JP3954589B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、電界効果トランジスタを備える半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a field effect transistor.

集積回路の高機能化には、その構成要素であるMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)等の素子の高性能化が必要である。素子の高性能化は、基本的には比例縮小則により行われてきたが、0.1μm(ゲート長)世代を境に様々な問題が生じている。その1つにゲート絶縁膜の問題がある。   In order to increase the functionality of integrated circuits, it is necessary to improve the performance of elements such as MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors). The enhancement of the performance of the element has been basically performed by the proportional reduction law, but various problems have occurred at the boundary of the 0.1 μm (gate length) generation. One of them is a problem of a gate insulating film.

従来、ゲート絶縁膜にはSiO2が用いられてきた。しかし、SiO2は比誘電率(約3.9)が低いため、0.1μm世代のゲート絶縁膜に要求されるゲート絶縁膜厚3nmでは、ゲート電極と半導体基板間のリーク電流が増加してしまう。   Conventionally, SiO2 has been used for the gate insulating film. However, since SiO 2 has a low relative dielectric constant (about 3.9), the leakage current between the gate electrode and the semiconductor substrate increases at a gate insulating film thickness of 3 nm required for the 0.1 μm generation gate insulating film.

そこで、高い比誘電率(約10以上)を有する高誘電体絶縁膜を用いてリーク電流を抑えることが検討されている。高誘電体絶縁膜としては、ZrO2、HfO2等の金属酸化物や、これらとSiO2との混晶化合物(所謂シリケート)が挙げられる。   Therefore, it has been studied to suppress the leakage current by using a high dielectric insulating film having a high relative dielectric constant (about 10 or more). Examples of the high dielectric insulating film include metal oxides such as ZrO 2 and HfO 2, and mixed crystal compounds (so-called silicates) of these with SiO 2.

しかし、これら高誘電体絶縁膜は、多結晶Si等のゲート電極と組み合わせた場合、MOSFETの閾値変動が大きくなることが明らかとなった(非特許文献1参照)。この閾値変動は非常に大きく、通常行われる半導体基板の不純物濃度により調整することは困難であった。
C.Hobbs, etal., 2003 Tech. Digest of VLSI symposium, 4.
However, it has been clarified that when these high dielectric insulating films are combined with a gate electrode such as polycrystalline Si, the threshold fluctuation of the MOSFET becomes large (see Non-Patent Document 1). The threshold fluctuation is very large, and it is difficult to adjust the threshold by the impurity concentration of the semiconductor substrate that is normally performed.
C. Hobbs, etal., 2003 Tech. Digest of VLSI symposium, 4.

発明者らは、この閾値変動の原因を調査し、以下のことを見出した。   The inventors investigated the cause of this threshold fluctuation and found the following.

通常、ゲート電極形成工程は、ゲート絶縁膜形成工程の次に、CVD(Chemical Vapor Deposition)を用い、水素あるいは水素を含有する雰囲気下で行われる。このとき、高誘電体絶縁膜表面は、還元し、活性化した金属原子が露出する。この金属原子はゲート電極に用いられるSi、Ge等の半導体原子と反応し、ゲート電極とゲート絶縁膜の界面に電荷が形成される。この電荷がMOSFETの閾値変動の原因である。   Usually, the gate electrode forming step is performed in the atmosphere containing hydrogen or hydrogen using CVD (Chemical Vapor Deposition) after the gate insulating film forming step. At this time, the surface of the high dielectric insulating film is reduced, and the activated metal atoms are exposed. This metal atom reacts with a semiconductor atom such as Si or Ge used for the gate electrode, and charges are formed at the interface between the gate electrode and the gate insulating film. This charge is the cause of MOSFET threshold fluctuations.

この電荷形成を抑制するために、他種絶縁膜をゲート絶縁膜に被覆させた後に、ゲート電極を形成することが考えられる。しかし、通常、他種絶縁膜の形成工程はCVDを用いるため、金属原子は他種絶縁膜に進入後、表面に露出し、同様の現象が生じることが解った。   In order to suppress this charge formation, it is conceivable to form the gate electrode after coating the gate insulating film with another type of insulating film. However, since the formation process of the other type of insulating film normally uses CVD, it has been found that metal atoms are exposed to the surface after entering the other type of insulating film, and the same phenomenon occurs.

一方、熱処理温度が高い場合、ゲート電極に導入されたAs、P、B等の不純物も、高誘電体絶縁膜に進入後、金属原子と電荷形成反応を生じ、MOSFETの閾値変動の原因となりうることが解った。   On the other hand, when the heat treatment temperature is high, impurities such as As, P, and B introduced into the gate electrode also cause a charge formation reaction with metal atoms after entering the high dielectric insulating film, which may cause fluctuations in the threshold value of the MOSFET. I understood that.

また、さらに先の技術世代では、金属、金属と半導体の混晶化合物等をゲート電極に用いることが検討されているが、これら金属原子は熱処理により活性化し、ゲート絶縁膜の絶縁性を破壊しやすいという問題もある。半導体基板とゲート電極材料にもよるが、例えば、約600℃以上の熱処理によりこの問題が生じる。   Furthermore, in the previous technology generation, the use of metals, mixed crystals of metals and semiconductors, etc. for the gate electrode has been studied. However, these metal atoms are activated by heat treatment to destroy the insulating properties of the gate insulating film. There is also a problem that it is easy. Although depending on the semiconductor substrate and the gate electrode material, for example, this problem is caused by heat treatment at about 600 ° C. or higher.

本発明は、上記事情に鑑みて、閾値変動の少ない、金属原子を有するゲート絶縁膜を用いた半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。   In view of the above circumstances, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device using a gate insulating film having a metal atom with little threshold fluctuation.

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に素子分離を形成する工程と、素子分離に囲まれた半導体露出面に疑似膜を選択的に形成する工程と、疑似膜をゲート幅方向に跨ぐゲート電極を形成する工程と、疑似膜を除去する工程と、疑似膜の形成していた空隙に金属原子を有するゲート絶縁膜を形成する工程と、その後、ゲート電極を挟む半導体基板表面にソース/ドレイン領域を形成する工程とを備え、疑似膜は、SiとGeの混晶化合物、WおよびTiシリサイドのいずれかからなることを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an element isolation on a semiconductor substrate, a step of selectively forming a pseudo film on a semiconductor exposed surface surrounded by the element isolation, and a pseudo film in the gate width direction. A step of forming a gate electrode straddling, a step of removing the pseudo film, a step of forming a gate insulating film having a metal atom in the void formed by the pseudo film, and then a source on the surface of the semiconductor substrate sandwiching the gate electrode A step of forming a drain region, and the pseudo film is made of any one of a mixed crystal compound of Si and Ge, W, and Ti silicide .

