JP4540735B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)型電界効果トランジスタを有する半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device having a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type field effect transistor and a method for manufacturing the same.

MOS型電界効果トランジスタ(MOSトランジスタ)において、駆動電流であるドレイン電流を増加させることは当該MOSトランジスタの性能向上を図る方法の1つである。ドレイン電流を決定する因子は幾つかあるが、その1つにキャリア移動度がある。キャリア移動度は基板材質によりおおよそ決まってしまうためそれを変更するのは困難であるが、基板原子の格子間隔を変えることで、キャリアの散乱確率や有効質量が変わり、それによってキャリア移動度を変えることが可能であることが分かっている。   In a MOS field effect transistor (MOS transistor), increasing the drain current, which is a drive current, is one method for improving the performance of the MOS transistor. There are several factors that determine the drain current, one of which is carrier mobility. It is difficult to change the carrier mobility because it is roughly determined by the substrate material, but changing the lattice spacing of the substrate atoms changes the scattering probability and effective mass of the carrier, thereby changing the carrier mobility. I know that is possible.

SiGe上にSiを形成した基板では、SiGeの方が格子間隔が大きいために、その影響で上層のSiの格子間隔が広がる。このようにシリコンの格子間隔が広がった基板は「歪みシリコン(Strained Silicon)基板」と呼ばれている。歪みシリコン基板によれば、通常のシリコン基板に比べチャネルの移動度が向上するため、それに形成されたMOSトランジスタのドレイン電流は増加する(例えば、非特許文献1、2)。   In a substrate in which Si is formed on SiGe, since the lattice spacing of SiGe is larger, the lattice spacing of Si in the upper layer is expanded due to the influence. A substrate having such a wide lattice spacing of silicon is called a “strained silicon substrate”. According to the strained silicon substrate, since the mobility of the channel is improved as compared with a normal silicon substrate, the drain current of the MOS transistor formed thereon increases (for example, Non-Patent Documents 1 and 2).

しかし、歪みシリコン基板には、基板材料としてSiGeを用いることにより発生する問題が存在する。例えば、SiGeに起因する結晶欠陥の発生や表面ラフネスの悪化、SiGeの熱伝導性の悪さによる基板温度の上昇、SiGeとSiとの界面のバンド不連続面を介したpチャネル型MOSトランジスタにおける短チャネル効果の増大、十分に熱処理を加えることができないことによるプロセス的な問題(STI(Shallow Trench Isolation)プロセスへの非適応性や、十分に活性化アニールを行えないこと等)である。そのため、歪みシリコン基板を実際のLSIに適用するには、いまだ乗り越えるべき課題が山積している。   However, the strained silicon substrate has a problem caused by using SiGe as a substrate material. For example, generation of crystal defects due to SiGe, deterioration of surface roughness, increase in substrate temperature due to poor thermal conductivity of SiGe, short-circuit in a p-channel MOS transistor via a band discontinuous surface at the interface between SiGe and Si. This is a process problem due to an increase in channel effect and inability to sufficiently perform heat treatment (non-adaptability to STI (Shallow Trench Isolation) process, inability to perform sufficient activation annealing, etc.). Therefore, there are still many problems to overcome in order to apply a strained silicon substrate to an actual LSI.

また、SiGeを使用せず、シリコン基板に応力を加えることでMOSトランジスタのチャネル領域におけるシリコンの格子間隔を変える技術もある(例えば、特許文献1)。   There is also a technique for changing the lattice spacing of silicon in the channel region of the MOS transistor by applying stress to the silicon substrate without using SiGe (for example, Patent Document 1).

例えば、チャネル領域に引っ張り応力が発生した場合、nチャネル型MOSトランジスタ(nMOSトランジスタ)は駆動電流が増加するが、pチャネル型MOSトランジスタ(pMOSトランジスタ)は駆動電流が減少する。逆に、チャネル領域に圧縮応力が発生した場合、pMOSトランジスタは駆動電流が増加し、nMOSトランジスタは駆動電流が減少する。   For example, when a tensile stress is generated in the channel region, the driving current increases in the n-channel MOS transistor (nMOS transistor), but the driving current decreases in the p-channel MOS transistor (pMOS transistor). Conversely, when compressive stress is generated in the channel region, the driving current of the pMOS transistor increases and the driving current of the nMOS transistor decreases.

特開2002−93921号公報(第3−6頁、第1−19図)JP 2002-93921 A (page 3-6, FIG. 1-19)

T.ウェルザー(T. Welser)他、「歪みシリコン/弛緩シリコンゲルマニウム構造に形成されたNMOSおよびPMOSトランジスタ(NMOS and PMOS Transistor Fabricated in Strained Silicon/Relaxed Silicon-Germanium Structures)」,International Electron Device Meeting 1992,1992年,p.1000T.A. T. Welser et al., “NMOS and PMOS Transistors Fabricated in Strained Silicon / Relaxed Silicon-Germanium Structures”, International Electron Device Meeting 1992, 1992 , P. 1000 T.ミズノ(T. Mizuno)他、「SIMOX技術により形成されたSiGe-on-Insulator基板上の高性能な歪みSiのpMOSFET(High Performance Strained-Si p-MOSFETs on SiGe-on-Insulator Substrates Fabricated by SIMOX Technology)」,International Electron Device Meeting 1999,1999年,p.934T.A. T. Mizuno et al., “High Performance Strained-Si p-MOSFETs on SiGe-on-Insulator Substrates Fabricated by SIMOX Technology ”, International Electron Device Meeting 1999, 1999, p. 934

上記のように、MOSトランジスタの性能を向上させるためにSiGeを利用した歪みシリコン基板を用いるのにはいまだ課題が多いため、より簡単な方法が望まれている。   As described above, since there are still many problems in using a strained silicon substrate using SiGe in order to improve the performance of a MOS transistor, a simpler method is desired.

一方、特許文献1によれば、ゲート電極に応力を発生させ、シリコン基板のチャネル領域にその応力を加えることで、歪みシリコン基板を使用せずにMOSトランジスタのチャネルの性能を向上させることができる。   On the other hand, according to Patent Document 1, the channel performance of the MOS transistor can be improved without using a strained silicon substrate by generating stress in the gate electrode and applying the stress to the channel region of the silicon substrate. .

上述したように、チャネル領域に引っ張り応力が印加された場合、nMOSトランジスタは駆動電流が増加するが、逆にpMOSトランジスタは駆動電流が減少する。それに対し、チャネル領域に圧縮応力が印加された場合、pMOSトランジスタは駆動電流が増加し、逆にnMOSトランジスタは駆動電流が減少する。よって、少なくともnMOSトランジスタとpMOSトランジスタとで発生する応力が異なるようにする必要がある。   As described above, when a tensile stress is applied to the channel region, the driving current of the nMOS transistor increases, but conversely, the driving current of the pMOS transistor decreases. On the other hand, when compressive stress is applied to the channel region, the driving current of the pMOS transistor increases, and conversely, the driving current of the nMOS transistor decreases. Therefore, it is necessary to make the stress generated at least different between the nMOS transistor and the pMOS transistor.

そのため特許文献1では、ゲート電極の材料や成膜温度を、nMOSトランジスタとpMOSトランジスタとの間で互いに異ならす必要がある。その結果、nMOSトランジスタのゲート電極とpMOSトランジスタのゲート電極とを同一の工程で形成することができないため、製造工程が複雑化してしまう。   Therefore, in Patent Document 1, it is necessary to make the material of the gate electrode and the film formation temperature different between the nMOS transistor and the pMOS transistor. As a result, the gate electrode of the nMOS transistor and the gate electrode of the pMOS transistor cannot be formed in the same process, which complicates the manufacturing process.

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであって、所望のMOSトランジスタのチャネル領域のみに引っ張り応力を印加してキャリア移動度を向上させ、且つ、製造工程の複雑化を抑えることができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and applies a tensile stress only to the channel region of a desired MOS transistor to improve carrier mobility, and to complicate the manufacturing process. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be suppressed and a manufacturing method thereof.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に少なくともnチャネル型MOSトランジスタとpチャネル型MOSトランジスタとを含む半導体装置の製造方法であって、以下の工程を含む。半導体基板を準備する工程。前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程。前記ゲート絶縁膜上に非単結晶シリコン膜を形成する工程。前記非単結晶シリコン膜をパターニングし、前記nチャネル型MOSトランジスタの第1ゲート電極及び前記pチャネル型MOSトランジスタの第2ゲート電極を形成する工程。前記第1ゲート電極に質量数70以上のn型ドーパントイオンを注入する工程。前記第2ゲート電極にBイオンを注入する工程。前記nチャネル型MOSトランジスタ及び前記pチャネル型MOSトランジスタ上に絶縁膜を形成して、前記n型ドーパントイオンが注入されたことで非晶質化した前記第1ゲート電極と前記Bイオンが注入されたことで非晶質化した前記第2ゲート電極とを覆う絶縁膜を形成する工程。前記絶縁膜で前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とを覆った状態で、前記半導体基板に550℃以上の温度の熱処理を施し、前記第1ゲート電極を再結晶化させることにより、前記第1ゲート電極に内部応力として圧縮応力を残留させ、且つ、前記残留する圧縮応力により前記第1ゲート電極の下方のチャネル領域に3×10 9 dyn/cm 2 以上の引っ張り応力を印加させると共に、前記第2ゲート電極を再結晶化させる工程。前記熱処理工程後、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極上に形成された前記絶縁膜を除去する工程。前記絶縁膜除去後、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極表面にシリサイド層を形成する工程。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including at least an n-channel MOS transistor and a p-channel MOS transistor on a semiconductor substrate, and includes the following steps. A step of preparing a semiconductor substrate. Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate; Forming a non-single-crystal silicon film on the gate insulating film; The non-single crystal silicon film was patterned to form a first gate electrode and the second gate electrode of the p-channel type MOS transistor of the n-channel type MOS transistor. Implanting n-type dopant ions having a mass number of 70 or more into the first gate electrode ; Implanting B ions into the second gate electrode; An insulating film is formed on the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor, and the first gate electrode made amorphous by the implantation of the n-type dopant ions and the B ions are implanted. Forming an insulating film covering the second gate electrode which has been made amorphous . Wherein while covering said an insulating film a first gate electrode and said second gate electrode, and facilities the heat treatment of the temperatures above 550 ° C. in a semiconductor substrate, by recrystallizing the first gate electrode, A compressive stress is left as internal stress in the first gate electrode, and a tensile stress of 3 × 10 9 dyn / cm 2 or more is applied to the channel region below the first gate electrode by the residual compressive stress. Recrystallizing the second gate electrode. Wherein after the heat treatment step, the first gate electrode and removing the insulating film formed on the second gate electrode. It said rear insulating layer is removed, the first gate electrode and forming a silicide layer on said second gate electrode surface.

