JPWO2009107562A1 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

【課題】微細化進展に伴うコンタクトエッチストップ膜方式の効果低減という課題を解決する。【解決手段】本発明の半導体装置10は、撓んだ形状を有するとともに当該形状からの応力を生ずる撓み形状部としての梁11と、梁11からもたらされる応力を受けて歪むことによりキャリアの移動度が変化した半導体部としてのチャネル領域12と、を有するMISFETである。半導体装置10によれば、撓んだ形状を有する梁11を用い、梁11の応力を利用してチャネル領域12を歪ませることにより、コンタクトエッチストップ膜方式とは異なる別の手法で歪みを生じさせることができるので、コンタクトエッチストップ膜方式の微細化の進展に伴う効果低減という課題を解決できる。【選択図】図1An object of the present invention is to solve the problem of reducing the effect of a contact etch stop film system with the progress of miniaturization. A semiconductor device according to the present invention has a bent shape and a beam as a bent shape portion that generates a stress from the shape, and the carrier moves by being distorted by receiving the stress from the beam. This is a MISFET having a channel region 12 as a semiconductor portion whose degree is changed. According to the semiconductor device 10, the beam 11 having a bent shape is used and the channel region 12 is distorted by using the stress of the beam 11, so that the distortion is generated by a method different from the contact etch stop film method. Therefore, it is possible to solve the problem of effect reduction with the progress of miniaturization of the contact etch stop film system. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に歪みによって移動度が向上する半導体装置及びその製造方法に関する。以下、「MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)型電界効果トランジスタ」を「MISFET(MIS Field Effect Transistor)」と略称する。なお、MOS型(Metal-Oxide-Semiconductor)電界効果トランジスタも当然にMISFETに含まれる。また、元素名は元素記号を用いることとする。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device whose mobility is improved by strain and a manufacturing method thereof. Hereinafter, “MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) type field effect transistor” is abbreviated as “MISFET (MIS Field Effect Transistor)”. Of course, MOS-type (Metal-Oxide-Semiconductor) field effect transistors are also included in the MISFET. In addition, element symbols are used as element names.

近年、比例縮小則(スケーリング則)に沿って集積回路の微細化を進めても、様々な物理的制約に起因して、MISFETの性能を向上させることが難しくなってきた。このような状況の中で、歪みによる移動度向上技術が注目されている。この技術は、MISFETのチャネル領域に応力を加えることで、チャネル領域の結晶格子を歪ませて、キャリアの移動度を向上させるものである。   In recent years, it has become difficult to improve the performance of MISFETs due to various physical constraints even if miniaturization of an integrated circuit is advanced in accordance with a proportional reduction law (scaling law). Under such circumstances, attention has been paid to a technique for improving mobility by distortion. In this technique, stress is applied to the channel region of the MISFET, thereby distorting the crystal lattice of the channel region and improving the carrier mobility.

例えば、MISFETのチャネル方向がSiの(100)面の<110>方向であるとき、この方向に引っ張り応力を加えて、チャネル領域のSiの結晶格子を歪ませると、電子の移動度が向上するとともに正孔の移動度が低下する。また、同じ方向に圧縮応力を加えて、チャネル領域のSiの結晶格子を歪ませると、電子の移動度が低下するとともに正孔の移動度が向上する。以下、このような特性を利用した技術を「歪みSi技術」と呼ぶことにする。   For example, when the channel direction of the MISFET is the <110> direction of the (100) surface of Si, applying a tensile stress in this direction to distort the Si crystal lattice in the channel region improves the electron mobility. At the same time, the mobility of holes decreases. Further, when compressive stress is applied in the same direction to distort the Si crystal lattice in the channel region, electron mobility is lowered and hole mobility is improved. Hereinafter, a technique using such characteristics is referred to as a “strained Si technique”.

