JP5141686B2 - 半導体デバイス及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
一方、電界効果トランジスタは、ゲート電極、ソース領域及びドレイン領域を形成する際、ゲート電極、ソース領域及びドレイン領域の間を絶縁するサイドウォールを有する構成がある。サイドウォールは、ゲート電極の側壁及びチャネル部の両側に形成される。
このような現象を解消させる技術として、サイドウォールの両側にあるソース領域及びドレイン領域の表面からサイドウォールの下方に入り込むように溝部を形成し、その溝部を応力膜で埋め込む技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。溝部をチャネル部近傍に形成することにより、サイドウォールの幅に依存することなく応力膜とチャネル部との距離を狭めることができる。
本発明の目的は、チャネル部における応力を増加させることができるとともに、絶縁性を高く維持することができる電界効果トランジスタからなる半導体デバイス及び半導体デバイスの製造方法を提供することである。
本発明の課題を解決するための第1の手段として、半導体デバイスは、凸部を有するシリコン(Si)基板と、前記凸部の上面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記凸部の側部に設けたソース領域及びドレイン領域と、前記凸部の側面上及び前記凸部に隣接するシリコン(Si)基板上に設けた絶縁材料からなる第1のサイドウォールと、前記第1のサイドウォール上にあり、底面が前記上面よりも低く形成された、前記シリコン(Si)基板よりも高いヤング率を有する第2のサイドウォールと、前記ゲート電極及び前記第2のサイドウォール上に形成された応力膜と、を備える。
本発明によれば、第2のサイドウォールがチャネル部の両端に形成されているため、チャネル部における一軸性応力を増加することができる半導体デバイスを提供できる。
また、本発明によれば、第1のサイドウォールは絶縁材料によって形成するため、ゲート電極とソース領域との間、及びゲート電極とドレイン領域との間の耐圧を高く維持することができる半導体デバイスの製造方法を提供できる。
2 NMOSの欄
3 PMOSの欄
4 記号の欄
5 Tension(引っ張り)の欄
6 Compression(圧縮)の欄
10 n型MISトランジスタ
10´ n型MISトランジスタ
11 p型シリコン(Si)基板
11a、11b 凸部
12 ゲート絶縁膜
13 ゲート電極
14a、14a´ 第1のサイドウォール
14b 第2のサイドウォール
14c 酸化シリコン(SiO2)膜
14d 窒化シリコン(SiN)膜
15 シリサイド層
16a 応力膜
18 ポケット領域
19 エクステンション領域
20 n型MISトランジスタ
20´ n型MISトランジスタ
21a 深いソース領域
21b 深いドレイン領域
22a n型MISトランジスタ10´におけるチャネル部のxx軸方向における応力σxx及び歪みExxの発生方向
22b n型MISトランジスタ10におけるチャネル部のxx軸方向における応力σxx及び歪みExxの発生方向
22c n型MISトランジスタ20におけるチャネル部のxx軸方向における応力σxx及び歪みExxの発生方向
25a ソース領域
25b ドレイン領域
30a n型MISトランジスタ10´におけるσxx(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向の応力)データ
30b n型MISトランジスタ10におけるσxx(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向の応力)データ
30c n型MISトランジスタ10´におけるExx(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向の歪み)データ
30d n型MISトランジスタ10におけるExx(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向の歪み)データ
30e n型MISトランジスタ20におけるσxx(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向の応力)データ
30f n型MISトランジスタ20におけるExx(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向の歪み)データ
