JP4648096B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
近年、いわゆる縦型ダブルゲート構造のMOSFETが開発されており、なかでも半導体層がFin状に形成されたMOSFETは、FinFETと呼ばれている。かかるFinFETは、製造コストが低く、カットオフ特性が良好なデバイスであるため、次世代のトランジスタ構造として有望視されている。
しかし、ゲート閾値電圧が高いデバイスの実現や、アナログデバイスの対応には、FinFETよりプレーナ型(平面型)MOSFETの方が優れている。このため、実際のLSIでは、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載することが必要とされ、これらプレーナ型MOSFETとFinFETとを混載するための簡易な製造プロセスが求められている。
しかし、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載しようとすると、ゲート電極材を堆積した際に、当該ゲート電極材の表面に凹凸が形成され、これにより微細なゲートパターンを形成することができないという問題があった。
以下、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載する半導体装置の製造方法に関する文献名を記載する。
特開2005−19996号公報
本発明は、微細な回路パターンを形成することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、
半導体基板上にマスク材を堆積するステップと、
前記マスク材にパターニングを行い、さらに前記半導体基板の表面部分にエッチングを行って溝を形成することにより、第1の領域には第1の凸部を形成すると共に、第2の領域には前記第1の凸部より広い幅を有する第2の凸部を形成するステップと、
前記溝を素子分離絶縁膜で埋め込むステップと、
前記第1の領域に形成された前記素子分離絶縁膜にエッチングを行うことにより、所定量除去するステップと、
前記第2の領域に形成された前記マスク材にエッチングを行ってこれを除去するステップと、
前記第1の凸部のうち、対向する1組の両側面に第1のゲート絶縁膜を形成すると共に、前記第2の凸部の上面に第2のゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記素子分離絶縁膜、前記マスク材及び前記第2のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極材を堆積するステップと、
前記第1の領域に形成された前記マスク材と、前記第2の領域に形成された前記素子分離絶縁膜とをストッパとして、前記第1のゲート電極材を平坦化するステップと、
前記マスク材、前記第1のゲート電極材及び前記素子分離絶縁膜上に第2のゲート電極材を堆積するステップと、
前記第1及び第2のゲート電極材にパターニングを行うことにより、前記第1の領域に第1のゲート電極を形成すると共に、前記第2の領域に第2のゲート電極を形成するステップと
を備えることを特徴とする。
また本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、
半導体基板上にマスク材を堆積するステップと、
前記マスク材にパターニングを行い、さらに前記半導体基板の表面部分にエッチングを行って溝を形成することにより、第1の領域に第1の凸部を形成すると共に、第2の領域に前記第1の凸部より広い幅を有する第2の凸部を形成するステップと、
前記溝を素子分離絶縁膜で埋め込むステップと、
前記第1の領域に形成された前記素子分離絶縁膜にエッチングを行うことにより、所定量除去するステップと、
前記第1の凸部のうち、対向する1組の両側面に第1のゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記マスク材及び前記素子分離絶縁膜上に第1のゲート電極材を堆積するステップと、
前記マスク材及び前記素子分離絶縁膜をストッパとして、前記第1のゲート電極材を平坦化するステップと、
前記第2の領域に形成された前記マスク材にエッチングを行ってこれを除去するステップと、
前記第1及び第2の領域に第2のゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記第1の領域に形成された前記第2のゲート絶縁膜を除去するステップと
前記第1及び第2の領域上に第2のゲート電極材を堆積するステップと、
前記第1及び第2のゲート電極材にパターニングを行うことにより、前記第1の領域に第1のゲート電極を形成すると共に、前記第2の領域に第2のゲート電極を形成するステップと
を備えることを特徴とする。
本発明は、微細な回路パターンを形成することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(1)第1の実施の形態
図1〜図9に、本発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す。なお、図1(a)〜図9(a)は、半導体基板10上のプレーナ型MOSFET領域(すなわち第2の領域)20にプレーナ型MOSFETを形成する場合を示し、図1(b)〜図9(b)は、半導体基板10上のFinFET領域(すなわち第1の領域)30にFinFETを形成する場合を示す。
図1(a)及び(b)に示すように、半導体基板10上にシリコン酸化(SiO)膜40を2nm程度形成した後、例えばシリコン窒化(SiN)膜からなるマスク材50を100nm程度堆積する。なお、マスク材50としては、シリコン窒化(SiN)膜に限らず、例えばシリコン酸化膜などの他の絶縁膜を用いることも可能である。
リソグラフィ及びRIEによって、マスク材50及びシリコン酸化膜40に順次パターニングを行う。さらにマスク材50をマスクとして、半導体基板10にエッチングを行うことにより、半導体基板10の表面からの深さが200nm程度の素子分離溝60を形成すると共に、プレーナ型MOSFET領域20には凸部10Aを形成し、FinFET領域30にはフィン10Bを形成する。
高密度プラズマ(High Density Plasma:HDP)CVD法を用いて、素子分離溝60を埋め込むように、半導体基板10及びマスク材50の全面に、例えばシリコン酸化膜からなる素子分離絶縁膜70を堆積する。マスク材50をストッパとして、CMP法によって素子分離絶縁膜70を平坦化することにより、マスク材50の上面を露出させる。
図2(a)及び(b)に示すように、マスク材50及び素子分離絶縁膜70上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行うことにより、半導体基板10のうちFinFET領域30が開口するパターンを有するレジストマスク80を形成し、プレーナ型MOSFET領域20をレジストマスク80で覆う。
マスク材50及びレジストマスク80をマスクとして、RIEによって、FinFET領域30に形成された素子分離絶縁膜70にエッチングを行うことにより、素子分離絶縁膜70の膜厚を100nm程度にする。なお、RIEではなく、フッ酸(HF)を用いたウエットエッチングを行っても良い。
図3(a)及び(b)に示すように、レジストマスク80を除去した後、さらにマスク材50及び素子分離絶縁膜70上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行うことにより、半導体基板10のうちプレーナ型MOSFET領域20が開口するパターンを有するレジストマスク90を形成し、FinFET領域30をレジストマスク90で覆う。
レジストマスク90をマスクとして、RIEによって、プレーナ型MOSFET領域20に形成されたマスク材50を除去した後、さらにフッ酸(HF)を用いたウエットエッチングによって、プレーナ型MOSFET20に形成されたシリコン酸化膜40を除去する。
その際、素子分離絶縁膜70の高さが、半導体基板10のうち、プレーナ型MOSFET領域20の凸部10Aの表面を基準として70nm程度になるように、プロセス条件を調整した上でエッチングを行う。これにより、素子分離絶縁膜70の表面部分にエッチングが行われることを抑制し、素子分離絶縁膜70及びマスク材50それぞれの上面の高さを略同一にすることができる。
図4(a)及び(b)に示すように、レジストマスク90を除去した後、半導体基板10のうち、プレーナ型MOSFET領域20の凸部10Aの表面上に、例えばシリコン酸窒化(SiON)膜からなるゲート絶縁膜100Aを1nm程度形成する。
これと共に、FinFET領域30のフィン10Bの対向する一組の両側面に、それぞれ例えばシリコン酸窒化(SiON)膜からなるゲート絶縁膜100B及び100Cを1nm程度形成する。
図5(a)及び(b)に示すように、CVD法などによって、1層目として、例えばポリシリコンからなるゲート電極材110を300nm程度堆積する。図6(a)及び(b)に示すように、プレーナ型MOSFET領域20の素子分離絶縁膜70と、FinFET領域30のマスク材50とをストッパとして、CMP法によって、ゲート電極材110を平坦化する。この場合、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材110を平坦化することができる。
図7(a)及び(b)に示すように、CVD法などによって、2層目として、例えばポリシリコンからなるゲート電極材120を堆積する。図8(a)及び(b)に示すように、リソグラフィ及びRIEによって、ゲート電極材110及び120にパターニングを行うことにより、ゲートパターンを形成する。
なお、この場合、いわゆるサイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスを用いてゲートパターンを形成しても良い。このサイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスとは、まずゲート電極材120上にダミーパターンを形成し、当該ダミーパターンの側面に側壁絶縁膜(サイドウォール)を形成する。そして、ダミーパターンを除去した後、側壁絶縁膜をマスクとして、ゲート電極材110及び120にパターニングを行うことにより、ゲートパターンを形成する方法である。
その後、ゲート電極材110及び120からなるゲート電極の側面に側壁絶縁膜(図示せず)を形成する。図9(a)及び(b)に示すように、イオン注入によって、半導体基板10のうち、プレーナ型MOSFET領域20の凸部10Aの表面部分に、ソース領域130及びドレイン領域(図示せず)を形成し、FinFET領域30のフィン10Bに、ソース領域140及びドレイン領域(図示せず)を形成する。なお、FinFET領域30のフィン10Bへのイオン注入には、斜めイオン注入法やプラズマドーピング法を使用すれば良い。
