JP5262711B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、MISFETにストレスを印加するための様々な技術が検討されている。その技術の一つに、MISFETを覆うように形成されたコンタクトエッチングストップ膜により、MISFETにストレスを印加する技術がある。
また、N型のMISFETとP型のMISFETとでは、特性を改善するためにチャネル領域にかけるべきストレスの方向が異なる。そうすると、コンタクトエッチングストップ膜により、MISFETにストレスを印加する技術によっては、N型のMISFETの特性及びP型のMISFETの特性を、同時に改善することはできない。
通常のMISFETの構造においては、コンタクトエッチングストップ膜が発生するストレスはそのままMISFETのチャネル領域に伝わるからである。
そこで、P型のMISFET上には圧縮ストレスを発生するコンタクトエッチングストップ膜が堆積され、N型のMISFET上には引っ張りストレスを発生するコンタクトエッチングストップ膜が堆積されている構造が提案された。(例えば、特許文献1)
P型のMISFET又はN型のMISFET上のコンタクトエッチングストップ膜が発生するストレスの方向は、通常のMISFETの構造においては、そのまま、MISFETのチャネル領域に伝わるという問題点がある。
そこで、P型のMISFETのチャネル領域に発生するストレスとN型のMISFETのチャネル領域に発生するストレスを異なるものとするため、特許文献1に示すような構造をえようとすると、MISFETを有する半導体装置の製造工程が増加する問題点がある。
また、本発明の他の目的は、半導体基板の一主面に、コンタクトエッチングストップ膜に覆われたN型のMISFETとP型のMISFETを形成する場合に、N型のMISFETのチャネル領域に伝わるストレスとP型のMISFETのチャネル領域に伝わるストレスが各々の電流駆動能力が向上する方向となるMISFETの構造であって、製造工程の増加を殆ど伴わずに得られる構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
半導体装置の一態様は、半導体基板上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、ポリシリコン部分と、前記ポリシリコン部分より大きいヤング率を有する前記ポリシリコン部分上のシリサイド部分とを有し、前記シリサイド部分の膜厚比率が0.6から0.9であるゲート電極と、前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の一方に隣接し、p型の導電型を有するソースと、前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の他方に隣接し、p型の導電型を有するドレインと、前記ゲート電極、前記ソース及び前記ドレイン上に形成され、前記半導体基板にテンサイルストレスを発生する絶縁膜とを有する。
半導体装置の他の一態様は、半導体基板上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、ポリシリコン部分と、前記ポリシリコン部分より小さいヤング率を有する前記ポリシリコン部分上のシリサイド部分とを有し、前記シリサイド部分の膜厚比率が0.6から0.9であるゲート電極と、前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の一方に隣接し、n型の導電型を有するソースと、前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の他方に隣接し、n型の導電型を有するドレインと、前記ゲート電極、前記ソース及び前記ドレイン上に形成され、コンプレッシブストレスを発生する絶縁膜とを有する。
半導体装置の製造方法の他の一態様は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にポリシリコンパターンを形成する工程と、前記半導体基板に第1の導電型を有するソース及びドレインを形成する工程と、前記ポリシリコンパターンの側面に、絶縁材料からなるサイドウオールを形成する工程と、前記ポリシリコンパターン上に金属層を形成する工程と、前記金属層を構成する金属と前記ポリシリコンパターンを構成するポリシリコンを反応させてシリサイドを形成し、反応せずに残った前記ポリシリコンと前記シリサイドを有するゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記ソース、前記ドレイン上に、コンプレッシブストレスを発生する絶縁膜を形成する工程と、を有し、前記金属層はコバルト(Co)を有し、前記第1の導電型がn型である場合は、前記ゲート電極に対する前記シリサイドの膜厚の比率が0.6から0.9であり、前記第1の導電型がp型である場合は、前記ゲート電極に対する前記シリサイドの膜厚の比率が0.6から0.9である。
本願の発明によれば、駆動能力が増加したMISFETを提供することができる。また、本願の他の発明によれば、駆動能力が増加したN型のMISFET及びP型のMISFETが形成された半導体装置の製造方法を提供することができる。
実施例1はコンタクトエッチングストップ膜が発生するストレスが緩和又は強調されて、MISFETのチャネル領域に伝わる構造を有し、電流駆動能力が向上しているMISFETに関する。そして、実施例1を、図1、図2A、図2B、図3A乃至図3D、図4A乃至図4Dを用いて説明する。
そして、図1の表において、Direction(方向)の欄1、NMOSの欄2、PMOSの欄3、記号の欄4、Tension(引っ張り)+++5、Compression(圧縮)++++6、及び、Compression(圧縮)++++の欄7を示す。