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に素子分離を形成する工程と、素子分離に囲まれた半導体露出面に疑似膜を選択的に形成する工程と、疑似膜をゲート幅方向に跨ぐゲート電極を形成する工程と、ゲート電極を挟む半導体基板表面にソース/ドレイン領域を形成する工程と、その後、疑似膜を除去する工程と、疑似膜の形成していた空隙に金属原子を有するゲート絶縁膜を形成する工程とを備え、疑似膜は、SiとGeの混晶化合物、WおよびTiシリサイドのいずれかからなることを特徴とする。  A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an element isolation on a semiconductor substrate, a step of selectively forming a pseudo film on a semiconductor exposed surface surrounded by the element isolation, and a pseudo film in the gate width direction. A step of forming a gate electrode straddling, a step of forming a source / drain region on the surface of the semiconductor substrate sandwiching the gate electrode, a step of removing the pseudo film, and a metal atom in the void formed by the pseudo film And a step of forming a gate insulating film, wherein the pseudo film is made of any one of a mixed crystal compound of Si and Ge, W, and Ti silicide.

本発明によれば、閾値変動の少ない半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。   According to the present invention, a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device with less threshold fluctuation are provided.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the invention, and its shape, dimensions, ratio, and the like are different from those of an actual device. However, these are in consideration of the following explanation and known techniques. The design can be changed as appropriate.

なお、各実施の形態においては、ゲート絶縁膜に酸化物を用いたn型MOSFETについて説明するが、無論、p型MOSFET、CMOSFET(complementary MOSFET)についても適用できる。また、ゲート絶縁膜は酸化物に限られず、窒化物、フッ化物等のその他の絶縁体を用いたMISFETについても、同様に各実施の形態を適用できる。   In each embodiment, an n-type MOSFET using an oxide as a gate insulating film will be described. Needless to say, the present invention can also be applied to a p-type MOSFET and a CMOSFET (complementary MOSFET). The gate insulating film is not limited to an oxide, and each embodiment can be similarly applied to a MISFET using other insulators such as nitride and fluoride.

また、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically EPROM)、フラッシュメモリ等のPROMについても、同様に各実施の形態を適用できる。   Also, the embodiments can be similarly applied to PROMs such as EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically EPROM), and flash memory.

また、上述した半導体素子が集積化したメモリ、ロジック回路等、並びにこれらが同一チップ上に混載されるシステムLSI等も本発明の範囲内である。   Further, a memory, a logic circuit, and the like in which the above-described semiconductor elements are integrated, and a system LSI in which these are mixedly mounted on the same chip are also within the scope of the present invention.

(第1の実施の形態)
第1の実施の形態のMOSFETの製造方法は、半導体基板上に疑似膜を形成する工程と、疑似膜をゲート幅方向に跨ぐゲート電極を形成する工程と、疑似膜を除去する工程と、疑似膜の形成していた空隙に金属原子を有するゲート絶縁膜を形成する工程と、その後、ゲート電極をゲート長方向に挟む半導体基板表面にソース/ドレイン領域を形成する工程とを備えることを特徴とする。
(First embodiment)
The MOSFET manufacturing method of the first embodiment includes a step of forming a pseudo film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode straddling the pseudo film in the gate width direction, a step of removing the pseudo film, A step of forming a gate insulating film having a metal atom in a void formed in the film, and a step of forming a source / drain region on the surface of the semiconductor substrate sandwiching the gate electrode in the gate length direction. To do.

第1の実施の形態に係わるMOSFETの製造方法の一例について図1乃至図5を参照して説明する。   An example of a MOSFET manufacturing method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図1乃至図5は、夫々、第1の実施形態に係るMOSFETの製造方法の一例の第1乃至第5の工程を説明するための断面模式図である。図1(a)は、ゲート長方向の断面模式図であり、図1(b)は、ゲート幅方向の断面模式図である。図2乃至図5についても同様である。   FIGS. 1 to 5 are schematic cross-sectional views for explaining first to fifth steps of an example of the MOSFET manufacturing method according to the first embodiment. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view in the gate length direction, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view in the gate width direction. The same applies to FIGS. 2 to 5.

第1の工程について、図1を参照して説明する。   The first step will be described with reference to FIG.

Si基板10にSTI(Shallow Trench Isolation)用の溝を約0.4μmの深さに掘った後、CVD法を用いて素子分離となるSiO2をSi基板10全面に堆積後、CMP(Chemical Mechanical Polish)を用いて平坦化し、素子分離11(SiO2)を形成する。   A trench for STI (Shallow Trench Isolation) is dug to a depth of about 0.4 μm on the Si substrate 10, and then SiO 2 for element isolation is deposited on the entire surface of the Si substrate 10 using the CVD method, and then CMP (Chemical Mechanical Polish) Is planarized to form element isolation 11 (SiO 2).

次に、Si基板10にBのイオン注入を用いて閾値調整を行った後、ジクロロシラン、ゲルマン、塩酸のガス系のCVDを用いて、Si露出面、すなわち、Si基板10上に選択的に疑似膜12(Ge含有率20%のSiGe。以後、SiGeとする。)を4nm堆積した。   Next, after threshold adjustment is performed on the Si substrate 10 by using B ion implantation, gas exposure CVD of dichlorosilane, germane, and hydrochloric acid is used to selectively form the Si exposed surface, that is, on the Si substrate 10. A pseudo film 12 (SiGe having a Ge content of 20%, hereinafter referred to as SiGe) was deposited to 4 nm.

次に、Si2H6もしくはSiH4を含む雰囲気によるCVDを用いて、ゲート電極13となる多結晶SiをSi基板10全面に堆積する。その後、RIE(Reactive Ion Etching)を用いて、ゲート電極13(多結晶Si)を形成する。この際、CFxガスにSFxガスを混入させることにより、疑似膜12(SiGe)には保護層が形成され、エッチングされない。図1に示すように、ゲート電極13(多結晶Si)は、ゲート長方向では疑似膜12上中央に、ゲート幅方向では疑似膜12を跨ぐように素子分離11(SiO2)及び疑似膜12上に形成される。   Next, polycrystalline Si to be the gate electrode 13 is deposited on the entire surface of the Si substrate 10 by CVD using an atmosphere containing Si2H6 or SiH4. Thereafter, the gate electrode 13 (polycrystalline Si) is formed using RIE (Reactive Ion Etching). At this time, by adding SFx gas to CFx gas, a protective layer is formed on the pseudo film 12 (SiGe) and is not etched. As shown in FIG. 1, the gate electrode 13 (polycrystalline Si) is formed on the element isolation 11 (SiO 2) and the pseudo film 12 so as to straddle the pseudo film 12 in the gate length direction and across the pseudo film 12 in the gate width direction. Formed.

図2に示すように、第2の工程は、ウェットエッチングを用いて、疑似膜12(SiGe)を除去し、Si基板10とゲート電極13(多結晶Si)間に空隙を形成する。この際、硝酸とフッ酸と水の混合液を用いると、Si及びSiO2に対し、選択的にSiGeを除去できる。   As shown in FIG. 2, in the second step, the pseudo film 12 (SiGe) is removed using wet etching, and a gap is formed between the Si substrate 10 and the gate electrode 13 (polycrystalline Si). At this time, if a mixed solution of nitric acid, hydrofluoric acid, and water is used, SiGe can be selectively removed with respect to Si and SiO2.