そして、シリサイド膜(図示せず)を形成した後、図示しない層間絶縁膜及びコンタクトプラグを順次形成して配線を行うことにより、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を形成する。
このように本実施の形態によれば、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を簡易なプロセスで製造することができる。特に、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材120の表面を平坦化することができ、これにより微細なゲートパターンを形成することができる。
すなわち、ゲート電極材120の表面を平坦化することができれば、リソグラフィのDOP(Depth of Focus:焦点深度)に対する要求を緩和することができ、よって解像度(形成することが可能な最小線幅)を向上させて、微細なゲートパターンを形成することができる。
また、ゲート電極材120の表面を平坦化することができれば、サイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスを用いることができる。このサイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスによれば、リソグラフィによっては形成することができない程度の狭い幅すなわち微細で、かつLER(Line Edge Roughness)すなわち凹凸が小さい(幅のばらつきが小さい均一な)ゲートパターンを形成することができる。
なお、CMP法によって素子分離絶縁膜70を平坦化し、素子分離絶縁膜70及びマスク材50それぞれの上面の高さを略同一にしたこと(図1)、CMP法によってゲート電極材110を平坦化したこと(図6)、及びゲート電極を2層構造にしたことにより、プレーナ型MOSFET領域20のゲート電極材110及び120の基板深さ方向における厚さと、FinFET領域30(特にフィン10Bの両側面の近傍付近)のゲート電極材110及び120の基板深さ方向における厚さとの差は、素子分離絶縁膜70の上面がマスク材50の上面の高さより低く、かつゲート電極を平坦化しない場合と比較して小さい。
これにより、FinFET領域30のゲート電極材110及び120にパターニングを行う際、プレーナ型MOSFET領域20のゲート絶縁膜100Aにオーバーエッチングを行う時間を短縮することができる。従って、ゲート絶縁膜100Aに対するオーバーエッチング量を低減することができ、当該ゲート絶縁膜100Aの信頼性を向上させることができる。
(2)第2の実施の形態
図10〜図12に、本発明の第2の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す。なお、第1の実施の形態の図1〜図9における工程は、第2の実施の形態と同一であるため、説明を省略する。
但し、本実施の形態の場合、ゲート電極材110及び120からなるゲート電極は、後に除去されるダミーゲート電極であり、また同様に、ゲート絶縁膜100A〜100Cも、後に除去されるダミーゲート絶縁膜であり、これらの点について、第1の実施の形態と相違する。
図10(a)及び(b)に示すように、高密度プラズマCVD法を用いて、例えばシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜150を堆積した後、CMP法によってこの層間絶縁膜150を平坦化することにより、ゲート電極材120の上面を露出させる。
図11(a)及び(b)に示すように、RIEによって、ゲート電極材110及び120からなるダミーゲート電極を除去する。なお、この場合、RIEではなく、ウエットエッチングやCDE(Chemical Dry Etching)を用いても良い。
図12(a)及び(b)に示すように、ダミーゲート絶縁膜であるゲート絶縁膜100A〜100Cを除去した後、例えば高誘電率膜からなるゲート絶縁膜160A〜160Cを形成する。続いて、CVD法などによって、金属からなるメタルゲート電極材170を全面に堆積した後、層間絶縁膜150をストッパとして、CMP法によって、メタルゲート電極材170を平坦化することにより、メタルゲート電極を形成する。
これ以降、第1の実施の形態と同一の工程を実行することにより、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を製造する。
このように本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を簡易なプロセスで製造することができる。特に、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材120の表面を平坦化することができ、これにより微細なゲートパターンを形成することができる。
また、第1の実施の形態と同様に、ダミーゲート絶縁膜であるゲート絶縁膜100Aに対するオーバーエッチング量を低減することができ、これにより半導体基板10の凸部10Aにオーバーエッチングを行うことを防止することができる。
さらに、上述したように、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ダミーゲート電極であるゲート電極材120の表面を平坦化することができるため、本実施の形態のように、いわゆるダマシンプロセスを行うことが可能になる。
さらに、本実施の形態によれば、高い温度の熱処理工程を行って、ソース領域130及び140並びにドレイン領域(図示せず)を形成した後に、メタルゲート電極材170からなるメタルゲート電極を形成することができ、これによりゲート絶縁膜160A〜160Cの耐圧や信頼性を向上させることができる。
さらに、メタルゲート電極材170の仕事関数(電子を外側に取り出すのに必要な最小エネルギー)を変化させれば、ゲート閾値電圧を調整することができる。
なお上述の第2の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えばダミーゲート電極であるゲート電極材110及び120の全てをメタルゲート電極材170に置き換えるのではなく、ゲート電極材110及び120の一部のみをメタルゲート電極材170に置き換えても良い。具体的には、FinFET領域30のゲート電極材110及び120のみをメタルゲート電極材170に置き換え、プレーナ型MOSFET20のゲート電極材110及び120は置き換えなくても良い。
(3)第3の実施の形態
図13に、本発明の第3の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す。なお、第1の実施の形態の図1〜図9における工程と、第2の実施の形態の図10における工程は、第3の実施の形態と同一であるため、説明を省略する。
図13(a)及び(b)に示すように、例えばポリシリコンからなるゲート電極材120及び層間絶縁膜150の全面に、例えばニッケルなどのシリサイド材料を堆積する。そして、熱処理工程を行って、ゲート電極材110及び120とシリサイド材料とを完全に反応させてシリサイド化した後、未反応のシリサイド材料をウエットエッチングによって除去することにより、フルシリサイドゲート電極180を形成する。
これ以降、第1の実施の形態と同一の工程を実行することにより、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を製造する。
このように本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を簡易なプロセスで製造することができる。特に、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材120の表面を平坦化することができ、これにより微細なゲートパターンを形成することができる。
また、第1の実施の形態と同様に、ゲート絶縁膜100Aに対するオーバーエッチング量を低減することができ、当該ゲート絶縁膜100Aの信頼性を向上させることができる。
さらに、上述したように、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ダミーゲート電極であるゲート電極材120の表面を平坦化することができるため、本実施の形態のように、いわゆるFUSI(フルシリサイデーション)プロセスを行うことが可能になる。
さらに、本実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様に、高い温度の熱処理工程を行って、ソース領域130及び140並びにドレイン領域(図示せず)を形成した後に、メタルゲート電極材170からなるフルシリサイドゲート電極180を形成することができ、これによりゲート絶縁膜100A〜100Cの耐圧や信頼性を向上させることができる。
さらに、第2の実施の形態と同様に、ゲート電極材110及び120をシリサイド化する前に、予め当該ゲート電極材110及び120にイオン注入を行うと、フルシリサイドゲート電極180の仕事関数を変化させることができ、これによりゲート閾値電圧を調整することができる。
なお上述の第3の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えばゲート電極材110及び120の全てをシリサイド化するのではなく、ゲート電極材110及び120の一部のみをシリサイド化しても良い。具体的には、プレーナ型MOSFET領域20のゲート電極材120上に堆積されたシリサイド材料を除去した上で、シリサイド化することにより、FinFET領域30のゲート電極材110及び120のみをシリサイド化し、プレーナ型MOSFET20のゲート電極材110及び120はシリサイド化しなくても良い。
(4)第4の実施の形態
図14〜図15に、本発明の第4の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す。なお、第1の実施の形態の図1〜図4における工程は、第4の実施の形態と同一であるため、説明を省略する。
但し、本実施の形態の場合、図14(a)及び(b)に示すように、FinFET領域30の周辺に位置する素子分離領域190に、実際にはFinFETとして使用しないダミーフィン200A〜200Cが複数形成されており、この点について、第1の実施の形態と相違する。なお、ダミーフィン200A〜200Cの形状や寸法は、高さを除き、FinFET領域30に形成されるフィン10Bと同一である必要はない。