本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、nチャネル型MOSトランジスタ(nMOSトランジスタ)のゲート電極に内部応力として圧縮応力を残留させ、その下のシリコン基板に引っ張り応力を印加することができる。よって、シリコン基板のその部分の格子間隔は広がり、nMOSトランジスタにおけるキャリア移動度が向上し当該nMOSトランジスタの性能向上に寄与できる。さらに、nMOSトランジスタのゲート電極とpチャネル型MOSトランジスタ(pMOSトランジスタ)のゲート電極を同一の工程で形成しても、ゲート電極の種類に応じて注入するイオンの質量に差をつけることで、nMOSトランジスタのゲート電極のみに強い圧縮応力を発生させることができ、製造工程の複雑化は抑えられる。また熱処理工程後に、ゲート電極上の絶縁膜が除去されるため、当該ゲート電極表面にシリサイド層を形成できる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, compressive stress can be left as internal stress on the gate electrode of an n-channel MOS transistor (nMOS transistor) , and tensile stress can be applied to the underlying silicon substrate. Therefore, the lattice spacing of that portion of the silicon substrate Ri spread, can improve the performance of the nMOS transistor improves carrier mobility definitive the nMOS transistor. Moreover, even when formed in the same process of the gate electrode of the gate electrode and the p-channel type MOS transistor of the nMOS transistor (pMOS transistor), in Rukoto with a difference in the mass of the ions implanted in accordance with the type of the gate electrode A strong compressive stress can be generated only in the gate electrode of the nMOS transistor , and the manufacturing process can be prevented from becoming complicated. In addition, since the insulating film over the gate electrode is removed after the heat treatment step, a silicide layer can be formed on the surface of the gate electrode.

実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。6 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置におけるnMOSトランジスタおよび従来のnMOSトランジスタのチャネル長方向の断面における応力分布図である。FIG. 6 is a stress distribution diagram in the cross section in the channel length direction of the nMOS transistor and the conventional nMOS transistor in the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態6に係る半導体装置の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a sixth embodiment.

<実施の形態1>
本発明者は、大量にイオンが注入された非晶質シリコンに熱処理を加えた場合、当該熱処理によりシリコンが再結晶化して多結晶シリコン(ポリシリコン)になる際、その体積が膨張することを見出した。また、その膨張量は注入されたイオンの質量に大きく依存し、質量が大きい程(特に質量数70以上)大きく膨張することが分かった。また、注入されたイオンのドーズ量が大きい程、大きく膨張することも確認された。
<Embodiment 1>
The present inventors have found that when a heat treatment is applied to amorphous silicon into which a large amount of ions have been implanted, the volume of the silicon expands when the silicon is recrystallized and becomes polycrystalline silicon (polysilicon) by the heat treatment. I found it. Further, it was found that the expansion amount greatly depends on the mass of the implanted ions, and that the larger the mass (especially the mass number 70 or more), the greater the expansion. It was also confirmed that the larger the dose of implanted ions, the greater the expansion.

図1〜図9は、実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。なお、これらの図において、図中左側はnMOSトランジスタが形成される領域(以下「nMOS領域」)であり、図中右側はpMOSトランジスタが形成される領域(以下「pMOS領域」)であると仮定する。   1 to 9 are diagrams showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the first embodiment. In these drawings, it is assumed that the left side in the drawing is a region where an nMOS transistor is formed (hereinafter “nMOS region”), and the right side in the drawing is a region where a pMOS transistor is formed (hereinafter referred to as “pMOS region”). To do.

まず、シリコン基板10上に、素子分離膜11、pウェル12、nウェル22を常法により形成する。その後、それらの上にゲート絶縁膜材料としてのシリコン酸化膜31を形成する。次いでシリコン酸化膜31上に、ゲート電極材料として非単結晶(非晶質、多結晶を含む)シリコン膜32を形成する(図1)。   First, the element isolation film 11, the p well 12, and the n well 22 are formed on the silicon substrate 10 by a conventional method. Thereafter, a silicon oxide film 31 as a gate insulating film material is formed on them. Next, a non-single crystal (including amorphous and polycrystalline) silicon film 32 is formed as a gate electrode material on the silicon oxide film 31 (FIG. 1).

次に、フォトリソグラフィー技術を用いて非単結晶シリコン膜32をパターンニングすることで、pウェル12上にゲート電極14を、nウェル22上にゲート電極24をそれぞれ形成する(図2)。   Next, by patterning the non-single crystal silicon film 32 using a photolithography technique, the gate electrode 14 is formed on the p well 12 and the gate electrode 24 is formed on the n well 22 (FIG. 2).

その後、フォトリソグラフィー技術を用いてpMOS領域を開口したレジストマスク33を形成する。そして、当該レジストマスク33およびゲート電極24をマスクとして、Bイオン等比較的質量数が小さいp型ドーパントを注入し、nウェル22内の比較的浅い位置にp型ソースドレインエクステンション層26aを形成する(図3)。このとき、ゲート電極24にもイオンが注入されるので、ゲート電極24を形成する非単結晶シリコンの一部は非晶質化するが、当該イオンの質量数は比較的小さいため非晶質化の程度は小さい。   Thereafter, a resist mask 33 having an opening in the pMOS region is formed by using a photolithography technique. Then, using the resist mask 33 and the gate electrode 24 as a mask, a p-type dopant having a relatively small mass number such as B ions is implanted to form a p-type source / drain extension layer 26 a at a relatively shallow position in the n-well 22. (Figure 3). At this time, since ions are also implanted into the gate electrode 24, a part of the non-single-crystal silicon forming the gate electrode 24 becomes amorphous. However, since the mass number of the ions is relatively small, it becomes amorphous. The degree of is small.

次いで、フォトリソグラフィー技術を用いてnMOS領域を開口したレジストマスク34を形成する。そして、当該レジストマスク34並びにゲート電極14をマスクとして、AsイオンやSbイオン等、質量数が70以上の比較的質量数が大きいn型ドーパントを注入し、pウェル12内の比較的浅い位置にn型ソースドレインエクステンション層16aを形成する(図4)。このとき、ゲート電極14にも比較的質量数が大きいイオンが注入されるので、ゲート電極14を形成する非単結晶シリコンの一部は非晶質化する。   Next, a resist mask 34 having an nMOS region opened is formed by using a photolithography technique. Then, using the resist mask 34 and the gate electrode 14 as a mask, an n-type dopant having a mass number of 70 or more, such as As ions or Sb ions, is implanted into a relatively shallow position in the p-well 12. An n-type source / drain extension layer 16a is formed (FIG. 4). At this time, since ions having a relatively large mass number are also implanted into the gate electrode 14, part of the non-single-crystal silicon forming the gate electrode 14 becomes amorphous.

さらに、ゲート電極14,24それぞれの側面にサイドウォール15,25を形成すると共に、シリコン酸化膜31をエッチングしてゲート電極14,24それぞれの下にゲート絶縁膜13,23を形成する(図5)。このとき、サイドウォール15,25の成膜温度は、シリコンの再結晶化が開始される温度(約550℃)以下とする。   Further, sidewalls 15 and 25 are formed on the side surfaces of the gate electrodes 14 and 24, and the silicon oxide film 31 is etched to form gate insulating films 13 and 23 under the gate electrodes 14 and 24, respectively (FIG. 5). ). At this time, the film formation temperature of the sidewalls 15 and 25 is set to be equal to or lower than the temperature (about 550 ° C.) at which recrystallization of silicon is started.

続いて再度、pMOS領域を開口したレジストマスク35を形成する。そして、当該レジストマスク35、ゲート電極24並びにサイドウォール25をマスクとして、Bイオン等比較的質量数が小さいp型ドーパントをドーズ量4×1015/cm2以上注入し、nウェル22内の比較的深い位置にp型ソースドレイン拡散層26bを形成する(図6)。それにより、p型ソースドレインエクステンション層26aおよびp型ソースドレイン拡散層26bとからなるp型ソースドレイン領域26が形成される。このとき、ゲート電極24にもイオンが注入され、ゲート電極24を形成する非単結晶シリコンの一部は非晶質化するが、ここでも当該イオンの質量数は比較的小さいためその非晶質化の程度は小さい。 Subsequently, a resist mask 35 having an opening in the pMOS region is formed again. Then, using the resist mask 35, the gate electrode 24 and the sidewall 25 as a mask, a p-type dopant having a relatively small mass number such as B ions is implanted at a dose of 4 × 10 15 / cm 2 or more, and the comparison in the n-well 22 is performed. A p-type source / drain diffusion layer 26b is formed at a deep position (FIG. 6). Thereby, a p-type source / drain region 26 composed of the p-type source / drain extension layer 26a and the p-type source / drain diffusion layer 26b is formed. At this time, ions are also implanted into the gate electrode 24, and a part of the non-single-crystal silicon forming the gate electrode 24 becomes amorphous. The degree of conversion is small.