なお、硝酸とフッ酸と水の混合液の代わりに、酢酸とフッ酸と水の混合液、アンモニア水とフッ酸と水の混合液を用いても良い。また、ウェットエッチングの代わりに、CFxを含むプラズマ中での選択エッチングも可能である。   Note that a mixed solution of acetic acid, hydrofluoric acid, and water, or a mixed solution of ammonia water, hydrofluoric acid, and water may be used instead of the mixed solution of nitric acid, hydrofluoric acid, and water. Further, instead of wet etching, selective etching in plasma containing CFx is also possible.

図3に示すように、第3の工程は、常圧、水蒸気雰囲気下、700℃の熱処理による熱酸化を用いて、Si基板10及びゲート電極13(多結晶Si)の表面に、約0.5nmの界面膜14(SiO2)を形成する。   As shown in FIG. 3, the third step is about 0.5 nm on the surface of the Si substrate 10 and the gate electrode 13 (polycrystalline Si) using thermal oxidation by heat treatment at 700 ° C. under normal pressure and steam atmosphere. The interfacial film 14 (SiO2) is formed.

なお、界面膜14(SiO2)の形成工程は、ゲート電極とゲート絶縁膜の界面の電荷形成抑制の観点からは行った方が好ましいが、行わなくとも良い。また、ゲート絶縁膜15堆積時に、自然にSi基板10及びゲート電極13の表面に界面膜14(SiO2)が成長する場合もある。   The step of forming the interface film 14 (SiO 2) is preferably performed from the viewpoint of suppressing charge formation at the interface between the gate electrode and the gate insulating film, but may not be performed. Further, when the gate insulating film 15 is deposited, the interface film 14 (SiO 2) may naturally grow on the surfaces of the Si substrate 10 and the gate electrode 13.

次に、ゲート絶縁膜15(HfO2とSiO2の混晶化合物(以後、HfO2−SiO2とする。))をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いて、500℃でSi基板10全面に厚さ3nm堆積させる。この際、アンモニアガスを混入させることにより、ゲート絶縁膜15(HfO2−SiO2)を窒化しても良い。このときの窒素濃度は20%以上40%以下が好ましい。この工程において、疑似膜12の形成していた空隙にゲート絶縁膜15が形成される。   Next, the gate insulating film 15 (a mixed crystal compound of HfO 2 and SiO 2 (hereinafter referred to as HfO 2 —SiO 2)) is formed on the entire surface of the Si substrate 10 at a temperature of 500 ° C. by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). Deposit 3 nm. At this time, the gate insulating film 15 (HfO 2 —SiO 2) may be nitrided by mixing ammonia gas. The nitrogen concentration at this time is preferably 20% or more and 40% or less. In this step, the gate insulating film 15 is formed in the gap where the pseudo film 12 has been formed.

なお、ゲート絶縁膜15堆積方法は、MOCVD法の他、ハライド系のCVD、アトミック層堆積法を用いても良い。また、窒化の方法は、アンモニアガスを含有する雰囲気でのCVDの他、プラズマにより活性化されたNを含有する雰囲気でのCVDを用いても良い。なお、ゲート長約20nm以下の場合、ゲート絶縁膜15堆積後、アンモニア雰囲気での熱処理による窒化、プラズマN中での窒化等も可能である。   The gate insulating film 15 may be deposited by halide CVD or atomic layer deposition in addition to the MOCVD method. The nitriding method may use CVD in an atmosphere containing N activated by plasma in addition to CVD in an atmosphere containing ammonia gas. When the gate length is about 20 nm or less, nitridation by heat treatment in an ammonia atmosphere, nitridation in plasma N, or the like can be performed after the gate insulating film 15 is deposited.

図4に示すように、第4の工程は、塩素を含むRIEを用いて、ゲート絶縁膜15(HfO2−SiO2)をゲート電極13(多結晶Si)直下及び側面を残して除去する。次に、As+を200eVのエネルギーのイオン注入を用いて、不純物濃度1×1015cm-2程度の浅い拡散層16を形成する。 As shown in FIG. 4, in the fourth step, RIE containing chlorine is used to remove the gate insulating film 15 (HfO 2 —SiO 2), leaving the side immediately below the gate electrode 13 (polycrystalline Si) and the side surface. Next, a shallow diffusion layer 16 having an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −2 is formed using ion implantation of As + with an energy of 200 eV.

なお、浅い拡散層16の形成方法は、イオン注入による方法の他、不純物ドープされたSiを堆積し、固溶拡散により形成する方法、ゲート側壁17を不純物ドープし、固溶拡散により形成する方法を用いても良い。   The method for forming the shallow diffusion layer 16 includes a method in which impurity-doped Si is deposited and formed by solid solution diffusion in addition to a method by ion implantation, and a method in which the gate sidewall 17 is doped by impurity and formed by solid solution diffusion. May be used.

図5に示すように、第5の工程は、CVDを用いて、ゲート側壁となるSiO2を全面に10nm堆積させた後、RIEを用いて、ゲート電極側面にゲート側壁17(SiO2)を形成する。次に、As+を10keVのエネルギーのイオン注入を用いて、不純物濃度1×1015cm-2程度の深い拡散層18を形成する。その後、600℃以上の熱処理、例えば、1000℃、20秒の短時間高温熱処理を施し、不純物を活性化させる。 As shown in FIG. 5, in the fifth step, SiO 2 serving as a gate side wall is deposited by 10 nm on the entire surface using CVD, and then gate side wall 17 (SiO 2) is formed on the side surface of the gate electrode using RIE. . Next, a deep diffusion layer 18 having an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −2 is formed using ion implantation of As + with an energy of 10 keV. Thereafter, a heat treatment at 600 ° C. or higher, for example, a short-time high-temperature heat treatment at 1000 ° C. for 20 seconds is performed to activate the impurities.

次に、CVDを用いて、シリサイド層となるCoを堆積させた後、約400℃の熱処理を用いて、シリサイド層19(CoSi2)を形成させる。次に、硫酸と過酸化水素水の溶液を用いたウェットエッチングを行うことにより、未反応のCoを除去する。   Next, after Co is deposited using CVD, a silicide layer 19 (CoSi2) is formed using heat treatment at about 400 ° C. Next, unreacted Co is removed by performing wet etching using a solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution.

第1の実施の形態によれば、ゲート電極の形成後にゲート絶縁膜を形成するため、ゲート電極形成工程にて生じていたゲート電極とゲート絶縁膜界面の電荷形成反応を抑制できる。従って、MOSFETの閾値変動を減少できる。また、第1の実施の形態は、従来の製造方法との整合性も高い。   According to the first embodiment, since the gate insulating film is formed after the gate electrode is formed, the charge forming reaction at the interface between the gate electrode and the gate insulating film, which has occurred in the gate electrode forming step, can be suppressed. Therefore, the threshold fluctuation of the MOSFET can be reduced. In addition, the first embodiment is highly consistent with the conventional manufacturing method.