40 活性領域
50 素子分離領域
本発明の第1の実施例において、図1から図6は、n型MISトランジスタ10の構造及びn型MISトランジスタ10の製造方法を詳細に説明するものである。第1の実施例におけるMISトランジスタ及びMISトランジスタの製造方法は、p型シリコン(Si)基板11よりも高いヤング率を有する第2のサイドウォール14bがチャネル部の両端に形成する。第2のサイドウォール14bをチャネル部の両端に形成することにより、チャネル部における一軸性応力を増加することができる。
図1Aに示すように、素子分離領域50はn型MISトランジスタ10の周囲に形成する。活性領域40は、素子分離領域50に画定されている矩形の領域である。ゲート電極13は、活性領域40の中央部を横断して形成する。第1のサイドウォール14a及び第2のサイドウォール14bは、ゲート電極13の周囲に形成する。ポケット領域18及びエクステンション領域19は、活性領域40に、ゲート電極13に隣接して所定の幅に形成する。ゲート電極13は、凸部11a上に形成する。深いソース領域21a及び深いドレイン領域21bは、活性領域40のうち、ゲート電極13、ポケット領域18及びエクステンション領域19を除いた領域に形成する。
ゲート絶縁膜12は、p型シリコン(Si)基板11の上に形成する。ゲート絶縁膜12は、CVD法、又は熱酸化法と熱窒化法とを組み合わせて窒化酸化シリコン(SiON)を形成する。p型シリコン(Si)基板11は、p型導電性不純物濃度が例えば1.0×1016cm−3である。
ゲート電極13は、ゲート絶縁膜12上に形成する。ゲート電極13は、CVD法等により、ゲート絶縁膜12上に多結晶シリコン(Si)膜(不図示)を例えば膜厚100nm程度に堆積し、多結晶シリコン(Si)膜を、フォトリソグラフィーと異方性エッチングとによりパターニングして電極形状とすることにより形成する。
一対のポケット領域18は、ゲート電極13をマスクとして、p型シリコン(Si)基板11のポケット領域18にp型導電性不純物を斜めイオン注入することによって形成する。斜めイオン注入は、矢印18aに示すように、基板法線から例えば45度傾けて行うことが望ましい。p型導電性不純物は例えばホウ素(B)を用いることができる。斜めイオン注入の条件は、加速エネルギー10keV及びドーズ量1×1013/cm2である。
エクステンション領域19は、ソース領域25a及びドレイン領域25bの一部である。一対のエクステンション領域19は、ゲート電極13をマスクとしてp型シリコン(Si)基板11のエクステンション領域19に第1のイオン注入を行うことによって形成する。n型導電性不純物は、例えば砒素(As)を用いることができる。イオン注入の条件は、例えば加速エネルギー5keV及びドーズ量1×1014/cm2である。
凸部11aは、p型シリコン(Si)基板11にゲート絶縁膜12及びゲート電極13の一部を残した状態で形成する。凸部11aは、p型シリコン(Si)基板11上に、ゲート電極13をマスクして窒化酸化シリコン(SiON)膜の異方性エッチングを行い、次に、再びゲート電極13をマスクとしてp型シリコン(Si)基板11を異方性エッチングすることによって形成する。ただし、窒化酸化シリコン(SiON)膜は、図2Aの工程においてエッチングにより除去してもよい。凸部11aを形成する異方性エッチング条件は、凸部11aの側面がテーパー形状を有するように設定する。窒化酸化シリコン(SiON)膜及びp型シリコン(Si)基板11のエッチングは、例えばフッ素系ガスであるCHF3を含有するCHF3/Ar/O2ガス、又はフッ素系ガスであるCF4を含有するCF4/Ar/O2ガスを用いて行う。
凸部11aの側面における傾斜角は、30度から60度であることが望ましい。凸部11aの傾斜角が30度未満の場合は、凸部11aにおけるエクステンション領域19の形成領域が少なくなり、チャネル部におけるリーク電流が増加してしまう。また、凸部11aの側面における傾斜角が60度よりも大きい場合は、第2のサイドウォール14bを介して応力膜16aからの応力が効率よく凸部11aに伝達しないため、n型MISトランジスタ10の駆動電流を増加しにくくなる。
なお、凸部11aの側面における傾斜角は、異方性エッチングにおけるバイアス電圧及びフッ素系ガスの濃度によって調節する。