この場合、CVD法などによって、例えばポリシリコンからなるゲート電極材110を300nm程度堆積する。図15(a)及び(b)に示すように、プレーナ型MOSFET領域20の素子分離絶縁膜70と、FinFET領域30のマスク材50と、素子分離領域190のマスク材210A〜210Cとをストッパとして、CMP法によって、ゲート電極材110を平坦化する。
このように、複数のダミーフィン200A〜200Cをストッパとして別途設けることにより、CMP法による平坦化処理を容易に行うことができる。
これ以降、第1の実施の形態の図7〜図9における工程と同一の工程を実行することにより、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を製造する。
このように本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を簡易なプロセスで製造することができる。特に、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材120の表面を平坦化することができ、これにより微細なゲートパターンを形成することができる。
また、第1の実施の形態と同様に、ゲート絶縁膜100Aに対するオーバーエッチング量を低減することができ、当該ゲート絶縁膜100Aの信頼性を向上させることができる。
(5)第5の実施の形態
図16〜図24に、本発明の第5の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す。なお、第1の実施の形態の図1及び図2における工程は、第5の実施の形態と同一であるため、説明を省略する。
なお、第1〜第4の実施の形態は、プレーナ型MOSFETのゲート絶縁膜と、FinFETのゲート絶縁膜とを同時に(すなわち同一工程で)形成するのに対して、第5〜第8の実施の形態は、プレーナ型MOSFETのゲート絶縁膜と、FinFETのゲート絶縁膜とを別々に(すなわち別工程で)形成する。
図16(a)及び(b)に示すように、レジスト80を除去した後、FinFET領域30のフィン10Bの4つの側面における対向する一組の両側面に、それぞれ例えばシリコン酸窒化(SiON)膜からなるゲート絶縁膜220A及び220Bを1.2nm程度形成する。
図17(a)及び(b)に示すように、CVD法などによって、1層目として、例えばポリシリコンからなるゲート電極材230を300nm程度堆積する。図18(a)及び(b)に示すように、プレーナ型MOSFET領域20のマスク材50及び素子分離絶縁膜70と、FinFET領域30のマスク材50とをストッパとして、CMP法によって、ゲート電極材230を平坦化する。
図19(a)及び(b)に示すように、マスク材50、素子分離絶縁膜70及びゲート電極材230上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行うことにより、半導体基板10のうちプレーナ型MOSFET領域20が開口するパターンを有するレジストマスク240を形成し、FinFET領域30をレジストマスク240で覆う。
レジストマスク240をマスクとして、RIEによって、プレーナ型MOSFET領域20に形成されたマスク材50を除去した後、さらにフッ酸(HF)を用いたウエットエッチングによって、プレーナ型MOSFET20に形成されたシリコン酸化膜40を除去する。
図20(a)及び(b)に示すように、レジストマスク240を除去した後、半導体基板10のうち、プレーナ型MOSFET領域20の凸部10Aの表面上に、例えばシリコン酸窒化(SiON)膜からなるゲート絶縁膜250を1nm程度形成する。なお、その際、FinFET領域30のゲート電極材230及びマスク材50上にも、ゲート絶縁膜250が形成される。
図21(a)及び(b)に示すように、素子分離絶縁膜70及びゲート絶縁膜250上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行うことにより、半導体基板10のうちFinFET領域30が開口するパターンを有するレジストマスク260を形成し、プレーナ型MOSFET領域20をレジストマスク260で覆う。レジストマスク260をマスクとして、RIE又はフッ酸(HF)を用いたウエットエッチングによって、FinFET領域30に形成されたゲート絶縁膜250を除去する。
図22(a)及び(b)に示すように、レジストマスク260を除去した後、CVD法などによって、2層目として、例えばポリシリコンからなるゲート電極材270を堆積する。図23(a)及び(b)に示すように、CMP法によって、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材270を平坦化する。
図24(a)及び(b)に示すように、ゲート電極材270上にマスク材280を70nm程度堆積した後、リソグラフィ及びRIEによって、マスク材280並びにゲート電極材230及び270に順次パターニングを行うことにより、ゲートパターンを形成する。なお、この場合、いわゆるサイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスを用いてゲートパターンを形成しても良い。
これ以降、第1の実施の形態の図9における工程と同一の工程を実行することにより、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を製造する。
このように本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を簡易なプロセスで製造することができる。特に、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材270の表面を平坦化することができ、これにより微細なゲートパターンを形成することができる。
また、本実施の形態によれば、プレーナ型MOSFETのゲート絶縁膜250と、FinFETのゲート絶縁膜220A及び220Bとを別々に(すなわち別工程で)形成することができる。これにより、それぞれのゲート絶縁膜に最適な材料やプロセス条件を適用することができ、従ってプレーナ型MOSFET及びFinFETを高性能化することが可能となる。
(6)第6の実施の形態
図25〜図28に、本発明の第6の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す。なお、第1の実施の形態の図1及び図2における工程と、第5の実施の形態の図16〜図20における工程は、第6の実施の形態と同一であるため、説明を省略する。
図25(a)及び(b)に示すように、半導体基板10のうち、プレーナ型MOSFET領域20のゲート絶縁膜250及び素子分離絶縁膜70上に、2層目として、例えばポリシリコンからなるゲート電極材290を堆積する。
なお、その際、FinFET領域30のゲート絶縁膜250上にも、ゲート電極材290が堆積される。すなわち、本実施の形態の場合、FinFET領域30のゲート電極材230及びマスク材50上に、プレーナ型MOSFET形成用のゲート絶縁膜250及びゲート電極材290が形成される。
図26(a)及び(b)に示すように、ゲート電極材290上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行うことにより、半導体基板10のうちFinFET領域30が開口するパターンを有するレジストマスク300を形成し、プレーナ型MOSFET領域20をレジストマスク300で覆う。レジストマスク300をマスクとして、RIEによって、FinFET領域30に形成されたゲート絶縁膜250及びゲート電極材290を除去する。なお、ゲート絶縁膜250の除去は、RIEではなく、フッ酸(HF)を用いたウエットエッチングによって行っても良い。
図27(a)及び(b)に示すように、過酸化水素水と硫酸の混合液(SH)を用いた処理によって、レジストマスク300を除去するが、その際、プレーナ型MOSFET領域20のゲート電極材290と、FinFET領域30のゲート電極材230との上面に、図示しない薄い酸化膜からなる絶縁膜が形成される。フッ酸(HF)を用いて、プレーナ型MOSFET領域20のゲート電極材290と、FinFET領域30のゲート電極材230との上面を処理することにより、かかる絶縁膜を除去する。
そして、CVD法などによって、3層目として、例えばポリシリコンからなるゲート電極材310を全面に70nm程度堆積し、必要に応じて、CMP法によって当該ゲート電極材310を平坦化する。
図28(a)及び(b)に示すように、ゲート電極材310上にマスク材320を70nm程度堆積した後、リソグラフィ及びRIEによって、マスク材320、ゲート電極材230、290及び310に順次パターニングを行うことにより、ゲートパターンを形成する。なお、この場合、いわゆるサイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスを用いてゲートパターンを形成しても良い。
これ以降、第1の実施の形態の図9における工程と同一の工程を実行することにより、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を製造する。
このように本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を簡易なプロセスで製造することができる。特に、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材310の表面を平坦化することができ、これにより微細なゲートパターンを形成することができる。
また、第5の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETのゲート絶縁膜250と、FinFETのゲート絶縁膜220A及び220Bとを別々に(すなわち別工程で)形成することができる。これにより、それぞれのゲート絶縁膜に最適な材料やプロセス条件を適用することができ、従ってプレーナ型MOSFET及びFinFETを高性能化することが可能となる。
さらに、本実施の形態によれば、レジストマスク300を除去する際に、プレーナ型MOSFET領域20のゲート電極材290と、FinFET領域30のゲート電極材230との上面に形成された絶縁膜を、ゲート電極材310を堆積する前に除去する。
これにより、プレーナ型MOSFET領域20におけるゲート電極材290及び310の間と、FinFET領域30におけるゲート電極材230及び310の間とに、界面絶縁膜は形成されない。
従って、ゲート電極材310にドーピングされた不純物を、下層のゲート電極材230及び290に十分拡散させることができ、またゲート電極材230、290及び310にエッチングを行う際、界面絶縁膜によってエッチングが停止することを防止することができ、さらに例えばFUSIプロセスにおいて、ゲート電極材230、290及び310の全てをシリサイド化する際、界面絶縁膜によってシリサイド反応が停止することを防止することができる。