歪みSi技術には、大別して2つの方法が存在する。1つは、埋め込みSiGe(Embedded Silicon Germanium:eSiGe)方式と呼ばれるものであり、もう1つは、コンタクトエッチストップ膜(Contact Etch Stop Layer : CESL)方式と呼ばれるものである。前者は、MISFETのソースとドレインに、選択エピタキシャル成長を用いて、Siより格子定数の大きいSiGeを埋め込む方法で、主にpチャネル型MISFETに用いられる。一方、後者は、コンタクトエッチストップ膜に、チャネル領域に歪みをもたらすようなSi窒化膜を用いる手法で、例えば、特許文献1、特許文献2及び非特許文献1に開示されている方法である。これらの文献には、Si基板上に形成された複数のゲート積層体(以下、本明細書では、ゲート絶縁膜及びゲート電極からなるものをゲート積層体と呼ぶ)を、これら全体の上から、コンタクトエッチストップ膜として用いられるSi窒化膜で覆い、このSi窒化膜によって、チャネル領域に応力を及ぼす技術が開示されている。なお、近年、半導体そのものを撓ませて、その半導体の中に電流を流す技術が、報告されている(特許文献3)。   There are roughly two methods of strained Si technology. One is called an embedded silicon germanium (eSiGe) method, and the other is called a contact etch stop layer (CESL) method. The former is a method of embedding SiGe having a lattice constant larger than that of Si using selective epitaxial growth in the source and drain of the MISFET, and is mainly used for a p-channel type MISFET. On the other hand, the latter is a method using a Si nitride film that causes distortion in the channel region as the contact etch stop film, and is a method disclosed in, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1. In these documents, a plurality of gate stacks formed on a Si substrate (hereinafter referred to as a gate stack in the present specification is composed of a gate insulating film and a gate electrode) are formed from above all of them. A technique is disclosed in which a Si nitride film used as a contact etch stop film is covered and stress is applied to the channel region by the Si nitride film. In recent years, a technique has been reported in which a semiconductor is bent and a current flows in the semiconductor (Patent Document 3).

特許文献1では、コンタクトエッチストップ膜として引っ張り応力の強い熱窒化膜を用いることで、nチャネル型MISFETの性能を向上させる例が開示されている。また、特許文献2や非特許文献1では、nチャネル型MISFETにはチャネル領域に引っ張り応力を加えるSi窒化膜を用い、pチャネル型MISFETにはチャネル領域に圧縮応力を加えるSi窒化膜を用いることにより、nチャネル型MISFET及びpチャネル型MISFETの性能をともに向上させる技術が開示されている。このように、コンタクトエッチストップ膜方式において、nチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETとで、それぞれのキャリアの移動度を向上させる異なる向きの応力を与えるSi窒化膜を、それぞれ別に用いる技術を、DSL(Dual Stress Liner)技術と呼ぶ。   Patent Document 1 discloses an example in which the performance of an n-channel MISFET is improved by using a thermal nitride film having a high tensile stress as a contact etch stop film. In Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, an Si nitride film that applies tensile stress to the channel region is used for the n-channel MISFET, and an Si nitride film that applies compressive stress to the channel region is used for the p-channel MISFET. Accordingly, a technique for improving the performance of both the n-channel MISFET and the p-channel MISFET is disclosed. As described above, in the contact etch stop film system, a technique for separately using Si nitride films that apply stresses in different directions to improve the mobility of carriers in n-channel MISFETs and p-channel MISFETs, respectively. (Dual Stress Liner) technology.

特開2002−198368号公報JP 2002-198368 A 特開2003−086708号公報JP 2003-086708 A 国際公開第2005/122276号パンフレットInternational Publication No. 2005/122276 2005年12月、インターナショナル・エレクトロン・デバイス・ミーティング2005、テクニカル・ダイジェスト 第229−232頁(InternationalElectron Devices Meeting 2005、 Technical Digest、 pp.229-232)December 2005, International Electron Device Meeting 2005, Technical Digest, pages 229-232 (International Electron Devices Meeting 2005, Technical Digest, pp.229-232) 2002年2月18日、産業技術サービスセンター、江刺 正喜 監修、マイクロマシン−異種要素を集積化した小型で高度な働きをするシステム 第221−230頁、坂田 二郎「スティッキング対策」February 18, 2002, supervised by Industrial Technology Service Center, Masayoshi Esashi, Micromachine-A small and highly functional system that integrates different elements, pages 221-230, Jiro Sakata "Countermeasures against sticking"

しかしながら、特許文献1、特許文献2及び非特許文献1に開示された半導体装置には、次のような問題があった。   However, the semiconductor devices disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1 have the following problems.