そして、Longitudinal方向に対しては、Tension(引っ張り)による歪みが最適な歪みであることを示し、その後に記載される「+++」は、歪み量を一定とした場合に、どの程度の駆動電流の向上があるかを示す指標である。すなわち、「+」の数が多い程、駆動電流の向上への寄与度が大きいことを示す。
そうすると、Tension(引っ張り)+++5は、ソースとドレイン方向の引っ張り力によって歪みを与えると、駆動電流の向上に対して中程度よりやや大きい寄与があることを示す。
同様に、Transverse方向に対しては、Tension(引っ張り)++が、NMOSの欄2に記載されている。すなわち、Transverse方向に対しては、Tension(引っ張り)による歪みが最適な歪みであることを示し、駆動電流の向上に対する寄与度は中程度よりやや小さいことを示す。また、Out-Of-Plane方向に対しては、Compression(圧縮)++++6が、NMOSの欄2に記載されている。すなわち、Out-Of-Plane方向に対しては、Compression(圧縮)による歪みが最適な歪みであることを示し、駆動電流の向上に対する寄与度は大きいことを示す。
そして、Longitudinal方向に対しては、Compression(圧縮)++++が記載され、Compression(圧縮)による歪みが最適な歪みであることを示し、駆動電流の向上に対する寄与度は大きいことを示す。
また、Transverse方向に対しては、Tension(引っ張り)+++が、PMOSの欄3に記載されている。すなわち、Transverse方向に対しては、Tension(引っ張り)による歪みが最適な歪みであることを示し、駆動電流の向上に対する寄与度は中程度よりやや大きいことを示す。さらに、Out-Of-Plane方向に対しては、Tension(引っ張り)+が、PMOSの欄3に記載されている。すなわち、Out-Of-Plane方向に対しては、Tension(引っ張り)による歪みが最適な歪みであることを示し、駆動電流の向上に対する寄与度は小さいことを示す。
なぜなら、シリコン結晶のバンド構造が、歪みを与えることによって変化し、MISFETの反転層の導電キャリヤーの実効的な移動度が向上することによって、MISFETの駆動電流が向上することになるからである。また、歪みを与える方向を間違えれば、導電キャリヤーの実効的な移動度が低下することになるからである。
さらに、NMOSの欄2、及び、PMOSの欄3に記載した、MISFET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。
そして、図2Aによれば、コンタクトエッチングストップ膜に覆われたMISFETは、半導体基板15の一主面上に形成されており、MISFETに対してストレスを発生するコンタクトエッチングストップ膜10で覆われている。また、コンタクトエッチングストップ膜10に覆われたMISFETは、ゲート絶縁膜13b、サイドウオールの下の酸化膜13a、シリサイド又はポリシリコンからなるゲート電極12a、ゲート電極12aの側面にゲート電極の側壁の酸化膜13cを介して配置されたサイドウオール11、及び、ゲート電極12aの両側に隣接して配置されたソース・ドレイン領域14から構成されている。
一方、+印で表された線16d、黒丸印で表された線16e、及び、■印で表された線16fを比較すると、半導体表面に垂直な方向の歪みEzzは、半導体表面に垂直な方向であって、20nmを超える領域では、コバルト(Co)シリサイド、ポリシリコン、ニッケル(Ni)シリサイドの順に、圧縮方向の歪み(マイナスの歪み)が大きい。しかし、半導体表面に垂直な方向であって、原点付近では、コバルト(Co)シリサイド、ポリシリコン、ニッケル(Ni)シリサイドの順に、圧縮方向の歪み(マイナス歪み)が小さい。
図3Aは、実施例1に係わるMISFETであって、テンサイルストレス(引っ張りストレス)を発生するコンタクトエッチングストップ膜10に覆われたMISFETにおいて、チャネル領域に発生するExx(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向の歪み)とEzz(半導体基板に垂直な方向の歪み)を制御するゲート電極構造を示す断面図である。
そして、図3Bは、△印及び△印を結ぶ曲線17a、○印及び○印を結ぶ曲線17b、及び、シリサイドの割合の範囲を示す点線17cを示す。
MISFETの電流駆動能力が増加する理由は以下である。まず、図1の表によると、N型のMISFETのチャネル領域において、半導体基板に垂直な方向の圧縮力による歪みは大きくN型のMISFETの駆動能力を増加させる。従って、ニッケル(Ni)シリサイドの割合が大きくなるほど歪みが大きくなり、MISFETの駆動能力は増加する。一方、N型のMISFETのチャネル領域において、ソース領域とドレイン領域をむすぶ方向の引っ張り力による歪みは中程度より大きくN型のMISFETの駆動能力を増加させる。そうすると、ニッケル(Ni)シリサイドの割合が大きくなるほど歪みが小さくなり、MISFETの駆動能力は減少する。しかし、点線17cで示すニッケル(Ni)シリサイドの割合の範囲では、Ezzが大きくなることによるMISFETの駆動能力の増加が大きく、Exxが減少することによるMISFETの駆動能力の減少を上回ることになるからである。
図3CのN型のMISFETにおいてゲート電極12bに占めるニッケル(Ni)シリサイドの割合が0.5から0.6の範囲に限定されている場合には、Exx(X方向の歪み)の減少が始まっていないため、さらに、MISFETの駆動能力が、大きく増加する。
