JP4774882B2 - Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁ゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法に係り、特に、チャネル内におけるキャリアの移動度を大きくすることができる絶縁ゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an insulated gate field effect transistor and a method for manufacturing the same, and more particularly to an insulated gate field effect transistor capable of increasing carrier mobility in a channel and a method for manufacturing the same.
電界効果トランジスタの寄生抵抗と寄生容量を減らして高速動作を実現する方法として、ゲート長を短くするものがある。しかし、ゲート長を短くしていくと、ゲートがオフになっているときにもソースとドレインの間に電流が流れてしまういわゆる短チャネル効果が発生する。そこで、短チャネル効果を抑制するために、ドレイン端の電界強度を弱くする必要がある。 As a method for realizing high-speed operation by reducing the parasitic resistance and parasitic capacitance of the field effect transistor, there is a method of shortening the gate length. However, when the gate length is shortened, a so-called short channel effect occurs in which a current flows between the source and the drain even when the gate is turned off. Therefore, in order to suppress the short channel effect, it is necessary to weaken the electric field strength at the drain end.
例えば、特許文献1に記載されているMIS型半導体装置では、高濃度のソース・ドレイン領域をエピタキシャル成長により再成長させ、これらの領域をチャネルよりも高い場所に形成している。このようにすることで、ゲート長を短くした場合であっても、短チャネル効果の発生を抑制することができる。
For example, in the MIS type semiconductor device described in
また、図13に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタ1のように高濃度のソース・ドレイン領域からチャネル側に延びるエクステンション部を設けるものもある。すなわち、図13に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタ1では、ゲート電極Gが上部に形成されたゲート絶縁膜3の下にチャネルが形成される半導体基板2の領域と、その領域にそれぞれ接し互いに離れて形成されている2つのエクステンション部4(ソース電極S側のエクステンション部とドレイン電極D側のエクステンション部)が設けられている。そして、これらのエクステンション部4の対向端から互いに離反する向きにさらに離れ、エクステンション部4上に一段高く形成されたソース領域5とドレイン領域6を有している。
In some cases, an extension portion extending from the high concentration source / drain region to the channel side is provided as in the insulated gate
なお、図13に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタ1では、ソース領域5とドレイン領域6が形成されていないエクステンション部4の表面と、ゲート絶縁膜3の側面はSiNからなる絶縁膜7で覆われている。また、ゲート絶縁膜3は下層のSi酸化膜3aと上層の多結晶シリコン膜3bの2層からなっており、Si酸化膜3aの一部はエクステンション部4にかかる領域まで乗り上げている。なお、符号16は電界効果トランジスタの構成部分を覆う層間膜である。図13に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタ1では、エクステンション部4の存在により、ソース領域5及びドレイン領域6をチャネルから離すことができ、短チャネル効果が抑制される。
In the insulated gate
特許文献1及び図13に示した電界効果トランジスタでは、短チャネル効果を抑制することが可能である。しかしながら、電界効果トランジスタにはさらに、短チャネル効果を抑制することにより得られる高速動作以上の高速動作が求められている。
本発明が解決しようとする課題は、一層の高速動作が可能な絶縁ゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法の提供を目的とする。
In the field effect transistor shown in
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an insulated gate field effect transistor capable of higher speed operation and a method for manufacturing the same.
本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタは、
チャネルが形成される半導体基板の領域と、当該領域にそれぞれ接し互いに離れて前記半導体基板上に形成されている一対のエクステンション部と、前記一対のエクステンション部の対向端から互いに離反する向きにさらに離れて前記エクステンション部上に形成されているソース領域とドレイン領域と、前記ソース領域および前記ドレイン領域の間のチャネルが形成される半導体基板上において前記エクステンション部の端部にかかる位置まで形成されているゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極、前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域を被覆するように形成された、前記チャネルが形成される半導体基板の領域に応力を印加する応力調整層と、前記応力調整層上に形成された層間膜と、を有し、前記ゲート電極側の、前記ソース領域の端部および前記ドレイン領域の端部の各々で、前記応力調整層がゲート長方向の断面視において各々2つの鋭角を有するように形成され、前記応力調整層の被覆形状が前記断面視においてZ字状またはZの鏡文字状である。
Insulated gate field effect transistor according to the present invention,
The region of the semiconductor substrate in which the channel is formed, the pair of extension portions formed on the semiconductor substrate in contact with the region and spaced apart from each other, and further separated in directions away from the opposing ends of the pair of extension portions The source region and the drain region formed on the extension portion, and the semiconductor substrate on which the channel between the source region and the drain region is formed up to a position corresponding to the end portion of the extension portion. a gate electrode and gate insulating film formed on said gate insulating film, before Symbol gate electrode, said pair of extension portions, formed so as to cover the source region and the drain region, the channel is formed and the stress adjustment layer to apply stress in a region of the semiconductor substrate, the stress adjusting layer Have a, an interlayer film formed on said gate electrode side, at each end of the end portion and the drain region of the source region, the stress adjusting layer are each two in the cross-sectional view in the gate length direction It is formed so as to have an acute angle, and the covering shape of the stress adjusting layer is Z-shaped or Z-mirror character in the cross-sectional view .