一般に、非特許文献1の図5に示されるように(ここでは、DSL技術のように、nチャネル型MISFETには引っ張り応力を加える膜、pチャネル型MISFETには圧縮応力を加える膜を用いていることを前提とする)、コンタクトエッチストップ膜方式では、Si窒化膜を厚くするほどにオン電流が増加する。つまり、Si窒化膜を厚くすると、ストレスが強まるので、チャネル領域の歪みも大きくなり、これを反映してキャリアの移動度も向上するので、オン電流も増加する。   Generally, as shown in FIG. 5 of Non-Patent Document 1 (here, as in the DSL technique, a film that applies tensile stress to an n-channel MISFET and a film that applies compressive stress to a p-channel MISFET are used. In the contact etch stop film method, the on-current increases as the Si nitride film becomes thicker. That is, when the Si nitride film is thickened, the stress is increased, so that the distortion of the channel region is also increased, and the mobility of the carriers is improved reflecting this, so that the on-current is also increased.

しかし、非特許文献1の図7乃至図9に示されるように、複数のゲート積層体が最小ピッチで隣り合うように配置されている場合に、次のような問題が起こる。コンタクトエッチストップ膜のSi窒化膜を厚くしていくと、ある膜厚を越えたあたりから、隣接するゲート積層体間の空間が埋まってくる。ゲート積層体間の空間がSi窒化膜で埋まり始めると、ストレス(特にゲート長方向のストレス)の最も強い領域が、チャネル領域から次第に離れていく。そのため、Si窒化膜を厚くしても、ゲート積層体間の空間が埋まり始める膜厚あたりから、チャネル領域の歪みが急激に小さくなるので、オン電流も減少してしまう。すなわち、オン電流を増加し得るSi窒化膜の膜厚には、上限が存在する。   However, as shown in FIGS. 7 to 9 of Non-Patent Document 1, the following problem occurs when a plurality of gate stacked bodies are arranged adjacent to each other at the minimum pitch. When the Si nitride film of the contact etch stop film is made thicker, the space between adjacent gate stacks is filled after the film thickness exceeds a certain thickness. When the space between the gate stacks begins to fill with the Si nitride film, the region with the strongest stress (especially the stress in the gate length direction) gradually moves away from the channel region. For this reason, even when the Si nitride film is thickened, the strain in the channel region abruptly decreases from around the thickness at which the space between the gate stacks begins to fill, and the on-current is also reduced. That is, there is an upper limit to the thickness of the Si nitride film that can increase the on-current.

一方、MISFETは、年々、微細化が進展している。微細化すると、当然のことながら、隣接するゲート積層体間のピッチも小さくなる。このことは、微細化が進展するにつれて、より薄いSi窒化膜で、隣接するゲート積層体間の空間が埋まることを意味している。すなわち、オン電流を増加し得るSi窒化膜の膜厚の上限は、微細化につれて更に小さくなる。このため、微細化の進展に応じて、Si窒化膜によってもたらされる歪みの量が減少することにより、移動度の向上の度合いも小さくなるので、Si窒化膜によってオン電流が増加する割合も小さくなっていく。   On the other hand, miniaturization of MISFET is progressing year by year. As a matter of course, the pitch between adjacent gate stacks is reduced as the size is reduced. This means that as the miniaturization progresses, a thinner Si nitride film fills the space between adjacent gate stacks. That is, the upper limit of the thickness of the Si nitride film that can increase the on-current is further reduced as the size is reduced. For this reason, as the amount of strain caused by the Si nitride film decreases as the miniaturization progresses, the degree of improvement in mobility also decreases, so the rate of increase in on-current by the Si nitride film also decreases. To go.

以上述べてきたように、コンタクトエッチストップ膜方式には、MISFETを微細化するとその効果が小さくなるという問題があった。一般に歪みの効果は加算的であるので、pチャネル型MISFETでは、コンタクトエッチストップ膜方式の効果が小さくなる分、新たに埋め込みSiGe方式と組み合わせれば、微細化しても同じ圧縮応力をかけることが可能である。しかし、nチャネル型MISFETでは、埋め込みSiGe方式が適用できないので、微細化した時にコンタクトエッチストップ膜方式の効果が小さくなる影響が大きかった。そのため、特に、nチャネル型MISFETのチャネル領域に引っ張り歪みを生じさせる新たな方法が求められていた。   As described above, the contact etch stop film system has a problem that the effect is reduced when the MISFET is miniaturized. In general, since the effect of strain is additive, in the p-channel type MISFET, the effect of the contact etch stop film method is reduced, and if it is newly combined with the embedded SiGe method, the same compressive stress is applied even if it is miniaturized. Is possible. However, since the embedded SiGe method cannot be applied to the n-channel type MISFET, the effect of the contact etch stop film method becomes small when miniaturized. Therefore, a new method for generating tensile strain in the channel region of the n-channel MISFET has been demanded.

