され、シリコン膜4が露出する。
Next, the insulating
次いで、コアMIS形成領域1Aにおいて、シリコン膜4に不純物を導入する。例えば、シリコン膜4に、リンなどのn型不純物を注入する。
Next, impurities are introduced into the
次いで、シリコン膜4のMISFET(LT)のゲート電極GEの形成予定領域に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いて、シリコン膜4をエッチングする。この後、フォトレジスト膜(図示せず)をアッシングなどにより除去することにより、図26に示すように、コアMIS形成領域1Aに、MISFET(LT)のゲート電極GEを形成する。MISFET(LT)のゲート電極GEのゲート長は、例えば、40μm程度である。
Next, a photoresist film (not shown) is formed using a photolithography method in a region where the gate electrode GE of the MISFET (LT) of the
また、ゲート電極GEの下に残存する絶縁膜3が、MISFET(LT)のゲート絶縁膜となる。なお、ゲート電極GEで覆われた部分以外の絶縁膜3は、上記ゲート電極GEの形成時に除去してもよいし、また、以降のパターニング工程などにより除去してもよい。
The insulating
次いで、図27に示すように、制御ゲート電極CGの一方の側(メモリゲート電極MGと逆側)に開口を有するフォトレジスト膜(図示せず)をマスクに、p型不純物を斜めに注入する(斜めインプラする)。これにより、制御ゲート電極CGの下部の半導体基板1にp型のハロー領域(p型不純物領域)HLを形成する。このp型のハロー領域HLは、必ずしも形成する必要はないが、これを形成した場合は、ドレイン領域MDからメモリトランジスタのチャネル領域への空乏層の広がりが抑制され、メモリトランジスタの短チャネル効果が抑制される。よって、メモリトランジスタのしきい値電圧の低下を抑制することができる。この後、上記フォトレジスト膜(図示せず)を除去する。
Next, as shown in FIG. 27, p-type impurities are obliquely implanted using a photoresist film (not shown) having an opening on one side of the control gate electrode CG (the side opposite to the memory gate electrode MG) as a mask. (Inclined implantation). Thereby, a p-type halo region (p-type impurity region) HL is formed in the
次いで、メモリセル領域3Aにおいて、半導体基板1(p型ウエルPW1)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n−型半導体領域7aおよびn−型半導体領域7bを形成する。この際、n−型半導体領域7aは、メモリゲート電極MGの側壁(絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGと隣合う側とは反対側の側壁)に自己整合して形成される。また、n−型半導体領域7bは、制御ゲート電極CGの側壁(絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGと隣合う側とは反対側の側壁)に自己整合して形成される。また、コアMIS形成領域1Aにおいて、ゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW1)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n−型半導体領域7を形成する。この際、n−型半導体領域7は、ゲート電極GEの側壁に自己整合して形成される。
Next, in the
n−型半導体領域7aとn−型半導体領域7bとn−型半導体領域7とは、同じイオン注入工程で形成してもよいが、ここでは、異なるイオン注入工程で形成している。このように、異なるイオン注入工程で形成することにより、n−型半導体領域7a、n−型半導体領域7bおよびn−型半導体領域7をそれぞれ所望の不純物濃度および所望の接合の深さで形成することが可能となる。
The n −
次いで、図28に示すように、メモリセル領域3Aにおいて、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの合成パターンの側壁部に、側壁絶縁膜SWを形成する。また、コアMIS形成領域1Aにおいて、ゲート電極GEの側壁部に、側壁絶縁膜SWを形成する。例えば、半導体基板1の主面全面上に酸化シリコン膜SOを堆積し、さらに、その上部に窒化シリコン膜SNを堆積することにより、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層膜よりなる絶縁膜を形成する。この絶縁膜をエッチバックすることによって、上記合成パターン(CG、MG)の側壁部およびゲート電極GEの側壁部に側壁絶縁膜SWを形成する。側壁絶縁膜SWとしては、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜の他、単層の酸化シリコン膜や単層の窒化シリコン膜などの絶縁膜を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 28, in the
次いで、図29に示すように、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよび側壁絶縁膜SWをマスクとして、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を、半導体基板1(p型ウエルPW3)に注入することで、高不純物濃度のn+型半導体領域8aおよびn+型半導体領域8bを形成する。この際、n+型半導体領域8aは、メモリセル領域3Aにおいて、メモリゲート電極MG側の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。また、n+型半導体領域8bは、メモリセル領域3Aにおいて、制御ゲート電極CG側の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。n+型半導体領域8aは、n−型半導体領域7aよりも不純物濃度が高く、接合の深さが深い半導体領域として形成される。n+型半導体領域8bは、n−型半導体領域7bよりも不純物濃度が高く、接合の深さが深い半導体領域として形成される。また、コアMIS形成領域1Aにおいて、ゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW1)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n+型半導体領域8を形成する。この際、n+型半導体領域8は、ゲート電極GEの側壁部の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。n+型半導体領域8は、n−型半導体領域7よりも不純物濃度が高く、接合の深さが深い半導体領域として形成される。n+型半導体領域8aとn+型半導体領域8bとn+型半導体領域8とは、異なる不純物濃度および異なる接合の深さとしてもよい。
Next, as shown in FIG. 29, using the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the sidewall insulating film SW as a mask, an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) is introduced into the semiconductor substrate 1 (p-type well). By implantation into PW3), high impurity concentration n +
上記工程により、メモリセル領域3Aにおいて、n−型半導体領域7bとn+型半導体領域8bからなり、メモリトランジスタのドレイン領域として機能するn型のドレイン領域MDが構成され、n−型半導体領域7aとn+型半導体領域8aからなり、メモリトランジスタのソース領域として機能するn型のソース領域MSが構成される。また、コアMIS形成領域1Aにおいて、n−型半導体領域7とn+型半導体領域8とからなるLDD構造のソース、ドレイン領域が形成される。
Through the above process, in the
次に、ソース領域MS(n−型半導体領域7aおよびn+型半導体領域8a)、ドレイン領域MD(n−型半導体領域7bおよびn+型半導体領域8b)およびソース、ドレイン領域(7、8)に導入された不純物を活性化するための熱処理(活性化処理)を行う。
Next, the source region MS (n −
以上の工程により、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)が形成され、メモリセル領域3AにメモリセルMCが形成される(図29)。
Through the above steps, a MISFET (LT) is formed in the core
なお、MISFET(LT)およびメモリセルMCの形成工程については、上記工程に限定されるものではない。 Note that the process of forming the MISFET (LT) and the memory cell MC is not limited to the above process.
<SMTおよびシリサイド工程>
次いで、図30に示すように、MISFET(LT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を13nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)とオゾン(O3)を原料ガスとしたCVD法により、酸化シリコン膜を形成する。このストッパー膜9は、後述する応力印加膜10のエッチングの際、エッチングストッパーとしての役割を果たす。このストッパー膜9により、MISFET(LT)およびメモリセルMCを構成する各パターン(例えば、シリコン膜よりなる部位など)の不所望なエッチングを防止することができる。
<SMT and silicide process>
Next, as shown in FIG. 30, a silicon oxide film having a thickness of about 13 nm is formed as a
次いで、図31に示すように、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を20nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、HCD(六塩化二ケイ素)とNH3(アンモニア)を原料ガスとしたCVD法により、窒化シリコン膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 31, a silicon nitride film having a thickness of about 20 nm is formed on the
次いで、メモリセル領域3Aの応力印加膜10を除去する。まず、図32に示すように、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR3を形成する。次いで、図33に示すように、フォトレジスト膜PR3をマスクとして用いて、応力印加膜10をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜を、ドライエッチングする。例えば、エッチングガスとして、CH4を用いて、等方的なドライエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1Aのみが、応力印加膜10で覆われる。言い換えれば、MISFET(LT)のみが、応力印加膜10で覆われる。また、メモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, the
ここで、上記エッチングは、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10のエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で行われるが、ストッパー膜9も僅かにエッチングされる。これにより、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚は、コアMIS形成領域1Aにおいて、応力印加膜10下に残存するストッパー膜9の膜厚より小さくなる(図33)。なお、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚をT93、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚をT91とした場合、T93<T91の関係にある。
Here, the etching is performed under the condition that the etching selectivity is increased, that is, the etching rate of the
次いで、図34に示すように、フォトレジスト膜PR3をアッシング処理などにより除去した後、熱処理(アニールともいう)を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。熱処理後、即ち、応力が加わった状態の応力印加膜を“10S”で示す。この応力印加膜10Sにより、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)に応力が印加される。一方、メモリセル領域3Aの応力印加膜10は除去されているため、メモリセルMCには、応力が印加されない。
Next, as shown in FIG. 34, after the photoresist film PR3 is removed by ashing or the like, heat treatment (also referred to as annealing) is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
なお、この熱処理を利用して、ソース領域MS(n−型半導体領域7aおよびn+型半導体領域8a)、ドレイン領域MD(n−型半導体領域7bおよびn+型半導体領域8b)およびソース、ドレイン領域(7、8)に導入された不純物を活性化し、先の熱処理(活性化処理)を省略してもよい。また、この熱処理により、非晶質シリコン膜よりなるシリコン膜4、6を結晶化させてもよい(結晶化処理)。
Note that, using this heat treatment, the source region MS (n −
次いで、図35に示すように、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10Sを除去する。ここでは、応力印加膜10Sを構成する窒化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10Sのエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、リン酸(H3PO4)溶液を用い、155℃で600秒間のウエットエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, as shown in FIG. 35, the
次いで、図36に示すように、上記ストッパー膜9を除去する。ここでは、ストッパー膜9を構成する酸化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、ストッパー膜9のエッチング速度/半導体基板1のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、HF溶液を用い、25℃で100秒間のウエットエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 36, the
次いで、図37に示すように、サリサイド技術を用いて、メモリセル領域3Aにおいて、メモリゲート電極MG、n+型半導体領域8aおよびn+型半導体領域8bの上部に、それぞれ金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。また、コアMIS形成領域1Aにおいて、ゲート電極GEおよびn+型半導体領域8の上部に、それぞれ金属シリサイド層SILを形成する。
Next, as shown in FIG. 37, using the salicide technique, in the
この金属シリサイド層SILにより、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。この金属シリサイド層SILは、次のようにして形成することができる。 With this metal silicide layer SIL, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced. The metal silicide layer SIL can be formed as follows.
例えば、半導体基板1の主面全面上に、金属膜(図示せず)を形成し、半導体基板1に対して熱処理を施すことによって、メモリゲート電極MG、ゲート電極GE、n+型半導体領域8、8a、8bの上層部分と上記金属膜とを反応させる。これにより、メモリゲート電極MG、ゲート電極GE、n+型半導体領域8、8a、8bの上部に、それぞれ金属シリサイド層SILが形成される。上記金属膜は、例えばコバルト(Co)膜またはニッケル(Ni)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。次いで、未反応の金属膜を除去する。
For example, a metal film (not shown) is formed on the entire main surface of the
この後、図示は省略するが、半導体基板1の主面全面上に、層間絶縁膜(図示せず)を形成する。次いで、層間絶縁膜中に、例えば、n+型半導体領域8、8a、8bの表面を露出するコンタクトホール(図示せず)を形成し、コンタクトホール内に、導電性膜を埋め込むことにより、プラグ(図示せず)を形成する。次いで、プラグが埋め込まれた層間絶縁膜上に配線(図示せず)を形成する。
Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the entire main surface of the
このように、本実施の形態によれば、MISFET(LT)およびメモリセルMCのうち、MISFET(LT)のみに、SMTを適用したので、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, since the SMT is applied only to the MISFET (LT) among the MISFET (LT) and the memory cell MC, the characteristics of the semiconductor device can be improved comprehensively.
本発明者らが、MISFET(LT)およびメモリセルMCの双方の素子にSMTを適用した場合について検討したところ図38に示す結果が得られた。図38は、SMT適用後のMISFET(LT)およびメモリセルMCの特性を示す図である。 The inventors examined the case where SMT is applied to both the MISFET (LT) and the memory cell MC, and the result shown in FIG. 38 was obtained. FIG. 38 is a diagram illustrating characteristics of the MISFET (LT) and the memory cell MC after application of SMT.
即ち、コアMIS形成領域1Aおよびメモリセル領域3A上に、応力印加膜10である窒化シリコン膜が存在する状態で(例えば、図31参照)、熱処理を行い、各素子に応力を印加した場合について検討した。
That is, in the case where the silicon nitride film as the
図38に示すように、MISFET(LT)については、SMTの効果により、チャネル電流(図38においては、単に“電流”と表示)の増加が確認できた。しかしながら、MISFET(HT)およびメモリセルMCのチャネル電流は、変わらなかった。これは、ゲート長が比較的大きいメモリセルMCについては、SMTの効果が乏しく、チャネル電流が増加するに至らなかったものと考察される。 As shown in FIG. 38, for MISFET (LT), an increase in channel current (indicated simply as “current” in FIG. 38) was confirmed due to the effect of SMT. However, the channel currents of the MISFET (HT) and the memory cell MC were not changed. This is considered that the memory cell MC having a relatively large gate length has a poor SMT effect and the channel current has not increased.
一方、HCついては、MISFET(LT)およびメモリセルMCのすべての素子において、低下した。これは、応力印加膜10として用いる窒化シリコン膜に含まれる水素(H)が影響しているものと考えられる。
On the other hand, HC decreased in all elements of the MISFET (LT) and the memory cell MC. This is considered to be due to the influence of hydrogen (H) contained in the silicon nitride film used as the
図39は、応力印加膜である窒化シリコン膜を設けたメモリセルの断面図である。図39に示すメモリセルについて、図20に示すメモリセルMCと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。なお、PWは、p型ウエルを示す。 FIG. 39 is a cross-sectional view of a memory cell provided with a silicon nitride film as a stress application film. In the memory cell shown in FIG. 39, members having the same functions as those of the memory cell MC shown in FIG. 20 are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted. PW indicates a p-type well.
図39に示すように、応力印加膜10として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)が、応力を印加するための熱処理により、メモリセルの内部へ拡散する。例えば、絶縁膜(ONO膜)5を構成する中間層である窒化シリコン膜5Nに、H(水素)が到達すると、メモリセルの電荷蓄積部に、浅いトラップ準位が増加する。このような、浅いトラップ準位に、メモリセルに書き込むべき電荷が保持されると、電荷が抜けやすくなり、メモリセルの保持特性が劣化する。
As shown in FIG. 39, H (hydrogen) in the silicon nitride film used as the
これに対し、本実施の形態においては、SMTの効果が乏しいメモリセルMCについては、SMTを適用せず、メモリセルMC上の応力印加膜(窒化シリコン膜)10を除去したので、上記窒化シリコン膜中のH(水素)によるメモリセルMCの特性の劣化を回避することができる。 On the other hand, in the present embodiment, since the stress application film (silicon nitride film) 10 on the memory cell MC is removed without applying SMT to the memory cell MC having a poor SMT effect, the silicon nitride Degradation of the characteristics of the memory cell MC due to H (hydrogen) in the film can be avoided.
もちろん、MISFET(LT)については、SMTにより、チャネル電流の向上を図ることができる。 Of course, for MISFET (LT), channel current can be improved by SMT.