次いで、nMOSトランジスタを形成する領域を開口したレジストマスク36を形成する。そして、当該レジストマスク36、ゲート電極14並びにサイドウォール15をマスクとして、AsイオンやSbイオン等の比較的質量数が大きいn型ドーパントを注入し、pウェル12内の比較的深い位置にn型ソースドレイン拡散層16bを形成する(図7)。それにより、n型ソースドレインエクステンション層16aおよびn型ソースドレイン拡散層16bとからなるn型ソースドレイン領域16が形成される。ここでも、ゲート電極14には比較的質量数の大きいイオンが注入されるので、ゲート電極14を形成する非単結晶シリコンの非晶質化はさらに進行する。   Next, a resist mask 36 having an opening in a region for forming an nMOS transistor is formed. Then, using the resist mask 36, the gate electrode 14 and the sidewall 15 as a mask, an n-type dopant having a relatively large mass number such as As ion or Sb ion is implanted, and the n-type dopant is implanted at a relatively deep position in the p-well 12. A source / drain diffusion layer 16b is formed (FIG. 7). As a result, an n-type source / drain region 16 including the n-type source / drain extension layer 16a and the n-type source / drain diffusion layer 16b is formed. Again, since ions having a relatively large mass number are implanted into the gate electrode 14, the non-single-crystal silicon forming the gate electrode 14 is further amorphized.

その後、シリコン酸化膜40を、ゲート電極14,24およびサイドウォール15,25上に、シリコンの再結晶化が開始される温度(約550℃)以下の成膜温度で形成する(図8)。   Thereafter, a silicon oxide film 40 is formed on the gate electrodes 14 and 24 and the sidewalls 15 and 25 at a film formation temperature equal to or lower than the temperature at which silicon recrystallization is started (about 550 ° C.) (FIG. 8).

そして、ゲート電極14,24およびサイドウォール15,25をシリコン酸化膜40で覆った状態で、950〜1100℃程度の熱処理(例えばRTA(Rapid Thermal Annealing)で0〜30秒(0秒はスパイクアニール)の熱処理)を行うことによって、イオン照射による損傷を修復すると共にドーパントの活性化を行う。このとき同時に、非晶質シリコンの再結晶化が起こり、ゲート電極14,24はポリシリコンとなる。   Then, with the gate electrodes 14 and 24 and the sidewalls 15 and 25 covered with the silicon oxide film 40, heat treatment at about 950 to 1100 ° C. (for example, RTA (Rapid Thermal Annealing) for 0 to 30 seconds (0 seconds is spike annealing). ) To repair the damage caused by ion irradiation and activate the dopant. At the same time, recrystallization of amorphous silicon occurs, and the gate electrodes 14 and 24 become polysilicon.

このとき、nMOSトランジスタのゲート電極14は、AsイオンやSbイオン等の比較的質量数が大きい(質量数70以上)イオンが大量に注入されているために膨張しようとする。しかし、ゲート電極14およびサイドウォール15の表面は、シリコン酸化膜40によって覆われているため、殆ど膨張することができない。そのため、その膨張しようとする力によりゲート電極14に内部応力として強い圧縮応力が残留する。それに伴い、ゲート電極14の下方のチャネル領域には、引っ張り応力が加わることになる。   At this time, the gate electrode 14 of the nMOS transistor tends to expand because a large amount of ions having a relatively large mass number (mass number 70 or more) such as As ions and Sb ions are implanted. However, since the surfaces of the gate electrode 14 and the sidewalls 15 are covered with the silicon oxide film 40, they can hardly expand. Therefore, a strong compressive stress remains as internal stress in the gate electrode 14 due to the force to expand. Along with this, tensile stress is applied to the channel region below the gate electrode 14.

一方、pMOSトランジスタのゲート電極24は、比較的質量数の小さいイオンのみが注入されているため殆ど膨張しようとせず、ゲート電極24内には殆ど応力は残留しない。よって、ゲート電極24の下方のチャネル領域には殆ど応力が加わらない。   On the other hand, the gate electrode 24 of the pMOS transistor is hardly expanded because only ions having a relatively small mass number are implanted, and almost no stress remains in the gate electrode 24. Therefore, almost no stress is applied to the channel region below the gate electrode 24.

そして、例えばこれらのゲート電極14,24およびソースドレイン領域16,26上部をシリサイド化する場合は、シリコン酸化膜40を除去し、Co等の金属膜をスパッタ法により全面に形成し、350〜550℃の比較的低温の熱処理を加えることで、当該金属膜とゲート電極14,24およびソースドレイン領域16,26とを反応させる。そして、素子分離膜11およびサイドウォール15,25上に未反応で残った金属膜を選択的に除去する。続いて、さらに高温の熱処理を加えることで、ゲート電極14,24上およびソースドレイン領域16,26上部に、それぞれシリサイド層14a,24a,16c,26cが形成される(図9)。   For example, when the upper portions of the gate electrodes 14 and 24 and the source / drain regions 16 and 26 are silicided, the silicon oxide film 40 is removed, and a metal film of Co or the like is formed on the entire surface by sputtering, and 350 to 550 is formed. By applying heat treatment at a relatively low temperature of 0 ° C., the metal film reacts with the gate electrodes 14 and 24 and the source / drain regions 16 and 26. Then, the metal film left unreacted on the element isolation film 11 and the sidewalls 15 and 25 is selectively removed. Subsequently, by applying a higher temperature heat treatment, silicide layers 14a, 24a, 16c and 26c are formed on the gate electrodes 14 and 24 and on the source / drain regions 16 and 26, respectively (FIG. 9).

その後、所定の層間絶縁膜、コンタクトおよび配線等を形成して半導体装置の製造が完了する。   Thereafter, predetermined interlayer insulating films, contacts, wirings, and the like are formed to complete the manufacture of the semiconductor device.

図10(a)は、本実施の形態に係るnMOSトランジスタのチャネル長方向の断面における応力分布図であり、図10(b)は従来のnMOSトランジスタ(即ち、ゲート電極14に比較的質量数の小さいイオンのみが注入されたnMOSトランジスタ)のチャネル長方向の断面における応力分布図である。本実施の形態に係るnMOSトランジスタにおいて、ゲート電極14には内部に強い圧縮応力が残留し、チャネル領域内には引っ張り応力が印加されているのが分かる。よって、nMOSトランジスタのチャネル領域のシリコンの格子間隔は広がるためキャリア移動度が向上し、MOSトランジスタの性能向上に寄与できる。   FIG. 10A is a stress distribution diagram in the cross section in the channel length direction of the nMOS transistor according to the present embodiment, and FIG. 10B shows a conventional nMOS transistor (that is, the gate electrode 14 having a relatively mass number). It is a stress distribution diagram in a cross section in the channel length direction of an nMOS transistor in which only small ions are implanted. In the nMOS transistor according to the present embodiment, it can be seen that strong compressive stress remains in the gate electrode 14 and tensile stress is applied in the channel region. Accordingly, since the silicon lattice spacing in the channel region of the nMOS transistor is widened, the carrier mobility is improved, which can contribute to the performance improvement of the MOS transistor.

一方、pMOSトランジスタのゲート電極24内には殆ど応力は残留しないため、ゲート電極24の下方のチャネル領域には殆ど応力が加わらない。上述したように、引っ張り応力がpMOSトランジスタのチャネル領域に印加されることは、当該pMOSトランジスタのドレイン電流は減少するため有効ではない。つまり、pMOSトランジスタおよびnMOSトランジスタの両方を有するデバイスにおいては、引っ張り応力はnMOSトランジスタのチャネル領域にのみ印加されることが望ましい。本実施の形態によれば、pMOSトランジスタのチャネル領域には引っ張り応力は加わらないので、pMOSトランジスタのドレイン電流の低下を抑えつつ、nMOSトランジスタの特性向上を図ることができる。   On the other hand, since almost no stress remains in the gate electrode 24 of the pMOS transistor, almost no stress is applied to the channel region below the gate electrode 24. As described above, applying a tensile stress to the channel region of the pMOS transistor is not effective because the drain current of the pMOS transistor is reduced. That is, in a device having both a pMOS transistor and an nMOS transistor, it is desirable that the tensile stress is applied only to the channel region of the nMOS transistor. According to this embodiment, since no tensile stress is applied to the channel region of the pMOS transistor, it is possible to improve the characteristics of the nMOS transistor while suppressing a decrease in the drain current of the pMOS transistor.

また、本実施の形態によれば、ゲート電極14に注入するイオン(n型ソースドレイン領域16を形成するためのイオン)としては比較的質量数の大きいものを用い、ゲート電極24に注入するイオン(p型ソースドレイン領域26を形成するためのイオン)としては比較的質量数の小さいものを用いることにより、nMOSトランジスタのチャネル領域にのみ強い引っ張り応力を印加することができる。つまり、ゲート電極14とゲート電極24とを同一の工程で形成しても、その後に注入するn型ドーパントとp型ドーパントとの間で質量数の差をつけることによって、nMOSトランジスタとpMOSトランジスタとでチャネル領域に印加される応力を互いに異ならしめることができる。即ち、nMOSトランジスタとpMOSトランジスタとを互いに異なる工程で形成する必要はなく、製造工程の複雑化は抑えられている。   Further, according to the present embodiment, ions having a relatively large mass number are used as ions to be implanted into the gate electrode 14 (ions for forming the n-type source / drain region 16), and ions to be implanted into the gate electrode 24 are used. A strong tensile stress can be applied only to the channel region of the nMOS transistor by using an ion for forming the p-type source / drain region 26 having a relatively small mass number. In other words, even if the gate electrode 14 and the gate electrode 24 are formed in the same process, the nMOS transistor and the pMOS transistor are obtained by making a difference in mass number between the n-type dopant and the p-type dopant implanted thereafter. Thus, the stresses applied to the channel regions can be made different from each other. That is, it is not necessary to form the nMOS transistor and the pMOS transistor in different processes, and the complexity of the manufacturing process is suppressed.