このように、ソース領域25a及びドレイン領域25bの一部であるエクステンション領域19は、p型シリコン(Si)基板11において、凸部11aに位置するように形成するようになる。凸部11aの高さは、約10nmから20nmである。又、この工程の際に、多結晶シリコンからなるゲート電極13の頂部もエッチングされて低くなる。
図2Dに示すように、絶縁材料である酸化シリコン(SiO2)膜14cは、凸部11aの側壁及びゲート電極13を覆うように、例えばCVD法により酸化シリコン(SiO2)膜14cを約5nmから10nm形成する。具体的な酸化シリコン(SiO2)膜14cの形成方法は、低圧CVD法により、例えばテトラエトキシシラン(TEOS)とO2をソースガスとして基板温度600℃で反応させる方法を用いることができる。この工程の際、酸化シリコン(SiO2)膜14cのp型シリコン(Si)基板11に対する表面は、凸部11aの上面よりも低くなるように形成する。
図3Aに示すように、p型シリコン(Si)基板11よりも高いヤング率を有する窒化シリコン(SiN)膜14dは、凸部11a、ゲート電極13及び酸化シリコン(SiO2)膜14cを覆うように、例えばCVD法により窒化シリコン(SiN)膜14dを35nmから45nm形成する。具体的な窒化シリコン(SiN)膜14dの形成は、低圧CVD法によりジクロロシアン(SiCl2H2)とアンモニア(NH3)をソースガスとして基板温度600℃程度の温度で反応させる方法で行うことができる。
なお、窒化シリコン(SiN)膜14dにおけるシリコン(Si)のソースガスは、ジクロロシアン(SiCl2H2)の替わりにシラン(SiH4)又はビスターシャルブチルアミノシラン(BTBAS)等を用いても良い。
図3Bに示すように、第1のサイドウォール14a及び第2のサイドウォール14bは、p型シリコン(Si)基板11の全面において、窒化シリコン(SiN)14dを異方性エッチングし、次に酸化シリコン(SiO2)膜14cを異方性エッチングすることにより形成する。窒化シリコン(SiN)14dのエッチングは、例えばフッ素系ガスであるCHF3を含有するCHF3/Ar/O2ガスを用いることができる。酸化シリコン(SiO2)膜14cのエッチングは、フッ素系ガスであるC4F8を含有するC4F8/Ar/O2ガスを用いることができる。
このように、第1のサイドウォール14aは、凸部11aの側面上及びp型シリコン(Si)基板11上に絶縁材料により形成する。第2のサイドウォール14bは、第1のサイドウォール14aの形成面上にシリコン(Si)基板よりも高いヤング率を有する材料により形成する。
なお、本実施例において、第1のサイドウォール14a及び第2のサイドウォール14bは、酸化シリコン(SiO2)膜14c及び窒化シリコン(SiN)膜14dを順次堆積させた後に、全面を異方性エッチングすることによって形成する。しかし、第1のサイドウォール14aは酸化シリコン(SiO2)膜14cを堆積させた後に異方性エッチングすることによって形成し、その後、第2のサイドウォール14bは窒化シリコン(SiN)膜14dを堆積させた後に異方性エッチングすることによって形成してもよい。なお、このような製造方法によれば、第1のサイドウォール14aはゲート電極13の側壁上と凸部11aの側面上のみに形成される。
図3Cに示すように、深いソース領域21a及び深いドレイン領域21bは、ゲート電極13、第1のサイドウォール14a及び第2のサイドウォール14bをマスクとして、p型シリコン(Si)基板11の深いソース領域21a及び深いドレイン領域21bにn型導電性不純物を第2のイオン注入することによって形成する。n型導電性不純物は、例えば砒素(As)を用いることができる。イオン注入の条件は、例えば加速エネルギー30keV及びドーズ量1×1015/cm2である。
その後、イオン注入した各種不純物は、1000℃で10秒間程度のアニール処理によって活性化することができる。
図3Dに示すように、シリサイド層15を形成する金属は、ゲート電極13、深いソース領域21a及び深いドレイン領域21bの表面上に堆積する。本実施例において、シリサイドを形成する金属は例えばコバルト(Co)である。ゲート電極13、深いソース領域21a及び深いドレイン領域21bの表面におけるコバルト(Co)の堆積は、例えばコバルト(Co)ターゲットを用いて250W程度のDCバイアスを印加したスパッタリングによって行うことができる。コバルト(Co)は、例えば約3nmから8nmの厚みで堆積するのが望ましい。ゲート電極13、深いソース領域21a及び深いドレイン領域21bの表面におけるコバルト(Co)の1次シリサイド化反応は、窒素(N2)雰囲気中で例えば500℃程度及び30秒間の低温アニーリングによって行うことができる。その後、未反応のコバルト(Co)膜は、例えば過酸化アンモニア(NH3・H2O2)と過硫酸(H2SO5)との混合液により除去する。次に、ゲート電極13及びp型シリコン(Si)基板11の表面上における2次シリサイド化は、例えば700℃程度の高温アニーリングを窒素(N2)雰囲気中で約30秒間行うことによって行うことができる。このように、シリサイド層15は、ゲート電極13、深いソース領域21a及び深いドレイン領域21bの表面上に形成する。なお、シリサイド層15を形成する金属は、ニッケル(Ni)を用いてもよい。