本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、
チャネルが形成される箇所の半導体基板の上にダミーゲート層を形成するステップと、前記チャネルが形成される箇所に相当する箇所の半導体基板にそれぞれ接し互いに離れた一対のエクステンション部を前記半導体基板上に成長により形成するステップと、前記エクステンション部の端部の上層であって、前記ダミーゲート層の側壁を覆うように酸化シリコン膜のサイドウォールを形成するステップと、前記一対のエクステンション部の対向端から互いに離反する向きにさらに離れて前記エクステンション部上に一対のソース領域およびドレイン領域を成長により形成するステップと、前記ダミーゲート層、前記酸化シリコン膜、前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域を被覆するように、前記チャネルが形成される半導体基板の領域に応力を印加する第一応力調整層を形成するステップと、前記第一応力調整層の上層に第一層間膜を形成するステップと、前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜の上部の部分の前記第一応力調整層および前記第一層間膜を除去するステップと、前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜を除去するステップと、前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜が除去されて形成された空洞内における前記半導体基板上において前記エクステンション部の端部にかかる位置までゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜の上部の部分にゲート電極を形成するステップと、少なくとも前記ゲート電極の上層に第二応力調整層を形成するステップと、前記第二応力調整層上に第二層間膜を形成するステップと、を含み、前記各ステップは記載順に実施され、前記ソース領域、前記ドレイン領域および前記第一応力調整層を形成するステップは、前記ゲート電極側の、前記ソース領域の端部および前記ドレイン領域の端部の各々で、前記第一応力調整層がゲート長方向の断面視において各々2つの鋭角を有するように形成され、前記第一応力調整層の被覆形状が前記断面視においてZ字状またはZの鏡文字状を示すように実施される。
A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the present invention includes:
Forming a dummy gate layer on a semiconductor substrate at a location where a channel is formed; and a pair of extension portions which are in contact with the semiconductor substrate at a location corresponding to the location where the channel is formed and are separated from each other on the semiconductor substrate A step of forming a sidewall of the silicon oxide film overlying a side wall of the dummy gate layer, and an opposite end of the pair of extension portions. forming by growing a pair of source and drain regions on said extension portion further away in the direction away from each other from the dummy gate layer, the silicon oxide film, said pair of extension portions, the source region and the so as to cover the drain region, the channel Forming a first stress control layer to apply stress in a region of the semiconductor substrate to be made, forming a first interlayer film on the upper layer of the prior SL first stress control layer, the dummy gate layer and the Removing the first stress adjusting layer and the first interlayer film on the upper portion of the silicon oxide film ; removing the dummy gate layer and the silicon oxide film ; and the dummy gate layer and the silicon oxide Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate in the cavity formed by removing the film up to a position corresponding to an end of the extension portion; and forming a gate electrode on an upper portion of the gate insulating film When, to form forming a second stress control layer in an upper layer of at least the gate electrode, a second interlayer film on the second stress adjusting layer A step, only contains the respective steps are performed in the order described, the source region, the drain region and the step of forming the first stress adjusting layer of the gate electrode side, an end portion and the said source region At each end of the drain region, the first stress adjustment layer is formed to have two acute angles in a cross-sectional view in the gate length direction, and the covering shape of the first stress adjustment layer is Z-shaped in the cross-sectional view. Or a Z-shaped mirror letter .
さらに、本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、
前記第二応力調整層を形成するステップの後に、前記ゲート電極の上部以外に存在する前記第二応力調整層を除去するステップをさらに有する。
Furthermore, a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the present invention includes:
After the step of forming the second stress adjustment layer, the method further includes the step of removing the second stress adjustment layer that exists in a region other than the upper portion of the gate electrode.