第1の実施の形態に係わるMOSFETの材料について説明する。   The material of the MOSFET according to the first embodiment will be described.

ゲート電極13が、As、P、B等の不純物を有する場合、ゲート電極13/ゲート絶縁膜15界面の電荷形成反応は活性化する。従って、本発明の与える効果は大きい。   When the gate electrode 13 has impurities such as As, P, and B, the charge formation reaction at the interface between the gate electrode 13 and the gate insulating film 15 is activated. Therefore, the effect given by the present invention is great.

ゲート電極13は、多結晶Siの他、SiGe、シリサイド、ジャーマナイド等を用いることができる。シリサイドとしてはWSi2, NiSi, CoSi2, PtSi, MoSi2等が挙げられる。ジャーマナイドとしてはWGi2, NiGe, NiGe2, CoGe2, PtGe, MoGe2等が挙げられる。なお、SiGeのGe濃度は疑似膜12より低くする。これは、上述した第2の工程における疑似膜12の除去を選択的に行うためである。   The gate electrode 13 can be made of SiGe, silicide, germanide or the like in addition to polycrystalline Si. Examples of silicide include WSi2, NiSi, CoSi2, PtSi, and MoSi2. Examples of germanides include WGI2, NiGe, NiGe2, CoGe2, PtGe, and MoGe2. Note that the Ge concentration of SiGe is lower than that of the pseudo film 12. This is because the pseudo film 12 is selectively removed in the second step described above.

ゲート絶縁膜15を界面膜14との積層構造にすることにより、ゲート電極13/ゲート絶縁膜15界面の電荷形成反応をさらに抑制できる。なお、積層構造ではなく、徐々に組成が変化している構造でもよい。   By forming the gate insulating film 15 in a laminated structure with the interface film 14, the charge formation reaction at the interface between the gate electrode 13 and the gate insulating film 15 can be further suppressed. Note that a structure in which the composition gradually changes may be used instead of the laminated structure.

ゲート絶縁膜15は、高誘電体絶縁膜、あるいはこれとSiO2若しくはAl2O3との混晶化合物等が挙げられる。高誘電体絶縁膜としては、HfO2の他、ZrO2及びTiO2に代表されるIV遷移金属の酸化物、並びにLa2O3に代表されるランタノイド系金属の酸化物等が挙げられる。   Examples of the gate insulating film 15 include a high dielectric insulating film, or a mixed crystal compound of this with SiO 2 or Al 2 O 3. Examples of the high dielectric insulating film include HfO 2, oxides of IV transition metals typified by ZrO 2 and TiO 2, oxides of lanthanoid metals typified by La 2 O 3, and the like.

界面膜14は、Si酸化膜SiO2の他、Si窒化膜Si3N4、Si酸窒化膜SiON等が挙げられる。SiO2の場合、O2中での酸化、プラズマO中での酸化等、Si3N4の場合、アンモニア雰囲気での窒化、プラズマN中での窒化等、SiONの場合、NO雰囲気での酸窒化、N2O雰囲気での酸窒化等、あるいは上述した酸化法と窒化法の組合せにより、界面膜14を形成する。   Examples of the interfacial film 14 include Si nitride film Si3N4, Si oxynitride film SiON, and the like in addition to Si oxide film SiO2. In the case of SiO2, oxidation in O2, oxidation in plasma O, etc., in the case of Si3N4, nitriding in ammonia atmosphere, nitriding in plasma N, etc., in the case of SiON, oxynitriding in NO atmosphere, in N2O atmosphere The interface film 14 is formed by oxynitriding or the like or a combination of the above-described oxidation method and nitriding method.

ゲート絶縁膜15は、Hf原子を有することが好ましい。これは、Hf原子を有するゲート絶縁膜15とSiO2界面膜の組合せにおいて、特に良好な特性が得られているからである。なお、HfO2とSiO2の混晶化合物の場合、ゲート絶縁膜特性の点から、HfO2の濃度は30%以上80%以下が好ましい。   The gate insulating film 15 preferably has Hf atoms. This is because particularly good characteristics are obtained in the combination of the gate insulating film 15 having Hf atoms and the SiO 2 interface film. In the case of a mixed crystal compound of HfO2 and SiO2, the concentration of HfO2 is preferably 30% or more and 80% or less from the viewpoint of gate insulating film characteristics.

疑似膜12は、Si基板10上に選択的に堆積できるものが好ましい。例えば、SiGeの他、W、TiSi2等が挙げられる。   The pseudo film 12 is preferably one that can be selectively deposited on the Si substrate 10. For example, in addition to SiGe, W, TiSi2 and the like can be mentioned.

Wを用いた疑似膜12は、例えば、第1の工程では、WF6とSiH4の混合ガス系のCVDを用いて堆積し、第2の工程では、硫酸と過酸化水素水の混合液を用いて除去する。TiSi2を用いた疑似膜12は、例えば、第1の工程では、TiCl4とSiH4の混合ガス系のCVDを用いて堆積し、第2の工程では、稀フッ酸を用いて除去する。   The pseudo film 12 using W is deposited using, for example, CVD of a mixed gas system of WF6 and SiH4 in the first step, and using a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution in the second step. Remove. The pseudo film 12 using TiSi2 is deposited using, for example, CVD of a mixed gas system of TiCl4 and SiH4 in the first process, and removed using dilute hydrofluoric acid in the second process.

疑似膜12は、下層に上述した層を用い、上層にSiO2層を用いる多層構造であると好ましい。これは、SiO2層はゲート電極13形成時のエッチング耐性が高いため、ゲート電極を精度良く加工できるためである。   The pseudo film 12 preferably has a multilayer structure in which the above-described layer is used as a lower layer and a SiO2 layer is used as an upper layer. This is because the SiO2 layer has high etching resistance when the gate electrode 13 is formed, so that the gate electrode can be processed with high accuracy.

ソース/ドレイン領域が、高濃度不純物拡散層である場合、通常、不純物活性化のための高温熱処理を行うため、ゲート電極13/ゲート絶縁膜15界面に生じる電荷形成反応は活性化する。従って、本発明の与える効果は大きい。   When the source / drain region is a high-concentration impurity diffusion layer, a charge forming reaction that occurs at the interface between the gate electrode 13 and the gate insulating film 15 is activated because a high-temperature heat treatment for impurity activation is usually performed. Therefore, the effect given by the present invention is great.

ソース/ドレイン領域は、浅い拡散層16、深い拡散層18及びシリサイド層19の他、浅い拡散層16のみ、シリサイド層19のみ、浅い拡散層16及びシリサイド層19の組合せ等が挙げられる。   Examples of the source / drain region include the shallow diffusion layer 16, the deep diffusion layer 18, and the silicide layer 19, only the shallow diffusion layer 16, only the silicide layer 19, and a combination of the shallow diffusion layer 16 and the silicide layer 19.