応力膜16aは、ゲート電極13、第1のサイドウォール14a及び第2のサイドウォール14b上に形成する。具体的には、応力膜16aは、p型シリコン(Si)基板11の全面に、ゲート電極13、第1のサイドウォール14a、第2のサイドウォール14b、シリサイド層15、深いソース領域21a及び深いドレイン領域21bの表面上を覆うように形成する。応力膜16aは、例えば窒化シリコン(SiN)を用いることが望ましい。応力膜16aの形成方法は、例えばプラズマCVD法であることが望ましい。応力膜16aは、例えば膜厚70nmから90nm程度で形成する。応力膜16aである窒化シリコン(SiN)膜の形成は、SiN成膜ガス(例えばNH3及びSiH4等)を用いる。そして、応力膜16aである窒化シリコン(SiN)膜は、UVキュアにより膜内から水素(H)を離脱する。このように、応力膜16aは、窒化シリコン(SiN)膜自身が収縮し、チャネル部に引張応力(テンサイル・ストレス)を印加する性質を有するように形成することができる。
そして、n型MISトランジスタ10は、不図示の層間絶縁膜の形成、応力膜16aをエッチングストッパとする不図示のコンタクト孔の形成、及び不図示の配線の形成等の諸工程を経て完成する。
上述した実施例は、MISトランジスタをn型MISトランジスタ10として説明している。しかし、上述したMISトランジスタは、p型MISトランジスタとして形成しても良い。その場合、上述したn型MISトランジスタ10は、導電型を逆にしてp型MISトランジスタとすれば良い。
また、本発明は実施例に記載された構成及び条件等に限られるものではない。本実施例は各種の変更が可能である。
図5の表において、Direction(方向)の欄は1、NMOSの欄は2、PMOSの欄は3、記号の欄は4、Tension(引っ張り)の欄は5、Compression(圧縮)の欄は6を示す。
Longitudinal方向は、Tension(引っ張り)が適した歪みであることを示す。
Tension(引っ張り)5は、Longitudinal方向(X方向:ソース領域及びドレイン領域をつなぐ方向)の引っ張り力によって歪みを与えると、駆動電流が向上することを示す。
そして、Longitudinal方向は、Compression(圧縮)6を記載する。つまり、Compression(圧縮)による歪みは、上記駆動電流を向上させるのに適した歪みであることを示す。
なお、本実施例は、Longitudinal方向(X方向:ソース領域及びドレイン領域をつなぐ方向)を、シリコン(Si)からなる半導体基板の<110>方向と一致させることがMISトランジスタの駆動電流の向上の条件である。
シリコン(Si)結晶のバンド構造は、歪みを与えることによって変化し、MISトランジスタの反転層の導電キャリアの実効的な移動度が向上する。その導電キャリアの実効的な移動度が向上することによって、MISトランジスタの駆動電流が向上する。また、上記バンド構造に対する歪みを与える方向が逆であれば導電キャリアの実効的な移動度が低下する。
なお、NMOSの欄2及びPMOSの欄3に記載したMISトランジスタの駆動電流を向上させるのに最適な歪みを与えるストレスの方向は、非特許文献:S.E.Thompson et al., IEEE Trans. Elec. Dev, pp.1790-1797, November2004を参考に記載したものである。
上述した応力及び歪みを求めるシミュレーションは、第1のサイドウォール14aを形成する酸化シリコン(SiO2)、p型シリコン(Si)基板11を形成するシリコン(Si)、第2のサイドウォール14bを形成する窒化シリコン(SiN)の順番に各ヤング率が高くなるように設定した。詳細には、酸化シリコン(SiO2)のヤング率は65[GPa]、シリコン(Si)のヤング率は130[GPa]、窒化シリコン(SiN)のヤング率は200[GPa]とした。