本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、
チャネルが形成される箇所の半導体基板の上にダミーゲート層を形成するステップと、前記チャネルが形成される箇所に相当する箇所の半導体基板にそれぞれ接し互いに離れた一対のエクステンション部を前記半導体基板上に成長により形成するステップと、前記エクステンション部の端部の上層であって、前記ダミーゲート層の側壁を覆うように酸化シリコン膜のサイドウォールを形成するステップと、前記一対のエクステンション部の対向端から互いに離反する向きにさらに離れて前記エクステンション部上に一対のソース領域およびドレイン領域を成長により形成するステップと、前記ダミーゲート層、前記酸化シリコン膜、前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域を被覆するように第一層間膜を形成するステップと、前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜の上部の部分の前記第一層間膜を除去するステップと、前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜を除去するステップと、前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜が除去されて形成された空洞内における前記半導体基板上において前記エクステンション部の端部にかかる位置までゲート絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート絶縁膜の上部の部分にゲート電極を形成するステップと、前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域の上部に残された前記第一層間膜を除去するステップと、前記ゲート電極、前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域を被覆するように、前記チャネルが形成される半導体基板の領域に応力を印加する応力調整層を形成するステップと、前記応力調整層上に第二層間膜を形成するステップと、を含み、前記各ステップは記載順に実施され、前記ソース領域、前記ドレイン領域および前記応力調整層を形成するステップは、前記ゲート電極側の、前記ソース領域の端部および前記ドレイン領域の端部の各々で、前記応力調整層がゲート長方向の断面視において各々2つの鋭角を有するように形成され、前記応力調整層の被覆形状が前記断面視においてZ字状またはZの鏡文字状を示すように実施される。
A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the present invention includes:
Forming a dummy gate layer on a semiconductor substrate at a location where a channel is formed; and a pair of extension portions which are in contact with the semiconductor substrate at a location corresponding to the location where the channel is formed and are separated from each other on the semiconductor substrate forming a growth, a top end of said extension portion, and the step of forming the sidewalls of the silicon oxide film so as to cover the side walls of the dummy gate layer, opposite ends of said pair of extension portions forming by growing a pair of source and drain regions on said extension portion further away in the direction away from each other from the dummy gate layer, the silicon oxide film, said pair of extension portions, the source region and the forming a first interlayer film so as to cover the drain region A step that includes the steps of removing the first interlayer film in the upper portion of the dummy gate layer and the silicon oxide film, and removing the dummy gate layer and the silicon oxide film, the dummy gate layer and Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate in the cavity formed by removing the silicon oxide film up to a position covering the end of the extension portion; and a gate electrode on the upper portion of the gate insulating film. Forming , removing the first interlayer film left on the pair of extension portions, the source region and the drain region, the gate electrode, the pair of extension portions, the source region, and A semiconductor substrate on which the channel is formed so as to cover the drain region Forming a stress adjusting layer to apply stress to the region, seen including forming a second interlayer film, the said stress adjusting layer, wherein each step is performed in the order described, the source region, the drain The step of forming the region and the stress adjustment layer includes two each of an end portion of the source region and an end portion of the drain region on the gate electrode side, and the stress adjustment layer has two each in a sectional view in the gate length direction. It is formed so as to have an acute angle, and the covering shape of the stress adjusting layer is implemented so as to show a Z shape or a Z mirror character shape in the sectional view .
本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタでは、応力調整層の存在によりチャネルに応力が加わる。そのため、チャネル内におけるキャリアの移動度を大きくすることができ、トランジスタの高速動作の実現ができる。また、本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法により製造された電界効果トランジスタも応力調整層が形成されているのでチャネルに応力が加わる。そのため、チャネル内におけるキャリアの移動度を大きくすることができ、トランジスタの高速動作の実現ができる。 In the insulated gate field effect transistor of the present invention, stress is applied to the channel due to the presence of the stress adjusting layer. Therefore, carrier mobility in the channel can be increased and high-speed operation of the transistor can be realized. In addition, since the stress adjusting layer is also formed in the field effect transistor manufactured by the method for manufacturing an insulated gate field effect transistor of the present invention, stress is applied to the channel. Therefore, carrier mobility in the channel can be increased and high-speed operation of the transistor can be realized.