浅い拡散層16及び深い拡散層18は、Asの他、導電型に応じて、B、P等を注入し、形成する。シリサイド層19は、V、Cr、Mn、Y、Mo、Ru、Rh、Hf、Ta、W、Ir、Co、Ti、Pt、Pd、Zr、Gd、Dy、Ho、Er等の金属のシリサイドを用いる。   The shallow diffusion layer 16 and the deep diffusion layer 18 are formed by injecting B, P or the like according to the conductivity type in addition to As. The silicide layer 19 is made of metal silicide such as V, Cr, Mn, Y, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Ir, Co, Ti, Pt, Pd, Zr, Gd, Dy, Ho, and Er. Use.

Si基板10は、SiGe、Ge、歪Si、歪Geあるいはその他のチャネル領域材料等を用いる。なお、上述したように、不純物を添加してもよい。また、Si基板10は、埋込絶縁膜を有するSOI(Silicon On Insulator)構造を用いても良い。   The Si substrate 10 uses SiGe, Ge, strained Si, strained Ge, or other channel region material. As described above, impurities may be added. The Si substrate 10 may use an SOI (Silicon On Insulator) structure having a buried insulating film.

素子分離11及びゲート側壁17は、SiO2の他、SiN、SiONを用いる。   The element isolation 11 and the gate sidewall 17 use SiN or SiON in addition to SiO2.

以下に、変形例1を示す。   Modification 1 is shown below.

本発明のMOSFETは、上述したプレーナ型の他、Fin型、縦型等のMOSFETにも適用できる。変形例1では、Fin型MOSFETの製造方法について説明する。   The MOSFET of the present invention can be applied not only to the planar type described above but also to a Fin type, a vertical type, etc. In Modification 1, a method for manufacturing a Fin-type MOSFET will be described.

変形例1に係わるMOSFETの製造方法の一例について図6乃至図8を参照して説明する。便宜上、SOI構造を有するn型MOSFETについて、第1の実施の形態と異なる箇所について説明する。   An example of a MOSFET manufacturing method according to Modification 1 will be described with reference to FIGS. For convenience, an n-type MOSFET having an SOI structure will be described in different points from the first embodiment.

図6乃至図8は、夫々、変形例1に係るMOSFETの製造方法を説明するための斜視模式図である。   6 to 8 are schematic perspective views for explaining the MOSFET manufacturing method according to the first modification.

まず、第1の工程について説明する。   First, the first step will be described.

図6に示すように、下から順に、Si基板110、埋込絶縁膜111、Si層112の積層によりSOI構造を形成する。   As shown in FIG. 6, an SOI structure is formed by stacking a Si substrate 110, a buried insulating film 111, and a Si layer 112 in order from the bottom.

次に、Si層112上にSi窒化層113を堆積後、フォトリソグラフィを用いて、Si層112及びSi窒化層113を直方体状に形成する。この直方体が後に、ソース/ドレイン領域及びチャネル領域となる。   Next, after depositing a Si nitride layer 113 on the Si layer 112, the Si layer 112 and the Si nitride layer 113 are formed in a rectangular parallelepiped shape using photolithography. This rectangular parallelepiped later becomes a source / drain region and a channel region.

次に、Si層112表面を酸と過酸化水素水の混合液若しくはアンモニアと過酸化水素水の混合液を用いて、Si層112の露出面を清浄化した後、Si層112に、閾値調整のためのBイオン注入を行なう。   Next, the surface of the Si layer 112 is cleaned using an acid and hydrogen peroxide solution mixture or ammonia and hydrogen peroxide solution mixture, and then the exposed surface of the Si layer 112 is cleaned. B ion implantation for

次に、ジクロロシラン、ゲルマン、塩酸のガス系のCVDを用いて、Si露出面、すなわち、Si層112表面に疑似膜114(Ge含有率20%のSiGe。以後、SiGeとする)を4nm堆積した。   Next, a pseudo-film 114 (SiGe with a Ge content of 20%, hereinafter referred to as SiGe) is deposited to 4 nm on the exposed Si surface, that is, the surface of the Si layer 112 by using gas-based CVD of dichlorosilane, germane, and hydrochloric acid. did.

次に、Si2H6もしくはSiH4を含む雰囲気によるCVD法を用いて、ゲート電極115となる多結晶SiをSi基板110全面に堆積し、その後、RIEを用いて、ゲート電極115(多結晶Si)を形成する。なお、この際、CFxガスにSFxガスを混入させないことにより、ゲート電極115直下の疑似膜114(SiGe)以外、すなわちSi層112側面に形成されたSi及びSiGeが完全に除去される。なお、Si層112自体は、Si窒化層113によりマスクされているため、除去されない。   Next, using a CVD method in an atmosphere containing Si2H6 or SiH4, polycrystalline Si to be the gate electrode 115 is deposited on the entire surface of the Si substrate 110, and then the gate electrode 115 (polycrystalline Si) is formed using RIE. To do. At this time, by not mixing the SFx gas into the CFx gas, Si and SiGe formed on the side surface of the Si layer 112 other than the pseudo film 114 (SiGe) immediately below the gate electrode 115 are completely removed. Note that the Si layer 112 itself is not removed because it is masked by the Si nitride layer 113.

図7に、第1の工程のMOSFETの斜視模式図を示す。   FIG. 7 is a schematic perspective view of the MOSFET in the first step.

第2乃至第5の工程は、第1の実施の形態のMOSFETと同様の製造工程である。   The second to fifth steps are the same manufacturing steps as the MOSFET of the first embodiment.

図8に、第5の工程のMOSFETの斜視模式図を示す。   FIG. 8 is a schematic perspective view of the MOSFET in the fifth step.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態のMOSFETの製造方法は、半導体基板上に疑似膜を形成する工程と、疑似膜をゲート幅方向に跨ぐゲート電極を形成する工程と、ゲート電極をゲート長方向に挟む半導体基板表面にソース/ドレイン領域を形成する工程と、その後、疑似膜を除去する工程と、疑似膜の形成していた空隙に金属原子を有するゲート絶縁膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
(Second Embodiment)
The MOSFET manufacturing method of the second embodiment includes a step of forming a pseudo film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode straddling the pseudo film in the gate width direction, and a semiconductor sandwiching the gate electrode in the gate length direction. A step of forming a source / drain region on the surface of the substrate; a step of removing the pseudo film; and a step of forming a gate insulating film having metal atoms in the voids formed of the pseudo film. To do.

第2の実施の形態に係わるMOSFETの製造方法の一例について図9乃至図13を参照して説明する。便宜上、n型MOSFETについて、第1の実施の形態と異なる箇所について説明する。   An example of a MOSFET manufacturing method according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. For convenience, the difference between the n-type MOSFET and the first embodiment will be described.