図6Cは、破線で囲んだ◆印のデータ30aをn型MISトランジスタ10´とした場合の応力σxxの値、及び実線で囲んだ◆印のデータ30bをn型MISトランジスタ10とした場合の応力σxxの値を示す。ただし、破線で囲んだ◆印のデータ30aはp型シリコン(Si)基板11とゲート絶縁膜12との界面のz座標における応力σxxの値を示す。実線で囲んだ◆印のデータ30bは、p型シリコン(Si)基板11とゲート絶縁膜12との界面の原点からそれぞれ1[nm]及び6[nm]下方における応力σxxの値を示す。
図6Cは、破線で囲んだ◆印のデータ30aと実線で囲んだ◆印のデータ30bとを比較した。破線で囲んだ◆印のデータ30aにおいて、n型MISトランジスタ10´のp型シリコン(Si)基板11とゲート絶縁膜12の界面における応力σxxは0.28であった。実線で囲んだ◆印のデータ30bにおいて、n型MISトランジスタ10の応力σxxはそれぞれ0.34及び0.38であった。
図6Dは、破線で囲んだ●印のデータ30cと実線で囲んだ●印のデータ30dとを比較した。破線で囲んだ●印のデータ30cにおいて、n型MISトランジスタ10´のp型シリコン(Si)基板11とゲート絶縁膜12との界面における歪みExxが0.0025であるのに対し、実線で囲んだ●印のデータ30dにおいて、n型MISトランジスタ10の歪みExxはそれぞれ0.0030及び0.0034であった。
チャネル部をX方向に引っ張る応力σxx及び歪みExxは、n型MISトランジスタ10の製造プロセスにおいて応力膜16aが収縮する際に第2のサイドウォール14bを介してチャネル部に発生する。n型MISトランジスタ10は、窒化シリコン(SiN)からなる第2のサイドウォール14bがチャネル部の両端に形成されているため、n型MISトランジスタ10´と比較してチャネル部に発生するX方向の一軸性応力及び歪みが増加することが推定される。先の図5で示したように、歪みExxはチャネル部におけるキャリア移動度の向上に寄与するため、n型MISトランジスタ10のチャネル部におけるキャリア移動度を向上させることができる。
また、本実施例におけるMISトランジスタ及びMISトランジスタの製造方法は、第1のサイドウォールが絶縁材料である酸化シリコン(SiO2)で形成されている。第1のサイドウォールが酸化シリコン(SiO2)で形成されているため、ゲート電極とソース領域との間、及びゲート電極とドレイン領域との間の耐圧を高く維持することができる。
本発明の第2の実施例において、図7から図11は、n型MISトランジスタ20の構造及びn型MISトランジスタ20の製造方法を詳細に説明するものである。本発明の第2の実施例におけるMISトランジスタ20及びMISトランジスタ20の製造方法は、第1の実施例におけるMISトランジスタ10と比較して、第1の実施例よりも凸部11bの高さを低く形成する。さらに、第1絶縁膜14cは、異方性エッチングにより凸部11bの高さよりも低く形成する。凸部11bの高さを低く形成することにより、凸部11bにおけるエクステンション領域19の形成領域を大きくすることができる。エクステンション領域19の形成領域を大きくすることができるため、チャネル部におけるリーク電流を抑制できる。
図7Aに示すように、素子分離領域50はn型MISトランジスタ20の周囲に形成する。活性領域40は、素子分離領域50に画定されている矩形の領域である。ゲート電極13は、活性領域40の中央部を横断して形成する。第1のサイドウォール14a´及び第2のサイドウォール14bは、ゲート電極13の周囲に形成する。ポケット領域18及びエクステンション領域19は、活性領域40に、ゲート電極13に隣接して所定の幅に形成する。ゲート電極13は、凸部11b上に形成する。深いソース領域21a及び深いドレイン領域21bは、活性領域40のうち、ゲート電極13、ポケット領域18及びエクステンション領域19を除いた領域に形成する。
一対のポケット領域18は、第1の実施例の図2Bで示した工法と同様の工法を用いて形成する。
エクステンション領域19は、ソース領域25a及びドレイン領域25bの一部である。一対のエクステンション領域19は、ゲート電極13をマスクとしてp型シリコン(Si)基板11のエクステンション領域19に第1のイオン注入を行うことによって形成する。n型導電性不純物は、例えば砒素(As)を用いることができる。第1のイオン注入の条件は、例えば加速エネルギー5keV及びドーズ量2×1014/cm2である。