また、図3Dにおいては、図3AのMISFETがP型のMISFETである点でも異なっている。
P型のMISFETの駆動能力が向上する理由は以下である。まず、図1のPMOSの欄の記載によれば、P型のMISFETにおいて、Ezz(Z方向の歪み)は殆ど電流駆動能力の変化をもたらさない。一方、P型のMISFETにおいて、Exx(X方向の歪み)は圧縮力による歪みの場合に大きく駆動能力が増加する。
図4Aは、実施例1に係わるMISFETであって、コンプレスストレス(圧縮ストレス)を発生するコンタクトエッチングストップ膜10に覆われたMISFETにおいて、チャネル領域に発生するExx(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向の歪み)とEzz(半導体基板に垂直な方向の歪み)を制御するゲート電極構造を示す断面図である。
なお、コンプレスストレス(圧縮ストレス)を発生するコンタクトエッチングストップ膜10によって、MISFETは両側から圧縮されるため、ゲート電極12cには高さ方向に引っ張りストレスが発生している。
ここで、図4Bのグラフの横軸はシリサイド部分の高さ方向の長さがゲート電極12c全体の高さ方向の長さに占める割合を示す。また、図4Bのグラフの縦軸はゲート電極12cがすべてポリシリコンであった場合の歪みに対する、ゲート電極12cがポリシコンとシリサイドで構成されている場合の歪みの割合を示す。
すなわち、図4BのP型のMISFETにおいてゲート電極12cに占めるコバルト(Co)シリサイドの割合が0.6から1.0の範囲に限定されていることを示す。
図4CのN型のMISFETにおいてゲート電極12cに占めるコバルト(Co)シリサイドの割合が0.5から0.9の範囲に限定されている場合には、Exx(X方向の歪み)の増加が始まったところである。一方、Ezz(Z方向の歪み)は大きく減少している。そうすると、図1の表を考慮すると、圧縮方向のExx(X方向の歪み)の増加によって、図4CのN型のMISFETの駆動能力は減少する方向である。一方、引っ張り方向のEzz(Z方向の歪み)の減少によって、図4CのN型のMISFETの駆動能力は増加する方向である。ここで、Ezz(Z方向の歪み)の減少のほうが駆動能力の増加に大きく寄与するため、また、Ezz(Z方向の歪み)の減少の程度が大きいため、図4CのN型MISFETの駆動能力は増加する。
図4DのN型のMISFETにおいてゲート電極12cに占めるコバルト(Co)シリサイドの割合が0.5から0.6の範囲に限定されている場合には、ゲート電極12cがポリシリコンのみで構成されている場合に比較して、N型のMISFETの駆動能力が向上する。図4CのN型のMISFETの駆動能力が向上する理由と同様だからである。従って、コバルト(Co)シリサイドの割合が0.5から0.6の範囲に限定されている場合には、図4CのN型のMISFETの駆動能力が向上する理由がさらに強調されるため、図4DのN型のMISFETの駆動能力は向上することがわかる。
なお、上記の図3B乃至図3Dにおいては、ニッケル(Ni)シリサイドを用いたが、ヤング率がポリシリコンより大きければ、同様な効果を生じる。そこで、例えば、チタン(Ti)シリサイドを上記のシリサイドとして用いた場合にも、ニッケル(Ni)シリサイドと同様な効果を生じる。
なお、上記の図4B乃至図4Dにおいては、コバルト(Co)シリサイドを用いたが、ヤング率がポリシリコンより小さければ、同様な効果を生じることはいうまでもない。
実施例2は、N型のMISFETとP型のMISFETとが同時に半導体基板の一主面上に形成されている半導体装置に関するものである。実施例2を図5A、図5B、図5C、及び、図5Dを用いて説明する。
図3BのN型のMISFETはサイドウオール11、ゲート電極12b、サイドウオール11の下の酸化膜13a、ゲート絶縁膜13b、ゲート電極の側壁の酸化膜13c、及び、ソース・ドレイン領域14から構成されている。なお、ソース・ドレイン領域14の導入されている不純物はN型である。また、図3DのP型のMISFETも同様である。ただし、ソース・ドレイン領域14の導入されている不純物がP型である点で異なる。
そして、N型のMISFETとP型のMISFETは素子分離23で電気的な絶縁が図られている。
ゲート電極12bは、ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19とから構成されている。
図5Bに示す、N型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線17d及びP型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線17eによれば、N型のMISFETのゲート電極12bとP型のMISFETのゲート電極12bとにおいて、ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19との割合は0.6から0.9である。
ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19との割合が0.6から0.9である場合には、図5Aの半導体装置において、N型のMISFET及びP型のMISFETともに電流駆動能力が向上する。図3BのN型のMISFET及び図3DのP型のMISFETにおいて、ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19との割合が0.6から0.9に限定されたことと同様な効果を生じるからである。