本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの実施形態について図1を参照しながら説明する。図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタ1は、チャネルが形成される半導体基板2の領域と、その領域にそれぞれ接し互いに離れて形成されている一対のエクステンション部4(ソース電極S側のエクステンション部とドレイン電極D側のエクステンション部)が設けられている。これらのエクステンション部4の対向端から互いに離反する向きにさらに離れ、エクステンション部4上に一段高く形成されたソース領域5とドレイン領域6を有している。ソース領域5とドレイン領域6の間のチャネルが形成される半導体基板2上にはゲート絶縁膜3とゲート電極Gが形成されている。
An embodiment of an insulated gate field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIG. An insulated gate
ここで、図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタ1では、ソース領域5とドレイン領域6が形成されていないエクステンション部4の表面と、ゲート絶縁膜3の側面はSiNからなる絶縁膜7で覆われている。また、ゲート絶縁膜3は下層のSi酸化膜3aと上層の多結晶シリコン膜3bの2層からなっており、Si酸化膜3aの一部はエクステンション部4の端部にかかる位置まで乗り上げている。
Here, in the insulated gate
図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタ1では、少なくともゲート電極Gから一対のエクステンション部4にかかる領域までを被覆するように応力調整層8が形成されている。この応力調整層8の存在により、チャネルが形成される半導体基板2の領域に引っ張り歪あるいは圧縮歪が付与され応力がかかることになる。
In the insulated gate
半導体基板2に引っ張り歪あるいは圧縮歪が付与されるとその部分の半導体の格子定数が変化し、バンド構造が変動する。このことにより、チャネルが形成される半導体基板2の領域の電子や正孔といったキャリアの移動度が大きくなり、トランジスタの高速動作の実現が可能となる。
When tensile strain or compressive strain is applied to the
図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法について図2〜図7を参照しながら説明する。
まず、例えばSiからなる半導体基板2を熱水蒸気雰囲気に置き、半導体基板上に3nm程度の酸化膜9を形成する。次に、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により、厚さ150nmの多結晶シリコン10を酸化膜9上に堆積する。そして、図2a)に示すように、リソグラフィ技術によりSiNマスク11を形成し、SiNマスク11が形成された箇所以外の酸化膜9と多結晶シリコン10を除去する。そして、除去されなかった多結晶シリコン10と酸化膜9はダミーゲート層となり、後に形成するゲート絶縁膜に置き換えられる。
A method of manufacturing the insulated gate field effect transistor shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
First, the
そして、LPCVD法により680〜760℃の条件で厚さ4nm程度のSiN膜12を上記の工程で除去されなかった酸化膜9及び多結晶シリコン10の側面に形成する。そして図2b)に示すように、SiN膜12のエッチバックを行ってその膜の面を平滑化する。
Then, the
その後、ダミーゲート層が形成されていない半導体基板2上の図示しない自然酸化膜をDHF(希釈フッ化水素酸)により除去し、図2c)に示すように、堆積した多結晶シリコン10の側部の半導体基板2上に、硼素(もしくは砒素)をドーピングしたSi層をエピタキシャル成長させ、これをエクステンション部4とする。
Thereafter, a natural oxide film (not shown) on the
エクステンション部4を形成後、熱リン酸によりSiN膜12を除去し、多結晶シリコン10の側壁面にTEOS(tetra ethyl orthosilicate)を原料としてLPCVD法により650℃の条件でSiO2膜を5nm成膜する。成膜終了後、エッチバックを行った。このようにすることで、図3a)に示したような多結晶シリコン10の側面にSiO2膜13が形成される。
After the
そして、図3b)に示したように多結晶シリコン膜10の側面にSiN膜14/SiO2堆積層15からなる側壁を形成する。ここでSiN膜14の成長温度は680℃、TEOSを原料とするSiO2堆積層15の成長温度は650℃である。また、SiN膜14/SiO2堆積層15の膜厚は、ゲートのフリンジ容量をできるだけ小さくし、かつ、短チャネル効果が発生しない程度に薄くする。本例では、SiN膜14/SiO2堆積層15の厚さは20nm/50nmとしている。なお、SiN膜14/SiO2堆積層15から構成される側壁は、ダミーゲート層の側面の周囲を覆うサイドウォールとなり、また、下層のSiN膜14は図1における絶縁膜7になる。
Then, as shown in FIG. 3 b), a side wall made of the
さらに、以下で説明するようにエクステンション部4にソース領域5とドレイン領域6を形成する前の処理を行う。すなわち、半導体基板2の露出面についてDHF処理を行い、図示されていない自然酸化膜の除去を行う。このとき、図3c)に示したようにSiO2堆積層15はDHFによりエッチングされ凹みが生ずる。
Further, as described below, a process before forming the
そして、図4a)に示したようにSiN膜14/SiO2堆積層15が形成されていないエクステンション部4上に、Siをエピタキシャル成長させ、ソース領域5とドレイン領域6を形成する。ここで、エピタキシャル成長したSiはSiN膜14/SiO2堆積層15からなる側壁の裾部に乗り上げている。その後、ソース領域5とドレイン領域6に導電性を持たせるため、作成すべき電界効果トランジスタがnチャネルMOSトランジスタの場合は3×1015cm-3の濃度のPを10kVの加速電圧でイオン打ち込みを行う。一方、pチャネルMOSトランジスタの場合は5×1015cm-3の濃度のBを4kVの加速電圧で行う。そして、1050℃の温度でアニールを行って打ち込んだイオンを活性化させる。
Then, as shown in FIG. 4 a), Si is epitaxially grown on the
次に、ソース領域5とドレイン領域6に形成されるソース電極Sとドレイン電極Dを構成する材料のCoシリサイドやNiシリサイドの膜の形成をする前処理をDHFにて行う。なお、DHF処理を行うと、図4b)に示したようにSiO2堆積層15が完全に除去される。
Next, a pretreatment for forming a film of Co silicide or Ni silicide of the material constituting the source electrode S and the drain electrode D formed in the