(7)第7の実施の形態
図29〜図34に、本発明の第7の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す。なお、第1の実施の形態の図1及び図2における工程と、第5の実施の形態の図16〜図18における工程は、第7の実施の形態と同一であるため、説明を省略する。
図29(a)及び(b)に示すように、CMP法によってゲート電極材230を平坦化する際、FinFET領域30のゲート電極材230の上面に、図示しない薄い酸化膜からなる絶縁膜が形成される。フッ酸(HF)を用いて、FinFET領域30のゲート電極材230の上面を処理することにより、かかる絶縁膜を除去する。
半導体基板10のうち、FinFET領域30のゲート電極材230及びマスク材50上に、2層目として、例えばポリシリコンからなるゲート電極材330を70nm程度堆積する。なお、その際、プレーナ型MOSFET領域20のマスク材50及び素子分離絶縁膜70上にも、ゲート電極材330が堆積される。
図30(a)及び(b)に示すように、ゲート電極材330上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行うことにより、半導体基板10のうちプレーナ型MOSFET領域20が開口するパターンを有するレジストマスク340を形成し、FinFET領域30をレジストマスク340で覆う。レジストマスク340をマスクとして、RIEによって、プレーナ型MOSFET領域20に堆積されたゲート電極材330を除去する。
図31(a)及び(b)に示すように、レジストマスク340を除去した後、リン酸を加熱したホットリン酸を用いて、プレーナ型MOSFET領域20に形成されたマスク材50を除去した後、さらにフッ酸(HF)を用いたウエットエッチングによって、プレーナ型MOSFET20に形成されたシリコン酸化膜40を除去する。
続いて、半導体基板10のうち、プレーナ型MOSFET領域20の凸部10Aの表面上に、例えば窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)膜からなるゲート絶縁膜350を1nm程度形成する。なお、その際、FinFET領域30のゲート電極材330上にも、ゲート絶縁膜350が形成される。
図32(a)及び(b)に示すように、半導体基板10のうち、プレーナ型MOSFET領域20のゲート絶縁膜350及び素子分離絶縁膜70上に、3層目として、例えばポリシリコンからなるゲート電極材360を堆積する。
なお、その際、FinFET領域30のゲート絶縁膜350上にも、ゲート電極材360が堆積される。すなわち、本実施の形態の場合、FinFET領域30のゲート電極材330上に、プレーナ型MOSFET形成用のゲート絶縁膜350及びゲート電極材360が形成される。
図33(a)及び(b)に示すように、ゲート電極材360上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行うことにより、半導体基板10のうちFinFET領域30が開口するパターンを有するレジストマスク370を形成し、プレーナ型MOSFET領域20をレジストマスク370で覆う。レジストマスク370をマスクとして、RIEによって、FinFET領域30に形成されたゲート絶縁膜350及びゲート電極材360を除去する。なお、ゲート絶縁膜350の除去は、RIEではなく、フッ酸(HF)を用いたウエットエッチングによって行っても良い。
図34(a)及び(b)に示すように、レジストマスク370を除去した後、必要に応じて、CMP法によってゲート電極材360を平坦化する(図示せず)。ゲート電極材360上にマスク材380を70nm程度堆積した後、リソグラフィ及びRIEによって、マスク材380、ゲート電極材230、330及び360に順次パターニングを行うことにより、ゲートパターンを形成する。なお、この場合、いわゆるサイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスを用いてゲートパターンを形成しても良い。
これ以降、第1の実施の形態の図9における工程と同一の工程を実行することにより、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を製造する。
このように本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を簡易なプロセスで製造することができる。特に、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材330及び360の表面を平坦化することができ、これにより微細なゲートパターンを形成することができる。
また、第5の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETのゲート絶縁膜350と、FinFETのゲート絶縁膜220A及び220Bとを別々に(すなわち別工程で)形成することができる。これにより、それぞれのゲート絶縁膜に最適な材料やプロセス条件を適用することができ、従ってプレーナ型MOSFET及びFinFETを高性能化することが可能となる。
さらに、本実施の形態によれば、CMP法によってゲート電極材230を平坦化する際に、FinFET領域30のゲート電極材230の上面に形成された絶縁膜を、ゲート電極材330を堆積する前に除去する。これにより、FinFET領域30におけるゲート電極材230及び330の間に、界面絶縁膜は形成されない。
従って、第6の実施の形態と同様に、ゲート電極材330にドーピングされた不純物を、下層のゲート電極材230に十分拡散させることができ、またゲート電極材230及び330にエッチングを行う際、界面絶縁膜によってエッチングが停止することを防止することができ、さらに例えばFUSIプロセスにおいて、ゲート電極材230及び330の全てをシリサイド化する際、界面絶縁膜によってシリサイド反応が停止することを防止することができる。
さらに、本実施の形態によれば、プレーナ型MOSFET領域20に形成されたマスク材50を除去する際(図31(a)及び(b))、FinFET領域30にレジスト340が形成されていないため、ホットリン酸を使用することができ、これにより下層のシリコン酸化膜40を除去することなく、容易にマスク材50のみを除去することができる。
(8)第8の実施の形態
図35〜図36に、本発明の第8の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す。なお、第1の実施の形態の図1及び図2における工程と、第5の実施の形態の図16〜図18における工程は、第8の実施の形態と同一であるため、説明を省略する。
図35(a)及び(b)に示すように、CMP法によってゲート電極材230を平坦化する際、FinFET領域30のゲート電極材230の上面に、図示しない薄い酸化膜からなる絶縁膜が形成される。フッ酸(HF)を用いて、FinFET領域30のゲート電極材230の上面を処理することにより、かかる絶縁膜を除去する。
選択堆積技術又は選択エピタキシャル成長技術によって、半導体基板10のうち、FinFET領域30のゲート電極材230及びマスク材50上のみに、2層目として、例えばポリシリコンからなるゲート電極材390を70nm程度堆積する。その際、プレーナ型MOSFET領域20のマスク材50及び素子分離絶縁膜70上には、ゲート電極材390は堆積されない。なお、フィン10Bの幅は細く、また選択エピタキシャル成長技術によって形成される膜は、横方向にも成長することにより、ゲート電極材390は、左右方向から成長してマスク材50上付近でつながる。
図36(a)及び(b)に示すように、リン酸を加熱したホットリン酸を用いて、プレーナ型MOSFET領域20に形成されたマスク材50を除去する。
これ以降、第7の実施の形態の図31〜図34における工程、及び第1の実施の形態の図9における工程と同一の工程を実行することにより、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を製造する。
このように本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を簡易なプロセスで製造することができる。特に、プレーナ型MOSFET領域20及びFinFET領域30の全面にわたって、ゲート電極材360及び390の表面を平坦化することができ、これにより微細なゲートパターンを形成することができる。
また、第5の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFETのゲート絶縁膜350と、FinFETのゲート絶縁膜220A及び220Bとを別々に(すなわち別工程で)形成することができる。これにより、それぞれのゲート絶縁膜に最適な材料やプロセス条件を適用することができ、従ってプレーナ型MOSFET及びFinFETを高性能化することが可能となる。
さらに、本実施の形態によれば、CMP法によってゲート電極材230を平坦化する際に、FinFET領域30のゲート電極材230の上面に形成された絶縁膜を、ゲート電極材390を堆積する前に除去する。これにより、FinFET領域30におけるゲート電極材230及び390の間に、界面絶縁膜は形成されない。
従って、第6の実施の形態と同様に、ゲート電極材390にドーピングされた不純物を、下層のゲート電極材230に十分拡散させることができ、またゲート電極材230及び390にエッチングを行う際、界面絶縁膜によってエッチングが停止することを防止することができ、さらに例えばFUSIプロセスにおいて、ゲート電極材230及び390の全てをシリサイド化する際、界面絶縁膜によってシリサイド反応が停止することを防止することができる。
さらに、第7の実施の形態と同様に、プレーナ型MOSFET領域20に形成されたマスク材50を除去する際(図36(a)及び(b))、FinFET領域30にレジストが形成されていないため、ホットリン酸を使用することができ、これにより下層のシリコン酸化膜40を除去することなく、容易にマスク材50のみを除去することができる。
なお上述の第5〜第8の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば第2の実施の形態のようにダマシンプロセスを行うことにより、ゲートパターンに形成されたゲート電極材をメタルゲート電極材に置き換えても良く、また第3の実施の形態のようにFUSIプロセスを行うことにより、ゲートパターンに形成されたゲート電極材をシリサイド化しても良い。
(9)第9の実施の形態