このように、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。 Thus, by selectively applying SMT, the characteristics of the semiconductor device can be improved comprehensively.
(応用例の説明)
上記工程においては、メモリセル領域3Aの応力印加膜10をすべて除去し、当該領域においてストッパー膜9を露出させたが(図32、図33参照)、メモリセル領域3Aの応力印加膜10を、その膜厚を減ずるように、その表面から所定の膜厚分を除去してもよい。
(Explanation of application examples)
In the above process, all of the
図40および図41は、本実施の形態の応用例の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 40 and 41 are main-portion cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device of the application example of the present embodiment.
<MISFET(LT)およびメモリセルMCの形成工程>
図21〜図29を参照しながら説明したように、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)を、メモリセル領域3AにメモリセルMCを形成する(図29)。
<Process for Forming MISFET (LT) and Memory Cell MC>
As described with reference to FIGS. 21 to 29, a MISFET (LT) is formed in the core
<SMTおよびシリサイド工程>
次いで、図40に示すように、MISFET(LT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を5nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。次いで、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を35nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。
<SMT and silicide process>
Next, as shown in FIG. 40, a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed as a
次いで、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR4を形成する。次いで、このフォトレジスト膜PR4をマスクとして用いて、応力印加膜10の表面から所定の膜厚分をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜の表面から25nm程度の膜厚分を異方的もしくは等方的にドライエッチングする。言い換えれば、窒化シリコン膜の膜厚が10nm程度となるまでドライエッチングを行う。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、メモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚は、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10の膜厚より小さくなる(図40)。なお、メモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚をT103、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10の膜厚をT101とした場合、T103<T101の関係にある。
Next, a photoresist film PR4 is formed on the
次いで、図41に示すように、フォトレジスト膜PR4をアッシング処理などにより除去する。その後、熱処理を行う。例えば、第1処理として、1010℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、1230℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。そして、この応力印加膜10により、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)に応力が印加される。ここで、応力印加膜10に応力を加えるための熱処理条件としては、1000℃以上で、1秒以内の熱処理が好ましい。一方、メモリセル領域3Aの応力印加膜10は、その膜厚が小さいため、メモリセルMCには、大きな応力は印加されない。メモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚としては、20nm以下とすることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 41, the photoresist film PR4 is removed by ashing or the like. Thereafter, heat treatment is performed. For example, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within 10 seconds at 1010 ° C. is performed as the first treatment. Next, laser annealing at 1230 ° C. is performed as the second treatment. Thereby, stress is generated in the
この後、図34〜図37を参照しながら説明したように、熱処理後の応力印加膜10を除去し、さらに、ストッパー膜9を除去する。次いで、サリサイド技術を用いて、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。
Thereafter, as described with reference to FIGS. 34 to 37, the
このように、本実施の形態によれば、MISFET(LT)およびメモリセルMC上に、応力印加膜10を形成し、熱処理を施したものの、メモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚を小さくしたので、応力印加膜として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)の影響を低減することができる。よって、前述した窒化シリコン膜中のH(水素)によるメモリセルMCの特性劣化の程度を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、メモリセル領域3Aに薄い応力印加膜10が残存しているため、メモリセル領域3Aのストッパー膜9とコアMIS形成領域1Aのストッパー膜9との膜厚差が生じない。
In the present embodiment, since the thin
即ち、図35においては、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚が、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚より小さくなっている。このような場合、ストッパー膜9の残存膜厚や膜厚差によっては、エッチングの制御性が難しくなる。
That is, in FIG. 35, the thickness of the
即ち、厚膜部を基準にエッチングを行った場合、薄膜部においてオーバーエッチング状態となり、例えば、側壁絶縁膜SWを構成する酸化シリコン膜SOの端部、図42において、丸で囲んだ箇所がエッチングされてしまう。このような箇所に金属シリサイド層SILが成長すると、リーク電流の増加や耐圧の劣化が生じ得る。図42は、本実施の形態の応用例の半導体装置の製造工程の効果を説明するための要部断面図である。 That is, when etching is performed with reference to the thick film portion, the thin film portion is over-etched. For example, the end portion of the silicon oxide film SO constituting the sidewall insulating film SW, the circled portion in FIG. 42 is etched. Will be. When the metal silicide layer SIL grows in such a location, an increase in leakage current and a breakdown voltage may occur. FIG. 42 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the effect of the manufacturing process of the semiconductor device of the application example of the present embodiment.
また、薄膜部を基準にエッチングを行った場合、厚膜部においてストッパー膜9の残渣が生じ得る。このような残渣上には、金属シリサイド層SILが充分に成長せず、不具合が生じ得る。
Further, when etching is performed based on the thin film portion, a residue of the
これに対し、本実施の形態によれば、ストッパー膜9の膜厚差を解消することにより、上記不所望な箇所での金属シリサイド層SILの成長や、ストッパー膜9の残渣による金属シリサイド層SILの不成長を回避することができる。よって、例えば、酸化シリコン膜を5nm程度の薄膜で形成しても、ストッパー膜9の膜厚差を解消でき、良好な金属シリサイド層SILを形成することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, by eliminating the difference in the thickness of the
本実施の形態においては、メモリセルMCとして、絶縁膜(ONO膜)5を有するタイプのメモリセルMC、即ち、絶縁膜5の中間層である窒化シリコン膜5Nを電荷蓄積部とするスプリットゲート型のメモリセルMCを例に説明したが、メモリセルの構造としては、制御ゲート電極CGを有しないメモリゲート電極MGのみで絶縁膜(ONO膜)の電荷蓄積膜を有するメモリセルの構成でもよい。また、電荷蓄積部が絶縁膜でなく、ポリシリコンなどの導電膜からなる電荷蓄積部を有するメモリセルを用いてもよい。
In the present embodiment, a memory cell MC having an insulating film (ONO film) 5 as the memory cell MC, that is, a split gate type having a
例えば、メモリセルとして、絶縁膜中にフローティングゲート電極FGを有するタイプのメモリセル(以下、“FG型メモリセル”という。NOR型フラッシュメモリやNAND型フラッシュメモリなどとも呼ばれる)を用いてもよい。 For example, a memory cell having a floating gate electrode FG in an insulating film (hereinafter referred to as “FG type memory cell”; also referred to as a NOR type flash memory or a NAND type flash memory) may be used as the memory cell.
図43は、応力印加膜である窒化シリコン膜を設けたFG型メモリセルの断面図である。このFG型メモリセルは、半導体基板1(p型ウエルPW)の上方に、トンネル酸化膜(絶縁膜)TOを介して配置されたフローティングゲート電極(ゲート電極)FGと、フローティングゲート電極(ゲート電極)FG上に、絶縁膜ILを介して配置された制御ゲート電極(ゲート電極)CGとを有する。このメモリセルMCは、さらに、半導体基板1のp型ウエルPW中に形成されたソース領域Sおよびドレイン領域Dを有する。また、フローティングゲート電極FGおよび制御ゲート電極CG等の積層部の側壁部には、絶縁膜からなる側壁絶縁膜SWが形成されている。このように、当該メモリセルは、電荷蓄積部として絶縁膜(ゲート絶縁膜ともいう、TO、IL、SW)で囲まれたフローティングゲート電極FGを有する。
FIG. 43 is a cross-sectional view of an FG type memory cell provided with a silicon nitride film as a stress applying film. This FG type memory cell includes a floating gate electrode (gate electrode) FG disposed above a semiconductor substrate 1 (p type well PW) via a tunnel oxide film (insulating film) TO, and a floating gate electrode (gate electrode). ) A control gate electrode (gate electrode) CG disposed on the FG via the insulating film IL. Memory cell MC further has a source region S and a drain region D formed in p-type well PW of
このようなタイプのメモリセルにおいても、図43に示すように、応力印加膜として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)が、応力を印加するための熱処理により、メモリセルの内部へ拡散する。例えば、フローティングゲート電極FGの下部のトンネル酸化膜TOに、H(水素)が到達すると、シリコン(Si)と結合し、Si−H結合を生成する。そして、メモリセルの書き換え動作時などにより、ホットキャリアが生じると、Si−H結合が切断され、界面準位となる。このような界面準位が多く形成されると、キャリアが捕獲され、書き換え特性(書込み特性や消去特性)が劣化する。 Also in this type of memory cell, as shown in FIG. 43, H (hydrogen) in the silicon nitride film used as the stress application film diffuses into the memory cell by the heat treatment for applying the stress. . For example, when H (hydrogen) reaches the tunnel oxide film TO below the floating gate electrode FG, it combines with silicon (Si) to generate a Si—H bond. When hot carriers are generated during a memory cell rewrite operation or the like, the Si—H bond is cut and an interface state is obtained. If a large number of such interface states are formed, carriers are captured and the rewriting characteristics (writing characteristics and erasing characteristics) deteriorate.
よって、MISFET(LT)およびFG型メモリセルを有する半導体装置において、本実施の形態のように、メモリセル領域の応力印加膜10を除去し、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。
Therefore, in the semiconductor device having the MISFET (LT) and the FG type memory cell, the
また、MISFET(LT)およびFG型メモリセルを有する半導体装置において、本実施の形態の応用例のように、メモリセル領域の応力印加膜を、その膜厚を減ずるように、その表面から所定の膜厚分を除去することにより、応力印加膜として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)によるメモリセルの特性劣化の程度を低減することができる。また、ストッパー膜9の膜厚差を解消でき、良好な金属シリサイド層を形成することができる。
Further, in a semiconductor device having a MISFET (LT) and an FG type memory cell, a stress application film in the memory cell region is applied to a predetermined thickness from the surface so as to reduce the film thickness as in the application example of the present embodiment. By removing the film thickness, the degree of deterioration of the memory cell characteristics due to H (hydrogen) in the silicon nitride film used as the stress application film can be reduced. Further, the difference in film thickness of the
フローティングゲート電極FGを有するメモリセルとして、図43のようなシングルゲート構造のメモリセルを例示したが、本実施の形態のメモリセルのように、スプリットゲート構造のメモリセルでフローティングゲート電極FGを有するようなメモリセルを用いてもよい。 As a memory cell having the floating gate electrode FG, a memory cell having a single gate structure as shown in FIG. 43 is exemplified. However, like the memory cell of the present embodiment, a memory cell having a split gate structure has a floating gate electrode FG. Such a memory cell may be used.
(実施の形態3)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置(半導体記憶装置)の構造について説明する。
(Embodiment 3)
The structure of the semiconductor device (semiconductor memory device) of the present embodiment will be described below with reference to the drawings.
[構造説明]
図44は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置は、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCを有する。
[Description of structure]
FIG. 44 is a main-portion cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of the present embodiment. The semiconductor device of this embodiment includes a MISFET (LT), a MISFET (HT), and a memory cell MC.
MISFET(LT)は、コアMIS形成領域1Aに形成され、MISFET(HT)よりゲート長が小さいMISFETである。例えば、MISFET(LT)のゲート長は、40nm程度である。このような、比較的ゲート長の小さいMISFETは、例えば、メモリセルMCを駆動するための回路(コア回路、周辺回路ともいう)などに用いられる。また、MISFET(LT)は、MISFET(HT)より駆動電圧が低い傾向にある。また、MISFET(LT)の絶縁膜3は、MISFET(HT)の絶縁膜3より薄い場合がある。
The MISFET (LT) is a MISFET formed in the core
一方、MISFET(HT)は、I/OMIS形成領域2Aに形成され、MISFET(LT)よりゲート長が大きいMISFETである。例えば、MISFET(HT)のゲート長は、1000nm程度である。このような、比較的ゲート長の大きいMISFETは、例えば、入出力回路(I/O回路ともいう)などに用いられる。また、MISFET(HT)は、MISFET(LT)より駆動電圧が高い傾向にある。また、MISFET(HT)の絶縁膜3は、MISFET(LT)の絶縁膜3より厚い場合がある。
On the other hand, the MISFET (HT) is a MISFET formed in the I /
MISFET(LT)は、半導体基板1(p型ウエルPW1)上に絶縁膜3を介して配置されたゲート電極GEと、このゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW1)中に配置されたソース、ドレイン領域とを有する。ゲート電極GEの側壁部には、絶縁膜からなる側壁絶縁膜SWが形成されている。ここでは、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層体により側壁絶縁膜SWが形成されている。また、ソース、ドレイン領域は、LDD構造を有し、n+型半導体領域8とn−型半導体領域7よりなる。n−型半導体領域7は、ゲート電極GEの側壁に対して自己整合的に形成されている。また、n+型半導体領域8は、側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域7よりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。
The MISFET (LT) is disposed in the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) on both sides of the gate electrode GE. Source and drain regions. A sidewall insulating film SW made of an insulating film is formed on the sidewall portion of the gate electrode GE. Here, the sidewall insulating film SW is formed of a stacked body of the silicon oxide film SO and the silicon nitride film SN. The source and drain regions have an LDD structure and are composed of an n +
MISFET(HT)は、半導体基板1(p型ウエルPW2)上に絶縁膜3を介して配置されたゲート電極GEと、このゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW2)中に配置されたソース、ドレイン領域とを有する。ゲート電極GEの側壁部には、絶縁膜からなる側壁絶縁膜SWが形成されている。ここでは、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層体により側壁絶縁膜SWが形成されている。また、ソース、ドレイン領域は、LDD構造を有し、n+型半導体領域8とn−型半導体領域7よりなる。n−型半導体領域7は、ゲート電極GEの側壁に対して自己整合的に形成されている。また、n+型半導体領域8は、側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域7よりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。
The MISFET (HT) is arranged in the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2) on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2) and the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2) on both sides of the gate electrode GE. Source and drain regions. A sidewall insulating film SW made of an insulating film is formed on the sidewall portion of the gate electrode GE. Here, the sidewall insulating film SW is formed of a stacked body of the silicon oxide film SO and the silicon nitride film SN. The source and drain regions have an LDD structure and are composed of an n +
メモリセルMCは、半導体基板1(p型ウエルPW3)の上方に配置された制御ゲート電極(ゲート電極)CGと、半導体基板1(p型ウエルPW3)の上方に配置され、制御ゲート電極CGと隣合うメモリゲート電極(ゲート電極)MGとを有する。この制御ゲート電極CGの上部には、薄い酸化シリコン膜CP1および窒化シリコン膜(キャップ絶縁膜)CP2が配置されている。メモリセルMCは、さらに、制御ゲート電極CGおよび半導体基板1(p型ウエルPW3)間に配置された絶縁膜3と、メモリゲート電極MGと半導体基板1(p型ウエルPW3)との間に配置され、メモリゲート電極MGと制御ゲート電極CGとの間に配置された絶縁膜5とを有する。
The memory cell MC is disposed above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW3), the control gate electrode (gate electrode) CG above the semiconductor substrate 1 (p-type well PW3), and the control gate electrode CG. It has an adjacent memory gate electrode (gate electrode) MG. A thin silicon oxide film CP1 and a silicon nitride film (cap insulating film) CP2 are disposed on the control gate electrode CG. Memory cell MC is further arranged between control gate electrode CG and semiconductor substrate 1 (p-type well PW3), and between insulating
また、メモリセルMCは、さらに、半導体基板1のp型ウエルPW3中に形成されたソース領域MSおよびドレイン領域MDを有する。また、メモリゲート電極MGおよび制御ゲート電極CGの合成パターンの側壁部には、絶縁膜からなる側壁絶縁膜SWが形成されている。ここでは、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層体により側壁絶縁膜SWが形成されている。ソース領域MSは、n+型半導体領域8aとn−型半導体領域7aよりなる。n−型半導体領域7aは、メモリゲート電極MGの側壁に対して自己整合的に形成されている。また、n+型半導体領域8aは、メモリゲート電極MG側の側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域7aよりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。ドレイン領域MDは、n+型半導体領域8bとn−型半導体領域7bよりなる。n−型半導体領域7bは、制御ゲート電極CGの側壁に対して自己整合的に形成されている。また、n+型半導体領域8bは、制御ゲート電極CG側の側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域7bよりも接合深さが深くかつ不純物濃度が高い。
The memory cell MC further includes a source region MS and a drain region MD formed in the p-type well PW3 of the
ここで、本実施の形態(図44)においては、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCのうち、MISFET(LT)には、SMTによりチャネル領域に応力が印加されている。一方、MISFET(HT)およびメモリセルMCには、SMTによりチャネル領域に応力が印加されていない。 Here, in the present embodiment (FIG. 44), of the MISFET (LT), the MISFET (HT), and the memory cell MC, a stress is applied to the channel region by SMT in the MISFET (LT). On the other hand, in the MISFET (HT) and the memory cell MC, no stress is applied to the channel region by SMT.