図4CのN型のMISFETはサイドウオール11、ゲート電極12c、サイドウオール11の下の酸化膜13a、ゲート絶縁膜13b、ゲート電極の側壁の酸化膜13c、及び、ソース・ドレイン領域14から構成されている。なお、ソース・ドレイン領域14の導入されている不純物はN型である。また、図4BのP型のMISFETも同様である。ただし、ソース・ドレイン領域14の導入されている不純物がP型である点で異なる。
そして、N型のMISFETとP型のMISFETは素子分離23で電気的な絶縁が図られている。
ゲート電極12cは、コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19とから構成されている。
図5Cに示す、N型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線21d及びP型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線21eによれば、N型のMISFETのゲート電極12cとP型のMISFETのゲート電極12cとにおいて、コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19との割合は0.6から0.9である。
コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19との割合が0.6から0.9である場合には、図5Cの半導体装置において、N型のMISFET及びP型のMISFETともに電流駆動能力が向上する。図4CのN型のMISFET及び図4BのP型のMISFETにおいて、コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19との割合が0.6から0.9に限定されたことと同様な効果を生じるからである。
実施例3は、N型のMISFETとP型のMISFETとが同時に半導体基板の一主面上に形成されている半導体装置に関するものである。ただし、N型のMISFETのゲート電極を構成するシリサイドとポリシリコンの割合とP型のMISFETのゲート電極を構成するシリサイドとポリシリコンの割合が異なる。実施例3を図6A、図6B、図6C、及び、図6Dを用いて説明する。
図3CのN型のMISFETはサイドウオール11、ゲート電極12b、サイドウオール11の下の酸化膜13a、ゲート絶縁膜13b、ゲート電極の側壁の酸化膜13c、及び、ソース・ドレイン領域14から構成されている。なお、ソース・ドレイン領域14の導入されている不純物はN型である。また、図3DのP型のMISFETも同様である。ただし、ソース・ドレイン領域14の導入されている不純物がP型である点で異なる。
ゲート電極12bは、ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19とから構成されている。なお、図3CのN型のMISFETのゲート電極12bにおけるニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19の比率と、図3DのN型のMISFETのゲート電極12bにおけるニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19の比率とは、異なる。なぜなら、図3CのN型のMISFETにおけるニッケル(Ni)シリサイド部分18の長さは、図3DのN型のMISFETにおけるニッケル(Ni)シリサイド部分18の長さと同様であるが、N型のMISFETのゲート電極12bの長さが長くなっているため、ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19の比率が異なるものとなっているからである。
そして、N型のMISFETとP型のMISFETは素子分離23で電気的な絶縁が図られている。
図6Bに示す、N型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線17d及びP型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線17eによれば、N型のMISFETのゲート電極12bにおいて、ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19との割合は0.5から0.6である。一方、P型のMISFETのゲート電極12bにおいて、ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19との割合は0.8から0.9である。
ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19との割合が、P型のMISFETとN型のMISFETにおいて、上記のような場合には、図6Aの半導体装置において、N型のMISFET及びP型のMISFETともに電流駆動能力が向上する。図3CのN型のMISFETおいて、ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19との割合が0.5から0.6に限定された場合の効果と同様な効果を生じるからである。また.図3DのP型のMISFETにおいて、ニッケル(Ni)シリサイド部分18とポリシリコン部分19との割合が0.8から0.9に限定されたことと同様な効果を生じるからである。
図4DのN型のMISFETはサイドウオール11、ゲート電極12c、サイドウオール11の下の酸化膜13a、ゲート絶縁膜13b、ゲート電極の側壁の酸化膜13c、及び、ソース・ドレイン領域14から構成されている。なお、ソース・ドレイン領域14の導入されている不純物はN型である。また、図4BのP型のMISFETも同様である。ただし、ソース・ドレイン領域14の導入されている不純物がP型である点で異なる。