上述したように、大量にイオンが注入された非晶質シリコンが再結晶化してポリシリコンに変化する際、その注入されたイオンの質量が大きい程、大きく膨張しようとする。従って、ゲート電極14に注入するイオンのドーズ量および質量数が大きい程、ゲート電極14内に残留する圧縮応力は大きくなる。そして、当該ゲート電極14の下方のチャネル領域に印加される引っ張り応力は大きくなり、本実施の形態の効果は向上する。同様に、ゲート電極14内に残留する圧縮応力は、ゲート電極14に注入されるイオンのドーズ量が大きい程大きくなる。上記の例ではn型ソースドレイン拡散層16bの形成に、ドーズ量4×1015/cm2以上のイオン注入を行ったが、これはn型ソースドレイン拡散層16bを形成するための標準的なドーズ量であり、本発明の適用をこれに限定するものではない。もちろん4×1015/cm2程度のドーズ量でも充分に本発明の効果を得ることができるが、さらに多くのドーズ量を注入すれば、本発明の効果はさらに大きくなる。但し、ゲート電極14の圧縮応力自体は、4×1015/cm2よりも小さいドーズ量の注入であっても発生する。 As described above, when amorphous silicon into which a large amount of ions are implanted is recrystallized to change into polysilicon, the larger the mass of the implanted ions, the greater the expansion. Therefore, the larger the dose amount and mass number of ions implanted into the gate electrode 14, the greater the compressive stress remaining in the gate electrode 14. Then, the tensile stress applied to the channel region below the gate electrode 14 increases, and the effect of the present embodiment is improved. Similarly, the compressive stress remaining in the gate electrode 14 increases as the dose of ions implanted into the gate electrode 14 increases. In the above example, the n-type source / drain diffusion layer 16b is formed by ion implantation with a dose amount of 4 × 10 15 / cm 2 or more. This is a standard for forming the n-type source / drain diffusion layer 16b. This is a dose amount and does not limit the application of the present invention. Of course, the effect of the present invention can be sufficiently obtained even at a dose of about 4 × 10 15 / cm 2 , but the effect of the present invention is further enhanced if a larger dose is implanted. However, the compressive stress itself of the gate electrode 14 is generated even when the dose is smaller than 4 × 10 15 / cm 2 .

また、図8で示した工程においては、ゲート電極14,24上に形成する所定の膜として、シリコン酸化膜40を形成したが、シリコンの再結晶化が開始される温度(約550℃)以下の条件で形成可能な膜であれば他の材料の膜であってもよい。ゲート電極14に圧縮応力を残留させる目的であれば、必ずしも絶縁膜である必要はなく、例えば金属やシリサイド並びにそれらの積層膜などであってもよい。但し、その場合は熱処理によってゲート電極14に圧縮応力を発生させた後、一旦その膜を除去し、再度シリコン酸化膜等の絶縁膜を形成する。   Further, in the process shown in FIG. 8, the silicon oxide film 40 is formed as a predetermined film formed on the gate electrodes 14 and 24, but the temperature is less than the temperature (about 550 ° C.) at which the recrystallization of silicon is started. As long as the film can be formed under the above conditions, it may be a film of another material. For the purpose of leaving compressive stress in the gate electrode 14, the insulating film is not necessarily required. For example, a metal, silicide, or a laminated film thereof may be used. However, in that case, after compressive stress is generated in the gate electrode 14 by heat treatment, the film is once removed, and an insulating film such as a silicon oxide film is formed again.

また、上記所定の膜40がその熱処理により収縮する特性を有している場合も(シリコン酸化膜はその特性を有している)、ゲート電極14に残留する圧縮応力は大きくなる。さらに、ゲート電極14に残留する圧縮応力は、非晶質シリコンを再結晶化させる熱処理の温度が高い程、また所定の膜40の厚さが厚い程大きくなり、キャリア移動度向上の効果が大きくなることが本発明者によって確認された。   Also, when the predetermined film 40 has a characteristic that it shrinks by the heat treatment (the silicon oxide film has the characteristic), the compressive stress remaining in the gate electrode 14 becomes large. Furthermore, the compressive stress remaining in the gate electrode 14 increases as the temperature of the heat treatment for recrystallizing amorphous silicon increases and as the thickness of the predetermined film 40 increases, and the effect of improving the carrier mobility increases. It has been confirmed by the present inventors.

なお、本実施の形態においてはMOSトランジスタを形成する基板を、通常のシリコン基板として説明したが、上述した「歪みシリコン基板」であってもよい。その場合、nMOSトランジスタのチャネル領域におけるチャネル移動度をさらに向上させることができることは明らかである。   In the present embodiment, the substrate on which the MOS transistor is formed is described as a normal silicon substrate, but the above-described “strained silicon substrate” may be used. In that case, it is clear that the channel mobility in the channel region of the nMOS transistor can be further improved.

<実施の形態2>
実施の形態1で説明したように、ゲート電極24には比較的質量数の小さいイオンが注入されているので、その上にシリコン酸化膜40があったとしても、殆ど応力は残留しない。しかし、注入されるイオンが大量になる場合は、質量数の小さいイオンを注入したとしても、圧縮応力が残留してしまう可能性がある。
<Embodiment 2>
As described in the first embodiment, since ions having a relatively small mass number are implanted into the gate electrode 24, even if the silicon oxide film 40 exists on the gate electrode 24, almost no stress remains. However, when a large amount of ions are implanted, even if ions having a small mass number are implanted, compressive stress may remain.

以下、実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を説明する。まず、実施の形態1で図1〜図8で示したものと同様の工程で、nMOSトランジスタおよびpMOSトランジスタを形成し、その上にシリコン酸化膜40を形成する。そして、図11に示すようにpMOS領域上のシリコン酸化膜40を除去し、開口する。   Hereinafter, a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment will be described. First, an nMOS transistor and a pMOS transistor are formed by a process similar to that shown in FIGS. 1 to 8 in the first embodiment, and a silicon oxide film 40 is formed thereon. Then, as shown in FIG. 11, the silicon oxide film 40 on the pMOS region is removed and opened.

その後、950〜1100℃程度の熱処理を行うことによって、イオン照射による損傷を修復すると共にドーパントの活性化を行う。このとき同時に、非晶質シリコンの再結晶化が起こり、ゲート電極14,24はポリシリコンとなる。   Thereafter, heat treatment at about 950 to 1100 ° C. is performed to repair damage caused by ion irradiation and activate the dopant. At the same time, recrystallization of amorphous silicon occurs, and the gate electrodes 14 and 24 become polysilicon.

このとき、nMOSトランジスタのゲート電極14およびサイドウォール15の表面はシリコン酸化膜40によって覆われているため、膨張しようとする力によりゲート電極14に内部応力として強い圧縮応力が残留する。それに伴い、ゲート電極14の下方のチャネル領域には、引っ張り応力が加わることになる。   At this time, since the surfaces of the gate electrode 14 and the sidewall 15 of the nMOS transistor are covered with the silicon oxide film 40, a strong compressive stress remains as an internal stress in the gate electrode 14 due to the force of expansion. Along with this, tensile stress is applied to the channel region below the gate electrode 14.

一方、pMOSトランジスタのゲート電極24およびサイドウォール25の表面にはシリコン酸化膜40に覆われておらず露出しているため、仮にゲート電極24が多少膨張したとしても、ゲート電極24内には殆ど応力は残留しない。つまり、実施の形態1よりもさらにpMOSトランジスタのチャネル領域に引っ張り応力が印加されることが抑制される。   On the other hand, since the surface of the gate electrode 24 and the sidewall 25 of the pMOS transistor is exposed without being covered with the silicon oxide film 40, even if the gate electrode 24 is slightly expanded, the gate electrode 24 is almost completely expanded. No stress remains. That is, the tensile stress is further suppressed from being applied to the channel region of the pMOS transistor than in the first embodiment.

<実施の形態3>
実施の形態1および実施の形態2では、nMOSトランジスタのゲート電極14を膨張させるためのイオンの注入に、n型ソースドレイン拡散層16bを形成するためのイオン注入を利用した。しかし、ゲート電極14にイオンを注入するために、n型ソースドレイン拡散層16bを形成するためのイオン注入工程とは別のイオン注入を行ってもよい。
<Embodiment 3>
In the first embodiment and the second embodiment, ion implantation for forming the n-type source / drain diffusion layer 16b is used for ion implantation for expanding the gate electrode 14 of the nMOS transistor. However, in order to implant ions into the gate electrode 14, an ion implantation different from the ion implantation step for forming the n-type source / drain diffusion layer 16b may be performed.

以下、実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を説明する。まず、実施の形態1で図1〜図6で示したものと同様の工程で、nMOSトランジスタおよびpMOSトランジスタを形成する。そして、図12に示すように、nMOS領域上を開口したレジストマスク36を形成し、nMOS領域にn型ソースドレイン拡散層16bの形成に先立って、電気的に不活性且つ比較的質量数が大きい(質量数70以上)例えばGeイオンを全面に4×1015/cm2以上注入する。このとき、ゲート電極14だけでなくnMOSトランジスタのソースドレイン領域にもイオンが注入される。しかし、本工程で注入されるイオンは電気的に不活性であるので、ドーパントとして働くものではない。 Hereinafter, a manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment will be described. First, nMOS transistors and pMOS transistors are formed in the same process as that shown in FIGS. 1 to 6 in the first embodiment. Then, as shown in FIG. 12, a resist mask 36 having an opening over the nMOS region is formed, and prior to the formation of the n-type source / drain diffusion layer 16b in the nMOS region, it is electrically inactive and has a relatively large mass number. (Mass number 70 or more) For example, Ge ions are implanted into the entire surface by 4 × 10 15 / cm 2 or more. At this time, ions are implanted not only into the gate electrode 14 but also into the source / drain region of the nMOS transistor. However, since ions implanted in this step are electrically inactive, they do not work as dopants.

そして、図7に示すようにn型ドーパントを注入し、n型ソースドレイン拡散層16bを形成する。このときのn型ドーパントは例えばPイオン等の比較的質量数の小さいイオンでもよい。   Then, as shown in FIG. 7, an n-type dopant is implanted to form an n-type source / drain diffusion layer 16b. The n-type dopant at this time may be ions having a relatively small mass number, such as P ions.