このSMTとは、前述したとおり、MISFETのゲート電極の上部、及び側面部からチャネル領域に応力を印加することにより、チャネル領域の結晶を歪ませ、チャネル領域中のキャリア移動度を向上させる技術である。 As described above, this SMT is a technique for improving the carrier mobility in the channel region by distorting the crystal in the channel region by applying stress to the channel region from the top and side surfaces of the gate electrode of the MISFET. is there.
具体的には、ゲート電極の上部に、応力印加膜を形成し、熱処理を施す。この熱処理により応力印加膜に応力(圧縮応力や引っ張り応力)が加わる。この応力が、ゲート電極GEの下部のチャネル領域までおよび、チャネル領域の結晶間隔を変化させることにより、キャリア移動度を向上させることができる。チャネル領域に加わった応力は、応力印加膜を除去した後も維持される。 Specifically, a stress application film is formed on the gate electrode, and heat treatment is performed. By this heat treatment, stress (compressive stress or tensile stress) is applied to the stress application film. Carrier stress can be improved by this stress changing to the channel region below the gate electrode GE and changing the crystal spacing of the channel region. The stress applied to the channel region is maintained even after the stress application film is removed.
したがって、本実施の形態(図44)においては、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCのうち、SMTによりMISFET(LT)のチャネル領域の結晶間隔が変化している。一方、MISFET(HT)およびメモリセルMCには、SMTが適用されていないため、SMTによるチャネル領域の結晶間隔の変化はない。このように、本実施の形態の半導体装置においては、SMTをすべての素子に適用するのではなく、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。以下の「製法説明」の欄において、さらに詳細に説明する。 Therefore, in the present embodiment (FIG. 44), among the MISFET (LT), the MISFET (HT), and the memory cell MC, the crystal spacing of the channel region of the MISFET (LT) is changed by the SMT. On the other hand, since SMT is not applied to the MISFET (HT) and the memory cell MC, there is no change in the crystal spacing of the channel region due to SMT. As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be comprehensively improved by selectively applying SMT instead of applying SMT to all elements. This will be described in more detail in the “Production Method” section below.
[製法説明]
次いで、図45〜図61を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図45〜図61は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
[Product description]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 45 to 61 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.
<MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCの形成工程>
まず、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCの形成工程の一例について説明する。
<Process of forming MISFET (LT), MISFET (HT) and memory cell MC>
First, an example of a process for forming MISFET (LT), MISFET (HT), and memory cell MC will be described.
図45に示すように、半導体基板1として、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シリコン基板を準備する。なお、シリコン基板以外の半導体基板1を用いてもよい。
As shown in FIG. 45, a silicon substrate made of p-type single crystal silicon having a specific resistance of, for example, about 1 to 10 Ωcm is prepared as the
次いで、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。例えば、半導体基板1中に素子分離溝を形成し、この素子分離溝の内部に酸化シリコン膜などの絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離領域2を形成する。このような素子分離法は、STI(Shallow Trench Isolation)法と呼ばれる。この他、LOCOS(Local Oxidization of Silicon)法などを用いて素子分離領域2を形成してもよい。
Next, the
次いで、半導体基板1のコアMIS形成領域1Aにp型ウエルPW1を、I/OMIS形成領域2Aにp型ウエルPW2を、メモリセル領域3Aにp型ウエルPW3を、それぞれ形成する。p型ウエルPW1、PW2、PW3は、p型不純物(例えばホウ素(B)など)をイオン注入することによって形成する。
Next, a p-type well PW1 is formed in the core
次いで、希釈フッ酸洗浄などによって半導体基板1(p型ウエルPW1、PW2、PW3)の表面を清浄化した後、図46に示すように、半導体基板1の主面(p型ウエルPW1、PW2、PW3の表面)に、絶縁膜(ゲート絶縁膜)3として、例えば、酸化シリコン膜を熱酸化法により、2〜3nm程度の膜厚で形成する。絶縁膜3としては、酸化シリコン膜の他、酸窒化シリコン膜などの他の絶縁膜を用いてもよい。また、この他、酸化ハフニウム膜、酸化アルミニウム膜(アルミナ)または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する金属酸化膜、および酸化膜等と金属酸化膜との積層膜を形成してもよい。また、熱酸化法の他、CVD法を用いて形成してもよい。また、コアMIS形成領域1A上の絶縁膜(ゲート絶縁膜)3、I/OMIS形成領域2A上の絶縁膜(ゲート絶縁膜)3およびメモリセル領域3A上の絶縁膜(ゲート絶縁膜)3を、それぞれ異なる膜厚とし、また、異なる膜種としてもよい。
Next, after cleaning the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type wells PW1, PW2, and PW3) by dilute hydrofluoric acid cleaning or the like, as shown in FIG. 46, the main surface (p-type wells PW1, PW2,. As the insulating film (gate insulating film) 3, for example, a silicon oxide film is formed with a film thickness of about 2 to 3 nm on the surface of the
次に、半導体基板1の全面上に、導電性膜(導電体膜)としてシリコン膜4を形成する。このシリコン膜4として、例えば、多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて、100〜200nm程度の膜厚で形成する。シリコン膜4として、非晶質シリコン膜を堆積し、熱処理を施すことにより結晶化させてもよい(結晶化処理)。このシリコン膜4は、コアMIS形成領域1AにおいてMISFET(LT)のゲート電極GEとなり、I/OMIS形成領域2AにおいてMISFET(HT)のゲート電極GEとなり、メモリセル領域3AにおいてメモリセルMCの制御ゲート電極CGとなる。
Next, a
次いで、メモリセル領域3Aのシリコン膜4中に、n型不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P)など)を注入する。
Next, an n-type impurity (such as arsenic (As) or phosphorus (P)) is implanted into the
次いで、シリコン膜4の表面を例えば3〜10nm程度、熱酸化することにより、薄い酸化シリコン膜CP1を形成する。なお、この酸化シリコン膜CP1をCVD法を用いて形成してもよい。次いで、酸化シリコン膜CP1の上部に、CVD法などを用いて、50〜150nm程度の窒化シリコン膜(キャップ絶縁膜)CP2を形成する。
Next, a thin silicon oxide film CP1 is formed by thermally oxidizing the surface of the
次いで、制御ゲート電極CGの形成予定領域に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いて、窒化シリコン膜CP2、酸化シリコン膜CP1およびシリコン膜4をエッチングする。この後、フォトレジスト膜をアッシングなどにより除去することにより、制御ゲート電極CG(例えば、ゲート長が80nm程度)を形成する。このような、フォトリソグラフィからフォトレジスト膜の除去までの一連の工程をパターニングという。なお、ここでは、制御ゲート電極CGの上部に、窒化シリコン膜CP2および酸化シリコン膜CP1を形成したが、これらの膜を省略することも可能である。
Next, a photoresist film (not shown) is formed using a photolithography method in a region where the control gate electrode CG is to be formed, and using this photoresist film as a mask, a silicon nitride film CP2, a silicon oxide film CP1, and The
ここで、メモリセル領域3Aにおいて、制御ゲート電極CGの下に残存する絶縁膜3が、制御トランジスタのゲート絶縁膜となる。なお、制御ゲート電極CGで覆われた部分以外の絶縁膜3は、以降のパターニング工程などにより除去され得る。また、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいては、窒化シリコン膜CP2、酸化シリコン膜CP1およびシリコン膜4を残存させておく。
Here, in the
次いで、コアMIS形成領域1Aにおいて、シリコン膜4の上部の窒化シリコン膜CP2を除去する。
Next, the silicon nitride film CP2 over the
次いで、図47に示すように、窒化シリコン膜CP2および窒化シリコン膜CP1の上部を含む半導体基板1上に、絶縁膜5(5A、5N、5B)を形成する。まず、半導体基板1の主面を清浄化処理した後、図47に示すように、窒化シリコン膜CP2および窒化シリコン膜CP1の上部を含む半導体基板1上に、酸化シリコン膜5Aを形成する。この酸化シリコン膜5Aは、例えば、熱酸化法(好ましくはISSG酸化)により例えば4nm程度の膜厚で形成する。なお、酸化シリコン膜5AをCVD法を用いて形成してもよい。図においては、CVD法で形成した場合の酸化シリコン膜5Aの形状を示してある。次いで、酸化シリコン膜5A上に、窒化シリコン膜5NをCVD法で例えば10nm程度の膜厚で堆積する。この窒化シリコン膜5Nが、メモリセルの電荷蓄積部となり、絶縁膜(ONO膜)5を構成する中間層となる。
Next, as shown in FIG. 47, the insulating film 5 (5A, 5N, 5B) is formed on the
次いで、窒化シリコン膜5N上に、酸化シリコン膜5BをCVD法により例えば5nm程度の膜厚で堆積する。
Next, a
以上の工程により、酸化シリコン膜5A、窒化シリコン膜5Nおよび酸化シリコン膜5Bからなる絶縁膜(ONO膜)5を形成することができる。なお、図47に示すコアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの窒化シリコン膜(キャップ絶縁膜)CP2上に絶縁膜(ONO膜)5が残存してもよい。
Through the above steps, an insulating film (ONO film) 5 composed of the
また、本実施の形態においては、絶縁膜5の内部の電荷蓄積部(電荷蓄積層、トラップ準位を有する絶縁膜)として、窒化シリコン膜5Nを形成しているが、例えば酸窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜または酸化タンタル膜などの他の絶縁膜を用いてもよい。これらの膜は、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜である。また、シリコンナノドットを有する絶縁膜を用いて電荷蓄積層を形成してもよい。
In the present embodiment, the
また、メモリセル領域3Aに形成された絶縁膜5は、メモリゲート電極MGのゲート絶縁膜として機能し、電荷保持(電荷蓄積)機能を有する。したがって、少なくとも3層の積層構造を有し、外側の層(酸化シリコン膜5A、5B)のポテンシャル障壁高さに比べ、内側の層(窒化シリコン膜5N)のポテンシャル障壁高さが低くなるよう構成する。また、各層の膜厚はそのメモリセルの動作方式毎に最適な値を有する。
The insulating
次いで、絶縁膜5上に、導電性膜(導電体膜)としてシリコン膜6を形成する。絶縁膜5の上部に、シリコン膜6として、例えば、多結晶シリコン膜をCVD法などを用いて、50〜200nm程度の膜厚で形成する。シリコン膜6として、非晶質シリコン膜を堆積し、熱処理を施すことにより結晶化させてもよい(結晶化処理)。なお、このシリコン膜6に必要に応じて不純物を導入してもよい。また、このシリコン膜6は、後述するように、メモリセル領域3Aにおいてメモリゲート電極MG(例えば、ゲート長が50nm程度)となる。
Next, a
次いで、図48に示すように、シリコン膜6をエッチバックする。このエッチバック工程では、シリコン膜6をその表面から所定の膜厚分だけ異方的なドライエッチングにより除去する。この工程により、制御ゲート電極CGの両側の側壁部に、絶縁膜5を介して、シリコン膜6を、サイドウォール状(側壁膜状)に残存させることができる。この際、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいては、シリコン膜6がエッチングされ、絶縁膜5が露出する。なお、I/OMIS形成領域2Aとメモリセル領域3Aとの境界部においては、酸化シリコン膜CP1およびシリコン膜4の積層膜の側壁に、絶縁膜5を介してシリコン膜6がサイドウォール状(側壁膜状)にシリコンスペーサSP2として残存する。
Next, as shown in FIG. 48, the
上記制御ゲート電極CGの両方の側壁部のうち、一方の側壁部に残存したシリコン膜6により、メモリゲート電極MGが形成される。また、他方の側壁部に残存したシリコン膜6により、シリコンスペーサSP1が形成される。上記メモリゲート電極MGの下の絶縁膜5が、メモリトランジスタのゲート絶縁膜となる。シリコン膜6の堆積膜厚に対応してメモリゲート長(メモリゲート電極MGのゲート長)が決まる。
A memory gate electrode MG is formed by the
次いで、図49に示すように、制御ゲート電極CGの側壁部でメモリゲート電極MGを形成しない側のシリコンスペーサSP1、およびコアMIS形成領域1Aとメモリセル領域3Aとの境界部のシリコンスペーサSP2(シリコン膜6)を除去する。
Next, as shown in FIG. 49, the silicon spacer SP1 on the side where the memory gate electrode MG is not formed at the side wall of the control gate electrode CG, and the silicon spacer SP2 (at the boundary between the core
次いで、絶縁膜5をエッチングによって除去する。これにより、メモリセル領域3Aにおいて、制御ゲート電極CGの上部の窒化シリコン膜CP2が露出し、p型ウエルPW3が露出する。また、コアMIS形成領域1Aにおいては、酸化シリコン膜CP1も除去され、シリコン膜4が露出する。
Next, the insulating
次いで、コアMIS形成領域1Aにおいて、シリコン膜4に不純物を導入する。例えば、シリコン膜4に、リンなどのn型不純物を注入する。
Next, impurities are introduced into the
次いで、シリコン膜4のMISFET(LT)のゲート電極GEの形成予定領域およびMISFET(HT)のゲート電極GEの形成予定領域に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いて、シリコン膜4をエッチングする。この後、フォトレジスト膜(図示せず)をアッシングなどにより除去することにより、図50に示すように、コアMIS形成領域1Aに、MISFET(LT)のゲート電極GEを形成し、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)のゲート電極GEを形成する。MISFET(LT)のゲート電極GEのゲート長は、例えば、40nm程度であり、MISFET(HT)のゲート電極GEのゲート長は、例えば、1000nm程度である。
Next, a photoresist film (not shown) is formed on the
また、各ゲート電極GEの下に残存する絶縁膜3が、各MISFET(LT、HT)のゲート絶縁膜となる。なお、ゲート電極GEで覆われた部分以外の絶縁膜3は、上記ゲート電極GEの形成時に除去してもよいし、また、以降のパターニング工程などにより除去してもよい。
In addition, the insulating
次いで、図51に示すように、制御ゲート電極CGの一方の側(メモリゲート電極MGと逆側)に開口を有するフォトレジスト膜(図示せず)をマスクに、p型不純物を斜めに注入する(斜めインプラする)。これにより、制御ゲート電極CGの下部の半導体基板1にp型のハロー領域(p型不純物領域)HLを形成する。このp型のハロー領域HLは、必ずしも形成する必要はないが、これを形成した場合は、ドレイン領域MDからメモリトランジスタのチャネル領域への空乏層の広がりが抑制され、メモリトランジスタの短チャネル効果が抑制される。よって、メモリトランジスタのしきい値電圧の低下を抑制することができる。この後、上記フォトレジスト膜(図示せず)を除去する。
Next, as shown in FIG. 51, a p-type impurity is obliquely implanted using a photoresist film (not shown) having an opening on one side of the control gate electrode CG (the side opposite to the memory gate electrode MG) as a mask. (Inclined implantation). Thereby, a p-type halo region (p-type impurity region) HL is formed in the
次いで、メモリセル領域3Aにおいて、半導体基板1(p型ウエルPW1)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n−型半導体領域7aおよびn−型半導体領域7bを形成する。この際、n−型半導体領域7aは、メモリゲート電極MGの側壁(絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGと隣合う側とは反対側の側壁)に自己整合して形成される。また、n−型半導体領域7bは、制御ゲート電極CGの側壁(絶縁膜5を介してメモリゲート電極MGと隣合う側とは反対側の側壁)に自己整合して形成される。また、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW1、PW2)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n−型半導体領域7を形成する。この際、n−型半導体領域7は、ゲート電極GEの側壁に自己整合して形成される。
Next, in the
n−型半導体領域7aとn−型半導体領域7bとn−型半導体領域7とは、同じイオン注入工程で形成してもよいが、ここでは、異なるイオン注入工程で形成している。このように、異なるイオン注入工程で形成することにより、n−型半導体領域7a、n−型半導体領域7bおよびn−型半導体領域7をそれぞれ所望の不純物濃度および所望の接合の深さで形成することが可能となる。また、コアMIS形成領域1Aのn−型半導体領域7とI/OMIS形成領域2Aのn−型半導体領域7とを、異なる不純物濃度および異なる接合の深さとしてもよい。
The n −
