JP4602440B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
S.C.Song 他, "Highly Manufacturable 45nm LSTP CMOSFETs Using Novel Dual High-k and Dual Metal Gate CMOS Integration", VLSI, 2006年, p.16−17
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
さらに、本実施形態に係る半導体装置では、第1のゲート絶縁膜13aの第1の高誘電体膜は、第2のゲート絶縁膜13bの第2の高誘電体膜と同一の材料からなる。そのため、以下で示すように、半導体基板10の上に高誘電体膜13を形成した工程からパターニングによりゲート電極及びゲート絶縁膜を形成する工程までの間、素子分離領域11の上面が露出することを防止できる。よって、本実施形態に係る半導体装置は、素子分離領域11の上面にアンダーカット部が形成されることなく製造されるので、素子分離領域11の上面にポリシリコンからなる残渣が生じることなく製造される。これについては、以下で示す半導体装置の製造方法において説明する。
上記第1の実施形態では、第1のゲート電極30aの下層導電膜15aは、TaN膜であるとしたが、TiN膜または炭化タンタル(TaC)膜等であっても良い。また、第1のゲート電極30aの第1の導電膜18a及び第2のゲート電極30bの第2の導電膜18bはそれぞれTiN膜であるとしたが、ルテニウム(Ru)膜または窒化アルミニウムモリブデン(MoAlN)膜であっても良い。
10a 第1の活性領域
10b 第2の活性領域
11 素子分離領域
12a p型ウェル領域
12b n型ウェル領域
13 高誘電体膜
13A Laを含有する高誘電体膜
13B Alを含有する高誘電体膜
13a 第1のゲート絶縁膜
13b 第2のゲート絶縁膜
14 第1の材料膜
15,45 下層導電膜
15A Alを含有する下層導電膜
15a 下層導電膜
16 レジストパターン
17 第2の材料膜
18,48 導電膜
18a,48a 第1の導電膜
18b,48b 第2の導電膜
19 シリコン膜
19a 第1のシリコン膜
19b 第2のシリコン膜
20a 第1のオフセットスペーサ
20b 第2のオフセットスペーサ
21a n型エクステンション領域
21b p型エクステンション領域
22a 第1の内側サイドウォール
22b 第2の内側サイドウォール
23a 第1の外側サイドウォール
23b 第2の外側サイドウォール
24a 第1のサイドウォール
24b 第2のサイドウォール
25a n型ソースドレイン領域
25b p型ソースドレイン領域
26 シリサイド層
30a,50a 第1のゲート電極
30b,50b 第2のゲート電極
45B Laを含有する下層導電膜
45b 下層導電膜
Claims (16)
- 半導体領域における第1の活性領域上に設けられた第1導電型の第1のトランジスタと、素子分離領域により前記第1の活性領域とは分離された前記半導体領域における第2の活性領域上に設けられた第2導電型の第2のトランジスタとを備えた半導体装置であって、
前記第1のトランジスタは、
前記第1の活性領域の上に形成され、高誘電体材料と第1の金属とを含有する第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に形成された下層導電膜と、前記下層導電膜の上に形成された第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成された第1のシリコン膜とを有する第1のゲート電極とを備え、
前記第2のトランジスタは、
前記第2の活性領域の上に形成され、前記高誘電体材料と第2の金属とを含有する第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成され且つ前記第1の導電膜と同一の材料からなる第2の導電膜と、前記第2の導電膜上に形成された第2のシリコン膜とを有する第2のゲート電極とを備え、
前記第1の金属と前記第2の金属とは、互いに異なる金属からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1のゲート絶縁膜は、前記第2の金属を含有しておらず、
前記第2のゲート絶縁膜は、前記第1の金属を含有していないことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記第1のトランジスタは、前記第1の金属により実効仕事関数の値が変更されており、
前記第2のトランジスタは、前記第2の金属により実効仕事関数の値が変更されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のゲート電極の膜厚は、前記第2のゲート電極の膜厚よりも厚いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記下層導電膜は、導電材料と前記第2の金属とを含有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項5に記載の半導体装置において、