図37〜図47に、本発明の第9の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す。本実施の形態の場合、半導体基板上に埋め込み絶縁膜及び半導体層が積層されたSOI(Silicon on Insulator)基板を用意し、当該SOI基板上にプレーナ型MOSFET及びFinFETを形成する。ここでは、第8の実施の形態と同様の工程をSOI基板上で実行する。
図37(a)及び(b)に示すように、半導体基板400上に埋め込み絶縁膜410及び半導体層420が積層されたSOI基板を用意する。半導体層420上にシリコン酸化(SiO)膜40を2nm程度形成した後、例えばシリコン窒化(SiN)膜からなるマスク材50を100nm程度堆積する。
リソグラフィ及びRIEによって、マスク材50及びシリコン酸化膜40に順次パターニングを行う。さらにマスク材50をマスクとして、半導体層420にエッチングを行うことにより、埋め込み絶縁膜410の上面を露出させる。
高密度プラズマCVD法を用いて、埋め込み絶縁膜410及びマスク材50の全面に、例えばシリコン酸化膜からなる素子分離絶縁膜70を堆積する。マスク材50をストッパとして、CMP法によって素子分離絶縁膜70を平坦化することにより、マスク材50の上面を露出させる。
図38(a)及び(b)に示すように、マスク材50及び素子分離絶縁膜70上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行うことにより、半導体基板10のうちFinFET領域30が開口するパターンを有するレジストマスク80を形成し、プレーナ型MOSFET領域20をレジストマスク80で覆う。
マスク材50及びレジストマスク80をマスクとして、RIEによって、FinFET領域30に形成された素子分離絶縁膜70にエッチングを行うことにより、FinFET30の埋め込み絶縁膜410の上面を露出させる。
これ以降、第5の実施の形態の図16〜図18における工程と、第8の実施の形態における図35及び図36の工程と、第7の実施の形態の図31〜図34における工程と同一の工程である、図39〜図47における工程、及び第1の実施の形態の図9における工程と同一の工程を実行することにより、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載した半導体装置を製造する。
このように本実施の形態によれば、上述した第8の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお上述の第9の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば第8の実施の形態と同様の工程をSOI基板上で実行するのではなく、第1〜第7の実施の形態のいずれかの実施の形態と同様の工程をSOI基板上で実行しても良い。
(10)第10の実施の形態
第1〜第9の実施の形態では、プレーナ型MOSFETとFinFETとを混載する半導体装置を製造する際における、微細なゲートパターンの形成方法について説明したが、第10の実施の形態では、FinFETにおける微細なフィンの形成方法について説明する。
図48〜図50に、本発明の第10の実施の形態によるFinFETのフィン形成方法を示す。なお、図48〜図50は、各工程別素子を上方から視認した場合の平面図を示す。
図48に示すように、表面の面方位(すなわち結晶方向)が(110)である半導体基板430上にレジストを塗布し、電子ビーム描画技術によって、電子ビームの照射及び現像を行うことにより、レジスト440A及び440Bからなるレジストマスク440を形成する。なお、(110)は、表面の面方位を3次元ベクトルによって表したものである。
このレジストマスク440は、フィン形成領域450の幅R10より広い幅を有するレジスト440A及び440Bが、フィン形成領域450を覆うように、図中矢印a10に示す<112>の方向(後に形成されるフィンの長さ方向)に沿って形成され、かつ<112>の方向と直交する方向にずれたように形成されたパターンを有する。なお、<112>は3次元ベクトルを示す。
図49に示すように、レジストマスク440をマスクとして、例えばTMAH(テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド)を用いたウエットエッチングによって、半導体基板430にエッチングを行う。
このTMAHを用いたウエットエッチングは、面方位によってエッチング速度が異なる面方位依存性を有する。例えば面方位が(111)である(111)面P10に対するエッチング速度は遅い。
従って、この場合、半導体基板430の深さ方向にエッチングが進行し、半導体基板10上に凸部460が形成されると共に、レジストマスク440の下側に位置する凸部460のうち、フィン形成領域450を除く領域に対して、図中矢印a20及びa30に示す方向にエッチングが進行する。これにより、図50に示すように、面方位が(111)である側面P10を有する微細なフィン470が半導体基板10上に形成される。
このように本実施の形態によれば、リソグラフィによっては形成することができない程度の狭い幅すなわち微細で、かつLERすなわち凹凸が小さい(幅のばらつきが小さい均一な)フィン470を形成することができ、またフィン470の形状をテーパ形状でなく矩形にすることができる。
(11)第11の実施の形態
図51〜図56に、本発明の第11の実施の形態によるFinFETの製造方法を示す。本実施の形態では、第10の実施の形態によるフィンの形成方法を用いて、複数のフィンを有するFinFETを製造する方法について説明する。
なお、図51(a)〜図56(a)は、各工程別素子を上方から視認した場合の平面図を示し、図51(b)〜図56(b)は、各工程別素子を、図51(a)に示すA−A線に沿って切断した場合の縦断面図を示す。
図51(a)及び(b)に示すように、半導体基板(図示せず)上に埋め込み絶縁膜480及び半導体層490が積層され、表面の面方位が(110)であるSOI基板500を用意し、CVD法などによって、半導体層490上に例えばシリコン窒化(SiN)膜からなるマスク材510を70nm程度堆積する。
このマスク材510上にレジストを塗布し、電子ビーム描画技術によって、電子ビームの照射及び現像を行うことにより、レジストマスク520を形成する。このレジストマスク520は、フィン形成領域には、第10の実施の形態と同様に、フィン幅より広い幅を有するレジスト520B及び520Cがずれたように形成され、さらにソース/ドレイン形成領域にはレジスト520A及び520Dが形成されたパターンを有する。
図52(a)及び(b)に示すように、レジストマスク520をマスクとして、RIEによって、マスク材510にエッチングを行った後、図53(a)及び(b)に示すように、レジストマスク520を除去することにより、マスク材510からなるハードマスクを形成する。
図54(a)及び(b)に示すように、第10の実施の形態と同様に、マスク材510をマスクとして、例えばTMAH(テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド)を用いた、面方位依存性を有するウエットエッチングによって、半導体層490にエッチングを行うことにより、側面の面方位が(111)であるフィン490Bを形成する。
すなわち、図54(c)に示すように、マスク材510B及び510Cの下側に位置する半導体層490のうち、フィン形成領域を除く領域に対してエッチングを行うことにより、側面の凹凸が小さいフィン490Bを形成する。なお、この場合、マスク材510B及び510Cが重なる部分の幅R20が、フィン490Bの幅と等しくなるように、プロセス条件を調整する。その後、図55(a)及び(b)に示すように、マスク材510を除去する。
図56(a)及び(b)に示すように、フィン490Bの側面及び上面に、例えば窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)膜からなるゲート絶縁膜(図示せず)を形成した後、ゲート電極530を形成する。
イオン注入によって、半導体層490A及び490Cにソース領域560及びドレイン領域570を形成した後、ゲート電極530の側面に側壁絶縁膜(図示せず)を形成する。ゲート電極530、ソース領域560及びドレイン領域570の表面部分にシリサイド膜(図示せず)を形成する。なお、イオン注入には、斜めイオン注入法やプラズマドーピング法を使用すれば良い。またゲート電極530の全てをシリサイド化しても良い。
その後、層間絶縁膜580及びコンタクトプラグ590を順次形成して配線を行うことにより、FinFETを製造する。
このように本実施の形態によれば、リソグラフィによっては形成することができない程度の狭い幅すなわち微細で、かつLERすなわち凹凸が小さい(幅のばらつきが小さい均一な)フィン490Bを形成することができ、またフィン490Bの形状をテーパ形状でなく矩形にすることができる。さらに本実施の形態によれば、ゲート閾値電圧のばらつきを低減することができる。
(12)第12の実施の形態
図57〜図65に、本発明の第12の実施の形態によるFinFETの製造方法を示す。本実施の形態では、第11の実施の形態のように、電子ビーム描画技術を用いてマスクパターンを形成するのではなく、上述したサイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスを用いてマスクパターンを形成し、その後は、第11の実施の形態と同様に、面方位依存性を有するウエットエッチングを用いてフィンを形成することにより、複数のフィンを有するFinFETを製造する。
なお、図57(a)〜図65(a)は、各工程別素子を上方から視認した場合の平面図を示し、図57(b)〜図65(b)は、各工程別素子を、図58(a)に示すA−A線に沿って切断した場合の縦断面図を示す。
図57(a)及び(b)に示すように、半導体基板(図示せず)上に埋め込み絶縁膜600及び半導体層610が積層され、表面の面方位が(110)であるSOI基板620を用意し、CVD法などによって、半導体層610上に例えばシリコン窒化(SiN)膜からなるマスク材630を70nm程度堆積する。
図58(a)及び(b)に示すように、マスク材630上にアモルファス(非結晶)シリコン膜を100nm程度堆積し、リソグラフィ及びRIEによって、アモルファスシリコン膜にパターニングを行うことにより、後に除去するダミーのアモルファスシリコン膜640を形成する。
CVD法によって、例えばTEOS(Tetraethoxysilane)膜からなる絶縁膜を20nm程度堆積した後、RIEによって、アモルファスシリコン膜640の側面に側壁絶縁膜650を形成する。
この場合、図58(c)に示すように、アモルファスシリコン膜640の側面には、2〜4nm程度のLERすなわち凹凸が形成され、これにより側壁絶縁膜650の側面にも、アモルファスシリコン膜640の側面に形成された凹凸に応じた凹凸が形成される。