図9乃至図13は、夫々、第2の実施形態に係るMOSFETの製造方法の一例の第1乃至第5の工程を説明するための断面模式図である。図9(a)は、ゲート長方向の断面模式図であり、図9(b)は、ゲート幅方向の断面模式図である。図10乃至図13についても同様である。   9 to 13 are schematic cross-sectional views for explaining the first to fifth steps of an example of the MOSFET manufacturing method according to the second embodiment. FIG. 9A is a schematic cross-sectional view in the gate length direction, and FIG. 9B is a schematic cross-sectional view in the gate width direction. The same applies to FIGS. 10 to 13.

第1の工程について、図9を参照して説明する。   The first step will be described with reference to FIG.

疑似膜22(下層SiGe層と上層SiO2層の積層。以後、SiGe/SiO2とする。)が多層である他は、第1の実施の形態の第1の工程と同様である。なお、このSiO2層は、SiGe層の形成後、プラズマ酸化、熱酸化等を用いて形成する。   The pseudo film 22 (lamination of the lower SiGe layer and the upper SiO 2 layer, hereinafter referred to as SiGe / SiO 2) is the same as the first step of the first embodiment except that it is a multilayer. This SiO2 layer is formed using plasma oxidation, thermal oxidation or the like after the formation of the SiGe layer.

第2の工程について、図10を参照して説明する。浅い拡散層26、ゲート側壁27(SiO2)、深い拡散層28を順次形成する。これらの詳細な形成方法は、第1の実施の形態の第4及び第5の工程に示した方法と同様である。   The second step will be described with reference to FIG. A shallow diffusion layer 26, a gate sidewall 27 (SiO2), and a deep diffusion layer 28 are formed in this order. These detailed forming methods are the same as the methods shown in the fourth and fifth steps of the first embodiment.

第3の工程について、図11を参照して説明する。フッ酸を用いたウェットエッチングを行うことにより、ゲート側壁27(SiO2)を除去する。なお、ゲート側壁27にSiNを用いた場合、フッ酸の代わりに100℃程度のリン酸を用いる。次に、第1の実施の形態の第2の工程と同様の方法を用いて、疑似膜12(SiGe/SiO2)を除去する。   The third step will be described with reference to FIG. By performing wet etching using hydrofluoric acid, the gate sidewall 27 (SiO2) is removed. When SiN is used for the gate side wall 27, phosphoric acid at about 100 ° C. is used instead of hydrofluoric acid. Next, the pseudo film 12 (SiGe / SiO 2) is removed by using the same method as in the second step of the first embodiment.

第4の工程について、図12を参照して説明する。界面膜24(SiO2)を形成後、ゲート絶縁膜(HfO2−SiO2)を形成する。これらの詳細な形成方法は、第1の実施の形態の第3の工程及び第4の工程に示した方法と同様である。   The fourth step will be described with reference to FIG. After forming the interface film 24 (SiO2), a gate insulating film (HfO2-SiO2) is formed. These detailed formation methods are the same as the methods shown in the third step and the fourth step of the first embodiment.

第5の工程について、図13を参照して説明する。ゲート側壁27(SiO2)を形成後、シリサイド層29(CoSi2)を形成する。これらの詳細な形成方法は、第1の実施の形態の第5の工程に示した方法と同様である。   The fifth step will be described with reference to FIG. After the gate sidewall 27 (SiO2) is formed, a silicide layer 29 (CoSi2) is formed. These detailed forming methods are the same as the method shown in the fifth step of the first embodiment.

第2の実施の形態によれば、熱処理を用いるソース/ドレイン領域の形成工程後にゲート絶縁膜を形成するため、熱処理によるゲート電極13/ゲート絶縁膜15界面の電荷形成反応の活性化を抑制できる。従って、第1の実施の形態に比して、MOSFETの閾値変動を減少できる。   According to the second embodiment, since the gate insulating film is formed after the source / drain region forming step using heat treatment, activation of the charge formation reaction at the gate electrode 13 / gate insulating film 15 interface due to the heat treatment can be suppressed. . Therefore, the threshold fluctuation of the MOSFET can be reduced as compared with the first embodiment.

以下に、変形例2を示す。   Modification 2 is shown below.

変形例2では、ゲート電極に金属を用いるMOSFETの製造方法について説明する。   In Modification 2, a method for manufacturing a MOSFET using a metal for the gate electrode will be described.

変形例2に係わるMOSFETの製造方法の一例について図14乃至図18を参照して説明する。便宜上、n型MOSFETについて、第2の実施の形態と異なる箇所について説明する。   An example of a MOSFET manufacturing method according to Modification 2 will be described with reference to FIGS. For convenience, the difference between the n-type MOSFET and the second embodiment will be described.

図14乃至図18は、夫々、変形例2に係るMOSFETの第1乃至第5の工程を説明するための断面模式図である。図14(a)は、ゲート長方向の断面模式図であり、図14(b)は、ゲート幅方向の断面模式図である。図14乃至図18についても同様である。   14 to 18 are schematic cross-sectional views for explaining the first to fifth steps of the MOSFET according to Modification 2. 14A is a schematic sectional view in the gate length direction, and FIG. 14B is a schematic sectional view in the gate width direction. The same applies to FIGS. 14 to 18.

第1の工程について、図14を参照して説明する。   The first step will be described with reference to FIG.

まず、第2の実施の形態の第1の工程と同様に、素子分離31(SiO2)を形成する。次に、Si基板10にBのイオン注入を用いて閾値調整を行った後、ジクロロシラン若しくはテトラクロロシラン、アンモニアのガス系のCVDを用いて、Si露出面、すなわち、Si基板30上に疑似膜32(SiN)を4nm堆積した。   First, as in the first step of the second embodiment, an element isolation 31 (SiO2) is formed. Next, after adjusting the threshold value by ion implantation of B into the Si substrate 10, a pseudo film is formed on the Si exposed surface, that is, on the Si substrate 30 by using dichlorosilane, tetrachlorosilane, or ammonia gas-based CVD. 32 (SiN) was deposited to 4 nm.

次に、WF6及びSiH4を含むガス系のCVDを用いてゲート電極33(W)を堆積後、TEOS(tetra ethoxy silane)を含むガス系のCVDを用いて、SiO2層310を堆積させる。次に、CFxガスを含む雰囲気下におけるRIEを用いて、ゲート電極33(W)を形成する。   Next, after depositing the gate electrode 33 (W) using a gas-based CVD containing WF6 and SiH4, a SiO2 layer 310 is deposited using a gas-based CVD containing TEOS (tetraethoxysilane). Next, the gate electrode 33 (W) is formed using RIE in an atmosphere containing CFx gas.

第2の工程について、図15を参照して説明する。浅い拡散層36、ゲート側壁37(SiN)、深い拡散層38を順次形成する。これらの形成方法は、第2の実施の形態の第2の工程に示した方法と同様である。   The second step will be described with reference to FIG. A shallow diffusion layer 36, a gate sidewall 37 (SiN), and a deep diffusion layer 38 are sequentially formed. These forming methods are the same as the methods shown in the second step of the second embodiment.