DHF処理を行った後、図4c)に示したようにソース領域5とドレイン領域6にCoシリサイドやNiシリサイドの膜の形成を行い、ソース電極S,ドレイン電極Dを形成する。Coシリサイドの形成を行なう場合は、Coの厚さを8nmとしCo酸化防止のため、その上に30nmの厚さのTiNを堆積する。なお、堆積したTiNは、Coを熱処理してシリサイド化させた後に除去する。
After performing the DHF treatment, a film of Co silicide or Ni silicide is formed in the
その後、図5a)に示したように第一の応力調整層8として厚さ20nmのSiN膜を成膜温度420℃にて半導体基板2上に形成されているエクステンション部4、ソース領域5、ドレイン領域6、ソース電極S、ドレイン電極D、多結晶シリコン10、SiNマスク11、SiO2膜13、SiN膜14の露出部の全面に形成する。応力調整層8を形成後、図5b)に示したように、後にゲートとなる多結晶シリコン10の上部の箇所も埋まるように第一の層間膜16を成膜する。層間膜16としては、例えばHDP(High Density Plazma)により形成された酸化膜を用いることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 5 a), an
そして、多結晶シリコン10を除去し、本来のゲート絶縁膜3を形成する。そのためには、まず図5c)に示したように、多結晶シリコン10の上部が露出するように、層間膜16とSiN11のマスクをエッチングする。そして、図6a)に示したように 多結晶シリコン10をドライエッチングにより除去する。そして、多結晶シリコン10の側面に形成されたSiO2膜13と半導体基板2の表面に形成された酸化膜9をウェットエッチングにより除去する。こうして多結晶シリコン10とSiO2膜13が除去されると、その除去された空洞の側面にはSiN膜14(絶縁膜7)が露出する。すなわち、その空洞は内壁が絶縁膜7で覆われた層間膜16の凹みとなる。
Then, the
その後、本来のゲート絶縁膜3の形成を行う。すなわち、図6b)に示したように、まず、側面が絶縁膜7により囲まれた空洞の底面に露出した半導体基板2とエクステンション部4の端部にかかる位置を酸化させ、Si酸化膜3aを形成する。そして、Si酸化膜3a上にLPCVD法により多結晶シリコン膜3bを形成する。こうして、下層のSi酸化膜3aと上層の多結晶シリコン膜3bの2層からなるゲート絶縁膜3が形成される。その後平坦化のためにCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行う。
Thereafter, the original
次に、図6c)に示したように多結晶シリコン膜3bの表面にCoシリサイドやNiシリサイドの膜の形成を行い、ゲート電極Gを形成する。Coシリサイドの形成を行なった場合は、Coの厚さを8nmとしCo酸化防止のため、その上に30nmの厚さのTiNを堆積する。なお、堆積したTiNは、Coを熱処理してシリサイド化させた後に除去する。
Next, as shown in FIG. 6c), a Co silicide film or a Ni silicide film is formed on the surface of the
ゲート電極Gを形成後、図7a)に示したように、そのゲート電極Gの表面を含む層間膜16の全面に厚さが20nmのSiN膜17を成膜温度420℃にて成膜をする。そして、ゲート電極Gの上部に形成されたSiN膜17のみを残すため、ゲート電極Gの上部に相当する箇所にレジストマスク18を形成する。
After forming the gate electrode G, as shown in FIG. 7a), a
レジストマスク18を形成後、図7b)に示したようにドライエッチングにより、不要なSiN膜17を除去し、SiN膜17を除去後、レジストマスク18を除去する。このSiN膜17は、ゲート絶縁膜3の側壁部、ソース5及びドレイン領域6の上部に形成された第一の応力調整層8に接続し、第二の応力調整層となる。
After the resist
最後に図7c)に示したように、ゲート電極G上に形成されたSiN膜17が覆われるように、第二の層間膜16をさらに形成する。層間膜16としては、NSG(Non Dope Silicate Glass)を用いることができる。なお、図中では前記の第一の層間膜と第二の層間膜も同じ材料から構成され、一体となっているので同一の符号16を付してある。
以上により、図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタが完成する。なお、図7c)中では第一の応力調整層も第二の応力調整層も同じ材質により構成され、一体となっているので同一の符号8を付してある。
Finally, as shown in FIG. 7c), a
Thus, the insulated gate field effect transistor shown in FIG. 1 is completed. In FIG. 7c), the first stress adjustment layer and the second stress adjustment layer are made of the same material and are integrated with each other, so that the
図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタでは、SiN膜17はゲート電極G上にのみ形成されていた。しかし、図8に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタ1のように、ゲート電極G上に形成されたSiN膜17以外のSiN膜17を残したままであってもよい。そして残ったままのSiN膜17は第二の応力調整層となる。このようにすることにより、プロセスの簡略化を図ることができる。なお、図8に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタの各符号のうち、図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタの各符号とすべてのものが共通するので、それらの説明は省略する。
In the insulated gate field effect transistor shown in FIG. 1, the
図8に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタを製造する工程は、図1に示した絶縁ゲート効果トランジスタの上記説明した製造工程のうち、図7a)まで共通する。すなわち、図7a)において、ゲート電極Gを形成後、その表面を含む層間膜16の全面に厚さが20nmのSiN膜17の成膜を行った後、SiN膜17のエッチングは行わずにそのままその表面に第二の層間膜16を形成する。以上により、図8に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタが完成する。ここで形成される第二の層間膜とすでに形成された第一の層間膜は同じ材料により構成されているので同一の符号16を付してある。