そして、N型のMISFETとP型のMISFETは素子分離23で電気的な絶縁が図られている。
ゲート電極12cは、コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19とから構成されている。なお、図4DのN型のMISFETのゲート電極12cにおけるコバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19の比率と、図4BのN型のMISFETのゲート電極12cにおけるコバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19の比率とは、異なる。なぜなら、図4DのN型のMISFETにおけるコバルト(Co)シリサイド部分20の長さは、図4BのN型のMISFETにおけるコバルト(Co)シリサイド部分20の長さと同様であるが、N型のMISFETのゲート電極12cの長さが、長いため、コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19の比率が異なるものとなっているからである。
図6Cに示す、N型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線21d及びP型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線21eによれば、N型のMISFETのゲート電極12cにおいてコバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19との割合は0.5から0.6である。一方、P型のMISFETのゲート電極12cにおいて、コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19との割合は0.8から0.9である。
コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19との割合が、N型のMISFETとP型のMISFETにおいて、上記のような割合である場合には、図6Cの半導体装置において、N型のMISFET及びP型のMISFETともに電流駆動能力が向上する。図4DのN型のMISFETにおいて、コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19との割合を0.5から0.6に限定したのと同様な効果を生じるからである。また、図4BのP型のMISFETにおいて、コバルト(Co)シリサイド部分20とポリシリコン部分19との割合が0.8から0.9に限定されたことと同様な効果を生じるからである。
実施例4は、図5A及び図5Cに示す半導体装置の製造方法に関する実施例である。ただし、上記の半導体装置において、P型のMISFETのゲート電極を構成するポリシリコンとシリサイドの比率と、N型のMISFETのゲート電極を構成するポリシリコンとシリサイドの比率とが同じものとなる。実施例4を図7A乃至図7Dを用いて説明する。
まず、半導体基板15上に素子分離23用の溝を、フォトリソグラフィー法によって形成したレジストパターンをマスクにエッチングを行うことにより形成する。そして、絶縁物を堆積し、溝を絶縁物で埋めこんだ後、CMP(chemical mechanical polishing)法によって、溝以外の領域の絶縁物を除去する。その結果、素子分離23が形成される。
その後、ゲート絶縁膜13bとして、例えば、酸化窒化シリコン(SiON)を堆積する。そして、ゲート絶縁膜13b上にポリシリコン層を堆積する。そのポリシリコン層上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法によって、ゲート電極12dに相当するレジストパターンを形成する。そして、ポリシリコン層の異方性エッチングを、上記のレジストパターンをマスクに行う。その結果、ゲート電極パターンに相当するポリシリコンパターンが形成される。その後、イオン注入法により、エクステンション領域25及びパンチスルーストップ不純物領域26に不純物を導入する。その結果、図7Aに示す断面図を得る。
まず、酸化膜を堆積し、その酸化膜上にさらに窒化膜を堆積する。そして、窒化膜の異方性エッチングを行うことにより、上記のポリシリコンパターンの側壁の酸化膜13cを介して、窒化物からなるサイドウオール11を形成する。その後、サイドウオール11をマスクに酸化膜のエッチンを行ない、サイドウオール11の下に酸化膜13aを形成するとともに、ポリシリコンパターン上の酸化物を除去する。その後、ソース・ドレイン領域14を構成する深い不純物拡散領域24に不純物を導入することにより、図7Bの断面図を得る。
従って、コンタクトエッチングストップ膜10がテンサイルストレスを発生するときには、ゲート電極12dを構成するポリシリコンとシリサイドの比率を、図5Bに示すように設定可能である。また、コンタクトエッチングストップ膜10がコンプレッシブストレスを発生するときには、ゲート電極12dを構成するポリシリコンとシリサイドの比率を、図5Dに示すように設定可能である。
そうすると、実施例4の製造方法によって製造した半導体装置において、MISFETの駆動能力を増加させる歪みを発生可能である。
従って、実施例4の製造方法によって製造した半導体装置において、P型のMISFET及びN型のMISFETはともに、電流駆動が増加する。
実施例5は、図6A及び図6Cに示す半導体装置の製造方法に関する実施例である。ただし、上記の半導体装置において、P型のMISFETのゲート電極を構成するポリシリコンとシリサイドの比率と、N型のMISFETのゲート電極を構成するポリシリコンとシリサイドの比率とが異なるものとなる。実施例5を図8A乃至図8Dを用いて説明する。