第3の工程について、図16を参照して説明する。ウェットエッチングを行うことにより、ゲート側壁37(SiN)及び疑似膜(SiN)を除去する。この際、100℃程度のリン酸を用いると、Si、SiO2に対し、選択的にSiNを除去できる。   The third step will be described with reference to FIG. By performing wet etching, the gate sidewall 37 (SiN) and the pseudo film (SiN) are removed. At this time, if phosphoric acid at about 100 ° C. is used, SiN can be selectively removed with respect to Si and SiO 2.

第4の工程について、図17を参照して説明する。CVDを用いてSi基板30表面に界面膜34(SiO2)を0.5nm堆積させた後、第2の実施の形態の第4の工程と同様の方法を用いて、ゲート絶縁膜(HfO2−SiO2)を形成する。   The fourth step will be described with reference to FIG. After depositing an interface film 34 (SiO2) to a thickness of 0.5 nm on the surface of the Si substrate 30 using CVD, a gate insulating film (HfO2-SiO2) is formed using the same method as in the fourth step of the second embodiment. Form.

第5の工程について、図18を参照して説明する。エッチングを用いて深い拡散層38上の界面膜34(SiO2)を除去後、第2の実施の形態の第5の工程と同様の方法を用いて、シリサイド層29(CoSi2)を形成する。なお、この第5の工程において、SiO2層310はゲート電極33(W)のシリサイド反応を妨げる役割を果たす。   The fifth step will be described with reference to FIG. After removing the interface film 34 (SiO 2) on the deep diffusion layer 38 using etching, a silicide layer 29 (CoSi 2) is formed using the same method as in the fifth step of the second embodiment. In this fifth step, the SiO2 layer 310 plays a role in hindering the silicide reaction of the gate electrode 33 (W).

なお、ゲート電極33は、金属原子を有するものであり、Wの他、Hf、Zr、Al、Cu、Mo、Pt、Pd等の金属若しくは合金、TiN、WN、MoN、HfN、ZrN、TiB、TiC、HfC等の化合物、WSi2, NiSi, CoSi2, PtSi, MoSi2等のシリサイド、及び、WGi2, NiGe, NiGe2, CoGe2, PtGe, MoGe2等のジャーマナイドが考えられる。   The gate electrode 33 has a metal atom, and in addition to W, a metal or alloy such as Hf, Zr, Al, Cu, Mo, Pt, Pd, TiN, WN, MoN, HfN, ZrN, TiB, Compounds such as TiC and HfC, silicides such as WSi2, NiSi, CoSi2, PtSi, and MoSi2, and germanides such as WGe2, NiGe, NiGe2, CoGe2, PtGe, and MoGe2 are conceivable.

ゲート電極が金属原子を有する場合、金属原子は熱処理により活性化し、ゲート絶縁膜の絶縁性を破壊しやすい。従って、本発明の与える効果は大きい。   In the case where the gate electrode has a metal atom, the metal atom is activated by heat treatment, and the insulating property of the gate insulating film is easily broken. Therefore, the effect given by the present invention is great.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態のプレーナ型のMOSFETについて、図19を参照して説明する。
(Third embodiment)
A planar MOSFET according to a third embodiment will be described with reference to FIG.

図19は、図5に示すMOSFETの上面模式図である。   FIG. 19 is a schematic top view of the MOSFET shown in FIG.

図19に示すように、素子分離11(SiO2)は、Si基板を囲むように形成し、ゲート電極13は、ゲート絶縁膜15で囲まれている。ゲート電極13は、ゲート幅方向にゲート絶縁膜15を跨ぐように、Si基板及び素子分離11(SiO2)上に形成される。なお、電極との接続部分となるため、素子分離11(SiO2)上のゲート電極13は、他の部分に比して大きい。Si基板上において、ゲート電極13及びゲート絶縁膜15をゲート長方向に挟むように、ゲート側壁17が形成されている。なお、ゲート電極13上面にはシリサイド層19が形成され、Si基板10表面にはシリサイド層19が形成されている。   As shown in FIG. 19, the element isolation 11 (SiO 2) is formed so as to surround the Si substrate, and the gate electrode 13 is surrounded by the gate insulating film 15. The gate electrode 13 is formed on the Si substrate and the element isolation 11 (SiO 2) so as to straddle the gate insulating film 15 in the gate width direction. In addition, since it becomes a connection part with an electrode, the gate electrode 13 on the element isolation | separation 11 (SiO2) is large compared with another part. A gate sidewall 17 is formed on the Si substrate so as to sandwich the gate electrode 13 and the gate insulating film 15 in the gate length direction. A silicide layer 19 is formed on the upper surface of the gate electrode 13, and a silicide layer 19 is formed on the surface of the Si substrate 10.

図示されていないが、ゲート絶縁膜15は、Si基板とゲート電極13間に形成されるが、素子分離11とゲート電極13間には形成されない。すなわち、ソース/ドレイン領域に挟まれたSi基板上(図19では、点線で囲まれた領域)にゲート絶縁膜15が形成されている。   Although not shown, the gate insulating film 15 is formed between the Si substrate and the gate electrode 13, but is not formed between the element isolation 11 and the gate electrode 13. That is, the gate insulating film 15 is formed on the Si substrate sandwiched between the source / drain regions (a region surrounded by a dotted line in FIG. 19).

第3の実施の形態によれば、通常のプレーナ型のMOSFETに比して、ゲート絶縁膜15とゲート電極13間の接触面は減少する。このため、金属原子を有するゲート絶縁膜15とゲート電極13間の接着性の悪さによる剥れを抑制できる。   According to the third embodiment, the contact surface between the gate insulating film 15 and the gate electrode 13 is reduced as compared with a normal planar MOSFET. For this reason, peeling due to poor adhesion between the gate insulating film 15 having metal atoms and the gate electrode 13 can be suppressed.

なお、ゲート電極13が多結晶Siである場合、ゲート絶縁膜15との接着性は特に悪いため、本発明の与える効果は大きい。   In addition, when the gate electrode 13 is polycrystalline Si, since the adhesiveness with the gate insulating film 15 is especially bad, the effect which this invention gives is large.

また、第3の実施の形態によれば、上述した製造方法を用いるため、MOSFETは閾値変動が少ない。   Further, according to the third embodiment, since the manufacturing method described above is used, the MOSFET has a small threshold fluctuation.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to these, In the category of the summary of the invention as described in a claim, it can change variously. In addition, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment.