The process of manufacturing the insulated gate field effect transistor shown in FIG. 8 is common to FIG. 7a) among the above-described manufacturing processes of the insulated gate effect transistor shown in FIG. That is, in FIG. 7 a), after forming the gate electrode G, the
図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタ1と同一の形態の絶縁ゲート電界効果トランジスタは、上記説明した製造方法とは別の製造方法によっても製造することができる。ここでその製造方法の工程は、図2〜図4を参照して説明した図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法の工程のうち、図2〜図4c)までが共通する。しかし、図4c)に示したようなソース領域5とドレイン領域6にCoシリサイドやNiシリサイドの膜の形成を行い、ソース電極S,ドレイン電極Dを形成した後、図5a)に示したような応力調整層8としてのSiN膜の形成を行わない点で相違する。
The insulated gate field effect transistor having the same form as the insulated gate
その代わりに、図9a)に示したように、ソース電極S,ドレイン電極Dを形成した後、後にゲート絶縁膜3と置き換えられることになる多結晶シリコン10の上部の箇所も埋まるように第一の層間膜16を成膜する。その後、図9b)に示したように、多結晶シリコン10上に形成されたSiNマスク11が露出するように、層間膜16のエッチングを行い、その後、SiNマスク11を除去する。
Instead, as shown in FIG. 9 a), after forming the source electrode S and the drain electrode D, the first portion is buried so that the upper portion of the
そして、図10a)に示したように 多結晶シリコン10をドライエッチングにより除去する。そして、多結晶シリコン膜10の側面に形成されていたSiO2膜13と酸化膜9をウェットエッチングにより除去する。こうして多結晶シリコン10とSiO2膜13が除去されると、その除去された空洞の側壁面には絶縁膜7が露出する。
Then, as shown in FIG. 10a), the
その後、本来のゲート絶縁膜3の形成を行う。すなわち、図10b)に示したように、まず、側面が絶縁膜7により囲まれた空洞の底面に露出した半導体基板2とエクステンション部4の端部にかかる位置を酸化させ、Si酸化膜3aを形成する。そして、Si酸化膜3a上に多結晶シリコン膜3bを形成する。こうして、下層のSi酸化膜3aと上層の多結晶シリコン膜3bの2層からなるゲート絶縁膜3が形成される。その後平坦化のためにCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行う。
Thereafter, the original
次に、図11a)に示したように多結晶シリコン膜3bの表面にCoシリサイドやNiシリサイドの膜の形成を行い、ゲート電極Gを形成する。そして、図11b)に示したようにDHFを用いて層間膜16のすべてを一旦除去した後、図12a)に示したように応力調整層8としてSiN膜を半導体基板2上に形成されているエクステンション部4、ソース領域5、ドレイン領域6、ソース電極S、ゲート電極G、ドレイン電極D、ゲート絶縁膜3、絶縁膜7の露出部の全面に形成する。
Next, as shown in FIG. 11a), a Co silicide film or a Ni silicide film is formed on the surface of the
応力調整層8を形成後、図12b)に示したように第二の層間膜16を形成する。以上により、図1に示した絶縁ゲート電界効果トランジスタが完成する。なお、図中では前記の第一の層間膜と第二の層間膜も同じ材料から構成されているので同一の符号16を付してある。
After forming the
以上説明したいくつかの絶縁ゲート効果トランジスタの製造方法により製造された絶縁ゲート電界効果トランジスタは、少なくともゲート絶縁膜の側壁部及びソース・ドレイン領域の上部に応力調整層が形成されることになる。そのため、かかる絶縁ゲート電界効果トランジスタでは、応力調整層の存在により、チャネルが形成される半導体基板の領域に引っ張り歪あるいは圧縮歪が付与され応力がかかることになる。そのため、チャネルが形成される半導体基板2の領域の電子や正孔といったキャリアの移動度が大きくなり、高速動作を実現できる。
In the insulated gate field effect transistor manufactured by some of the methods for manufacturing an insulated gate effect transistor described above, a stress adjusting layer is formed at least on the side wall portion of the gate insulating film and the source / drain region. Therefore, in such an insulated gate field effect transistor, due to the presence of the stress adjusting layer, a tensile strain or a compressive strain is applied to the region of the semiconductor substrate where the channel is formed, and the stress is applied. Therefore, the mobility of carriers such as electrons and holes in the region of the
本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタは、nチャネルMOSトランジスタあるいはpチャネルMOSトランジスタに適用できる。また、本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、nチャネルMOSトランジスタあるいはpチャネルMOSトランジスタの製造に適用できる。 The insulated gate field effect transistor of the present invention can be applied to an n-channel MOS transistor or a p-channel MOS transistor. The method for manufacturing an insulated gate field effect transistor of the present invention can be applied to the manufacture of an n-channel MOS transistor or a p-channel MOS transistor.