そこで、本発明の目的は、微細化進展に伴うコンタクトエッチストップ膜方式の効果低減を補償するように、新規な構造によりMISFETのチャネル領域に歪みを加えられる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, in which distortion is applied to the channel region of the MISFET with a novel structure so as to compensate for the effect reduction of the contact etch stop film system accompanying the progress of miniaturization. It is in.

本発明に係る半導体装置は、撓んだ形状を有するとともに当該形状からの応力を生ずる撓み形状部と、前記応力を受けて歪むことによりキャリアの移動度が変化した半導体部と、を備える。   The semiconductor device according to the present invention includes a bent shape portion that has a bent shape and generates stress from the shape, and a semiconductor portion in which the mobility of the carrier is changed due to distortion due to the stress.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、一端が半導体基板に固定され他端がどこにも固定されない構造物を当該半導体基板上に形成する第一工程と、前記構造物の周囲の空間に液体を満たす第二工程と、前記空間に満たされた前記液体を乾燥させることにより、前記構造物を撓ませて前記他端を前記半導体基板又は前記半導体基板上の他の構造物に接触させたまま固定する第三工程と、を含む。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step of forming on the semiconductor substrate a structure in which one end is fixed to the semiconductor substrate and the other end is not fixed anywhere, and a liquid is applied to a space around the structure. A second step of filling and drying the liquid filled in the space to bend the structure and fix the other end in contact with the semiconductor substrate or another structure on the semiconductor substrate And a third step.

本発明によれば、撓んだ形状を有する撓み形状部を用い、その撓み形状部からもたらされる応力を利用して半導体部を歪ませることにより、コンタクトエッチストップ膜方式とは異なる別の手法で歪みを生じさせることができるので、コンタクトエッチストップ膜方式の微細化進展に伴う効果低減という課題を解決できる。   According to the present invention, by using a bent shape portion having a bent shape, the semiconductor portion is distorted by using the stress generated from the bent shape portion, thereby using a method different from the contact etch stop film method. Since distortion can be generated, it is possible to solve the problem of effect reduction with the progress of miniaturization of the contact etch stop film system.

<第一実施形態>
図1は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図2は、図1の要部拡大図である。ただし、図2では、わかりやすくするためにハッチングを省略して示している。以下、これらの図面に基づき、本実施形態の半導体装置の概要について説明する。
<First embodiment>
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. However, in FIG. 2, hatching is omitted for the sake of clarity. The outline of the semiconductor device of this embodiment will be described below with reference to these drawings.

本実施形態の半導体装置10は、撓んだ形状を有するとともに当該形状からの応力を生ずる撓み形状部としての梁11と、梁11の応力を受けて歪むことによりキャリアの移動度が変化した半導体部としてのチャネル領域12と、を有するMISFETである。   The semiconductor device 10 according to the present embodiment includes a beam 11 as a bent shape portion that has a bent shape and generates stress from the shape, and a semiconductor in which carrier mobility is changed by distortion due to the stress of the beam 11. MISFET having a channel region 12 as a part.

ただし、半導体装置は、MISFETに限らず、接合型FET、バイポーラトランジスタ、ダイオード、発光素子、受光素子、センサなど、電流が流れる半導体部を有するものであればどのようなものでもよい。半導体部も、チャネル領域12に限らず、キャリアが流れる半導体であれば何でもよい。撓み形状部は、梁11に限らず、撓んだ形状を有して応力を生ずるものであれば、例えば板やその他の複雑な形状であってもよい。また、撓み形状部は、電気的な影響を避けるために、絶縁体であることが好ましい。   However, the semiconductor device is not limited to the MISFET, and may be any device that has a semiconductor portion through which a current flows, such as a junction FET, a bipolar transistor, a diode, a light emitting element, a light receiving element, and a sensor. The semiconductor portion is not limited to the channel region 12 and may be any semiconductor as long as carriers flow. The bent shape portion is not limited to the beam 11 and may be, for example, a plate or other complicated shape as long as it has a bent shape and generates stress. Moreover, in order to avoid an electrical influence, it is preferable that a bending shape part is an insulator.