その後は実施の形態1と同様に、図8のようにゲート電極14,24、サイドウォール15,25上にシリコン酸化膜40を形成し、950〜1100℃程度の熱処理を行う。それにより、非晶質シリコンの再結晶化が起こり、ゲート電極14,24はポリシリコンとなる。   Thereafter, as in the first embodiment, a silicon oxide film 40 is formed on the gate electrodes 14 and 24 and the sidewalls 15 and 25 as shown in FIG. 8, and heat treatment is performed at about 950 to 1100 ° C. Thereby, recrystallization of amorphous silicon occurs, and the gate electrodes 14 and 24 become polysilicon.

このとき、nMOSトランジスタのゲート電極14には、上記工程により電気的に不活性且つ比較的質量数の大きいイオンが大量に注入されており、ゲート電極14およびサイドウォール15の表面はシリコン酸化膜40によって覆われているため、膨張しようとする力によりゲート電極14に内部応力として圧縮応力が残留する。それに伴い、ゲート電極14の下方のチャネル領域には、引っ張り応力が加わることになる。   At this time, a large amount of ions that are electrically inactive and have a relatively large mass number are implanted into the gate electrode 14 of the nMOS transistor by the above process, and the surfaces of the gate electrode 14 and the sidewall 15 are formed on the silicon oxide film 40. Therefore, compressive stress remains as internal stress in the gate electrode 14 due to the force of expansion. Along with this, tensile stress is applied to the channel region below the gate electrode 14.

一方、pMOSトランジスタのゲート電極24は、比較的質量数の小さいイオンのみが注入されているため、殆ど応力は残留しない。よって、ゲート電極24の下方のチャネル領域には殆ど応力が加わらない。   On the other hand, since only ions having a relatively small mass number are implanted into the gate electrode 24 of the pMOS transistor, almost no stress remains. Therefore, almost no stress is applied to the channel region below the gate electrode 24.

<実施の形態4>
一般に、強い応力を加えたシリコン基板には結晶欠陥が発生しやすく、結晶欠陥を有するシリコン基板上に形成されたトランジスタにおいては、接合リーク電流やゲート電流、サブスレッショルドリーク電流等の漏れ電流が増加してしまう。つまり、本発明に係るnMOSトランジスタにおいては、チャネル領域に印加された引っ張り応力により結晶欠陥が発生し、漏れ電流が大きくなる可能性が従来のものよりも高くなることが考えられる。
<Embodiment 4>
Generally, crystal defects are likely to occur in a silicon substrate subjected to strong stress, and in a transistor formed on a silicon substrate having crystal defects, leakage current such as junction leakage current, gate current, and subthreshold leakage current increases. Resulting in. That is, in the nMOS transistor according to the present invention, it is conceivable that a crystal defect is generated by the tensile stress applied to the channel region, and the possibility that the leakage current is increased is higher than that of the conventional one.

例えば、一般的な半導体装置のロジック部などは高速な動作・応答を主目的としており、多少の漏れ電流があっても高速動作が優先されるが、一方、例えばSRAMやDRAMなどのメモリ部やモバイル通信装置用LSIのロジック部においては、漏れ電流による僅かな電力消費の増加も抑える必要がある。従って、本発明に係るMOSトランジスタは、高速動作が優先される回路部分(以下「高速回路部」)には有効であるが、電力消費を抑えたい回路部分(以下「低消費電力回路部」)には不向きであるとも言える。言い換えれば、半導体装置の高速回路部にのみ本発明に係るMOSトランジスタを適用し、低消費電力回路部には従来のMOSトランジスタを適用することが望ましい。   For example, a logic unit of a general semiconductor device is mainly intended for high-speed operation and response, and high-speed operation is given priority even if there is some leakage current. On the other hand, for example, a memory unit such as SRAM or DRAM, In the logic part of the LSI for mobile communication devices, it is necessary to suppress a slight increase in power consumption due to leakage current. Therefore, the MOS transistor according to the present invention is effective for a circuit portion where high-speed operation is prioritized (hereinafter referred to as “high-speed circuit portion”), but a circuit portion for which power consumption is to be suppressed (hereinafter referred to as “low-power consumption circuit portion”). It can be said that it is unsuitable for. In other words, it is desirable to apply the MOS transistor according to the present invention only to the high-speed circuit portion of the semiconductor device and to apply the conventional MOS transistor to the low power consumption circuit portion.

図13〜図16は、実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す図である。これらの図においては、図13に示しているように、左側は高速動作が優先される高速回路部、右側は電力消費を抑えたい低消費電力回路部である。また、高速回路部および低消費電力回路部のそれぞれが、nMOSトランジスタが形成されるnMOS領域並びにpMOSトランジスタが形成されるpMOS領域を有していると仮定する。以下、これらの図を用いて本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。   13 to 16 are views showing the manufacturing steps of the semiconductor device according to the fourth embodiment. In these figures, as shown in FIG. 13, the left side is a high-speed circuit unit in which high-speed operation is prioritized, and the right side is a low-power consumption circuit unit that wants to suppress power consumption. Further, it is assumed that each of the high-speed circuit unit and the low power consumption circuit unit has an nMOS region in which an nMOS transistor is formed and a pMOS region in which a pMOS transistor is formed. Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to these drawings.

まず、シリコン基板10上に、素子分離膜11、pウェル12,52、nウェル22,62を常法により形成する。その後、実施の形態1において図1〜図5で示したものと同様の工程で、高速回路部のnMOS領域にゲート絶縁膜13、ゲート電極14、サイドウォール15およびn型ソースドレインエクステンション層16aを、高速回路部のpMOS領域にゲート絶縁膜23、ゲート電極24、サイドウォール25およびp型ソースドレインエクステンション層26aを、低消費電力回路部のnMOS領域にゲート絶縁膜53、ゲート電極54、サイドウォール55およびn型ソースドレインエクステンション層56aを、低消費電力回路部のpMOS領域にゲート絶縁膜63、ゲート電極64、サイドウォール65およびp型ソースドレインエクステンション層66aを、それぞれ形成する。   First, the element isolation film 11, the p wells 12 and 52, and the n wells 22 and 62 are formed on the silicon substrate 10 by a conventional method. Thereafter, the gate insulating film 13, the gate electrode 14, the sidewall 15 and the n-type source / drain extension layer 16a are formed in the nMOS region of the high-speed circuit portion in the same process as that shown in FIGS. The gate insulating film 23, the gate electrode 24, the sidewall 25 and the p-type source / drain extension layer 26a are formed in the pMOS region of the high-speed circuit portion, and the gate insulating film 53, the gate electrode 54 and the sidewall are formed in the nMOS region of the low power consumption circuit portion. 55 and an n-type source / drain extension layer 56a, and a gate insulating film 63, a gate electrode 64, sidewalls 65, and a p-type source / drain extension layer 66a are formed in the pMOS region of the low power consumption circuit portion, respectively.

続いて、高速回路部および低消費電力回路部のpMOS領域を開口したレジストマスク71を形成する。そして、当該レジストマスク71、ゲート電極24,64、並びにサイドウォール25,65をマスクとして、Bイオン等比較的質量数が小さいp型ドーパントをドーズ量4×1015/cm2以上注入し、p型ソースドレイン拡散層26bおよびp型ソースドレイン拡散層66bを形成する(図13)。それにより、p型ソースドレインエクステンション層26aおよびp型ソースドレイン拡散層26bとからなるp型ソースドレイン領域26、並びに、p型ソースドレインエクステンション層66aおよびp型ソースドレイン拡散層66bとからなるp型ソースドレイン領域66が形成される。このとき、ゲート電極24,64にも当該イオンが注入される。 Subsequently, a resist mask 71 having openings in the pMOS regions of the high speed circuit portion and the low power consumption circuit portion is formed. Then, using the resist mask 71, the gate electrodes 24 and 64, and the sidewalls 25 and 65 as masks, a p-type dopant having a relatively small mass number such as B ions is implanted at a dose of 4 × 10 15 / cm 2 or more. A type source / drain diffusion layer 26b and a p type source / drain diffusion layer 66b are formed (FIG. 13). Thus, the p-type source / drain region 26 composed of the p-type source / drain extension layer 26a and the p-type source / drain diffusion layer 26b, and the p-type composed of the p-type source / drain extension layer 66a and the p-type source / drain diffusion layer 66b. A source / drain region 66 is formed. At this time, the ions are also implanted into the gate electrodes 24 and 64.

次いで、高速回路部および低消費電力回路部のnMOS領域を開口したレジストマスク72を形成する。そして、当該レジストマスク72、ゲート電極14,54並びにサイドウォール15,55をマスクとして、AsイオンやSbイオン等の比較的質量数が大きいn型ドーパントを注入し、n型ソースドレイン拡散層16bおよびn型ソースドレイン拡散層56bを形成する(図14)。それにより、n型ソースドレインエクステンション層16aおよびn型ソースドレイン拡散層16bとからなるn型ソースドレイン領域16、並びに、n型ソースドレインエクステンション層56aおよびn型ソースドレイン拡散層56bとからなるn型ソースドレイン領域56が形成される。このとき、ゲート電極14,54にも当該イオンが注入される。   Next, a resist mask 72 having openings in the nMOS regions of the high speed circuit portion and the low power consumption circuit portion is formed. Then, using the resist mask 72, the gate electrodes 14 and 54, and the sidewalls 15 and 55 as a mask, an n-type dopant having a relatively large mass number such as As ion or Sb ion is implanted, and the n-type source / drain diffusion layer 16b and An n-type source / drain diffusion layer 56b is formed (FIG. 14). Thereby, the n-type source / drain region 16 composed of the n-type source / drain extension layer 16a and the n-type source / drain diffusion layer 16b, and the n-type composed of the n-type source / drain extension layer 56a and the n-type source / drain diffusion layer 56b. A source / drain region 56 is formed. At this time, the ions are also implanted into the gate electrodes 14 and 54.