1…絶縁ゲート電界効果トランジスタ、2…半導体基板、3…ゲート絶縁膜、3a…Si酸化膜、3b…多結晶シリコン膜、4…エクステンション部、5…ソース領域、6…ドレイン領域、7…絶縁膜、8…応力調整層、9…酸化膜、10…多結晶シリコン、11…SiNマスク、12…SiN膜、13…SiO2膜、14…SiN膜、15…SiO2堆積層、16…層間膜、17…SiN膜、18…レジストマスク
DESCRIPTION OF
Claims (4)
当該領域にそれぞれ接し互いに離れて前記半導体基板上に形成されている一対のエクステンション部と、
前記一対のエクステンション部の対向端から互いに離反する向きにさらに離れて前記エクステンション部上に形成されているソース領域とドレイン領域と、
前記ソース領域および前記ドレイン領域の間のチャネルが形成される半導体基板上において前記エクステンション部の端部にかかる位置まで形成されているゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極、前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域を被覆するように形成された、前記チャネルが形成される半導体基板の領域に応力を印加する応力調整層と、
前記応力調整層上に形成された層間膜と、を有し、
前記ゲート電極側の、前記ソース領域の端部および前記ドレイン領域の端部の各々で、前記応力調整層がゲート長方向の断面視において各々2つの鋭角を有するように形成され、前記応力調整層の被覆形状が前記断面視においてZ字状またはZの鏡文字状である、
絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 A region of the semiconductor substrate where the channel is formed;
A pair of extension portions formed on the semiconductor substrate in contact with the regions and apart from each other;
A source region and a drain region which are formed on the extension part further away from the opposing ends of the pair of extension parts in a direction away from each other;
A gate insulating film formed on the semiconductor substrate in which a channel between the source region and the drain region is formed up to a position corresponding to an end of the extension portion; and a gate electrode formed on the gate insulating film;
Before Symbol gate electrode, said pair of extension portions, the formed so as to cover the source region and the drain region, and the stress adjustment layer to apply stress in a region of the semiconductor substrate on which the channel is formed,
Have a, an interlayer film formed on said stress adjusting layer,
The stress adjusting layer is formed so as to have two acute angles in a cross-sectional view in the gate length direction at each of the end of the source region and the end of the drain region on the gate electrode side, and the stress adjusting layer Is a Z-shaped or Z mirror character in the cross-sectional view,
Insulated gate field effect transistor.
前記エクステンション部の端部の上層であって、前記ダミーゲート層の側壁を覆うように酸化シリコン膜のサイドウォールを形成するステップと、
前記一対のエクステンション部の対向端から互いに離反する向きにさらに離れて前記エクステンション部上に一対のソース領域およびドレイン領域を成長により形成するステップと、
前記ダミーゲート層、前記酸化シリコン膜、前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域を被覆するように、前記チャネルが形成される半導体基板の領域に応力を印加する第一応力調整層を形成するステップと、
前記第一応力調整層の上層に第一層間膜を形成するステップと、
前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜の上部の部分の前記第一応力調整層および前記第一層間膜を除去するステップと、
前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜を除去するステップと、
前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜が除去されて形成された空洞内における前記半導体基板上において前記エクステンション部の端部にかかる位置までゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜の上部の部分にゲート電極を形成するステップと、
少なくとも前記ゲート電極の上層に第二応力調整層を形成するステップと、
前記第二応力調整層上に第二層間膜を形成するステップと、を含み、
前記各ステップは記載順に実施され、
前記ソース領域、前記ドレイン領域および前記第一応力調整層を形成するステップは、前記ゲート電極側の、前記ソース領域の端部および前記ドレイン領域の端部の各々で、前記第一応力調整層がゲート長方向の断面視において各々2つの鋭角を有するように形成され、前記第一応力調整層の被覆形状が前記断面視においてZ字状またはZの鏡文字状を示すように実施される、
絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 Forming a dummy gate layer on a semiconductor substrate at a location where a channel is formed; and a pair of extension portions which are in contact with and separated from the semiconductor substrate at a location corresponding to the location where the channel is formed on the semiconductor substrate. Forming by growth ,
Forming a sidewall of the silicon oxide film on the end portion of the extension portion so as to cover the sidewall of the dummy gate layer;
Forming a pair of source and drain regions by growth on the extension part further away from the opposing ends of the pair of extension parts; and
A first stress adjustment layer that applies stress to a region of the semiconductor substrate on which the channel is formed so as to cover the dummy gate layer , the silicon oxide film, the pair of extension portions, the source region, and the drain region; Forming step;
Forming a first interlayer film on the upper layer of the prior SL first stress control layer,
Removing the first stress adjusting layer and the first interlayer film in the upper part of the dummy gate layer and the silicon oxide film ;
Removing the dummy gate layer and the silicon oxide film ;
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate in the cavity formed by removing the dummy gate layer and the silicon oxide film to a position covering an end of the extension part;
Forming a gate electrode in an upper portion of the gate insulating film;
Forming a second stress adjusting layer on at least the upper layer of the gate electrode;
Forming a second interlayer film on the second stress adjusting layer, only including,
The steps are performed in the order described,
The step of forming the source region, the drain region, and the first stress adjustment layer includes the step of forming the first stress adjustment layer at each of an end portion of the source region and an end portion of the drain region on the gate electrode side. Each of the first stress adjustment layers is formed so as to have two acute angles in a cross-sectional view in the gate length direction, and the first stress adjustment layer is formed so as to show a Z shape or a Z mirror character shape in the cross sectional view.