まず、半導体基板15上に素子分離23用の溝を、フォトリソグラフィー法によって形成したレジストパターンをマスクにエッチングを行うことにより形成する。そして、絶縁物を堆積し、溝を絶縁物で埋めこんだ後、CMP法によって、溝以外の領域の絶縁物を除去する。その結果、素子分離23が形成される。
その後、ゲート絶縁膜13bとして、例えば、酸化窒化シリコン(SiON)を堆積する。そして、ゲート絶縁膜13b上にポリシリコン層を堆積する。そのポリシリコン層上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法によって、ゲート電極12dに相当するレジストパターンを形成する。そして、ポリシリコン層の異方性エッチングを、上記のレジストパターンをマスクに行う。その結果、ゲート電極パターンに相当するポリシリコンパターンが形成される。
その後、全面にレジストを塗布し、N型のMISFETのゲート電極12dを覆うようなレジストパターンを、フォトリソグラフィー法によって形成する。その後、P型のMISFETのゲート電極12dを、所定の量、異方性エッチングによってエッチングする。そして、レジストパターンを除去する。その結果、N型のMISFETのゲート電極12dの長さに比較し、P型のMISFETのゲート電極12dの長さは短くなる。
その後、イオン注入法により、エクステンション領域25及びパンチスルーストップ不純物領域26に不純物を導入する。その結果、図8Aに示す断面図を得る。
従って、コンタクトエッチングストップ膜10がテンサイルストレスを発生するときには、ゲート電極12dを構成するポリシリコンとシリサイドの比率を、図6Bに示すように設定可能である。また、コンタクトエッチングストップ膜10がコンプレッシブストレスを発生するときには、ゲート電極12dを構成するポリシリコンとシリサイドの比率を、図6Dに示すように設定可能である。
そうすると、実施例5の製造方法によって製造した半導体装置において、MISFETの駆動能力を増加させる歪みを発生可能である。
従って、実施例5の製造方法によって製造した半導体装置において、P型のMISFET及びN型のMISFETはともに、電流駆動が増加する。
(付記1)
ストレスを発生する絶縁膜に覆われたMISFETであって、
半導体基板上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、ポリシリコン部分とシリサイド部分とからなるゲート電極と、
前記ゲート電極の一方に隣接したソースと、
前記ゲート電極の他方に隣接したドレインと、を備え、
前記ポリシリコン部分と前記シリサイド部分の比率が、前記MISFETの駆動能力を増加させるための歪みであって、前記絶縁膜が発生するストレスに基づいて前記ゲート電極を介して、前記ゲート電極下のMISFETのチャネル領域に発生させる前記歪みに応じて決められた比率であることを特徴とするMISFET。
(付記2)
前記絶縁膜が発生するストレスがテンサイルストレスであり、前記MISFETがN型のMISFETである場合には、
前記シリサイドが前記ポリシリコンより大きなヤング率を有し、
前記比率が0.5から0.8であることを特徴とする付記1に記載したMISFET。
(付記3)
前記絶縁膜が発生するストレスがテンサイルストレスであり、前記MISFETがP型のMISFETである場合には、
前記シリサイドが前記ポリシリコンより大きなヤング率を有し、
前記比率が0.6から0.9であることを特徴とする付記1に記載したMISFET。
(付記4)
付記2に記載したMISFETと
付記3に記載したMISFETと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
(付記5)
前記シリサイドがニッケル(Ni)シリサイド又はチタン(Ti)シリサイドであることを特徴とする付記2又は付記3に記載したMISFET。
(付記6)
前記絶縁膜が発生するストレスがコンプレッシブストレスであり、前記MISFETがP型のMISFETである場合には、
前記シリサイドが前記ポリシリコンより小さなヤング率を有し、
前記比率が0.6から0.9であることを特徴とする付記1に記載したMISFET。
(付記7)
前記絶縁膜が発生するストレスがコンプレッシブストレスであり、前記MISFETがN型のMISFETである場合には、
前記シリサイドが前記ポリシリコンより小さなヤング率を有し、
前記比率が0.6から0.9であることを特徴とする付記1に記載したMISFET。
(付記8)
付記6に記載したMISFETと、
付記7に記載したMISFETと、
を備える半導体装置。
(付記9)
前記シリサイドがコバルト(Co)シリサイドあることを特徴とする付記6又は付記7に記載したMISFET。
(付記10)
ストレスを発生する絶縁膜に覆われたMISFETの製造方法であって、
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にポリシリコンパターンを形成する工程と、
前記ポリシリコンパターンの側面に、絶縁材料からなるサイドウオールを形成する工程と、
前記ポリシリコンパターン上に金属層を形成する工程と、
前記金属層を構成する金属と前記ポリシリコンパターンを構成するポリシリコンを反応させてシリサイドを形成し、反応せずに残った前記ポリシリコンと前記シリサイドから構成されるゲート電極を形成する工程と、を備え、
前記ポリシリコンと前記シリサイドの比率が、前記MISFETの駆動能力を増加させるための歪みであって、前記絶縁膜が発生するストレスに基づいて前記ゲート電極を介して、前記ゲート電極下のMISFETのチャネル領域に発生させる歪みに応じて決められた比率であることを特徴とするMISFETの製造方法。
(付記11)