次いで、図52に示すように、メモリセル領域3Aにおいて、制御ゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの合成パターンの側壁部に、側壁絶縁膜SWを形成する。また、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEの側壁部に、側壁絶縁膜SWを形成する。例えば、半導体基板1の主面全面上に酸化シリコン膜SOを堆積し、さらに、その上部に窒化シリコン膜SNを堆積することにより、酸化シリコン膜SOおよび窒化シリコン膜SNの積層膜よりなる絶縁膜を形成する。この絶縁膜をエッチバックすることによって、上記合成パターン(CG、MG)の側壁部およびゲート電極GEの側壁部に側壁絶縁膜SWを形成する。側壁絶縁膜SWとしては、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜の他、単層の酸化シリコン膜や単層の窒化シリコン膜などの絶縁膜を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 52, in the
次いで、図53に示すように、制御ゲート電極CG、メモリゲート電極MGおよび側壁絶縁膜SWをマスクとして、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を、半導体基板1(p型ウエルPW3)に注入することで、高不純物濃度のn+型半導体領域8aおよびn+型半導体領域8bを形成する。この際、n+型半導体領域8aは、メモリセル領域3Aにおいて、メモリゲート電極MG側の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。また、n+型半導体領域8bは、メモリセル領域3Aにおいて、制御ゲート電極CG側の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。n+型半導体領域8aは、n−型半導体領域7aよりも不純物濃度が高く、接合の深さが深い半導体領域として形成される。n+型半導体領域8bは、n−型半導体領域7bよりも不純物濃度が高く、接合の深さが深い半導体領域として形成される。また、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEの両側の半導体基板1(p型ウエルPW1、PW2)中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n+型半導体領域8を形成する。この際、n+型半導体領域8は、ゲート電極GEの側壁部の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。n+型半導体領域8は、n−型半導体領域7よりも不純物濃度が高く、接合の深さが深い半導体領域として形成される。n+型半導体領域8aとn+型半導体領域8bとn+型半導体領域8とは、異なる不純物濃度および異なる接合の深さとしてもよい。また、コアMIS形成領域1Aのn+型半導体領域8とI/OMIS形成領域2Aのn+型半導体領域8とを、異なる不純物濃度および異なる接合の深さとしてもよい。
Next, as shown in FIG. 53, using the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, and the sidewall insulating film SW as a mask, an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P) is introduced into the semiconductor substrate 1 (p-type well). By implantation into PW3), high impurity concentration n +
上記工程により、メモリセル領域3Aにおいて、n−型半導体領域7bとn+型半導体領域8bからなり、メモリトランジスタのドレイン領域として機能するn型のドレイン領域MDが構成され、n−型半導体領域7aとn+型半導体領域8aからなり、メモリトランジスタのソース領域として機能するn型のソース領域MSが構成される。また、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、n−型半導体領域7とn+型半導体領域8とからなるLDD構造のソース、ドレイン領域が形成される。
Through the above process, in the
次に、ソース領域MS(n−型半導体領域7aおよびn+型半導体領域8a)、ドレイン領域MD(n−型半導体領域7bおよびn+型半導体領域8b)およびソース、ドレイン領域(7、8)に導入された不純物を活性化するための熱処理(活性化処理)を行う。
Next, the source region MS (n −
以上の工程により、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)が形成され、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)が形成され、メモリセル領域3AにメモリセルMCが形成される(図53)。
Through the above steps, a MISFET (LT) is formed in the core
なお、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCの形成工程については、上記工程に限定されるものではない。 Note that the process of forming the MISFET (LT), the MISFET (HT), and the memory cell MC is not limited to the above process.
<SMTおよびシリサイド工程>
次いで、図54に示すように、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を13nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)とオゾン(O3)を原料ガスとしたCVD法により、酸化シリコン膜を形成する。このストッパー膜9は、後述する応力印加膜10のエッチングの際、エッチングストッパーとしての役割を果たす。このストッパー膜9により、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCを構成する各パターン(例えば、シリコン膜よりなる部位など)の不所望なエッチングを防止することができる。
<SMT and silicide process>
Next, as shown in FIG. 54, a silicon oxide film is formed as a
次いで、図55に示すように、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を20nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、HCD(六塩化二ケイ素)とNH3(アンモニア)を原料ガスとしたCVD法により、窒化シリコン膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 55, a silicon nitride film having a thickness of about 20 nm is formed on the
次いで、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aの応力印加膜10を除去する。まず、図56に示すように、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR5を形成する。次いで、図57に示すように、フォトレジスト膜PR5をマスクとして用いて、応力印加膜10をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜を、ドライエッチングする。例えば、エッチングガスとして、CH4を用いて、等方的なドライエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1Aのみが、応力印加膜10で覆われる。言い換えれば、MISFET(LT)のみが、応力印加膜10で覆われる。また、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, the
ここで、上記エッチングは、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10のエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で行われるが、ストッパー膜9も僅かにエッチングされる。これにより、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚は、コアMIS形成領域1Aにおいて、応力印加膜10下に残存するストッパー膜9の膜厚より小さくなる(図57)。なお、I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚をT92、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚をT93、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚をT91とした場合、T92≒T93<T91の関係にある。
Here, the etching is performed under the condition that the etching selectivity is increased, that is, the etching rate of the
次いで、図58に示すように、フォトレジスト膜PR5をアッシング処理などにより除去した後、熱処理(アニールともいう)を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。熱処理後、即ち、応力が加わった状態の応力印加膜を“10S”で示す。この応力印加膜10Sにより、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)に応力が印加される。一方、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aの応力印加膜10は除去されているため、MISFET(HT)およびメモリセルMCには、応力が印加されない。
Next, as shown in FIG. 58, after removing the photoresist film PR5 by ashing or the like, heat treatment (also referred to as annealing) is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
なお、この熱処理を利用して、ソース領域MS(n−型半導体領域7aおよびn+型半導体領域8a)、ドレイン領域MD(n−型半導体領域7bおよびn+型半導体領域8b)およびソース、ドレイン領域(7、8)に導入された不純物を活性化し、先の熱処理(活性化処理)を省略してもよい。また、この熱処理により、非晶質シリコン膜よりなるシリコン膜4、6を結晶化させてもよい(結晶化処理)。
Note that, using this heat treatment, the source region MS (n −
次いで、図59に示すように、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10Sを除去する。ここでは、応力印加膜10Sを構成する窒化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10Sのエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、リン酸(H3PO4)溶液を用い、155℃で600秒間のウエットエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1A、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, as shown in FIG. 59, the
次いで、図60に示すように、上記ストッパー膜9を除去する。ここでは、ストッパー膜9を構成する酸化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、ストッパー膜9のエッチング速度/半導体基板1のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、HF溶液を用い、25℃で100秒間のウエットエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 60, the
次いで、図61に示すように、サリサイド技術を用いて、メモリセル領域3Aにおいて、メモリゲート電極MG、n+型半導体領域8aおよびn+型半導体領域8bの上部に、それぞれ金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。また、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEおよびn+型半導体領域8の上部に、それぞれ金属シリサイド層SILを形成する。
Next, as shown in FIG. 61, in the
この金属シリサイド層SILにより、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。この金属シリサイド層SILは、次のようにして形成することができる。 With this metal silicide layer SIL, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced. The metal silicide layer SIL can be formed as follows.
例えば、半導体基板1の主面全面上に、金属膜(図示せず)を形成し、半導体基板1に対して熱処理を施すことによって、メモリゲート電極MG、ゲート電極GE、n+型半導体領域8、8a、8bの上層部分と上記金属膜とを反応させる。これにより、メモリゲート電極MG、ゲート電極GE、n+型半導体領域8、8a、8bの上部に、それぞれ金属シリサイド層SILが形成される。上記金属膜は、例えばコバルト(Co)膜またはニッケル(Ni)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。次いで、未反応の金属膜を除去する。
For example, a metal film (not shown) is formed on the entire main surface of the
この後、図示は省略するが、半導体基板1の主面全面上に、層間絶縁膜(図示せず)を形成する。次いで、層間絶縁膜中に、例えば、n+型半導体領域8、8a、8bの表面を露出するコンタクトホール(図示せず)を形成し、コンタクトホール内に、導電性膜を埋め込むことにより、プラグ(図示せず)を形成する。次いで、プラグが埋め込まれた層間絶縁膜上に配線(図示せず)を形成する。
Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the entire main surface of the
このように、本実施の形態によれば、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCのうち、MISFET(LT)のみに、SMTを適用したので、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the SMT is applied only to the MISFET (LT) among the MISFET (LT), the MISFET (HT), and the memory cell MC, so that the characteristics of the semiconductor device are comprehensively improved. Can be made.
本発明者らが、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCのすべての素子にSMTを適用した場合について検討したところ図62に示す結果が得られた。図62は、SMT適用後のMISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCの特性を示す図である。 When the present inventors examined the case where SMT was applied to all the elements of MISFET (LT), MISFET (HT), and memory cell MC, the result shown in FIG. 62 was obtained. FIG. 62 is a diagram showing characteristics of the MISFET (LT), the MISFET (HT), and the memory cell MC after application of SMT.
即ち、コアMIS形成領域1A、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3A上に、応力印加膜10である窒化シリコン膜が存在する状態で(例えば、図55参照)、熱処理を行い、各素子に応力を印加した場合について検討した。
That is, in the state where the silicon nitride film as the
図62に示すように、MISFET(LT)については、SMTの効果により、チャネル電流(図62においては、単に“電流”と表示)の増加が確認できた。しかしながら、MISFET(HT)およびメモリセルMCのチャネル電流は、変わらなかった。これは、ゲート長が比較的大きいMISFET(HT)やメモリセルMCについては、SMTの効果が乏しく、チャネル電流が増加するに至らなかったものと考察される。 As shown in FIG. 62, for MISFET (LT), an increase in channel current (simply indicated as “current” in FIG. 62) was confirmed due to the effect of SMT. However, the channel currents of the MISFET (HT) and the memory cell MC were not changed. This is considered that the MISFET (HT) or the memory cell MC having a relatively large gate length has a poor effect of SMT and the channel current has not increased.
一方、HCついては、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCのすべての素子において、低下した。これは、応力印加膜10として用いる窒化シリコン膜に含まれる水素(H)が影響しているものと考えられる。
On the other hand, HC decreased in all elements of MISFET (LT), MISFET (HT) and memory cell MC. This is considered to be due to the influence of hydrogen (H) contained in the silicon nitride film used as the
図16を参照しながら説明したように、応力印加膜10として用いられる窒化シリコン膜には、H(水素)が多く含まれている。この窒化シリコン膜中のH(水素)が、応力を印加するための熱処理により、MISFETの内部へ拡散する。例えば、半導体基板1(p型ウエル)と絶縁膜3との界面に、H(水素)が到達すると、シリコン(Si)と結合し、Si−H結合を生成する。そして、MISFETの駆動時に、高電位が印加されるドレイン領域側において、ホットキャリアが生じると、Si−H結合が切断され、界面準位となる。このような界面準位が多く形成されると、キャリアが捕獲され、MISFETの駆動能力を低下させる。
As described with reference to FIG. 16, the silicon nitride film used as the
また、図39を参照しながら説明したように、応力印加膜10として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)が、応力を印加するための熱処理により、メモリセルの内部へ拡散する。例えば、絶縁膜(ONO膜)5を構成する中間層である窒化シリコン膜5Nに、H(水素)が到達すると、メモリセルの電荷蓄積部に、浅いトラップ準位が増加する。このような、浅いトラップ準位に、メモリセルに書き込むべき電荷が保持されると、電荷が抜けやすくなり、メモリセルの保持特性が劣化する。
As described with reference to FIG. 39, H (hydrogen) in the silicon nitride film used as the
これに対し、本実施の形態においては、SMTの効果が乏しいMISFET(HT)については、SMTを適用せず、MISFET(HT)上の応力印加膜(窒化シリコン膜)10を除去したので、上記窒化シリコン膜中のH(水素)によるMISFETの駆動能力の低下を回避することができる。 On the other hand, in the present embodiment, since the SMT is not applied to the MISFET (HT) having a poor SMT effect, the stress application film (silicon nitride film) 10 on the MISFET (HT) is removed. A decrease in the driving capability of the MISFET due to H (hydrogen) in the silicon nitride film can be avoided.
また、SMTの効果が乏しいメモリセルMCについても、同様に、SMTを適用せず、メモリセルMC上の応力印加膜(窒化シリコン膜)10を除去したので、上記窒化シリコン膜中のH(水素)によるメモリセルMCの特性の劣化を回避することができる。 Similarly, for the memory cell MC having a poor SMT effect, the stress application film (silicon nitride film) 10 on the memory cell MC is removed without applying the SMT. Degradation of the characteristics of the memory cell MC due to () can be avoided.