A method of manufacturing an insulated gate field effect transistor.
請求項2記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 After the step of forming the second stress adjustment layer, the method further includes the step of removing the second stress adjustment layer existing on the portion other than the upper portion of the gate electrode .
A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to claim 2 .
前記エクステンション部の端部の上層であって、前記ダミーゲート層の側壁を覆うように酸化シリコン膜のサイドウォールを形成するステップと、
前記一対のエクステンション部の対向端から互いに離反する向きにさらに離れて前記エクステンション部上に一対のソース領域およびドレイン領域を成長により形成するステップと、
前記ダミーゲート層、前記酸化シリコン膜、前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域を被覆するように第一層間膜を形成するステップと、
前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜の上部の部分の前記第一層間膜を除去するステップと、
前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜を除去するステップと、
前記ダミーゲート層および前記酸化シリコン膜が除去されて形成された空洞内における前記半導体基板上において前記エクステンション部の端部にかかる位置までゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜の上部の部分にゲート電極を形成するステップと、
前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域の上部に残された前記第一層間膜を除去するステップと、
前記ゲート電極、前記一対のエクステンション部、前記ソース領域および前記ドレイン領域を被覆するように、前記チャネルが形成される半導体基板の領域に応力を印加する応力調整層を形成するステップと、
前記応力調整層上に第二層間膜を形成するステップと、を含み、
前記各ステップは記載順に実施され、
前記ソース領域、前記ドレイン領域および前記応力調整層を形成するステップは、前記ゲート電極側の、前記ソース領域の端部および前記ドレイン領域の端部の各々で、前記応力調整層がゲート長方向の断面視において各々2つの鋭角を有するように形成され、前記応力調整層の被覆形状が前記断面視においてZ字状またはZの鏡文字状を示すように実施される、
絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 Forming a dummy gate layer on a semiconductor substrate at a location where a channel is formed; and a pair of extension portions which are in contact with and separated from the semiconductor substrate at a location corresponding to the location where the channel is formed on the semiconductor substrate. Forming by growth ,
Forming a sidewall of the silicon oxide film on the end portion of the extension portion so as to cover the sidewall of the dummy gate layer;
Forming by growing a pair of source and drain regions on said extension portion further away in the direction away from each other from opposite ends of said pair of extension portions,
Forming a first interlayer film so as to cover the dummy gate layer , the silicon oxide film, the pair of extension portions, the source region and the drain region;
And removing said first interlayer film in the upper portion of the dummy gate layer and the silicon oxide film,
Removing the dummy gate layer and the silicon oxide film ;
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate in the cavity formed by removing the dummy gate layer and the silicon oxide film to a position covering an end of the extension part;
Forming a gate electrode in an upper portion of the gate insulating film;
Removing the first interlayer film left on the pair of extension parts, the source region and the drain region;
Forming a stress adjusting layer for applying stress to a region of the semiconductor substrate on which the channel is formed so as to cover the gate electrode, the pair of extension portions, the source region, and the drain region ;
Forming a second interlayer film on the stress adjusting layer, only including,
The steps are performed in the order described,
The step of forming the source region, the drain region, and the stress adjusting layer includes the step of forming the stress adjusting layer in the gate length direction at each of the end of the source region and the end of the drain region on the gate electrode side. Each of the stress adjustment layers is formed so as to have two acute angles in a cross-sectional view, and is implemented so that the covering shape of the stress adjustment layer shows a Z shape or a Z mirror character shape in the cross sectional view.
A method of manufacturing an insulated gate field effect transistor.
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