凸部11bは、p型シリコン(Si)基板11にゲート絶縁膜12及びゲート電極13の一部を残した状態で形成する。凸部11bは、p型シリコン(Si)基板11上に、ゲート電極13をマスクして、窒化酸化シリコン(SiON)膜の異方性エッチングを行い、次に、再びゲート電極13をマスクして異方性エッチングすることによって形成する。凸部11bを形成する異方性エッチング条件は、凸部11bの側壁がテーパー形状を有する条件に設定する。窒化酸化シリコン(SiON)膜及びp型シリコン(Si)基板11のエッチングは、例えばフッ素系ガスであるCHF3を含有するCHF3/Ar/O2ガス、又はフッ素系ガスであるCF4を含有するCF4/Ar/O2ガスを用いて行う。凸部11bのテーパー形状における傾斜角は、30度から60度であることが望ましい。
このように、ソース領域25a及びドレイン領域25bの一部であるエクステンション領域19は、p型シリコン(Si)基板11において、凸部11bに位置するように形成する。凸部11bの高さは、約6nmから10nmである。又、この工程の際に、多結晶シリコンからなるゲート電極13の頂部もエッチングされて低くなる。
なお、本実施例におけるMISトランジスタ20は、第1の実施例におけるMISトランジスタ10と比較して、第1の実施例よりも凸部11bの高さを低く形成する。凸部11bの高さを低く形成することにより、凸部11bにおけるエクステンション領域19を第1の実施例におけるMISトランジスタ10よりも大きくすることができる。凸部11bにおけるエクステンション領域19を大きく形成できるため、チャネル部におけるリーク電流を抑制できる。
図9Aに示すように、酸化シリコン(SiO2)膜14cを異方性エッチングする工程は、酸化シリコン(SiO2)膜14cの厚みがp型シリコン(Si)基板11の凸部11bの上面よりも低くなるように形成するために行う。p型シリコン(Si)基板11の表面上における酸化シリコン(SiO2)膜14cの膜厚は3nm以下にするのが望ましい。酸化シリコン(SiO2)膜14cの異方性エッチングは、RIEによって行う。酸化シリコン(SiO2)膜14cの異方性エッチングは、フッ素系ガスであるC4F8を含有するC4F8/Ar/O2ガスを用いる。
その後、イオン注入した各種不純物は、1000℃で10秒間程度のアニール処理によって活性化することができる。
そして、n型MISトランジスタ20は、不図示の層間絶縁膜の形成、応力膜16aをエッチングストッパとする不図示のコンタクト孔の形成、及び不図示の配線の形成等の諸工程を経て完成する。
上述した実施例は、MISトランジスタをn型MISトランジスタ20として説明している。しかし、上述したMISトランジスタは、p型MISトランジスタとして形成しても良い。その場合、上述したn型MISトランジスタ20は、導電型を逆にしてp型MISトランジスタとすれば良い。
また、本発明は実施例に記載された構成及び条件等に限られるものではない。本実施例は各種の変更が可能である。
上述した応力及び歪みを求めるシミュレーションは、第1のサイドウォール14a´を形成する酸化シリコン(SiO2)、p型シリコン(Si)基板11を形成するシリコン(Si)、第2のサイドウォール14bを形成する窒化シリコン(SiN)の順番に各ヤング率が高くなるように設定した。詳細には、酸化シリコン(SiO2)のヤング率は65[GPa]、シリコン(Si)のヤング率は130[GPa]、窒化シリコン(SiN)のヤング率は200[GPa]とした。
図11Cは、破線で囲んだ■印のデータ30aと実線で囲んだ■印のデータ30eとを比較した。破線で囲んだ■印のデータ30aにおいて、n型MISトランジスタ10´のp型シリコン(Si)基板11とゲート絶縁膜12の界面における応力σxxが0.28であった。実線で囲んだ■印のデータ30eにおいて、n型MISトランジスタ20の応力σxxは0.31であった。
図11Dは、破線で囲んだ▲印のデータ30cと実線で囲んだ▲印のデータ30fとを比較した。破線で囲んだ▲印のデータ30cにおいて、n型MISトランジスタ10´のp型シリコン(Si)基板11とゲート絶縁膜12との界面における歪みExxが0.0025であるのに対し、実線で囲んだ▲印のデータ30fにおいて、n型MISトランジスタ20の歪みExxは0.0027であった。