もちろん、MISFET(LT)については、SMTにより、チャネル電流の向上を図ることができる。 Of course, for MISFET (LT), channel current can be improved by SMT.
このように、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。 Thus, by selectively applying SMT, the characteristics of the semiconductor device can be improved comprehensively.
(応用例の説明)
上記工程においては、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aの応力印加膜10をすべて除去し、当該領域においてストッパー膜9を露出させたが(図56、図57参照)、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aの応力印加膜10を、その膜厚を減ずるように、その表面から所定の膜厚分を除去してもよい。
(Explanation of application examples)
In the above process, the
図63および図64は、本実施の形態の応用例の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 63 and 64 are main-portion cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device of the application example of the present embodiment.
<MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCの形成工程>
図45〜図53を参照しながら説明したように、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)を、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)を、メモリセル領域3AにメモリセルMCを形成する(図53)。
<Process of forming MISFET (LT), MISFET (HT) and memory cell MC>
As described with reference to FIGS. 45 to 53, a MISFET (LT) is formed in the core
<SMTおよびシリサイド工程>
次いで、図63に示すように、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を5nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。次いで、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を35nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。
<SMT and silicide process>
Next, as shown in FIG. 63, a silicon oxide film is formed as a
次いで、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR6を形成する。次いで、このフォトレジスト膜PR6をマスクとして用いて、応力印加膜10の表面から所定の膜厚分をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜の表面から25nm程度の膜厚分を異方的もしくは等方的にドライエッチングする。言い換えれば、窒化シリコン膜の膜厚が10nm程度となるまでドライエッチングを行う。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚は、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10の膜厚より小さくなる(図63)。なお、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10の膜厚をT102、メモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚をT103、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10の膜厚をT101とした場合、T102≒T103<T101の関係にある。
Next, a photoresist film PR6 is formed on the
次いで、図64に示すように、フォトレジスト膜PR6をアッシング処理などにより除去する。その後、熱処理を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。そして、この応力印加膜10により、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)に応力が印加される。ここで、応力印加膜10に応力を加えるための熱処理条件としては、1000℃以上で、1秒以内の熱処理が好ましい。一方、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aの応力印加膜10は、その膜厚が小さいため、MISFET(HT)およびメモリセルMCには、大きな応力は印加されない。I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚としては、25nm以下とすることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 64, the photoresist film PR6 is removed by ashing or the like. Thereafter, heat treatment is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
この後、図58〜図61を参照しながら説明したように、熱処理後の応力印加膜10を除去し、さらに、ストッパー膜9を除去する。次いで、サリサイド技術を用いて、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。
Thereafter, as described with reference to FIGS. 58 to 61, the
このように、本実施の形態によれば、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上に、応力印加膜10を形成し、熱処理を施したものの、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚を小さくしたので、応力印加膜として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)の影響を低減することができる。よって、前述した窒化シリコン膜中のH(水素)によるMISFET(HT)やメモリセルMCの特性劣化の程度を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aに薄い応力印加膜10が残存しているため、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9とコアMIS形成領域1Aのストッパー膜9との膜厚差が生じない。
In the present embodiment, since the thin
即ち、図59においては、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚が、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚より小さくなっている。このような場合、ストッパー膜9の残存膜厚や膜厚差によっては、エッチングの制御性が難しくなる。
That is, in FIG. 59, the thickness of the
即ち、厚膜部を基準にエッチングを行った場合、薄膜部においてオーバーエッチング状態となり、例えば、側壁絶縁膜SWを構成する酸化シリコン膜SOの端部、図65において、丸で囲んだ箇所がエッチングされてしまう。このような箇所に金属シリサイド層SILが成長すると、リーク電流の増加や耐圧の劣化が生じ得る。図65は、本実施の形態の応用例の半導体装置の製造工程の効果を説明するための要部断面図である。 That is, when etching is performed with reference to the thick film portion, the thin film portion is over-etched. For example, the end portion of the silicon oxide film SO constituting the sidewall insulating film SW, the circled portion in FIG. It will be. When the metal silicide layer SIL grows in such a location, an increase in leakage current and a breakdown voltage may occur. FIG. 65 is a main-portion cross-sectional view for explaining the effect of the manufacturing process of the semiconductor device of the application example of the present embodiment.
また、薄膜部を基準にエッチングを行った場合、厚膜部においてストッパー膜9の残渣が生じ得る。このような残渣上には、金属シリサイド層SILが充分に成長せず、不具合が生じ得る。
Further, when etching is performed based on the thin film portion, a residue of the
これに対し、本実施の形態によれば、ストッパー膜9の膜厚差を解消することにより、上記不所望な箇所での金属シリサイド層SILの成長や、ストッパー膜9の残渣による金属シリサイド層SILの不成長を回避することができる。よって、例えば、酸化シリコン膜を5nm程度の薄膜で形成しても、ストッパー膜9の膜厚差を解消でき、良好な金属シリサイド層SILを形成することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, by eliminating the difference in the thickness of the
なお、本実施の形態においても、メモリセルとして、FG型メモリセルを用いてもよい。即ち、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびFG型メモリセルを有する半導体装置において、本実施の形態のように、メモリセル領域等の応力印加膜10を除去し、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。
In this embodiment also, an FG type memory cell may be used as the memory cell. That is, in the semiconductor device having the MISFET (LT), the MISFET (HT), and the FG type memory cell, the
また、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびFG型メモリセルを有する半導体装置において、本実施の形態の応用例のように、メモリセル領域等の応力印加膜を、その膜厚を減ずるように、その表面から所定の膜厚分を除去する。これにより、応力印加膜として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)によるメモリセルの特性劣化の程度を低減することができる。また、ストッパー膜9の膜厚差を解消でき、良好な金属シリサイド層を形成することができる。
Further, in a semiconductor device having a MISFET (LT), a MISFET (HT), and an FG type memory cell, the thickness of the stress application film in the memory cell region or the like is reduced as in the application example of the present embodiment. Then, a predetermined film thickness is removed from the surface. Thereby, the degree of deterioration of the characteristics of the memory cell due to H (hydrogen) in the silicon nitride film used as the stress application film can be reduced. Further, the difference in film thickness of the
(実施の形態4)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置(半導体記憶装置)の構造について説明する。図66〜図72は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す図のうち、最終工程図である図72を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の構造について説明する。
(Embodiment 4)
The structure of the semiconductor device (semiconductor memory device) of the present embodiment will be described below with reference to the drawings. 66 to 72 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. Of the drawings showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, the structure of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIG.
[構造説明]
図72に示すように、本実施の形態の半導体装置は、実施の形態3と同様に、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCを有する。
[Description of structure]
As shown in FIG. 72, the semiconductor device of the present embodiment has a MISFET (LT), a MISFET (HT), and a memory cell MC as in the third embodiment.
MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCの主たる構成は、実施の形態3の場合と同様である。 The main structures of MISFET (LT), MISFET (HT), and memory cell MC are the same as those in the third embodiment.
ここで、本実施の形態(図72)においては、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCのうち、MISFET(LT)およびMISFET(HT)には、SMTによりチャネル領域に応力が印加されている。一方、メモリセルMCには、SMTによりチャネル領域に応力が印加されていない。 Here, in the present embodiment (FIG. 72), MISFET (LT) and MISFET (HT) among MISFET (LT), MISFET (HT) and memory cell MC are subjected to stress in the channel region by SMT. Has been. On the other hand, no stress is applied to the channel region by the SMT in the memory cell MC.
このSMTとは、前述したとおり、MISFETのゲート電極の上部、及び側面部からチャネル領域に応力を印加することにより、チャネル領域の結晶を歪ませ、チャネル領域中のキャリア移動度を向上させる技術である。 As described above, this SMT is a technique for improving the carrier mobility in the channel region by distorting the crystal in the channel region by applying stress to the channel region from the top and side surfaces of the gate electrode of the MISFET. is there.
したがって、本実施の形態(図72)においては、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCのうち、SMTによりMISFET(LT)およびMISFET(HT)のチャネル領域の結晶間隔が変化している。一方、メモリセルMCには、SMTが適用されていないため、SMTによるチャネル領域の結晶間隔の変化はない。このように、本実施の形態の半導体装置においては、SMTをすべての素子に適用するのではなく、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。以下の「製法説明」の欄において、さらに詳細に説明する。 Therefore, in the present embodiment (FIG. 72), among the MISFET (LT), the MISFET (HT), and the memory cell MC, the crystal spacing of the channel region of the MISFET (LT) and the MISFET (HT) is changed by the SMT. Yes. On the other hand, since SMT is not applied to the memory cell MC, there is no change in the crystal spacing of the channel region due to SMT. As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be comprehensively improved by selectively applying SMT instead of applying SMT to all elements. This will be described in more detail in the “Production Method” section below.
[製法説明]
次いで、図66〜図72を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。
[Product description]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
<MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCの形成工程>
実施の形態3において、図45〜図53を参照しながら説明したように、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)を、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)を、メモリセル領域3AにメモリセルMCを形成する(図53)。
<Process of forming MISFET (LT), MISFET (HT) and memory cell MC>
In the third embodiment, as described with reference to FIGS. 45 to 53, the MISFET (LT) is formed in the core
<SMTおよびシリサイド工程>
次いで、図66に示すように、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を13nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)とオゾン(O3)を原料ガスとしたCVD法により、酸化シリコン膜を形成する。このストッパー膜9は、後述する応力印加膜10のエッチングの際、エッチングストッパーとしての役割を果たす。このストッパー膜9により、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCを構成する各パターン(例えば、シリコン膜よりなる部位など)の不所望なエッチングを防止することができる。
<SMT and silicide process>
Next, as shown in FIG. 66, on the
次いで、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を20nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、HCD(六塩化二ケイ素)とNH3(アンモニア)を原料ガスとしたCVD法により、窒化シリコン膜を形成する。
Next, a silicon nitride film having a thickness of about 20 nm is formed as a
次いで、メモリセル領域3Aの応力印加膜10を除去する。まず、図67に示すように、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR7を形成する。次いで、図68に示すように、フォトレジスト膜PR7をマスクとして用いて、応力印加膜10をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜を、ドライエッチングする。例えば、エッチングガスとして、CH4を用いて、等方的なドライエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aが、応力印加膜10で覆われる。言い換えれば、MISFET(LT)およびMISFET(HT)が、応力印加膜10で覆われる。また、メモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, the
ここで、上記エッチングは、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10のエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で行われるが、ストッパー膜9も僅かにエッチングされる。これにより、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚は、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、応力印加膜10下に残存するストッパー膜9の膜厚より小さくなる(図68)。なお、I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚をT92、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚をT93、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚をT91とした場合、T93<T92≒T91の関係にある。
Here, the etching is performed under the condition that the etching selectivity is increased, that is, the etching rate of the
次いで、図69に示すように、フォトレジスト膜PR7をアッシング処理などにより除去した後、熱処理(アニールともいう)を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。熱処理後、即ち、応力が加わった状態の応力印加膜を“10S”で示す。この応力印加膜10Sにより、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)およびI/OMIS形成領域2AのMISFET(HT)に応力が印加される。一方、メモリセル領域3Aの応力印加膜10は除去されているため、メモリセルMCには、応力が印加されない。
Next, as shown in FIG. 69, after removing the photoresist film PR7 by ashing or the like, heat treatment (also referred to as annealing) is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
なお、この熱処理を利用して、ソース領域MS(n−型半導体領域7aおよびn+型半導体領域8a)、ドレイン領域MD(n−型半導体領域7bおよびn+型半導体領域8b)およびソース、ドレイン領域(7、8)に導入された不純物を活性化し、先の熱処理(活性化処理)を省略してもよい。また、この熱処理により、非晶質シリコン膜よりなるシリコン膜4、6を結晶化させてもよい(結晶化処理)。
Note that, using this heat treatment, the source region MS (n −
次いで、図70に示すように、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10Sを除去する。ここでは、応力印加膜10Sを構成する窒化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10Sのエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、リン酸(H3PO4)溶液を用い、155℃で600秒間のウエットエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1A、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, as shown in FIG. 70, the
次いで、図71に示すように、上記ストッパー膜9を除去する。ここでは、ストッパー膜9を構成する酸化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、ストッパー膜9のエッチング速度/半導体基板1のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、HF溶液を用い、25℃で100秒間のウエットエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 71, the
次いで、図72に示すように、サリサイド技術を用いて、メモリセル領域3Aにおいて、メモリゲート電極MG、n+型半導体領域8aおよびn+型半導体領域8bの上部に、それぞれ金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。また、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEおよびn+型半導体領域8の上部に、それぞれ金属シリサイド層SILを形成する。
Next, as shown in FIG. 72, a metal silicide layer (metal silicide layer) is formed on the memory gate electrode MG, the n +
この金属シリサイド層SILにより、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。この金属シリサイド層SILは、実施の形態3の場合と同様にして形成することができる。 With this metal silicide layer SIL, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced. This metal silicide layer SIL can be formed in the same manner as in the third embodiment.
この後、図示は省略するが、半導体基板1の主面全面上に、層間絶縁膜(図示せず)を形成する。次いで、層間絶縁膜中に、例えば、n+型半導体領域8、8a、8bの表面を露出するコンタクトホール(図示せず)を形成し、コンタクトホール内に、導電性膜を埋め込むことにより、プラグ(図示せず)を形成する。次いで、プラグが埋め込まれた層間絶縁膜上に配線(図示せず)を形成する。
Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the entire main surface of the
このように、本実施の形態によっても、SMTの効果が乏しいメモリセルMCについては、SMTを適用せず、メモリセルMC上の応力印加膜(窒化シリコン膜)10を除去したので、実施の形態3において詳細に説明したように、窒化シリコン膜中のH(水素)によるメモリセルMCの特性の劣化を回避することができる(図39参照)。 As described above, according to this embodiment, since the SMT is not applied to the memory cell MC having a poor SMT effect, the stress application film (silicon nitride film) 10 on the memory cell MC is removed. As described in detail in FIG. 3, deterioration of the characteristics of the memory cell MC due to H (hydrogen) in the silicon nitride film can be avoided (see FIG. 39).
もちろん、MISFET(LT)については、SMTにより、チャネル電流の向上を図ることができる。 Of course, for MISFET (LT), channel current can be improved by SMT.
また、MISFET(HT)については、SMTの効果が乏しく、窒化シリコン膜中のH(水素)によるHCの低下が生じるものの(図62参照)、その程度が、メモリセルMCほど大きくなく、例えば、メモリセルのHC劣化の10%程度の低下であるため、MISFET(HT)上に応力印加膜(窒化シリコン膜)10を残存させても、HCの低下の影響は小さい。よって、本実施の形態においても、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。 As for MISFET (HT), although the effect of SMT is poor and HC is reduced by H (hydrogen) in the silicon nitride film (see FIG. 62), the degree is not as large as that of the memory cell MC. Since the HC deterioration of the memory cell is about 10%, even if the stress application film (silicon nitride film) 10 is left on the MISFET (HT), the influence of the HC reduction is small. Therefore, also in this embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be improved comprehensively.