半導体装置10によれば、撓んだ形状を有する梁11を用い、梁11の応力を利用してチャネル領域12を歪ませることにより、コンタクトエッチストップ膜方式とは異なる別の手法で歪みを生じさせることができるので、コンタクトエッチストップ膜方式の微細化進展に伴う効果低減という課題を解決できる。   According to the semiconductor device 10, by using the beam 11 having a bent shape and distorting the channel region 12 using the stress of the beam 11, distortion is caused by a method different from the contact etch stop film method. Therefore, it is possible to solve the problem of reducing the effect accompanying the progress of miniaturization of the contact etch stop film system.

梁11は、撓んだ状態で一端11a及び他端11bが固定された梁である。梁11は、構造が比較的単純であるので、製造しやすいという利点がある。半導体基板13の表面にチャネル領域12が形成され、半導体基板13の表面に梁11の一端11aが固定され、一端11aを介して梁11の応力がチャネル領域12に働く。半導体基板13は、Si基板である。ただし、半導体基板は、Si基板に限らず、例えばGe基板、SiC基板、GaAs基板、SOI(Silicon On Insulator)基板、SGOI(Silicon Germanium On Insulator)基板などでもよい。   The beam 11 is a beam in which one end 11a and the other end 11b are fixed in a bent state. The beam 11 has an advantage that it is easy to manufacture because the structure is relatively simple. A channel region 12 is formed on the surface of the semiconductor substrate 13, one end 11a of the beam 11 is fixed to the surface of the semiconductor substrate 13, and the stress of the beam 11 acts on the channel region 12 through the one end 11a. The semiconductor substrate 13 is a Si substrate. However, the semiconductor substrate is not limited to the Si substrate, and may be, for example, a Ge substrate, a SiC substrate, a GaAs substrate, an SOI (Silicon On Insulator) substrate, an SGOI (Silicon Germanium On Insulator) substrate, or the like.

また、半導体装置10は、チャネル領域12の上に形成されたゲート絶縁膜14及びゲート電極15からなるゲート積層体16と、ゲート積層体16の側面に形成されたゲート側壁17とを有する。梁11はゲート側壁17の一部であり、梁11の他端11bはゲート積層体16の側面に固定されている。ゲート側壁17は、梁11とゲート積層体16とで囲まれた空隙18を含む。空隙18は最も誘電率が低いので、ゲート電極15の寄生容量を低減できる。チャネル領域12に与えられる歪みは、主に、梁11のゲート長方向の長さ(梁11の厚み)L1と、梁11の一端11aからゲート積層体16の側面までの距離L2とによって制御されている。チャネル領域12の材料、面、及びチャネル方向は用いる基板に応じて異なるが、最も一般的な場合は、半導体基板13がバルクSi基板で、チャネル領域12がSiからなり、チャネル領域12の面およびチャネル方向がSiの(100)面の<110>方向又は<100>方向であるような場合である。梁11は、ヤング率の大きな材料が好ましく、例えばSi窒化膜からなる。   In addition, the semiconductor device 10 includes a gate stacked body 16 including a gate insulating film 14 and a gate electrode 15 formed on the channel region 12, and a gate sidewall 17 formed on a side surface of the gate stacked body 16. The beam 11 is a part of the gate side wall 17, and the other end 11 b of the beam 11 is fixed to the side surface of the gate stacked body 16. The gate sidewall 17 includes a void 18 surrounded by the beam 11 and the gate stack 16. Since the gap 18 has the lowest dielectric constant, the parasitic capacitance of the gate electrode 15 can be reduced. The strain applied to the channel region 12 is mainly controlled by the length L1 of the beam 11 in the gate length direction (thickness of the beam 11) L1 and the distance L2 from one end 11a of the beam 11 to the side surface of the gate stacked body 16. ing. The material, surface, and channel direction of the channel region 12 vary depending on the substrate used. In the most general case, the semiconductor substrate 13 is a bulk Si substrate, the channel region 12 is made of Si, and the surface of the channel region 12 and This is the case where the channel direction is the <110> direction or the <100> direction of the (100) plane of Si. The beam 11 is preferably made of a material having a large Young's modulus, and is made of, for example, a Si nitride film.