第1の実施形態に係るMOSFETの第1の工程を説明するための断面模式図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a first step of the MOSFET according to the first embodiment. 第1の実施形態に係るMOSFETの第2の工程を説明するための断面模式図。Sectional schematic diagram for demonstrating the 2nd process of MOSFET which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るMOSFETの第3の工程を説明するための断面模式図。Sectional schematic diagram for demonstrating the 3rd process of MOSFET which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るMOSFETの第4の工程を説明するための断面模式図。Sectional schematic diagram for demonstrating the 4th process of MOSFET which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るMOSFETの第5の工程を説明するための断面模式図。Sectional schematic diagram for demonstrating the 5th process of MOSFET which concerns on 1st Embodiment. 変形例1に係るMOSFETの第1の工程の途中段階を説明するための斜視模式図。FIG. 10 is a schematic perspective view for explaining an intermediate stage of a first step of a MOSFET according to Modification 1; 変形例1に係るMOSFETの第1の工程を説明するための斜視模式図。FIG. 9 is a schematic perspective view for explaining a first step of a MOSFET according to Modification 1. 変形例1に係るMOSFETの第5の工程を説明するための斜視模式図。FIG. 10 is a schematic perspective view for explaining a fifth step of the MOSFET according to Modification 1. 第2の実施形態に係るMOSFETの第1の工程を説明するための断面模式図。Sectional schematic diagram for demonstrating the 1st process of MOSFET which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るMOSFETの第2の工程を説明するための断面模式図。Sectional schematic diagram for demonstrating the 2nd process of MOSFET which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るMOSFETの第3の工程を説明するための断面模式図。Sectional schematic diagram for demonstrating the 3rd process of MOSFET which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るMOSFETの第4の工程を説明するための断面模式図。Sectional schematic diagram for demonstrating the 4th process of MOSFET which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るMOSFETの第5の工程を説明するための断面模式図。Sectional schematic diagram for demonstrating the 5th process of MOSFET which concerns on 2nd Embodiment. 変形例2に係るMOSFETの第1の工程を説明するための断面模式図。10 is a schematic cross-sectional view for explaining a first step of a MOSFET according to Modification 2. FIG. 変形例2に係るMOSFETの第2の工程を説明するための断面模式図。9 is a schematic cross-sectional view for explaining a second step of a MOSFET according to Modification 2. FIG. 変形例2に係るMOSFETの第3の工程を説明するための断面模式図。9 is a schematic cross-sectional view for explaining a third step of a MOSFET according to Modification 2. FIG. 変形例2に係るMOSFETの第4の工程を説明するための断面模式図。9 is a schematic cross-sectional view for explaining a fourth step of a MOSFET according to Modification 2. FIG. 変形例2に係るMOSFETの第5の工程を説明するための断面模式図。9 is a schematic cross-sectional view for explaining a fifth step of a MOSFET according to Modification 2. FIG. 第3の実施の形態に係るMOSFETの上面模式図。The upper surface schematic diagram of MOSFET which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 Si基板
11 素子分離
12 疑似膜
13 ゲート電極
14 界面膜
15 ゲート絶縁膜
16 浅い拡散層
17 ゲート側壁
18 深い拡散層
19 シリサイド層
110 Si基板
111 埋込絶縁層
112 Si層
113 Si窒化層
114 疑似膜
115 ゲート電極
116 ゲート絶縁膜
20 Si基板
21 素子分離
22 疑似膜
23 ゲート電極
24 界面膜
25 ゲート絶縁膜
26 浅い拡散層
27 ゲート側壁
28 深い拡散層
29 シリサイド層
30 Si基板
31 素子分離
32 疑似膜
33 ゲート電極
34 界面膜
35 ゲート絶縁膜
36 浅い拡散層
37 ゲート側壁
38 深い拡散層
39 シリサイド層
310 SiO2層
10 Si substrate 11 Element isolation 12 Pseudo film 13 Gate electrode 14 Interface film 15 Gate insulating film 16 Shallow diffusion layer 17 Gate sidewall 18 Deep diffusion layer 19 Silicide layer 110 Si substrate 111 Buried insulating layer 112 Si layer 113 Si nitride layer 114 Pseudo Film 115 Gate electrode 116 Gate insulating film 20 Si substrate 21 Element isolation 22 Pseudo film 23 Gate electrode 24 Interface film 25 Gate insulating film 26 Shallow diffusion layer 27 Gate sidewall 28 Deep diffusion layer 29 Silicide layer 30 Si substrate 31 Element isolation 32 Pseudo film 33 Gate electrode 34 Interface film 35 Gate insulating film 36 Shallow diffusion layer 37 Gate sidewall 38 Deep diffusion layer 39 Silicide layer 310 SiO 2 layer

Claims (10)

半導体基板上に素子分離を形成する工程と、
前記素子分離に囲まれた半導体露出面に疑似膜を選択的に形成する工程と、
前記疑似膜をゲート幅方向に跨ぐゲート電極を形成する工程と、
前記疑似膜を除去する工程と、
前記疑似膜の形成していた空隙に金属原子を有するゲート絶縁膜を形成する工程と、
その後、前記ゲート電極を挟む半導体基板表面にソース/ドレイン領域を形成する工程とを備え
前記疑似膜は、SiとGeの混晶化合物、WおよびTiシリサイドのいずれかからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a device isolation on a semiconductor substrate;
Selectively forming a pseudo film on a semiconductor exposed surface surrounded by the element isolation;
Forming a gate electrode straddling the pseudo film in the gate width direction;
Removing the pseudo film;
Forming a gate insulating film having a metal atom in the void formed by the pseudo film;
Then, forming a source / drain region on the semiconductor substrate surface sandwiching the gate electrode ,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the pseudo film is made of any of a mixed crystal compound of Si and Ge, W, and Ti silicide .
半導体基板上に素子分離を形成する工程と、
前記素子分離に囲まれた半導体露出面に疑似膜を選択的に形成する工程と、
前記疑似膜をゲート幅方向に跨ぐゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟む半導体基板表面にソース/ドレイン領域を形成する工程と、
その後、前記疑似膜を除去する工程と、
前記疑似膜の形成していた空隙に金属原子を有するゲート絶縁膜を形成する工程とを備え
前記疑似膜は、SiとGeの混晶化合物、WおよびTiシリサイドのいずれかからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a device isolation on a semiconductor substrate;
Selectively forming a pseudo film on a semiconductor exposed surface surrounded by the element isolation;
Forming a gate electrode straddling the pseudo film in the gate width direction;
Forming source / drain regions on a semiconductor substrate surface sandwiching the gate electrode;
Thereafter, the step of removing the pseudo film,
A step of forming a gate insulating film having a metal atom in the void formed by the pseudo film ,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the pseudo film is made of any of a mixed crystal compound of Si and Ge, W, and Ti silicide .
前記ゲート電極は、多結晶Siからなることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is made of polycrystalline Si. 前記ゲート電極は、As、P又はBを含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode contains As, P, or B. 5. 前記ゲート電極は、金属原子を有することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the gate electrode has a metal atom. 前記疑似膜を除去する工程の後に、前記半導体基板表面に界面膜を形成する工程を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming an interface film on the surface of the semiconductor substrate after the step of removing the pseudo film. 前記ゲート絶縁膜は、Hf原子を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film contains Hf atoms. 前記ゲート電極は、シリサイドを有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The gate electrode, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it has a silicide. 前記ソース/ドレイン領域は、高濃度不純物拡散層を備えることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The source / drain regions, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a high concentration impurity diffusion layer. 前記疑似膜は、厚さが4nmであることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The pseudo film, method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the thickness of 4 nm.
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