このように、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。 Thus, by selectively applying SMT, the characteristics of the semiconductor device can be improved comprehensively.
(応用例の説明)
上記工程においては、メモリセル領域3Aの応力印加膜10をすべて除去し、当該領域においてストッパー膜9を露出させたが(図67、図68参照)、メモリセル領域3Aの応力印加膜10を、その膜厚を減ずるように、その表面から所定の膜厚分を除去してもよい。
(Explanation of application examples)
In the above process, the
図73および図74は、本実施の形態の応用例の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。 73 and 74 are cross-sectional views of relevant parts showing manufacturing steps of a semiconductor device of an application example of the present embodiment.
<MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCの形成工程>
実施の形態3において、図45〜図53を参照しながら説明したように、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)を、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)を、メモリセル領域3AにメモリセルMCを形成する(図53)。
<Process of forming MISFET (LT), MISFET (HT) and memory cell MC>
In the third embodiment, as described with reference to FIGS. 45 to 53, the MISFET (LT) is formed in the core
<SMTおよびシリサイド工程>
次いで、図73に示すように、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を5nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。次いで、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を35nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。
<SMT and silicide process>
Next, as shown in FIG. 73, a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed as a
次いで、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR8を形成する。次いで、このフォトレジスト膜PR8をマスクとして用いて、応力印加膜10の表面から所定の膜厚分をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜の表面から25nm程度の膜厚分を異方的もしくは等方的にドライエッチングする。言い換えれば、窒化シリコン膜の膜厚が10nm程度となるまでドライエッチングを行う。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、メモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚は、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10の膜厚より小さくなる(図73)。なお、I/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10の膜厚をT102、メモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚をT103、コアMIS形成領域1Aの応力印加膜10の膜厚をT101とした場合、T103<T102≒T101の関係にある。
Next, a photoresist film PR8 is formed on the
次いで、図74に示すように、フォトレジスト膜PR8をアッシング処理などにより除去する。その後、熱処理を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。そして、この応力印加膜10により、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)に応力が印加される。ここで、応力印加膜10に応力を加えるための熱処理条件としては、1000℃以上で、1秒以内の熱処理が好ましい。一方、メモリセル領域3Aの応力印加膜10は、その膜厚が小さいため、メモリセルMCには、大きな応力は印加されない。メモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚としては、20nm以下とすることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 74, the photoresist film PR8 is removed by ashing or the like. Thereafter, heat treatment is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
この後、図69〜図72を参照しながら説明したように、熱処理後の応力印加膜10を除去し、さらに、ストッパー膜9を除去する。次いで、サリサイド技術を用いて、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。
Thereafter, as described with reference to FIGS. 69 to 72, the
このように、本実施の形態によれば、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上に、応力印加膜10を形成し、熱処理を施したものの、メモリセル領域3Aの応力印加膜10の膜厚を小さくしたので、応力印加膜として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)の影響を低減することができる。よって、前述した窒化シリコン膜中のH(水素)によるメモリセルMCの特性劣化の程度を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、メモリセル領域3Aに薄い応力印加膜10が残存しているため、メモリセル領域3Aのストッパー膜9とコアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9との膜厚差が生じない。
In the present embodiment, since the thin
このため、実施の形態3の応用例において詳細に説明したように、不所望な箇所での金属シリサイド層SILの成長や、ストッパー膜9の残渣による金属シリサイド層SILの不成長を回避することができる。よって、例えば、酸化シリコン膜を5nm程度の薄膜で形成しても、ストッパー膜9の膜厚差を解消でき、良好な金属シリサイド層SILを形成することができる。
Therefore, as described in detail in the application example of the third embodiment, it is possible to avoid the growth of the metal silicide layer SIL in an undesired place and the non-growth of the metal silicide layer SIL due to the residue of the
また、MISFET(HT)については、前述したとおり、SMTの効果が乏しく、窒化シリコン膜中のH(水素)によるHCの低下が生じるものの(図62参照)、その程度が、メモリセルMCほど大きくないためその影響は小さい。 As described above, MISFET (HT) has a poor effect of SMT, and although HC is reduced by H (hydrogen) in the silicon nitride film (see FIG. 62), the extent is as large as memory cell MC. The effect is small because there is no.
なお、本実施の形態においても、メモリセルとして、FG型メモリセルを用いてもよい。即ち、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびFG型メモリセルを有する半導体装置において、本実施の形態のように、メモリセル領域等の応力印加膜10を除去し、SMTを選択的に適用することにより、半導体装置の特性を総合的に向上させることができる。
In this embodiment also, an FG type memory cell may be used as the memory cell. That is, in the semiconductor device having the MISFET (LT), the MISFET (HT), and the FG type memory cell, the
また、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびFG型メモリセルを有する半導体装置において、本実施の形態の応用例のように、メモリセル領域等の応力印加膜を、その膜厚を減ずるように、その表面から所定の膜厚分を除去する。これにより、応力印加膜として用いられる窒化シリコン膜中のH(水素)によるメモリセルの特性劣化の程度を低減することができる。また、ストッパー膜9の膜厚差を解消でき、良好な金属シリサイド層を形成することができる。
Further, in a semiconductor device having a MISFET (LT), a MISFET (HT), and an FG type memory cell, the thickness of the stress application film in the memory cell region or the like is reduced as in the application example of the present embodiment. Then, a predetermined film thickness is removed from the surface. Thereby, the degree of deterioration of the characteristics of the memory cell due to H (hydrogen) in the silicon nitride film used as the stress application film can be reduced. Further, the difference in film thickness of the
(実施の形態5)
上記実施の形態4においては、フォトレジスト膜PR7をマスクとして用いて、応力印加膜10を等方的にドライエッチングしたが(図68参照)、酸化シリコン膜などからなるハードマスクをマスクとして応力印加膜10をエッチングしてもよい。
(Embodiment 5)
In the fourth embodiment, the
図75〜図83は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置の構造は、実施の形態4の場合と同様である。 75 to 83 are main-portion cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device of the present embodiment. The structure of the semiconductor device of this embodiment is the same as that of the fourth embodiment.
次いで、図75〜図83を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
<MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCの形成工程>
実施の形態3において、図45〜図53を参照しながら説明したように、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)を、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)を、メモリセル領域3AにメモリセルMCを形成する(図53)。
<Process of forming MISFET (LT), MISFET (HT) and memory cell MC>
In the third embodiment, as described with reference to FIGS. 45 to 53, the MISFET (LT) is formed in the core
<SMTおよびシリサイド工程>
次いで、図75に示すように、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を5nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)とオゾン(O3)を原料ガスとしたCVD法により、酸化シリコン膜を形成する。このストッパー膜9は、後述する応力印加膜10のエッチングの際、エッチングストッパーとしての役割を果たす。このストッパー膜9により、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMCを構成する各パターン(例えば、シリコン膜よりなる部位など)の不所望なエッチングを防止することができる。
<SMT and silicide process>
Next, as shown in FIG. 75, a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed as a
次いで、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を20nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、HCD(六塩化二ケイ素)とNH3(アンモニア)を原料ガスとしたCVD法により、窒化シリコン膜を形成する。
Next, a silicon nitride film having a thickness of about 20 nm is formed as a
次いで、応力印加膜10上にハードマスク(マスク膜)11として、ストッパー膜9と同じ材料よりなる絶縁膜を形成する。ここでは、酸化シリコン膜を、例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)とオゾン(O3)を原料ガスとしたCVD法を用いて形成する。
Next, an insulating film made of the same material as the
次いで、図76に示すように、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR9を形成する。
Next, as shown in FIG. 76, a photoresist film PR9 is formed on the
次いで、図76に示すように、フォトレジスト膜PR9をマスクとして用いて、ハードマスク11をエッチングする。ここでは、ハードマスク11を構成する酸化シリコン膜を、ドライエッチングする。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、等方的なドライエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aが、ハードマスク11で覆われる。ここで、上記エッチングは、エッチング選択比が大きくなる、即ち、ハードマスク11のエッチング速度/応力印加膜10のエッチング速度が大きくなる条件で行われる。次いで、図77に示すように、フォトレジスト膜PR9をアッシング処理などにより除去する。
Next, as shown in FIG. 76, the
次いで、図78に示すように、ハードマスク11をマスクとして用いて、応力印加膜10をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜を、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、リン酸(H3PO4)溶液を用いて、ウエットエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aが、応力印加膜10で覆われる。また、メモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, as shown in FIG. 78, the
次いで、熱処理(アニールともいう)を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。熱処理後、即ち、応力が加わった状態の応力印加膜を“10S”で示す。この応力印加膜10Sにより、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)およびI/OMIS形成領域2AのMISFET(HT)に応力が印加される。一方、メモリセル領域3Aの応力印加膜10は除去されているため、メモリセルMCには、応力が印加されない。
Next, heat treatment (also referred to as annealing) is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
なお、この熱処理を利用して、ソース領域MS(n−型半導体領域7aおよびn+型半導体領域8a)、ドレイン領域MD(n−型半導体領域7bおよびn+型半導体領域8b)およびソース、ドレイン領域(7、8)に導入された不純物を活性化し、先の熱処理(活性化処理)を省略してもよい。また、この熱処理により、非晶質シリコン膜よりなるシリコン膜4、6を結晶化させてもよい(結晶化処理)。
Note that, using this heat treatment, the source region MS (n −
次いで、図79に示すように、メモリセル領域3Aのストッパー膜9上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR10を形成する。次いで、フォトレジスト膜PR10をマスクとして用いて、ハードマスク11をエッチングする。ここでは、ハードマスク11を構成する酸化シリコン膜を、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、HFを用いて、ウエットエッチングを行う。次いで、図80に示すように、フォトレジスト膜PR10をアッシング処理などにより除去する。
Next, as shown in FIG. 79, a photoresist film PR10 is formed on the
次いで、図81に示すように、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10Sを除去する。ここでは、応力印加膜10Sを構成する窒化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10Sのエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、リン酸(H3PO4)溶液を用い、155℃で600秒間のウエットエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1A、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, as shown in FIG. 81, the
次いで、図82に示すように、上記ストッパー膜9を除去する。ここでは、ストッパー膜9を構成する酸化シリコン膜を、エッチング選択比が大きくなる、即ち、ストッパー膜9のエッチング速度/半導体基板1のエッチング速度が大きくなる条件で、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、HF溶液を用い、25℃で100秒間のウエットエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 82, the
次いで、図83に示すように、サリサイド技術を用いて、メモリセル領域3Aにおいて、メモリゲート電極MG、n+型半導体領域8aおよびn+型半導体領域8bの上部に、それぞれ金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。また、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいて、ゲート電極GEおよびn+型半導体領域8の上部に、それぞれ金属シリサイド層SILを形成する。
Next, as shown in FIG. 83, a metal silicide layer (metal silicide layer) is respectively formed on the memory gate electrode MG, the n +
この金属シリサイド層SILにより、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。この金属シリサイド層SILは、実施の形態3の場合と同様にして形成することができる。 With this metal silicide layer SIL, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced. This metal silicide layer SIL can be formed in the same manner as in the third embodiment.
この後、図示は省略するが、半導体基板1の主面全面上に、層間絶縁膜(図示せず)を形成する。次いで、層間絶縁膜中に、例えば、n+型半導体領域8、8a、8bの表面を露出するコンタクトホール(図示せず)を形成し、コンタクトホール内に、導電性膜を埋め込むことにより、プラグ(図示せず)を形成する。次いで、プラグが埋め込まれた層間絶縁膜上に配線(図示せず)を形成する。
Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the entire main surface of the
このように、本実施の形態によれば、実施の形態4で説明した効果に加え、ハードマスク11をマスクとして応力印加膜10をウエットエッチングしたので、ドライエッチングを用いた場合に比べて、角部の応力印加膜10を除去しやすいため、応力印加膜10の残渣を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects described in the fourth embodiment, the
(実施の形態6)
上記実施の形態4および上記実施の形態5においては、メモリセル領域3Aの応力印加膜10の除去の際、メモリセル領域3Aのストッパー膜9とコアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9との膜厚差が生じ得る(図68、図78参照)。この膜厚差を、膜厚調整膜を用いて是正してもよい。
(Embodiment 6)
In the fourth embodiment and the fifth embodiment, when the
(第1例)
図84〜図86は、本実施の形態の第1例の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置の構造は、実施の形態4の場合と同様である。また、図69までの製造工程は、実施の形態4と同様である。但し、ストッパー膜9として、5nm程度の膜厚の酸化シリコン膜を形成している。
(First example)
84 to 86 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing steps of the semiconductor device of the first example of the present embodiment. The structure of the semiconductor device of this embodiment is the same as that of the fourth embodiment. The manufacturing process up to FIG. 69 is the same as that of the fourth embodiment. However, a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed as the
上記実施の形態4においては、図69に示すように、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚が、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚より小さくなっている。I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚をT92、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚をT93、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚をT91とした場合、T93<T92≒T91の関係にある。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 69, the thickness of the
そこで、図84に示すように、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、膜厚調整膜12として、ストッパー膜9と同じ材料よりなる膜を形成する。ここでは、酸化シリコン膜(絶縁膜)を5nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)とオゾン(O3)を原料ガスとしたCVD法により、酸化シリコン膜を形成する。
Therefore, as shown in FIG. 84, a film made of the same material as the
次いで、図85に示すように、メモリセル領域3Aの膜厚調整膜12上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR11を形成する。
Next, as shown in FIG. 85, a photoresist film PR11 is formed on the film
次いで、フォトレジスト膜PR11をマスクとして用いて、膜厚調整膜12をエッチングする。ここでは、膜厚調整膜12を構成する酸化シリコン膜を、ドライエッチングする。次いで、フォトレジスト膜PR11をアッシング処理などにより除去し、さらに、応力印加膜10Sを除去する。これにより、図86に示すように、メモリセル領域3Aには、ストッパー膜9および膜厚調整膜12の積層膜が形成され、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいては、ストッパー膜9が露出する。
Next, the film
なお、ここでは、膜厚調整膜12の膜厚を5nm程度としたが、膜厚調整膜12の膜厚は、T92とT91の差に基づき、適宜調整可能である。
Although the film thickness of the film
次いで、実施の形態4と同様に、膜厚調整膜12およびストッパー膜9を除去する。ここで、本実施の形態によれば、膜厚調整膜12により、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上の酸化シリコン膜(膜厚調整膜12およびストッパー膜9)の膜厚差が是正されているため、エッチングの制御性が容易となる。例えば、実施の形態3の応用例において詳細に説明した、膜厚差による不具合、例えば、不所望な箇所での金属シリサイド層SILの成長や、ストッパー膜9の残渣による金属シリサイド層SILの不成長を回避することができる。
Next, as in the fourth embodiment, the film
この後、実施の形態4と同様に、サリサイド技術を用いて、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。 Thereafter, similarly to the fourth embodiment, a metal silicide layer (metal silicide film) SIL is formed by using a salicide technique.