その後、高速回路部上を覆い低消費電力回路部上を開口したシリコン酸化膜80を、高速回路部のゲート電極14,24およびサイドウォール15,25上に、シリコンの再結晶化が開始される温度(約550℃)以下の条件で形成する(図15)。   Thereafter, silicon recrystallization is started on the gate electrodes 14 and 24 and the side walls 15 and 25 of the high-speed circuit portion, with the silicon oxide film 80 covering the high-speed circuit portion and opening the low-power consumption circuit portion. The film is formed under conditions of temperature (about 550 ° C.) or less (FIG. 15).

そして、ゲート電極14,24およびサイドウォール15,25をシリコン酸化膜80で覆った状態で、950〜1100℃程度の熱処理を行う。このとき非晶質シリコンの再結晶化が起こり、ゲート電極14,24,54,64はポリシリコンとなる。   Then, heat treatment is performed at about 950 to 1100 ° C. with the gate electrodes 14 and 24 and the side walls 15 and 25 covered with the silicon oxide film 80. At this time, recrystallization of amorphous silicon occurs, and the gate electrodes 14, 24, 54, and 64 become polysilicon.

ここで、高速回路部のnMOSトランジスタのゲート電極14にはAsイオンやSbイオン等の比較的質量数が大きい(質量数70以上)イオンが大量に注入され、且つ、ゲート電極14およびサイドウォール15の表面はシリコン酸化膜80によって覆われているため、ゲート電極14に内部応力として強い圧縮応力が残留する。それに伴い、ゲート電極14の下方のチャネル領域には、引っ張り応力が加わることになる。   Here, a large amount of ions having a relatively large mass number (mass number of 70 or more) such as As ions and Sb ions are implanted into the gate electrode 14 of the nMOS transistor in the high-speed circuit section, and the gate electrode 14 and the sidewall 15 Since the surface is covered with the silicon oxide film 80, a strong compressive stress remains as internal stress in the gate electrode. Along with this, tensile stress is applied to the channel region below the gate electrode 14.

一方、低消費電力回路部のnMOSトランジスタのゲート電極54にはAsイオンやSbイオン等の比較的質量数が大きいイオンが大量に注入されているが、ゲート電極54およびサイドウォール55の表面は露出しているため、ゲート電極54の内部には殆ど応力が残留しない。よって、ゲート電極54の下方のチャネル領域には、殆ど応力は加わらない。   On the other hand, a large amount of ions having a relatively large mass number, such as As ions and Sb ions, are implanted into the gate electrode 54 of the nMOS transistor of the low power consumption circuit portion, but the surfaces of the gate electrode 54 and the sidewall 55 are exposed. Therefore, almost no stress remains in the gate electrode 54. Therefore, almost no stress is applied to the channel region below the gate electrode 54.

また、高速回路部並びに低消費電力回路部のpMOSトランジスタのゲート電極24,64には、比較的質量数の小さいイオンのみが注入されているため、その内部に殆ど応力は残留しない。よって、ゲート電極24,64の下方のチャネル領域には殆ど応力が加わらない。   Further, since only ions having a relatively small mass number are implanted into the gate electrodes 24 and 64 of the pMOS transistor in the high-speed circuit portion and the low power consumption circuit portion, almost no stress remains in the inside. Therefore, almost no stress is applied to the channel region below the gate electrodes 24 and 64.

以上のように、本実施の形態に係る製造工程によれば高速回路部のnMOSトランジスタのチャネル領域のみに強い引っ張り応力を印加して性能向上を図ることができる。それと共に、高速回路部のpMOSトランジスタおよび低消費電力回路部のpMOS並びにnMOSトランジスタのチャネル領域には殆ど応力は印加されないため、結晶欠陥の発生による漏れ電流の増大を抑えることができる。   As described above, according to the manufacturing process according to the present embodiment, it is possible to improve performance by applying a strong tensile stress only to the channel region of the nMOS transistor in the high-speed circuit section. At the same time, almost no stress is applied to the channel regions of the pMOS transistor in the high-speed circuit portion, the pMOS in the low power consumption circuit portion, and the nMOS transistor, so that an increase in leakage current due to the occurrence of crystal defects can be suppressed.

そして、例えば所定のMOSトランジスタのゲート電極およびソースドレイン領域をシリサイド化する場合は、Co等の金属膜をスパッタ法により形成し、350〜550℃の比較的低温の熱処理を加えることで、金属膜とシリコンとを反応させる。そして、絶縁膜上に未反応で残った金属膜を選択的に除去する。続いて、さらに高温の熱処理を加える。   For example, when siliciding the gate electrode and the source / drain region of a predetermined MOS transistor, a metal film such as Co is formed by sputtering, and a heat treatment at a relatively low temperature of 350 to 550 ° C. is performed. Reacts with silicon. Then, the metal film left unreacted on the insulating film is selectively removed. Subsequently, a higher temperature heat treatment is applied.

例えば、モバイル通信装置用LSIにおいては、低消費電力回路部のMOSトランジスタのゲート電極およびソースドレイン領域をシリサイド化することが多い。その場合は、上記工程において形成した、高速回路部上を覆い低消費電力回路部上を開口したシリコン酸化膜80をそのままマスクとして利用することもできる。それにより、低消費電力回路部のゲート電極54,64上部およびソースドレイン領域56,66上部のそれぞれにシリサイド層54a,64a,56c,66cが形成される(図16)。   For example, in an LSI for mobile communication devices, the gate electrode and source / drain region of a MOS transistor in a low power consumption circuit section are often silicided. In that case, the silicon oxide film 80 formed in the above process and covering the high-speed circuit part and opening the low-power consumption circuit part can be used as it is as a mask. Thereby, silicide layers 54a, 64a, 56c, and 66c are formed on the gate electrodes 54 and 64 and the source / drain regions 56 and 66, respectively, in the low power consumption circuit portion (FIG. 16).

本実施の形態によれば非晶質シリコンを再結晶化させる際に、シリコン酸化膜80の低消費電力回路部上を開口しておくことで、高速回路部のnMOSトランジスタのチャネル領域にのみ強い引っ張り応力を印加することができる。つまり、ゲート電極14,24,54,64を全て同一の工程で形成しても、所定のnMOSトランジスタのチャネル領域のみに引っ張り応力を印加することができる。よって、製造工程の複雑化は抑えられている。   According to the present embodiment, when amorphous silicon is recrystallized, the silicon oxide film 80 is strong only in the channel region of the nMOS transistor in the high-speed circuit portion by opening the low power consumption circuit portion. A tensile stress can be applied. That is, even if all the gate electrodes 14, 24, 54, and 64 are formed in the same process, a tensile stress can be applied only to the channel region of a predetermined nMOS transistor. Therefore, the complexity of the manufacturing process is suppressed.

<実施の形態5>
本実施の形態では実施の形態4と同様に、半導体装置の高速部にのみ本発明に係るMOSトランジスタを適用し、低消費電力部には従来のMOSトランジスタを適用するための別の手法を説明する。
<Embodiment 5>
In this embodiment, as in the fourth embodiment, another method for applying the MOS transistor according to the present invention only to the high-speed portion of the semiconductor device and applying the conventional MOS transistor to the low power consumption portion will be described. To do.

図17〜図20は、実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す図である。これらの図においても、図13と同様に、左側は高速動作が優先される高速回路部、右側は電力消費を抑えたい低消費電力回路部であり、そのそれぞれがnMOS領域並びにpMOS領域を有している。   17 to 20 are views showing the manufacturing steps of the semiconductor device according to the fifth embodiment. Also in these drawings, as in FIG. 13, the left side is a high-speed circuit unit in which high-speed operation is prioritized, and the right side is a low-power consumption circuit unit in which power consumption is to be suppressed. ing.

以下、これらの図を用いて本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。まず、実施の形態4と同様に、シリコン基板10上に、素子分離膜11、pウェル12,52、nウェル22,62を形成し、高速回路部のnMOS領域にゲート絶縁膜13、ゲート電極14、サイドウォール15およびn型ソースドレインエクステンション層16aを、高速回路部のpMOS領域にゲート絶縁膜23、ゲート電極24、サイドウォール25およびp型ソースドレインエクステンション層26aを、低消費電力回路部のnMOS領域にゲート絶縁膜53、ゲート電極54、サイドウォール55およびn型ソースドレインエクステンション層56aを、低消費電力回路部のpMOS領域にゲート絶縁膜63、ゲート電極64、サイドウォール65およびp型ソースドレインエクステンション層66aを、それぞれ形成する。但し、n型ソースドレインエクステンション層16aおよびn型ソースドレインエクステンション層56aの形成の際にはPイオン等比較的質量数が軽いn型ドーパントを注入する。   Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to these drawings. First, as in the fourth embodiment, the element isolation film 11, the p wells 12 and 52, and the n wells 22 and 62 are formed on the silicon substrate 10, and the gate insulating film 13 and the gate electrode are formed in the nMOS region of the high-speed circuit portion. 14, the sidewall 15 and the n-type source / drain extension layer 16a, the gate insulating film 23, the gate electrode 24, the sidewall 25 and the p-type source / drain extension layer 26a in the pMOS region of the high-speed circuit portion, and the low-power consumption circuit portion. The gate insulating film 53, gate electrode 54, sidewall 55 and n-type source / drain extension layer 56a are formed in the nMOS region, and the gate insulating film 63, gate electrode 64, sidewall 65 and p-type source are formed in the pMOS region of the low power consumption circuit portion. Drain extension layers 66a are formed respectively. However, when forming the n-type source / drain extension layer 16a and the n-type source / drain extension layer 56a, an n-type dopant having a relatively low mass number such as P ions is implanted.