前記導電材料は、窒化タンタル、窒化チタン、又は炭化タンタルからなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1の導電膜及び前記第2の導電膜は、それぞれ、窒化チタン、ルテニウム又は窒化アルミニウムモリブデンからなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のトランジスタは、N型MISトランジスタであり、
前記第2のトランジスタは、P型MISトランジスタであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8に記載の半導体装置において、
前記第1の金属は、ランタノイド系元素、スカンジウム、ストロンチウムおよびマグネシウムの少なくとも一つであり、
前記第2の金属は、アルミニウムおよびタンタルの少なくとも一つであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のトランジスタは、P型MISトランジスタであり、
前記第2のトランジスタは、N型MISトランジスタであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項10に記載の半導体装置において、
前記第1の金属は、アルミニウムおよびタンタルの少なくとも一つであり、
前記第2の金属は、ランタノイド系元素、スカンジウム、ストロンチウムおよびマグネシウムの少なくとも一つであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜11のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記高誘電体材料は、ハフニウム、ジルコニウムおよびイットリウムの少なくとも一つを含有する酸化物、酸窒化物またはシリケートであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜12のうちいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1のゲート絶縁膜は、前記第1の活性領域と前記第1のゲート絶縁膜における前記高誘電体材料との間に、酸窒化シリコンからなる第1の下地膜を有し、
前記第2のゲート絶縁膜は、前記第2の活性領域と前記第2のゲート絶縁膜における前記高誘電体材料との間に、前記酸窒化シリコンからなる第2の下地膜を有していることを特徴とする半導体装置。 - 半導体領域における第1の活性領域上に設けられた第1のトランジスタと、素子分離領域により前記第1の活性領域とは分離された前記半導体領域における第2の活性領域上に設けられた第2のトランジスタとを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記第1の活性領域及び前記第2の活性領域の上に高誘電体材料からなる高誘電体膜を形成する工程(a)と、
前記高誘電体膜のうち前記第1の活性領域上に設けられた部分の上に、第1の金属を含有する第1の材料膜及び下層導電膜を順次形成する工程(b)と、
前記高誘電体膜のうち前記第2の活性領域上に設けられた部分の上に、第2の金属を含有する第2の材料膜を形成する工程(c)と、
前記下層導電膜の上及び前記第2の材料膜上に導電膜を形成する工程(d)と、
前記導電膜上にシリコン膜を形成する工程(e)と、
前記シリコン膜、前記導電膜、前記下層導電膜及び前記高誘電体膜をエッチングする工程(f)と、
前記高誘電体膜のうち前記第1の活性領域上に設けられた部分に、前記第1の材料膜から前記第1の金属を拡散させるとともに、前記高誘電体膜のうち前記第2の活性領域上に設けられた部分に、前記第2の材料膜から前記第2の金属を拡散させる工程(g)とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(g)は、前記工程(d)の後で前記工程(e)の前に行い、熱処理により前記第1の金属及び前記第2の金属を拡散させる工程を含み、
前記工程(f)では、前記エッチングにより、前記第1の活性領域上に前記高誘電体材料と前記第1の金属とを含有する第1のゲート絶縁膜を介して前記下層導電膜、前記導電膜及び前記シリコン膜からなる第1のゲート電極を形成するとともに、前記第2の活性領域上に前記高誘電体材料と前記第2の金属とを含有する第2のゲート絶縁膜を介して前記導電膜及び前記シリコン膜からなる第2のゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14又は15に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(c)は、前記下層導電膜上に前記第2の材料膜を形成する工程を含み、
前記工程(d)では、前記下層導電膜上に前記第2の材料膜を介して前記導電膜が形成され、
前記工程(g)は、前記下層導電膜に前記第2の材料膜から前記第2の金属を拡散させる工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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