このように、本実施の形態によれば、実施の形態4で説明した効果に加え、ストッパー膜9の膜厚差による不具合を回避することができる。
Thus, according to the present embodiment, in addition to the effects described in the fourth embodiment, it is possible to avoid problems due to the film thickness difference of the
(第2例)
図87〜図89は、本実施の形態の第2例の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置の構造は、実施の形態5の場合と同様である。また、図78までの製造工程は、実施の形態5と同様である。
(Second example)
87 to 89 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing steps of the semiconductor device of the second example of the present embodiment. The structure of the semiconductor device of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment. The manufacturing process up to FIG. 78 is the same as that of the fifth embodiment.
上記実施の形態5においては、図78に示すように、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚が、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚より小さくなっている。I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚をT92、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚をT93、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚をT91とした場合、T93<T92≒T91の関係にある。
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 78, the thickness of the
そこで、図87に示すように、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、膜厚調整膜12として、ストッパー膜9と同じ材料よりなる膜を形成する。ここでは、酸化シリコン膜(絶縁膜)を5nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)とオゾン(O3)を原料ガスとしたCVD法により、酸化シリコン膜を形成する。
Therefore, as shown in FIG. 87, a film made of the same material as the
次いで、図88に示すように、メモリセル領域3Aの膜厚調整膜12上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR12を形成する。
Next, as shown in FIG. 88, a photoresist film PR12 is formed on the film
次いで、フォトレジスト膜PR12をマスクとして用いて、膜厚調整膜12およびハードマスク11をエッチングする。ここでは、膜厚調整膜12およびハードマスク11を構成する酸化シリコン膜を、ドライエッチングする。次いで、フォトレジスト膜PR12をアッシング処理などにより除去し、さらに、応力印加膜10Sを除去する。これにより、図89に示すように、メモリセル領域3Aには、ストッパー膜9および膜厚調整膜12の積層膜が形成され、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aにおいては、ストッパー膜9が露出する。
Next, the film
なお、ここでは、膜厚調整膜12の膜厚を5nm程度としたが、膜厚調整膜12の膜厚は、T92とT91の差に基づき、適宜調整可能である。
Although the film thickness of the film
次いで、実施の形態5と同様に、膜厚調整膜12およびストッパー膜9を除去する。ここで、本実施の形態によれば、膜厚調整膜12により、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上の酸化シリコン膜(膜厚調整膜12およびストッパー膜9)の膜厚差が是正されているため、エッチングの制御性が容易となる。例えば、実施の形態3の応用例において詳細に説明した、膜厚差による不具合、例えば、不所望な箇所での金属シリサイド層SILの成長や、ストッパー膜9の残渣による金属シリサイド層SILの不成長を回避することができる。
Next, the film
この後、実施の形態5と同様に、サリサイド技術を用いて、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。 Thereafter, similarly to the fifth embodiment, a metal silicide layer (metal silicide film) SIL is formed by using a salicide technique.
このように、本実施の形態によれば、実施の形態5で説明した効果に加え、ストッパー膜9の膜厚差による不具合を回避することができる。
Thus, according to the present embodiment, in addition to the effects described in the fifth embodiment, it is possible to avoid problems due to the film thickness difference of the
なお、本実施の形態において説明した、膜厚調整膜12によるストッパー膜9の膜厚差の是正工程は、実施の形態1〜3においても適用可能である。
Note that the correction process for the film thickness difference of the
例えば、実施の形態1の応力印加膜10Sの除去工程の前(図11参照)に、膜厚調整膜12を形成してもよい。また、実施の形態2の応力印加膜10Sの除去工程の前(図34参照)に、膜厚調整膜12を形成してもよい。また、実施の形態3の応力印加膜10Sの除去工程の前(図58参照)に、膜厚調整膜12を形成してもよい。
For example, the film
(実施の形態7)
上記実施の形態4および上記実施の形態5においては、メモリセル領域3Aの応力印加膜10の除去の際、メモリセル領域3Aのストッパー膜9とコアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9との膜厚差が生じ得る(図68、図78参照)。この膜厚差を考慮して、予めストッパー膜9の膜厚を調整してもよい。
(Embodiment 7)
In the fourth embodiment and the fifth embodiment, when the
(第1例)
図90〜図95は、本実施の形態の第1例の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
(First example)
90 to 95 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing steps of the semiconductor device of the first example of the present embodiment.
まず、実施の形態4と同様に、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)を、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)を、メモリセル領域3AにメモリセルMCを形成する(図90参照)。
First, as in the fourth embodiment, a MISFET (LT) is formed in the core
次いで、図90に示すように、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、実施の形態4と同様に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜を13nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。
Next, as shown in FIG. 90, on the
次いで、メモリセル領域3Aのストッパー膜9上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR13を形成する。
Next, a photoresist film PR13 is formed on the
次いで、図91に示すように、フォトレジスト膜PR13をマスクとして用いて、ストッパー膜9を、その表面から所定の膜厚分をエッチングする。ここでは、ストッパー膜9を構成する酸化シリコン膜の表面から5nm程度の膜厚分を異方的もしくは等方的にドライエッチングする。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、ドライエッチングを行う。次いで、フォトレジスト膜PR13をアッシング処理などにより除去する。
Next, as shown in FIG. 91, the
次いで、図92に示すように、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を20nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、HCD(六塩化二ケイ素)とNH3(アンモニア)を原料ガスとしたCVD法により、窒化シリコン膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 92, a silicon nitride film having a thickness of about 20 nm is formed on the
次いで、メモリセル領域3Aの応力印加膜10を除去する。まず、図93に示すように、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR14を形成する。次いで、フォトレジスト膜PR14をマスクとして用いて、応力印加膜10をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜を、ドライエッチングする。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、等方的なドライエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aが、応力印加膜10で覆われる。言い換えれば、MISFET(LT)およびMISFET(HT)が、応力印加膜10で覆われる。また、メモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, the
ここで、上記エッチングは、エッチング選択比が大きくなる、即ち、応力印加膜10のエッチング速度/ストッパー膜9のエッチング速度が大きくなる条件で行われるが、ストッパー膜9も僅かに(例えば、5nm程度)エッチングされる。
Here, the etching is performed under the condition that the etching selectivity is increased, that is, the etching rate of the
しかしながら、本実施の形態においては、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9をその表面から5nm程度予めエッチングしてあるので、上記メモリセル領域3Aの応力印加膜10の除去工程後において、ストッパー膜9の膜厚差が是正される。言い換えれば、実施の形態4(図68)の場合と比較して、ストッパー膜9の膜厚差が低減されている。例えば、I/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9の膜厚をT92、メモリセル領域3Aのストッパー膜9の膜厚をT93、コアMIS形成領域1Aのストッパー膜9の膜厚をT91とした場合、T93≒T92≒T91の関係となり得る。
However, in the present embodiment, since the
次いで、図94に示すように、フォトレジスト膜PR14をアッシング処理などにより除去した後、熱処理(アニールともいう)を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。熱処理後、即ち、応力が加わった状態の応力印加膜を“10S”で示す。この応力印加膜10Sにより、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)およびI/OMIS形成領域2AのMISFET(HT)に応力が印加される。一方、メモリセル領域3Aの応力印加膜10は除去されているため、メモリセルMCには、応力が印加されない。
Next, as shown in FIG. 94, after removing the photoresist film PR14 by ashing or the like, heat treatment (also referred to as annealing) is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
次いで、図95に示すように、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10Sを除去する。これにより、コアMIS形成領域1A、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, as shown in FIG. 95, the
次いで、上記ストッパー膜9を除去(ドライエッチング)する。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、等方的なドライエッチングを行う。ここで、本実施の形態によれば、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9をその表面から所定の膜厚分だけ予めエッチングしてあるので、応力印加膜10Sの除去工程後に残存するストッパー膜9の膜厚差が是正される(図95)。よって、ストッパー膜9のエッチングの制御性が容易となる。例えば、実施の形態3の応用例において詳細に説明した、膜厚差による不具合、例えば、不所望な箇所での金属シリサイド層SILの成長や、ストッパー膜9の残渣による金属シリサイド層SILの不成長を回避することができる。
Next, the
この後、実施の形態4と同様に、サリサイド技術を用いて、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。 Thereafter, similarly to the fourth embodiment, a metal silicide layer (metal silicide film) SIL is formed by using a salicide technique.
このように、本実施の形態によれば、実施の形態4で説明した効果に加え、ストッパー膜9の膜厚差による不具合を回避することができる。
Thus, according to the present embodiment, in addition to the effects described in the fourth embodiment, it is possible to avoid problems due to the film thickness difference of the
(第2例)
図96〜図102は、本実施の形態の第2例の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
(Second example)
96 to 102 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing steps of the semiconductor device of the second example of the present embodiment.
まず、実施の形態5と同様に、コアMIS形成領域1AにMISFET(LT)を、I/OMIS形成領域2AにMISFET(HT)を、メモリセル領域3AにメモリセルMCを形成する(図96参照)。
First, as in the fifth embodiment, a MISFET (LT) is formed in the core
次いで、図96に示すように、MISFET(LT)、MISFET(HT)およびメモリセルMC上を含む半導体基板1上に、実施の形態5と同様に、ストッパー膜9として、酸化シリコン膜をCVD法を用いて形成する。ここでは、13nm程度の膜厚の酸化シリコン膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 96, a silicon oxide film is formed as a
次いで、メモリセル領域3Aのストッパー膜9上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR15を形成する。
Next, a photoresist film PR15 is formed on the
次いで、図97に示すように、フォトレジスト膜PR15をマスクとして用いて、ストッパー膜9を、その表面から所定の膜厚分をエッチングする。ここでは、ストッパー膜9を構成する酸化シリコン膜の表面から5nm程度の膜厚分を異方的もしくは等方的にドライエッチングする。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、ドライエッチングを行う。次いで、フォトレジスト膜PR15をアッシング処理などにより除去する。
Next, as shown in FIG. 97, the
次いで、図98に示すように、ストッパー膜9上に応力印加膜10として、窒化シリコン膜を20nm程度の膜厚で、CVD法を用いて形成する。例えば、HCD(六塩化二ケイ素)とNH3(アンモニア)を原料ガスとしたCVD法により、窒化シリコン膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 98, a silicon nitride film having a thickness of about 20 nm is formed on the
次いで、ストッパー膜9上にハードマスク11として、ストッパー膜9と同じ材料よりなる絶縁膜を形成する。ここでは、酸化シリコン膜を、例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)とオゾン(O3)を原料ガスとしたCVD法を用いて形成する。
Next, an insulating film made of the same material as the
次いで、図99に示すように、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのハードマスク11上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR16を形成する。次いで、フォトレジスト膜PR16をマスクとして用いて、実施の形態5と同様に、ハードマスク11をエッチングする。次いで、フォトレジスト膜PR16をアッシング処理などにより除去する。
Next, as shown in FIG. 99, a photoresist film PR16 is formed on the
次いで、図100に示すように、ハードマスク11をマスクとして用いて、応力印加膜10をエッチングする。ここでは、応力印加膜10を構成する窒化シリコン膜を、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、リン酸(H3PO4)を用いて、ウエットエッチングを行う。これにより、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aが、応力印加膜10で覆われる。また、メモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, as shown in FIG. 100, the
次いで、熱処理(アニールともいう)を行う。例えば、第1処理として、約1000℃で1秒以内の瞬間的なアニール(スパイクRTAともいう)を施す。次いで、第2処理として、約1200℃のレーザーアニールを施す。これにより、応力印加膜10に応力が生じる。熱処理後、即ち、応力が加わった状態の応力印加膜を“10S”で示す。この応力印加膜10Sにより、コアMIS形成領域1AのMISFET(LT)およびI/OMIS形成領域2AのMISFET(HT)に応力が印加される。一方、メモリセル領域3Aの応力印加膜10は除去されているため、メモリセルMCには、応力が印加されない。
Next, heat treatment (also referred to as annealing) is performed. For example, as the first treatment, instantaneous annealing (also referred to as spike RTA) within about 1 second is performed at about 1000 ° C. Next, as a second treatment, laser annealing at about 1200 ° C. is performed. Thereby, stress is generated in the
次いで、図101に示すように、メモリセル領域3Aのストッパー膜9上に、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト膜PR17を形成する。次いで、フォトレジスト膜PR17をマスクとして用いて、ハードマスク11をエッチングする。ここでは、ハードマスク11を構成する酸化シリコン膜を、ウエットエッチングする。例えば、エッチング液として、HFを用いて、ウエットエッチングを行う。次いで、図102に示すように、フォトレジスト膜PR17をアッシング処理などにより除去する。
Next, as shown in FIG. 101, a photoresist film PR17 is formed on the
次いで、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aの応力印加膜10Sを除去する。これにより、コアMIS形成領域1A、I/OMIS形成領域2Aおよびメモリセル領域3Aのストッパー膜9が露出する。
Next, the
次いで、上記ストッパー膜9を除去(ドライエッチング)する。例えば、エッチングガスとして、CF4を用いて、等方的なドライエッチングを行う。ここで、本実施の形態によれば、コアMIS形成領域1AおよびI/OMIS形成領域2Aのストッパー膜9をその表面から所定の膜厚分だけ予めエッチングしてあるので、応力印加膜10Sの除去工程後に残存するストッパー膜9の膜厚差が是正される(図102)。よって、ストッパー膜9のエッチングの制御性が容易となる。例えば、実施の形態3の応用例において詳細に説明した、膜厚差による不具合、例えば、不所望な箇所での金属シリサイド層SILの成長や、ストッパー膜9の残渣による金属シリサイド層SILの不成長を回避することができる。
Next, the
この後、実施の形態5と同様に、サリサイド技術を用いて、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILを形成する。 Thereafter, similarly to the fifth embodiment, a metal silicide layer (metal silicide film) SIL is formed by using a salicide technique.
このように、本実施の形態によれば、実施の形態5で説明した効果に加え、ストッパー膜9の膜厚差による不具合を回避することができる。
Thus, according to the present embodiment, in addition to the effects described in the fifth embodiment, it is possible to avoid problems due to the film thickness difference of the
なお、本実施の形態において説明した、予めストッパー膜9の膜厚を調整することによるストッパー膜9の膜厚差の是正工程は、実施の形態1〜3においても適用可能である。
It should be noted that the process of correcting the film thickness difference of the
例えば、実施の形態1の応力印加膜10の形成工程の前(図7参照)に、予めストッパー膜9の膜厚を調整しておいてもよい。また、実施の形態2の応力印加膜10の形成工程の前(図30参照)に、予めストッパー膜9の膜厚を調整しておいてもよい。また、実施の形態3の応力印加膜10の形成工程の前(図54参照)に、予めストッパー膜9の膜厚を調整しておいてもよい。
For example, the film thickness of the
さらに、上記実施の形態1〜7においては、MISFET(LT)およびMISFET(HT)について、nチャネル型MISFETを例に説明したが、pチャネル型MISFETについても同様の効果を奏することが本発明者らの検討により確認されている。即ち、MISFET(LT)およびMISFET(HT)として、pチャネル型MISFETを用いた場合にも、上記実施の形態1〜7のSMT工程を適用することにより、各実施の形態で説明した効果を奏する。 Furthermore, in the first to seventh embodiments, the n-channel MISFET has been described as an example for the MISFET (LT) and the MISFET (HT). However, the present inventor also has the same effect for the p-channel MISFET. This has been confirmed by these studies. That is, even when a p-channel MISFET is used as the MISFET (LT) and the MISFET (HT), the effects described in the respective embodiments can be obtained by applying the SMT process of the first to seventh embodiments. .