続いて、高速回路部および低消費電力回路部のpMOS領域を開口したレジストマスク71を形成する。そして、当該レジストマスク71、ゲート電極24,64、並びにサイドウォール25,65をマスクとして、Bイオン等比較的質量数が小さいp型ドーパントをドーズ量4×1015/cm2以上注入し、p型ソースドレイン拡散層26bを形成する(図13)。それにより、p型ソースドレインエクステンション層26aおよびp型ソースドレイン拡散層26bとからなるp型ソースドレイン領域26、並びに、p型ソースドレインエクステンション層66aおよびp型ソースドレイン拡散層66bとからなるp型ソースドレイン領域66が形成される。このとき、ゲート電極24,64にも当該イオンが注入される。 Subsequently, a resist mask 71 having openings in the pMOS regions of the high speed circuit portion and the low power consumption circuit portion is formed. Then, using the resist mask 71, the gate electrodes 24 and 64, and the sidewalls 25 and 65 as masks, a p-type dopant having a relatively small mass number such as B ions is implanted at a dose of 4 × 10 15 / cm 2 or more. A type source / drain diffusion layer 26b is formed (FIG. 13). Thus, the p-type source / drain region 26 composed of the p-type source / drain extension layer 26a and the p-type source / drain diffusion layer 26b, and the p-type composed of the p-type source / drain extension layer 66a and the p-type source / drain diffusion layer 66b. A source / drain region 66 is formed. At this time, the ions are also implanted into the gate electrodes 24 and 64.

次いで、低消費電力回路部のnMOS領域を開口したレジストマスク73を形成する。そして、当該レジストマスク73、ゲート電極54並びにサイドウォール55をマスクとして、Pイオン等の比較的質量数が小さいn型ドーパントを注入し、n型ソースドレイン拡散層56bを形成する(図17)。それにより、n型ソースドレインエクステンション層56aおよびn型ソースドレイン拡散層56bとからなるn型ソースドレイン領域56が形成される。このとき、ゲート電極54にも当該イオンが注入される。   Next, a resist mask 73 having an opening in the nMOS region of the low power consumption circuit portion is formed. Then, using the resist mask 73, the gate electrode 54, and the sidewall 55 as a mask, an n-type dopant having a relatively small mass number such as P ions is implanted to form an n-type source / drain diffusion layer 56b (FIG. 17). As a result, an n-type source / drain region 56 composed of the n-type source / drain extension layer 56a and the n-type source / drain diffusion layer 56b is formed. At this time, the ions are also implanted into the gate electrode 54.

その後、高速回路部のnMOS領域を開口したレジストマスク74を形成する。そして、当該レジストマスク74、ゲート電極14並びにサイドウォール15をマスクとして、AsイオンやSbイオン等の比較的質量数が大きいn型ドーパントを注入し、n型ソースドレイン拡散層16bを形成する(図18)。それにより、n型ソースドレインエクステンション層16aおよびn型ソースドレイン拡散層16bとからなるn型ソースドレイン領域16が形成される。このとき、ゲート電極14にも当該イオンが注入される。   Thereafter, a resist mask 74 having an opening in the nMOS region of the high speed circuit portion is formed. Then, using the resist mask 74, the gate electrode 14 and the sidewall 15 as a mask, an n-type dopant having a relatively large mass number such as As ions or Sb ions is implanted to form an n-type source / drain diffusion layer 16b (FIG. 18). As a result, an n-type source / drain region 16 including the n-type source / drain extension layer 16a and the n-type source / drain diffusion layer 16b is formed. At this time, the ions are also implanted into the gate electrode 14.

そして、高速回路部並びに低消費電力回路部上に、シリコン酸化膜81をゲート電極14,24,54,64およびサイドウォール15,25,55,65を覆うように、シリコンの再結晶化が開始される温度(約550℃)以下の条件で形成する(図19)。   Then, recrystallization of silicon starts so that the silicon oxide film 81 covers the gate electrodes 14, 24, 54, 64 and the sidewalls 15, 25, 55, 65 on the high-speed circuit portion and the low power consumption circuit portion. It is formed under the condition of the temperature (about 550 ° C.) or less (FIG. 19).

そして、ゲート電極14,24,54,64およびサイドウォール15,25,55,65をシリコン酸化膜81で覆った状態で、950〜1100℃程度の熱処理を行う。このとき非晶質シリコンの再結晶化が起こり、ゲート電極14,24,54,64はポリシリコンとなる。   Then, heat treatment is performed at about 950 to 1100 ° C. with the gate electrodes 14, 24, 54, 64 and the sidewalls 15, 25, 55, 65 covered with the silicon oxide film 81. At this time, recrystallization of amorphous silicon occurs, and the gate electrodes 14, 24, 54, and 64 become polysilicon.

ここで、高速回路部のnMOSトランジスタのゲート電極14にはAsイオンやSbイオン等の比較的質量数が大きい(質量数70以上)イオンが大量に注入され、且つ、ゲート電極14およびサイドウォール15の表面はシリコン酸化膜81によって覆われているため、ゲート電極14に内部応力として強い圧縮応力が残留する。それに伴い、ゲート電極14の下方のチャネル領域には、引っ張り応力が加わることになる。   Here, a large amount of ions having a relatively large mass number (mass number of 70 or more) such as As ions and Sb ions are implanted into the gate electrode 14 of the nMOS transistor in the high-speed circuit section, and the gate electrode 14 and the sidewall 15 Since the surface is covered with the silicon oxide film 81, strong compressive stress remains as internal stress in the gate electrode. Along with this, tensile stress is applied to the channel region below the gate electrode 14.

一方、低消費電力回路部のnMOSトランジスタのゲート電極54には比較的質量数の小さいイオンのみが注入されているため、その内部に殆ど応力は残留しない。よって、ゲート電極54の下方のチャネル領域には殆ど応力が加わらない。   On the other hand, since only ions having a relatively small mass number are implanted into the gate electrode 54 of the nMOS transistor in the low power consumption circuit portion, almost no stress remains in the inside. Therefore, almost no stress is applied to the channel region below the gate electrode 54.

また、高速回路部並びに低消費電力回路部のpMOSトランジスタのゲート電極24,64にも、比較的質量数の小さいイオンのみが注入されているため、その内部に殆ど応力は残留しない。よって、ゲート電極24,64の下方のチャネル領域には殆ど応力が加わらない。   Further, since only ions having a relatively small mass number are implanted into the gate electrodes 24 and 64 of the pMOS transistor in the high-speed circuit portion and the low power consumption circuit portion, almost no stress remains in the inside. Therefore, almost no stress is applied to the channel region below the gate electrodes 24 and 64.

以上のように、本実施の形態に係る製造工程によれば高速回路部のnMOSトランジスタのチャネル領域のみに強い引っ張り応力を印加して性能向上を図ることができる。それと共に、高速回路部のpMOSトランジスタおよび低消費電力回路部のpMOS並びにnMOSトランジスタのチャネル領域には殆ど応力は印加されないため、結晶欠陥の発生による漏れ電流の増大を抑えることができる。   As described above, according to the manufacturing process according to the present embodiment, it is possible to improve performance by applying a strong tensile stress only to the channel region of the nMOS transistor in the high-speed circuit section. At the same time, almost no stress is applied to the channel regions of the pMOS transistor in the high-speed circuit portion, the pMOS in the low power consumption circuit portion, and the nMOS transistor, so that an increase in leakage current due to the occurrence of crystal defects can be suppressed.

例えば、モバイル通信装置用LSIなど、低消費電力回路部のMOSトランジスタのゲート電極およびソースドレイン領域をシリサイド化する場合は、シリコン酸化膜81の低消費電力回路部上を開口し、それをマスクとしてサリサイド化処理を行う。それにより、低消費電力回路部のゲート電極54,64上およびソースドレイン領域56,66上のそれぞれにシリサイド層54a,64a,56c,66cが形成される(図20)。   For example, when siliciding the gate electrode and the source / drain region of a MOS transistor of a low power consumption circuit unit such as an LSI for mobile communication devices, an opening is formed on the low power consumption circuit unit of the silicon oxide film 81 as a mask. Perform salicide processing. Thereby, silicide layers 54a, 64a, 56c, 66c are formed on the gate electrodes 54, 64 and the source / drain regions 56, 66 of the low power consumption circuit section, respectively (FIG. 20).

本実施の形態によれば高速回路部のn型ドーパントと低消費電力回路部のn型ドーパントとの間で質量数の差をつけることによって、高速回路部のnMOSトランジスタのチャネル領域にのみ強い引っ張り応力を印加することができる。つまり、ゲート電極14,24,54,64を全て同一の工程で形成しても、所定のnMOSトランジスタのチャネル領域のみに引っ張り応力を印加することができる。   According to the present embodiment, by applying a mass number difference between the n-type dopant of the high-speed circuit unit and the n-type dopant of the low power consumption circuit unit, strong pulling is performed only on the channel region of the nMOS transistor of the high-speed circuit unit. Stress can be applied. That is, even if all the gate electrodes 14, 24, 54, and 64 are formed in the same process, a tensile stress can be applied only to the channel region of a predetermined nMOS transistor.

<実施の形態6>
上述したように、本発明に係るnMOSトランジスタにおいては、結晶欠陥が発生しやすく、MOSトランジスタにおける接合リーク電流やゲート電流、サブスレッショルドリーク電流等の漏れ電流が増加してしまう。漏れ電流が大きくなる可能性が従来のものよりも高くなるという問題がある。そこで、本実施の形態においては、その問題を解決するための手法を示す。
<Embodiment 6>
As described above, in the nMOS transistor according to the present invention, crystal defects are likely to occur, and leakage current such as junction leakage current, gate current, and subthreshold leakage current in the MOS transistor increases. There is a problem that the possibility of increasing the leakage current is higher than that of the conventional one. Therefore, in this embodiment, a method for solving the problem is shown.