チャネル部をX方向に引っ張る応力σxx及び歪みExxは、n型MISトランジスタ20の製造プロセスにおいて応力膜16aが収縮する際に第2のサイドウォール14bを介して発生する。n型MISトランジスタ20は、窒化シリコン(SiN)からなる第2のサイドウォール14bがチャネル部の両端に形成されているため、n型MISトランジスタ10´と比較してチャネル部に発生するX方向の一軸性応力及び歪みが増加することが推定される。先の図5で示したように、歪みExxはチャネル部におけるキャリア移動度の向上に寄与するため、n型MISトランジスタ20のチャネル部におけるキャリア移動度を向上させることができる。
Claims (10)
- 凸部を有するシリコン(Si)基板と、
前記凸部の上面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記凸部の側部に設けたソース領域及びドレイン領域と、
前記凸部の側面上及び前記凸部に隣接するシリコン(Si)基板上に設けた絶縁材料からなる第1のサイドウォールと、
前記第1のサイドウォール上にあり、底面が前記上面よりも低く形成された、前記シリコン(Si)基板よりも高いヤング率を有する第2のサイドウォールと、
前記ゲート電極及び前記第2のサイドウォール上に形成された応力膜と、を備えることを特徴とする半導体デバイス。 - 前記第1のサイドウォールは酸化シリコン(SiO2)からなり、前記第2のサイドウォールは窒化シリコン(SiN)からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記凸部の側面は前記シリコン(Si)基板に対する垂直面を基準として傾斜していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体デバイス。
- 前記第2のサイドウォールの厚みは、前記第1のサイドウォールの厚みの4倍以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体デバイス。
- 前記凸部の側面の傾斜角が30度から60度であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体デバイス。
- シリコン(Si)基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記シリコン(Si)基板に第1のイオン注入を行い、
次いで前記シリコン(Si)基板をエッチングして上面と側面とを備えた凸部を形成する工程と、
前記凸部の側面及び前記凸部に隣接する前記シリコン(Si)基板上に、前記隣接するシリコン(Si)基板上で表面が前記凸部の上面より低い部分を有する第1のサイドウォールと、前記シリコン(Si)基板よりも高いヤング率を有する第2のサイドウォールを積層形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記第2のサイドウォール上に応力膜を形成する工程と、
を行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 前記シリコン(Si)基板に、前記ゲート電極、前記第1のサイドウォール及び前記第2のサイドウォールをマスクとして第2のイオン注入を行う工程と、を有することを特徴とする請求項6に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第1のサイドウォールと前記第2のサイドウォールを積層形成する工程は、
前記シリコン(Si)基板に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に前記シリコン(Si)基板よりも高いヤング率を有する第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜を異方性エッチングする工程と、を有することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の半導体デバイスの製造方法。 - 前記積層形成する工程は、前記第1絶縁膜を前記シリコン(Si)基板上に形成した後、前記第1絶縁膜を異方性エッチングする工程を有することを特徴とする請求項8に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第1のサイドウォールは酸化シリコン(SiO2)であり、前記第2のサイドウォールは窒化シリコン(SiN)であることを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
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