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、本発明は上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。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
[付記1]
(a)第1領域に形成された第1MISFET、第2領域に形成された第2MISFETおよび第3領域に形成された不揮発性メモリセルを有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1MISFET、前記第2MISFETおよび前記不揮発性メモリセルの上部に第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第2領域および前記第3領域の前記第2絶縁膜を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、熱処理を施すことにより、前記第1MISFETに応力を印加する工程、を有し、
前記第1MISFETのゲート長は、前記第2MISFETのゲート長より小さく、
前記不揮発性メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成された第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極および前記半導体基板の間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第1ゲート絶縁膜とを有する、半導体装置の製造方法。
[Appendix 1]
(A) preparing a semiconductor substrate having a first MISFET formed in the first region, a second MISFET formed in the second region, and a nonvolatile memory cell formed in the third region;
(B) forming a first insulating film on the first MISFET, the second MISFET, and the nonvolatile memory cell;
(C) forming a second insulating film on the first insulating film;
(D) removing the second insulating film in the second region and the third region;
(E) applying a stress to the first MISFET by performing a heat treatment after the step (d),
The gate length of the first MISFET is smaller than the gate length of the second MISFET,
The nonvolatile memory cell includes a first gate electrode formed on the semiconductor substrate, a first gate insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate, and having a charge storage portion therein. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
[付記2]
(a)第1領域に形成された第1MISFET、第2領域に形成された第2MISFETおよび第3領域に形成された不揮発性メモリセルを有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1MISFET、前記第2MISFETおよび前記不揮発性メモリセルの上部に第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第3領域の前記第2絶縁膜を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、熱処理を施すことにより、前記第1MISFETに応力を印加する工程、を有し、
前記第1MISFETのゲート長は、前記第2MISFETのゲート長より小さく、
前記不揮発性メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成された第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極および前記半導体基板の間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第1ゲート絶縁膜とを有する、半導体装置の製造方法。
[Appendix 2]
(A) preparing a semiconductor substrate having a first MISFET formed in the first region, a second MISFET formed in the second region, and a nonvolatile memory cell formed in the third region;
(B) forming a first insulating film on the first MISFET, the second MISFET, and the nonvolatile memory cell;
(C) forming a second insulating film on the first insulating film;
(D) removing the second insulating film in the third region;
(E) applying a stress to the first MISFET by performing a heat treatment after the step (d),
The gate length of the first MISFET is smaller than the gate length of the second MISFET,
The nonvolatile memory cell includes a first gate electrode formed on the semiconductor substrate, a first gate insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate, and having a charge storage portion therein. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
[付記3]
(a)第1領域に形成された第1MISFETおよび第2領域に形成された第2MISFETを有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1MISFETおよび前記第2MISFETの上部に第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第2領域の前記第2絶縁膜の膜厚が、前記第1領域の前記第2絶縁膜の膜厚より小さくなるように、前記第2領域の前記第2絶縁膜の表面から一部を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、熱処理を施すことにより、前記第1MISFETに応力を印加する工程、を有し、
前記第1MISFETのゲート長は、前記第2MISFETのゲート長より小さい、半導体装置の製造方法。
[Appendix 3]
(A) preparing a semiconductor substrate having a first MISFET formed in the first region and a second MISFET formed in the second region;
(B) forming a first insulating film on the first MISFET and the second MISFET;
(C) forming a second insulating film on the first insulating film;
(D) From the surface of the second insulating film in the second region so that the film thickness of the second insulating film in the second region is smaller than the film thickness of the second insulating film in the first region. A step of removing a portion,
(E) applying a stress to the first MISFET by performing a heat treatment after the step (d),
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein a gate length of the first MISFET is smaller than a gate length of the second MISFET.
[付記4]
付記3記載の半導体装置の製造方法において、
(f)前記(e)工程の後、前記第2絶縁膜を除去する工程、
(g)前記(f)工程の後、前記第1絶縁膜を除去する工程、
(h)前記(g)工程の後、シリコン基板よりなる前記半導体基板中に形成された前記第1MISFETまたは前記第2MISFETのソース、ドレイン領域上にシリサイド膜を形成する工程、を有する、半導体装置の製造方法。
[Appendix 4]
In the method for manufacturing a semiconductor device according to
(F) After the step (e), a step of removing the second insulating film,
(G) After the step (f), a step of removing the first insulating film;
(H) After the step (g), a step of forming a silicide film on the source and drain regions of the first MISFET or the second MISFET formed in the semiconductor substrate made of a silicon substrate. Production method.
[付記5]
付記3記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1絶縁膜は、酸化シリコン膜であり、前記第2絶縁膜は、窒化シリコン膜である、半導体装置の製造方法。
[Appendix 5]
In the method for manufacturing a semiconductor device according to
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first insulating film is a silicon oxide film, and the second insulating film is a silicon nitride film.
[付記6]
(a)第1領域に形成された第1MISFETおよび第2領域に形成された不揮発性メモリセルを有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1MISFETおよび前記不揮発性メモリセルの上部に第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第2領域の前記第2絶縁膜の膜厚が、前記第1領域の前記第2絶縁膜の膜厚より小さくなるように、前記第2領域の前記第2絶縁膜の表面から一部を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、熱処理を施すことにより、前記第1MISFETに応力を印加する工程、を有し、
前記不揮発性メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成された第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極および前記半導体基板の間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第1ゲート絶縁膜とを有する、半導体装置の製造方法。
[Appendix 6]
(A) preparing a semiconductor substrate having a first MISFET formed in the first region and a nonvolatile memory cell formed in the second region;
(B) forming a first insulating film on top of the first MISFET and the nonvolatile memory cell;
(C) forming a second insulating film on the first insulating film;
(D) From the surface of the second insulating film in the second region so that the film thickness of the second insulating film in the second region is smaller than the film thickness of the second insulating film in the first region. A step of removing a portion,
(E) applying a stress to the first MISFET by performing a heat treatment after the step (d),
The nonvolatile memory cell includes a first gate electrode formed on the semiconductor substrate, a first gate insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate, and having a charge storage portion therein. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
[付記7]
(a)第1領域に形成された第1MISFET、第2領域に形成された第2MISFETおよび第3領域に形成された不揮発性メモリセルを有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1MISFET、前記第2MISFETおよび前記不揮発性メモリセルの上部に第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第2領域および前記第3領域の前記第2絶縁膜の膜厚が、前記第1領域の前記第2絶縁膜の膜厚より小さくなるように、前記第2領域および前記第3領域の前記第2絶縁膜の表面から一部を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、熱処理を施すことにより、前記第1MISFETに応力を印加する工程、を有し、
前記第1MISFETのゲート長は、前記第2MISFETのゲート長より小さく、
前記不揮発性メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成された第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極および前記半導体基板の間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第1ゲート絶縁膜とを有する、半導体装置の製造方法。
[Appendix 7]
(A) preparing a semiconductor substrate having a first MISFET formed in the first region, a second MISFET formed in the second region, and a nonvolatile memory cell formed in the third region;
(B) forming a first insulating film on the first MISFET, the second MISFET, and the nonvolatile memory cell;
(C) forming a second insulating film on the first insulating film;
(D) The second region and the third region so that the film thickness of the second insulating film in the second region and the third region is smaller than the film thickness of the second insulating film in the first region. Removing a part of the region from the surface of the second insulating film;
(E) applying a stress to the first MISFET by performing a heat treatment after the step (d),
The gate length of the first MISFET is smaller than the gate length of the second MISFET,
The nonvolatile memory cell includes a first gate electrode formed on the semiconductor substrate, a first gate insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate, and having a charge storage portion therein. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
[付記8]
(a)第1領域に形成された第1MISFET、第2領域に形成された第2MISFETおよび第3領域に形成された不揮発性メモリセルを有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1MISFET、前記第2MISFETおよび前記不揮発性メモリセルの上部に第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第3領域の前記第2絶縁膜の膜厚が、前記第1領域および前記第2領域の前記第2絶縁膜の膜厚より小さくなるように、前記第3領域の前記第2絶縁膜の表面から一部を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、熱処理を施すことにより、前記第1MISFETに応力を印加する工程、を有し、
前記第1MISFETのゲート長は、前記第2MISFETのゲート長より小さく、
前記不揮発性メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成された第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極および前記半導体基板の間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第1ゲート絶縁膜とを有する、半導体装置の製造方法。
[Appendix 8]
(A) preparing a semiconductor substrate having a first MISFET formed in the first region, a second MISFET formed in the second region, and a nonvolatile memory cell formed in the third region;
(B) forming a first insulating film on the first MISFET, the second MISFET, and the nonvolatile memory cell;
(C) forming a second insulating film on the first insulating film;
(D) the second region of the third region so that the film thickness of the second insulating film in the third region is smaller than the film thickness of the second insulating film in the first region and the second region. Removing a part from the surface of the insulating film;
(E) applying a stress to the first MISFET by performing a heat treatment after the step (d),
The gate length of the first MISFET is smaller than the gate length of the second MISFET,
The nonvolatile memory cell includes a first gate electrode formed on the semiconductor substrate, a first gate insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate, and having a charge storage portion therein. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
1 半導体基板
1A コアMIS形成領域
2 素子分離領域
2A I/OMIS形成領域
3 絶縁膜
3A メモリセル領域
4 シリコン膜
5 絶縁膜(ONO膜)
5A 酸化シリコン膜
5B 酸化シリコン膜
5N 窒化シリコン膜
6 シリコン膜
7 n−型半導体領域
7a n−型半導体領域
7b n−型半導体領域
8 n+型半導体領域
8a n+型半導体領域
8b n+型半導体領域
9 ストッパー膜
10 応力印加膜
10S 応力印加膜
11 ハードマスク
CG 制御ゲート電極
CP1 酸化シリコン膜
CP2 窒化シリコン膜
GE ゲート電極
HL ハロー領域
HT MISFET
LT MISFET
MC メモリセル
MD ドレイン領域
MG メモリゲート電極
MS ソース領域
PR1〜PR17 フォトレジスト膜
PW1 p型ウエル
PW2 p型ウエル
PW3 p型ウエル
SIL 金属シリサイド層
SN 窒化シリコン膜
SO 酸化シリコン膜
SP1 シリコンスペーサ
SW 側壁絶縁膜
DESCRIPTION OF
5A
LT MISFET
MC memory cell MD drain region MG memory gate electrode MS source regions PR1 to PR17 photoresist film PW1 p-type well PW2 p-type well PW3 p-type well SIL metal silicide layer SN silicon nitride film SO silicon oxide film SP1 silicon spacer SW side wall insulating film
Claims (10)
(b)前記第1MISFETおよび前記不揮発性メモリセルの上部に第1絶縁膜を形成する工程、
(c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第2領域の前記第2絶縁膜を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、熱処理を施すことにより、前記第1MISFETに応力を印加する工程、を有し、
前記不揮発性メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成された第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極および前記半導体基板の間に形成され、内部に電荷蓄積部を有する第1ゲート絶縁膜とを有する、半導体装置の製造方法。 (A) preparing a semiconductor substrate having a first MISFET formed in the first region and a nonvolatile memory cell formed in the second region;
(B) forming a first insulating film on top of the first MISFET and the nonvolatile memory cell;
(C) forming a second insulating film on the first insulating film;
(D) removing the second insulating film in the second region;
(E) applying a stress to the first MISFET by performing a heat treatment after the step (d),
The nonvolatile memory cell includes a first gate electrode formed on the semiconductor substrate, a first gate insulating film formed between the first gate electrode and the semiconductor substrate, and having a charge storage portion therein. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(f)前記(e)工程の後、前記第2絶縁膜を除去する工程、を有する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
(F) A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of removing the second insulating film after the step (e).
前記(d)工程の後において、前記第2領域の前記第1絶縁膜の膜厚は、前記第1領域の前記第1絶縁膜の膜厚より小さい、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
After the step (d), the thickness of the first insulating film in the second region is smaller than the thickness of the first insulating film in the first region.
(f)前記(e)工程の後、前記第1絶縁膜を除去する工程、を有する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
(F) A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of removing the first insulating film after the step (e).
(g)前記(f)工程の後、シリコン基板よりなる前記半導体基板中に形成された前記第1MISFETまたは前記不揮発性メモリセルのソース、ドレイン領域上にシリサイド膜を形成する工程、を有する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
(G) After the step (f), a step of forming a silicide film on the source and drain regions of the first MISFET or the nonvolatile memory cell formed in the semiconductor substrate made of a silicon substrate. Device manufacturing method.
前記第1絶縁膜は、酸化シリコン膜であり、前記第2絶縁膜は、窒化シリコン膜である、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first insulating film is a silicon oxide film, and the second insulating film is a silicon nitride film.
(f1)前記(e)工程の前に、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜上に、前記第1絶縁膜と同じ材料よりなる第3絶縁膜を形成する工程、
(f2)前記第1領域の前記第3絶縁膜および前記第2絶縁膜を除去する工程、
(f3)前記(f2)工程の後、前記第2領域の前記第1絶縁膜および前記第3絶縁膜と、前記第1領域の前記第1絶縁膜とを除去する工程、を有する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
(F1) forming a third insulating film made of the same material as the first insulating film on the first insulating film and the second insulating film before the step (e);
(F2) removing the third insulating film and the second insulating film in the first region;
(F3) After the step (f2), a step of removing the first insulating film and the third insulating film in the second region and the first insulating film in the first region Manufacturing method.
前記(b)工程と前記(c)工程との間に、前記第1領域の前記第1絶縁膜の膜厚が、前記第2領域の前記第1絶縁膜の膜厚より小さくなるように、前記第1領域の前記第1絶縁膜の表面から一部を除去する工程、を有する、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
Between the step (b) and the step (c), the film thickness of the first insulating film in the first region is smaller than the film thickness of the first insulating film in the second region. Removing a part from the surface of the first insulating film in the first region.
前記不揮発性メモリセルは、前記半導体基板の上部に形成され前記第1ゲート電極と隣合う第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極および前記半導体基板の間に形成された第2ゲート絶縁膜とを有する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The nonvolatile memory cell includes a second gate electrode formed on the semiconductor substrate and adjacent to the first gate electrode; a second gate insulating film formed between the second gate electrode and the semiconductor substrate; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記不揮発性メモリセルは、電荷蓄積部として、前記半導体基板の上部に第4絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極を有し、
前記内部に電荷蓄積部を有する第1ゲート絶縁膜は、前記第4絶縁膜と、前記第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極の上部の第5絶縁膜と、を有する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The nonvolatile memory cell has a second gate electrode formed as a charge storage portion on the semiconductor substrate via a fourth insulating film,
The first gate insulating film having the charge storage portion therein includes the fourth insulating film, the second gate electrode, and a fifth insulating film on the second gate electrode. Method.
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