即ち、例えば実施の形態1において図2に示した工程で非単結晶シリコンのゲート電極14,24を形成した後、当該ゲート電極14,24およびシリコン基板10の表面を酸化する(このとき、シリコン基板10上にはシリコン酸化膜31が残っているため、正確には酸化膜を再び酸化することになる)。それにより、図21のようにゲート電極14,24の表面にはシリコン酸化膜90が形成されるが、このときゲート電極14,24のエッジ部にシリコン酸化膜のバーズビーク90aが形成される。それ以降は、図3〜図9で示した工程と同様であるので説明は省略する。   That is, for example, after forming the gate electrodes 14 and 24 of non-single crystal silicon in the step shown in FIG. 2 in the first embodiment, the surfaces of the gate electrodes 14 and 24 and the silicon substrate 10 are oxidized (at this time, silicon Since the silicon oxide film 31 remains on the substrate 10, the oxide film is accurately oxidized again). As a result, as shown in FIG. 21, a silicon oxide film 90 is formed on the surfaces of the gate electrodes 14 and 24. At this time, bird's beaks 90a of silicon oxide film are formed on the edge portions of the gate electrodes 14 and 24. The subsequent steps are the same as those shown in FIGS.

バーズビーク90aが形成されることによりゲート電極14,24のエッジ部の絶縁膜厚が厚くなるため、トンネル電流が抑制されたりゲート電界が緩和されるため、サブスレッショルドリーク電流を小さくでき、MOSトランジスタの漏れ電流の増加が抑えられる。よって、特にチャネル領域に引っ張り応力が印加された本発明に係るnMOSトランジスタのように、漏れ電流の増加が懸念されるMOSトランジスタに対して有効である。   By forming the bird's beak 90a, the insulating film thickness at the edge portions of the gate electrodes 14 and 24 is increased, so that the tunnel current is suppressed and the gate electric field is relaxed, so that the subthreshold leakage current can be reduced, and the MOS transistor Increase in leakage current is suppressed. Therefore, this is particularly effective for a MOS transistor in which an increase in leakage current is a concern, such as an nMOS transistor according to the present invention in which a tensile stress is applied to the channel region.

また、その後の工程における加熱処理の際に、ゲート電極14,24をシリコン酸化膜90で被覆したまま行うことで、非シリサイド領域のポリシリコンゲート電極の抵抗値のばらつきが抑えられるという効果も得ることができる。   Further, when the heat treatment in the subsequent process is performed while the gate electrodes 14 and 24 are covered with the silicon oxide film 90, it is possible to suppress the variation in the resistance value of the polysilicon gate electrode in the non-silicide region. be able to.

10 シリコン基板、11 素子分離膜、12,52 pウェル、13,23,53,63 ゲート絶縁膜、14,24,54,64 ゲート電極、15,25,55,65 サイドウォール、16,56 n型ソースドレイン領域、16a,56a n型ソースドレインエクステンション層、16b,56b n型ソースドレイン拡散層、22,62 nウェル、26,66 p型ソースドレイン領域、26a,66a p型ソースドレインエクステンション層、26b,66b p型ソースドレイン拡散層、31 シリコン酸化膜、32 非単結晶シリコン膜、40,80,81 シリコン酸化膜、90 シリコン酸化膜、90a バーズビーク。   10 silicon substrate, 11 element isolation film, 12, 52 p-well, 13, 23, 53, 63 gate insulating film, 14, 24, 54, 64 gate electrode, 15, 25, 55, 65 sidewall, 16, 56 n Type source / drain region, 16a, 56a n type source / drain extension layer, 16b, 56b n type source / drain diffusion layer, 22, 62 n well, 26, 66 p type source / drain region, 26a, 66a p type source / drain extension layer, 26b, 66b p-type source / drain diffusion layer, 31 silicon oxide film, 32 non-single crystal silicon film, 40, 80, 81 silicon oxide film, 90 silicon oxide film, 90a bird's beak.

Claims (5)

半導体基板上に少なくともnチャネル型MOSトランジスタとpチャネル型MOSトランジスタとを含む半導体装置の製造方法において、In a method for manufacturing a semiconductor device including at least an n-channel MOS transistor and a p-channel MOS transistor on a semiconductor substrate,
前記半導体基板を準備する工程と、Preparing the semiconductor substrate;
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
前記ゲート絶縁膜上に非単結晶シリコン膜を形成する工程と、Forming a non-single crystal silicon film on the gate insulating film;
前記非単結晶シリコン膜をパターニングし、前記nチャネル型MOSトランジスタの第1ゲート電極及び前記pチャネル型MOSトランジスタの第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、Patterning the non-single-crystal silicon film to form a first gate electrode of the n-channel MOS transistor and a second gate electrode of the p-channel MOS transistor,
前記第1ゲート電極に質量数70以上のn型ドーパントイオンを注入する工程と、Implanting n-type dopant ions having a mass number of 70 or more into the first gate electrode;
前記第2ゲート電極にBイオンを注入する工程と、Implanting B ions into the second gate electrode;
前記nチャネル型MOSトランジスタ及び前記pチャネル型MOSトランジスタ上に絶縁膜を形成して、前記n型ドーパントイオンが注入されたことで非晶質化した前記第1ゲート電極と前記Bイオンが注入されたことで非晶質化した前記第2ゲート電極とを覆う絶縁膜を形成する工程と、An insulating film is formed on the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor, and the first gate electrode made amorphous by the implantation of the n-type dopant ions and the B ions are implanted. Forming an insulating film covering the second gate electrode that has been made amorphous;
前記絶縁膜で前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とを覆った状態で、前記半導体基板に550℃以上の温度の熱処理を施し、前記第1ゲート電極を再結晶化させることにより、前記第1ゲート電極に内部応力として圧縮応力を残留させ、且つ、前記残留する圧縮応力により前記第1ゲート電極の下方のチャネル領域に3×10In a state where the first gate electrode and the second gate electrode are covered with the insulating film, the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment at a temperature of 550 ° C. or more to recrystallize the first gate electrode, Compressive stress remains as internal stress in the first gate electrode, and 3 × 10 3 in the channel region below the first gate electrode due to the residual compressive stress. 99 dyn/cmdyn / cm 22 以上の引っ張り応力を印加させると共に、前記第2ゲート電極を再結晶化させる工程と、Applying the above tensile stress and recrystallizing the second gate electrode;
前記熱処理工程後、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極上に形成された前記絶縁膜を除去する工程と、Removing the insulating film formed on the first gate electrode and the second gate electrode after the heat treatment step;
前記絶縁膜を除去後、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極表面にシリサイド層を形成する工程と、Forming a silicide layer on the surfaces of the first gate electrode and the second gate electrode after removing the insulating film;
を含む半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device including:
半導体基板上に少なくともnチャネル型MOSトランジスタとpチャネル型MOSトランジスタとを含む半導体装置の製造方法において、In a method for manufacturing a semiconductor device including at least an n-channel MOS transistor and a p-channel MOS transistor on a semiconductor substrate,
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
前記ゲート絶縁膜上に非単結晶シリコン膜を形成する工程と、Forming a non-single crystal silicon film on the gate insulating film;
前記非単結晶シリコン膜をパターニングし、前記nチャネル型MOSトランジスタの第1ゲート電極及び前記pチャネル型MOSトランジスタの第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、Patterning the non-single-crystal silicon film to form a first gate electrode of the n-channel MOS transistor and a second gate electrode of the p-channel MOS transistor,
前記第1ゲート電極と前記第1ゲート電極両側に位置する前記半導体基板の表面に質量数70以上のn型ドーパントイオンを注入する工程と、Implanting n-type dopant ions having a mass number of 70 or more into the surface of the semiconductor substrate located on both sides of the first gate electrode and the first gate electrode;
前記第2ゲート電極と前記第2ゲート電極両側に位置する前記半導体基板の表面にBイオンを注入する工程と、Implanting B ions into the surface of the semiconductor substrate located on both sides of the second gate electrode and the second gate electrode;
前記nチャネル型MOSトランジスタ及び前記pチャネル型MOSトランジスタ上に絶縁膜を形成して、前記n型ドーパントイオンが注入されたことで非晶質化した前記第1ゲート電極と前記Bイオンが注入されたことで非晶質化した前記第2ゲート電極と前記半導体基板の表面とを覆う絶縁膜を形成する工程と、An insulating film is formed on the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor, and the first gate electrode made amorphous by the implantation of the n-type dopant ions and the B ions are implanted. Forming an insulating film covering the second gate electrode made amorphous and the surface of the semiconductor substrate;
前記絶縁膜で前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とを覆った状態で、前記半導体基板に550℃以上の温度の熱処理を施し、前記第1ゲート電極を再結晶化させることにより、前記第1ゲート電極に内部応力として圧縮応力を残留させ、且つ、前記残留する圧縮応力により前記第1ゲート電極の下方のチャネル領域に3×10In a state where the first gate electrode and the second gate electrode are covered with the insulating film, the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment at a temperature of 550 ° C. or more to recrystallize the first gate electrode, Compressive stress remains as internal stress in the first gate electrode, and 3 × 10 3 in the channel region below the first gate electrode due to the residual compressive stress. 99 dyn/cmdyn / cm 22 以上の引っ張り応力を印加させると共に、前記第2ゲート電極を再結晶化させる工程と、Applying the above tensile stress and recrystallizing the second gate electrode;
前記熱処理工程後、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極上に形成された前記絶縁膜を除去する工程と、Removing the insulating film formed on the first gate electrode and the second gate electrode after the heat treatment step;
前記絶縁膜を除去後、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極表面にシリサイド層を形成する工程と、Forming a silicide layer on the surfaces of the first gate electrode and the second gate electrode after removing the insulating film;
を含む半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device including:
前記絶縁膜は550℃以下の温度で成膜される請求項1または請求項2に記載の半導体The semiconductor according to claim 1, wherein the insulating film is formed at a temperature of 550 ° C. or less.
装置の製造方法。Device manufacturing method.
前記絶縁膜は前記熱処理工程により収縮する請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記4. The insulating film according to claim 1, wherein the insulating film is contracted by the heat treatment process. 5.
載の半導体装置の製造方法。The manufacturing method of the semiconductor device described.
前記絶縁膜はシリコン酸化膜である請求項1乃至請求項4のいずれか一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 insulating film is a silicon oxide film.
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