半導体の一主面に、ストレスを発生する絶縁膜に覆われた第1のゲート電極を有するN型のMISFETと第2のゲート電極を有するP型のMISFETが形成されている半導体装置であって、
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、第1のポリシリコンパターン及び第2のポリシリコンパターンを形成する工程と、
前記第1のポリシリコンパターン及び前記第2のポリシリコンパターンの側面に、絶縁材料からなるサイドウオールを形成する工程と、
前記第1のポリシリコンパターン及び前記第2のポリシリコンパターン上に金属層を形成する工程と、
前記金属層を構成する金属と前記第1のポリシリコンパターン及び前記第2のポリシリコンパターンを構成するポリシリコンを反応させてシリサイドを形成し、反応せずに残った前記ポリシリコンと前記シリサイドから構成される前記第1のゲート電極と前記第2の電極を形成する工程と、を備え、
前記第1のゲート電極の前記ポリシリコンと前記シリサイドの比率と、前記第2のゲート電極の前記ポリシリコンと前記シリサイドの比率が、異なることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記第2のポリシリコンパターンの高さを、前記第1のポリシリコンパターンの高さより低くする工程を、さらに、
備えることを特徴とする付記11に記載した半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記ストレスがテンサイルストレスである場合には、前記シリサイドがポリシリコンよりもヤング率の大きなものであって、前記第1のゲート電極の前記ポリシリコンと前記シリサイドの比率は0.6から0.7の間であり、前記第2のゲート電極の前記ポリシリコンと前記シリサイドの比率は0.8から0.9であることを特徴とする付記11に記載した半導体装置の製造方法。
(付記14)
前記ストレスがコンプレッシブストレスである場合には、前記シリサイドのヤング率はポリシリコンより小さいものであって、前記第1のゲート電極の前記ポリシリコンと前記シリサイドの比率は0.5から0.6の間であり、前記第2のゲート電極の前記ポリシリコンと前記シリサイドの比率は0.8から0.9であることを特徴とする付記11に記載した半導体装置の製造方法。
2 NMOSの欄
3 PMOSの欄
4 記号の欄
5 Tension(引っ張り力)+++
6 Compression(圧縮力)++++
7 Compression(圧縮力)++++の欄
10 コンタクトエッチングストップ膜
11 サイドウオール
12a、12b、12c、12d ゲート電極
13a 酸化膜
13b ゲート絶縁膜
13c 酸化膜
14 ソース・ドレイン領域
15 半導体基板
16a ◆印で表された線
16b ×印で表された線
16c 黒▲印で表された線
16d +印で表された線
16e 黒丸印で表された線
16f ■印で表された線
17a △印及び△印を結ぶ曲線
17b ○印及び○印を結ぶ曲線
17c シリサイドの割合の範囲を示す点線
17d N型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線
17e P型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線
18 ニッケル(Ni)シリサイド部分
19 ポリシリコン部分
20 コバルト(Co)シリサイド部分
21a 黒丸印及び黒丸印を結ぶ曲線
21b ▲印及び▲印を結ぶ曲線
21c シリサイドの割合の範囲を示す点線
21d N型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線
21e P型のMISFETのゲート電極においてシリサイドが占める割合の範囲を示す点線
23 素子分離
24 深い不純物拡散領域
25 エクステンション領域
26 パンチスルーストップ不純物領域
Claims (9)
- 半導体基板上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、ポリシリコン部分と、前記ポリシリコン部分より大きいヤング率を有する前記ポリシリコン部分上のシリサイド部分とを有し、前記シリサイド部分の膜厚比率が0.6から0.9であるゲート電極と、
前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の一方に隣接し、p型の導電型を有するソースと、
前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の他方に隣接し、p型の導電型を有するドレインと、
前記ゲート電極、前記ソース及び前記ドレイン上に形成され、前記半導体基板にテンサイルストレスを発生する絶縁膜とを有することを特徴とする半導体装置。 - 前記シリサイド部分がニッケル(Ni)シリサイド又はチタン(Ti)シリサイドを有することを特徴とする請求項1に記載した半導体装置。
- 半導体基板上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、ポリシリコン部分と、前記ポリシリコン部分より小さいヤング率を有する前記ポリシリコン部分上のシリサイド部分とを有し、前記シリサイド部分の膜厚比率が0.6から0.9であるゲート電極と、
前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の一方に隣接し、n型の導電型を有するソースと、
前記半導体基板に形成され、前記ゲート電極の他方に隣接し、n型の導電型を有するドレインと、