図59(a)及び(b)に示すように、ウエットエッチング又はRIEによって、アモルファスシリコン膜640を除去する。なお、この場合、図59(c)に示すように、側壁絶縁膜650の側面には、アモルファスシリコン膜640の側面に形成された凹凸に応じた凹凸が形成される。
図60(a)及び(b)に示すように、マスク材630上にフォトレジストを塗布し、露光及び現像を行うことにより、ソース/ドレイン形成領域にレジスト660A及び660Bからなるレジストマスク660を形成する。
図61(a)及び(b)に示すように、側壁絶縁膜650及びレジストマスク660をマスクとして、RIEによって、マスク材630にエッチングを行った後、図62(a)及び(b)に示すように、アッシャー及びウエットエッチングによって、側壁絶縁膜650及びレジストマスク660を除去することにより、マスク材630A〜630Cからなるハードマスクを形成する。なお、この場合、図62(c)に示すように、マスク材630の側面には、側壁絶縁膜650の側面に形成された凹凸に応じた凹凸が形成される。
図63(a)及び(b)に示すように、第10の実施の形態と同様に、マスク材630をマスクとして、例えばTMAH(テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド)を用いた、面方位依存性を有するウエットエッチングによって、半導体層610にエッチングを行うことにより、マスク材630Bの下側には、側面の面方位が(111)であるフィン610Bを形成する。
すなわち、図63(c)及び(d)に示すように、マスク材630Bの下側に位置する半導体層610のうち、フィン形成領域を除く領域に対してエッチングを行うことにより、側面の凹凸が小さいフィン610Bを形成する。なお、この場合、マスク材630Bの幅(すなわち側壁絶縁膜650の堆積厚さ)が、フィン610の幅R30と凹凸の幅R40とを加算した長さと等しくなるように、プロセス条件を調整する。また、アモルファスシリコン膜640の凹凸の幅を測定し、その測定結果に基づいて側壁絶縁膜650の堆積厚さを決定しても良い。
図64(a)及び(b)に示すように、フィン610Bの側面に、例えば窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)膜からなるゲート絶縁膜(図示せず)を形成した後、ゲート電極640を形成する。その後、第11の実施の形態と同様に、図示しないソース領域及びドレイン領域、側壁絶縁膜、シリサイド膜を順次形成する。図65(a)及び(b)に示すように、層間絶縁膜650及びコンタクトプラグ660を順次形成して配線を行うことにより、FinFETを製造する。
このように本実施の形態によれば、第11の実施の形態と同様に、リソグラフィによっては形成することができない程度の狭い幅すなわち微細で、かつLERすなわち凹凸が小さい(幅のばらつきが小さい均一な)フィン610Bを形成することができ、またフィン610Bの形状をテーパ形状でなく矩形にすることができ、さらにゲート閾値電圧のばらつきを低減することができる。
また本実施の形態によれば、電子ビーム描画技術ではなく、サイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスを用いてマスクパターンを形成することにより、短時間にフィン610Bを形成することができ、またフィン610Bの幅を正確に制御することができる。
(13)第13の実施の形態
図66に、キャリアの移動度の面方位依存性を示す。チャネル領域で伝導に寄与するキャリアの移動度(粒子の運動のしやすさの指標)は、チャネル領域が形成される表面の面方位によって異なる面方位依存性を有する。
図66(a)及び(b)のうち、図66(a)に、電子(エレクトロン)の移動度の面方位依存性を示し、図66(b)に、正孔(ホール)の移動度の面方位依存性を示す。これ以降、チャネル領域が形成される表面の面方位が例えば(100)である面を(100)面とする。なお、横軸は電界の強さを示す。
図66(a)に示すように、電子の移動度は、チャネル領域が形成される表面が(100)面である場合に最も高く、次に(111)面、(110)面の順に続く。一方、図66(b)に示すように、正孔の移動度は、チャネル領域が形成される表面が(110)面である場合に最も高く、次に(111)面、(100)面の順に高い。
従って、PMOSFETとNMOSFETとからなるCMOSインバータを製造する際、上面が(110)面であるSOI基板を用意し、PMOSFETを、(110)面にチャネル領域が形成されるプレーナ型MOSFETによって形成し、NMOSFETを、(111)面にチャネル領域が形成されるFinFETによって形成すれば、PMOSFETにおける正孔の移動度を向上させることができる。
ここで図67に、第9の実施の形態と同様の工程を実行することによって形成されたCMOSインバータ700の構成を示し、当該CMOSインバータ700は、PMOSFETであるプレーナ型MOSFET710と、NMOSFETであるFinFET720とからなる。
なお、図67(a)は、COMSインバータ700を上方から視認した場合の平面図を示し、図67(b)は、プレーナ型MOSFET710をA−A線に沿って切断した場合の縦断面図を示し、図67(c)は、FinFET720をA−A線に沿って切断した場合の縦断面図を示す。
プレーナ型MOSFET710は、半導体基板730の表面上に埋め込み絶縁膜740が形成され、当該埋め込み絶縁膜740上には半導体層750が形成されている。半導体層750の中央部付近には、ゲート絶縁膜760を介してゲート電極770が形成されている。
ゲート電極770の下方に位置し、かつ半導体層750の表面付近にはチャネル領域750Aが形成され、当該チャネル領域750Aの両側にはソース領域780及びドレイン領域790が形成されている。
FinFET720は、半導体基板730の表面上に埋め込み絶縁膜740が形成され、当該埋め込み絶縁膜740上には、複数のフィン810を有する半導体層800が形成されている。
なお、FinFET720のフィン810については、第11及び第12の実施の形態のいずれかの実施の形態と同様の工程を実行して形成すれば良い。
すなわち、第11の実施の形態のように、電子ビーム描画技術を用いてマスクパターンを形成した後、面方位依存性を有するウエットエッチングを行ってフィン810を形成しても良く、また第12の実施の形態のように、サイドウォール・パターン・トランスファー・プロセスを用いてマスクパターンを形成した後、面方位依存性を有するウエットエッチングを行ってフィン810を形成しても良い。
半導体層800が有するフィン810の中央部付近における、対向する一組の両側面付近には、チャネル領域810A及び810Bが形成され、半導体層800及びフィン810内において、チャネル領域810A及び810Bの両側にはソース領域840及びドレイン領域850が形成されている。
フィン810のうち、チャネル領域810A及び810B付近の両側面には、ゲート絶縁膜860A及び860Bが形成されると共に、当該フィン810の上面には、マスク材870が形成されている。
フィン810の両側面及び上面には、ゲート絶縁膜860A及び860B並びにマスク材870を介してコ字状のゲート電極770が当該フィン810をまたぐように形成されている。なお、このゲート電極770は、プレーナ型MOSFET710とFinFET720との間で共有されている。
ところで、FinFET720は、縦型ダブルゲート構造を有し、プレーナ型MOSFET710と比較して駆動能力が高いという性質を有する。従って、本実施の形態では、CMOSインバータ700を製造する際、正孔の移動度が最も高い(110)面にチャネル領域750Aが形成されるプレーナ型MOSFET710によって、PMOSFETを形成すると共に、電子の移動度が比較的高い(111)面にチャネル領域810A及び810Bが形成されるFinFET720によって、NMOSFETを形成する。
これにより、表面が(100)面である半導体基板上にプレーナ型のPMOSFETとNMOSFETを形成する場合と比較して、PMOSFETの移動度を向上させることができる。
また本実施の形態によれば、第11の実施の形態と同様に、リソグラフィによっては形成することができない程度の狭い幅すなわち微細で、かつLERすなわち凹凸が小さい(幅のばらつきが小さい均一な)フィン810を形成することができ、またフィン810の形状をテーパ形状でなく矩形にすることができ、さらにゲート閾値電圧のばらつきを低減することができる。
なお上述の第13の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば第9の実施の形態と同様の工程を実行するのではなく、第1〜第8の実施の形態のいずれかの実施の形態と同様の工程を実行してCMOSインバータを製造しても良い。
本発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の斜視図である。 本発明の第2の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 本発明の第3の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 本発明の第4の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 本発明の第5の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 本発明の第6の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 本発明の第7の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 本発明の第8の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 本発明の第9の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の断面構造を示す縦断面図である。 本発明の第10の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図である。 本発明の第11の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 本発明の第12の実施の形態による半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 同半導体装置の製造方法における工程別素子の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。 キャリアの移動度の面方位依存性を示すグラフである。 本発明の第13の実施の形態による半導体装置の平面図及び断面構造を示す縦断面図である。