前記ゲート電極、前記ソース及び前記ドレイン上に形成され、コンプレッシブストレスを発生する絶縁膜とを有することを特徴とする半導体装置。 - 前記シリサイド部分がコバルト(Co)シリサイドを有することを特徴とする請求項3に記載した半導体装置。
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第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、第1のポリシリコン部分及び前記第1のポリシリコン部分上の第1のシリサイド部分とを有する第1のゲート電極と、
前記半導体基板に形成され、前記第1のゲート電極の一方に隣接し、n型の導電型を有する第1のソースと、
前記半導体基板に形成され、前記第1のゲート電極の他方に隣接し、n型の導電型を有する第1のドレインと、
前記半導体基板上に形成された第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、第2のポリシリコン部分及び前記第2のポリシリコン部分上の第2のシリサイド部分とを有する第2のゲート電極と、
前記半導体基板に形成され、前記第2のゲート電極の一方に隣接し、p型の導電型を有する第2のソースと、
前記半導体基板に形成され、前記第2のゲート電極の他方に隣接し、p型の導電型を有する第2のドレインと、
前記第1のゲート電極上、前記第1のソース上、前記第1のドレイン上、前記第2のゲート電極上、前記第2のソース上及び前記第2のドレイン上に形成され、テンサイルストレスまたはコンプレッシブストレスを発生する絶縁膜と、を有し、
前記第1のゲート電極における前記第1のシリサイド部分の膜厚比率と、前記第2のゲート電極における前記第2のシリサイド部分の膜厚比率とが異なることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にポリシリコンパターンを形成する工程と、
前記半導体基板に第1の導電型を有するソース及びドレインを形成する工程と、
前記ポリシリコンパターンの側面に、絶縁材料からなるサイドウオールを形成する工程と、
前記ポリシリコンパターン上に金属層を形成する工程と、
前記金属層を構成する金属と前記ポリシリコンパターンを構成するポリシリコンを反応させてシリサイドを形成し、反応せずに残った前記ポリシリコンと前記シリサイドを有するゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記ソース、前記ドレイン上に、テンサイルストレスを発生する絶縁膜を形成する工程と、を有し、
前記金属層はニッケル(Ni)又はチタン(Ti)を有し、
前記第1の導電型がn型である場合は、前記ゲート電極に対する前記シリサイドの膜厚の比率が0.5から0.8であり、
前記第1の導電型がp型である場合は、前記ゲート電極に対する前記シリサイドの膜厚の比率が0.6から0.9であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にポリシリコンパターンを形成する工程と、
前記半導体基板に第1の導電型を有するソース及びドレインを形成する工程と、
前記ポリシリコンパターンの側面に、絶縁材料からなるサイドウオールを形成する工程と、
前記ポリシリコンパターン上に金属層を形成する工程と、
前記金属層を構成する金属と前記ポリシリコンパターンを構成するポリシリコンを反応させてシリサイドを形成し、反応せずに残った前記ポリシリコンと前記シリサイドを有するゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記ソース、前記ドレイン上に、コンプレッシブストレスを発生する絶縁膜を形成する工程と、を有し、
前記金属層はコバルト(Co)を有し、
前記第1の導電型がn型である場合は、前記ゲート電極に対する前記シリサイドの膜厚の比率が0.6から0.9であり、
前記第1の導電型がp型である場合は、前記ゲート電極に対する前記シリサイドの膜厚の比率が0.6から0.9であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 第1のゲート電極を有するN型のMISFETと第2のゲート電極を有するP型のMISFETが形成されている半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、第1のポリシリコンパターン及び第2のポリシリコンパターンを形成する工程と、
前記第1のポリシリコンパターン及び前記第2のポリシリコンパターンの側面に、絶縁材料からなるサイドウオールを形成する工程と、
前記第1のポリシリコンパターン及び前記第2のポリシリコンパターン上に金属層を形成する工程と、
前記金属層を構成する金属と前記第1のポリシリコンパターン及び前記第2のポリシリコンパターンを構成するポリシリコンを反応させてシリサイドを形成し、反応せずに残った前記ポリシリコンと前記シリサイドを有する前記第1のゲート電極と前記第2の電極を形成する工程と、
前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極を覆い、前記半導体基板の一主面にストレスを発生させる絶縁膜を形成する工程と、
を備え、
前記第1のゲート電極の前記ポリシリコンと前記シリサイドの膜厚比率と、前記第2のゲート電極の前記ポリシリコンと前記シリサイドの膜厚比率が、異なることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2のポリシリコンパターンの高さを、前記第1のポリシリコンパターンの高さより低くする工程を、さらに、
備えることを特徴とする請求項8に記載した半導体装置の製造方法。
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