符号の説明
10、400、430 半導体基板
10A 凸部
10B、470、490B、810 フィン
20 プレーナ型MOSFET領域
30 FinFET領域
50、210、510、630、870 マスク材
70 素子分離絶縁膜
100、220、250、350、860 ゲート絶縁膜
110、120、230、270、290、310、330、360、390 ゲート電極材
150 層間絶縁膜
170 メタルゲート電極材
180 フルシリサイドゲート電極
200 ダミーフィン
410、480、600 埋め込み絶縁膜
420、490、610、750、800 半導体層
440、520、660 レジストマスク
530、640、770 ゲート電極
640 アモルファスシリコン膜
650 側壁絶縁膜
700 CMOSインバータ
710 プレーナ型MOSFET
720 FinFET
780、840 ソース領域
790、850 ドレイン領域

Claims (3)

  1. 半導体基板上にマスク材を堆積するステップと、
    前記マスク材にパターニングを行い、さらに前記半導体基板の表面部分にエッチングを行って溝を形成することにより、第1の領域には第1の凸部を形成すると共に、第2の領域には前記第1の凸部より広い幅を有する第2の凸部を形成するステップと、
    前記溝を素子分離絶縁膜で埋め込むステップと、
    前記第1の領域に形成された前記素子分離絶縁膜にエッチングを行うことにより、所定量除去するステップと、
    前記第2の領域に形成された前記マスク材にエッチングを行ってこれを除去するステップと、
    前記第1の凸部のうち、対向する1組の両側面に第1のゲート絶縁膜を形成すると共に、前記第2の凸部の上面に第2のゲート絶縁膜を形成するステップと、
    前記素子分離絶縁膜、前記マスク材及び前記第2のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極材を堆積するステップと、
    前記第1の領域に形成された前記マスク材と、前記第2の領域に形成された前記素子分離絶縁膜とをストッパとして、前記第1のゲート電極材を平坦化するステップと、
    前記マスク材、前記第1のゲート電極材及び前記素子分離絶縁膜上に第2のゲート電極材を堆積するステップと、
    前記第1及び第2のゲート電極材にパターニングを行うことにより、前記第1の領域に第1のゲート電極を形成すると共に、前記第2の領域に第2のゲート電極を形成するステップと
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 半導体基板上にマスク材を堆積するステップと、
    前記マスク材にパターニングを行い、さらに前記半導体基板の表面部分にエッチングを行って溝を形成することにより、第1の領域に第1の凸部を形成すると共に、第2の領域に前記第1の凸部より広い幅を有する第2の凸部を形成するステップと、
    前記溝を素子分離絶縁膜で埋め込むステップと、
    前記第1の領域に形成された前記素子分離絶縁膜にエッチングを行うことにより、所定量除去するステップと、
    前記第1の凸部のうち、対向する1組の両側面に第1のゲート絶縁膜を形成するステップと、
    前記マスク材及び前記素子分離絶縁膜上に第1のゲート電極材を堆積するステップと、
    前記マスク材及び前記素子分離絶縁膜をストッパとして、前記第1のゲート電極材を平坦化するステップと、
    前記第2の領域に形成された前記マスク材にエッチングを行ってこれを除去するステップと、
    前記第1及び第2の領域に第2のゲート絶縁膜を形成するステップと、
    前記第1の領域に形成された前記第2のゲート絶縁膜を除去するステップと
    前記第1及び第2の領域上に第2のゲート電極材を堆積するステップと、
    前記第1及び第2のゲート電極材にパターニングを行うことにより、前記第1の領域に第1のゲート電極を形成すると共に、前記第2の領域に第2のゲート電極を形成するステップと
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 半導体基板上にマスク材を堆積するステップと、
    前記マスク材にパターニングを行い、さらに前記半導体基板の表面部分にエッチングを行って溝を形成することにより、第1の領域に第1の凸部を形成すると共に、第2の領域に前記第1の凸部より広い幅を有する第2の凸部を形成するステップと、
    前記溝を素子分離絶縁膜で埋め込むステップと、
    前記第1の領域に形成された前記素子分離絶縁膜にエッチングを行うことにより、所定量除去するステップと、
    前記第1の凸部のうち、対向する1組の両側面に第1のゲート絶縁膜を形成するステップと、
    前記マスク材及び前記素子分離絶縁膜上に第1のゲート電極材を堆積するステップと、
    前記マスク材及び前記素子分離絶縁膜をストッパとして、前記第1のゲート電極材を平坦化するステップと、
    前記第1の領域に形成された前記マスク材及び前記第1のゲート電極材上に、第2のゲート電極材を形成するステップと、
    前記第2の領域に形成された前記マスク材にエッチングを行ってこれを除去するステップと、
    前記第1及び第2の領域に第2のゲート絶縁膜を形成するステップと、
    前記第2のゲート絶縁膜及び前記素子分離絶縁膜上に、第3のゲート電極材を堆積するステップと
    前記第1の領域に形成された前記第2のゲート絶縁膜及び前記第3のゲート電極材を除去するステップと、
    前記第1乃至第3のゲート電極材にパターニングを行うことにより、前記第1の領域に第1のゲート電極を形成すると共に、前記第2の領域に第2のゲート電極を形成するステップと
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4648096B2 (ja) * 2005-06-03 2011-03-09 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
US7521775B2 (en) * 2006-06-13 2009-04-21 Intel Corporation Protection of three dimensional transistor structures during gate stack etch
JP2008172082A (ja) * 2007-01-12 2008-07-24 Toshiba Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US7699996B2 (en) * 2007-02-28 2010-04-20 International Business Machines Corporation Sidewall image transfer processes for forming multiple line-widths
US8203182B2 (en) * 2007-03-14 2012-06-19 Nxp B.V. FinFET with two independent gates and method for fabricating the same
US8927353B2 (en) 2007-05-07 2015-01-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Fin field effect transistor and method of forming the same
JP4459257B2 (ja) 2007-06-27 2010-04-28 株式会社東芝 半導体装置
US7888736B2 (en) * 2007-08-29 2011-02-15 International Business Machines Corporation MUGFET with optimized fill structures
JP2009076575A (ja) 2007-09-19 2009-04-09 Elpida Memory Inc 半導体装置の製造方法
JP5410666B2 (ja) * 2007-10-22 2014-02-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP5602340B2 (ja) * 2007-10-30 2014-10-08 ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル 半導体装置及びその製造方法
JP4518180B2 (ja) * 2008-04-16 2010-08-04 ソニー株式会社 半導体装置、および、その製造方法
JP5135250B2 (ja) 2009-02-12 2013-02-06 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
CN101853882B (zh) * 2009-04-01 2016-03-23 台湾积体电路制造股份有限公司 具有改进的开关电流比的高迁移率多面栅晶体管
JP2010258124A (ja) * 2009-04-23 2010-11-11 Renesas Electronics Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US9768305B2 (en) 2009-05-29 2017-09-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Gradient ternary or quaternary multiple-gate transistor
US9245805B2 (en) 2009-09-24 2016-01-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Germanium FinFETs with metal gates and stressors
US8278173B2 (en) * 2010-06-30 2012-10-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method of fabricating gate structures
US8354319B2 (en) * 2010-10-15 2013-01-15 International Business Machines Corporation Integrated planar and multiple gate FETs
KR101797961B1 (ko) 2011-06-09 2017-11-16 삼성전자주식회사 반도체 장치의 제조 방법
KR101964262B1 (ko) 2011-11-25 2019-04-02 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN103187260B (zh) * 2011-12-31 2016-03-16 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 鳍式场效应晶体管的形成方法
US10515956B2 (en) 2012-03-01 2019-12-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Semiconductor devices having Fin Field Effect Transistor (FinFET) structures and manufacturing and design methods thereof
US9105744B2 (en) 2012-03-01 2015-08-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor devices having inactive fin field effect transistor (FinFET) structures and manufacturing and design methods thereof
US8697515B2 (en) 2012-06-06 2014-04-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method of making a FinFET device
CN103779226B (zh) * 2012-10-23 2016-08-10 中国科学院微电子研究所 准纳米线晶体管及其制造方法
CN103811344B (zh) * 2012-11-09 2016-08-10 中国科学院微电子研究所 半导体器件及其制造方法
CN103839818B (zh) * 2012-11-25 2018-01-02 中国科学院微电子研究所 半导体器件制造方法
US9385198B2 (en) * 2013-03-12 2016-07-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Heterostructures for semiconductor devices and methods of forming the same
TWI587375B (zh) * 2013-03-27 2017-06-11 聯華電子股份有限公司 形成鰭狀結構的方法
US9418902B2 (en) * 2013-10-10 2016-08-16 Globalfoundries Inc. Forming isolated fins from a substrate
US9147612B2 (en) * 2013-11-25 2015-09-29 United Microelectronics Corp. Method for forming a semiconductor structure
CN105765703B (zh) * 2013-12-23 2021-02-23 英特尔公司 在多个鳍状物间距结构当中的笔直、高和一致的鳍状物的蚀刻技术
US9299705B2 (en) 2014-02-17 2016-03-29 International Business Machines Corporation Method of forming semiconductor fins and insulating fence fins on a same substrate
US9590105B2 (en) * 2014-04-07 2017-03-07 National Chiao-Tung University Semiconductor device with metal alloy over fin, conductive layer over channel region of fin, and semiconductive layer over conductive layer and formation thereof
KR20160033865A (ko) * 2014-09-18 2016-03-29 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조방법
WO2017171751A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 Intel Corporation Self-aligned build-up of topographic features
US9799570B1 (en) * 2017-02-13 2017-10-24 International Business Machines Corporation Fabrication of vertical field effect transistors with uniform structural profiles
US11728335B2 (en) * 2019-01-25 2023-08-15 Intel Corporation Buried channel structure integrated with non-planar structures
DE102020112203B4 (de) 2020-03-13 2024-08-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Integrierte schaltung und verfahren zum einbetten planarer fets mit finfets

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003229575A (ja) * 2002-02-04 2003-08-15 Hitachi Ltd 集積半導体装置及びその製造方法
WO2005022637A1 (ja) * 2003-08-28 2005-03-10 Nec Corporation フィン型電界効果トランジスタを有する半導体装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5557454A (en) * 1992-12-25 1996-09-17 Olympus Optical Co., Ltd. Stereoscopic endoscope
US5976071A (en) * 1994-11-29 1999-11-02 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Stereoscopic endoscope
JP3390589B2 (ja) * 1995-09-29 2003-03-24 ユー・エム・シー・ジャパン株式会社 半導体記憶装置の製造方法
CN1241257C (zh) * 2002-04-30 2006-02-08 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 自动对准漂浮栅极的电可擦除可编程只读存储器的制造方法
JP4281309B2 (ja) * 2002-08-23 2009-06-17 ソニー株式会社 画像処理装置、画像処理方法、および画像フレームデータ記憶媒体、並びにコンピュータ・プログラム
US6800910B2 (en) * 2002-09-30 2004-10-05 Advanced Micro Devices, Inc. FinFET device incorporating strained silicon in the channel region
US6787439B2 (en) * 2002-11-08 2004-09-07 Advanced Micro Devices, Inc. Method using planarizing gate material to improve gate critical dimension in semiconductor devices
US6885055B2 (en) * 2003-02-04 2005-04-26 Lee Jong-Ho Double-gate FinFET device and fabricating method thereof
JP4922753B2 (ja) * 2003-03-20 2012-04-25 パナソニック株式会社 半導体装置およびその製造方法
US6911383B2 (en) 2003-06-26 2005-06-28 International Business Machines Corporation Hybrid planar and finFET CMOS devices
JP3860582B2 (ja) * 2003-07-31 2006-12-20 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
KR100555518B1 (ko) * 2003-09-16 2006-03-03 삼성전자주식회사 이중 게이트 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조방법
KR100578130B1 (ko) * 2003-10-14 2006-05-10 삼성전자주식회사 핀 전계효과 트랜지스터를 위한 다중 실리콘 핀 및 그형성 방법
KR100528486B1 (ko) * 2004-04-12 2005-11-15 삼성전자주식회사 불휘발성 메모리 소자 및 그 형성 방법
JP4648096B2 (ja) * 2005-06-03 2011-03-09 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
JP4686795B2 (ja) * 2006-12-27 2011-05-25 富士フイルム株式会社 画像生成装置及び画像再生装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003229575A (ja) * 2002-02-04 2003-08-15 Hitachi Ltd 集積半導体装置及びその製造方法
WO2005022637A1 (ja) * 2003-08-28 2005-03-10 Nec Corporation フィン型電界効果トランジスタを有する半導体装置

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