半導体装置10は、図示しないが、複数のMISFETを備えてもよい。このとき、各MISFETにおけるチャネル領域12に与えられる歪みを、長さ(梁11の厚み)L1と距離L2との少なくとも一方を異ならせることによって、二種類以上に設定してもよい。複数のMISFETは、nチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETとを含んでもよい。このとき、チャネル方向により、nチャネル型MISFETのみを図1に示すMISFETとしてもよいし、nチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETとの両方を図1に示すMISFETとしてもよい。   Although not shown, the semiconductor device 10 may include a plurality of MISFETs. At this time, the strain applied to the channel region 12 in each MISFET may be set to two or more types by varying at least one of the length (thickness of the beam 11) L1 and the distance L2. The plurality of MISFETs may include an n-channel MISFET and a p-channel MISFET. At this time, depending on the channel direction, only the n-channel MISFET may be the MISFET shown in FIG. 1, or both the n-channel MISFET and the p-channel MISFET may be the MISFET shown in FIG.

本実施形態の半導体装置10は、ゲート側壁17の一部に、絶縁体で形成された撓んだ梁11を用い、撓んだ梁11によって応力が与えられる領域を、キャリア(電子及び/又は正孔)が移動するチャネル領域12としている。チャネル領域12では、撓んだ梁11から応力が与えられることによって引っ張り歪みが導入される。したがって、チャネル領域12を移動する電子の移動度が向上し、電子が主要なキャリアとなっているnチャネル型MISFETでは、オン電流が高く高速動作が可能な半導体装置10となる。このように、本発明の構成は、撓んだ梁によって応力が与えられる領域を電子及び/又は正孔が移動し、その移動度が性能に関わるようなものであれば、種々の半導体装置に応用することができる。   In the semiconductor device 10 of this embodiment, a bent beam 11 formed of an insulator is used as a part of the gate side wall 17, and a region to which stress is applied by the bent beam 11 is transferred to a carrier (electron and / or The channel region 12 in which holes) move is used. In the channel region 12, tensile strain is introduced by applying stress from the deflected beam 11. Therefore, the mobility of electrons moving through the channel region 12 is improved, and the n-channel MISFET in which electrons are the main carriers is a semiconductor device 10 having a high on-current and capable of high-speed operation. As described above, the structure of the present invention can be applied to various semiconductor devices as long as electrons and / or holes move in a region where stress is applied by a deflected beam and the mobility is related to performance. Can be applied.

また、元々の梁11は片持ち梁である。梁11の一端11aは、半導体基板13に固定された支点となる。ここで、片持ち梁の状態から、梁11の他端11bをゲート積層体16の方向に撓ませる。すると、梁11の支点に働く反力が、ゲート積層体16から遠ざかる方向に働く。そのため、ゲート積層体16の下にあるチャネル領域12に引っ張り応力を加えることができるので、チャネル領域12に引っ張り歪みを導入することができる。なお、片持ち梁とは、一端が固定され、他端が自由端であるような梁であり、片持ち梁の先端に集中荷重を加えると、集中荷重の大きさに等しく向きが逆の反力が、梁の支点に働くことが知られている。   The original beam 11 is a cantilever beam. One end 11 a of the beam 11 serves as a fulcrum fixed to the semiconductor substrate 13. Here, the other end 11 b of the beam 11 is bent in the direction of the gate stacked body 16 from the state of the cantilever. Then, the reaction force acting on the fulcrum of the beam 11 works in the direction away from the gate stacked body 16. Therefore, a tensile stress can be applied to the channel region 12 under the gate stacked body 16, so that a tensile strain can be introduced into the channel region 12. A cantilever is a beam that has one end fixed and the other end free. When a concentrated load is applied to the tip of the cantilever, the opposite direction is the same as the concentrated load. It is known that force acts on the fulcrum of the beam.

図3は、本実施形態における梁の撓みと半導体部に働く応力との関係を説明するための断面図である。以下、この図面に基づき説明する。   FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the relationship between the bending of the beam and the stress acting on the semiconductor portion in the present embodiment. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

本実施形態における梁構造を、図3を用いて説明する。なお、以下の説明で、重力の影響を十分小さいとして無視する。また、図3の片持ち梁30、30aは、図1における梁11に相当する。   The beam structure in this embodiment will be described with reference to FIG. In the following explanation, the influence of gravity is ignored because it is sufficiently small. Further, the cantilever beams 30 and 30a in FIG. 3 correspond to the beam 11 in FIG.

図3(a)に、材料力学で一般的な、撓みが生じる前の片持ち梁を示す。梁30aは、長さがl、厚みがh、幅(図面奥行き方向の長さ)がbである。梁30aの断面形状は長方形である。また、梁30aは、一端が固定部材31に固定されている。その一端が固定端32である。   FIG. 3 (a) shows a cantilever beam which is common in material mechanics and before bending occurs. The beam 30a has a length l, a thickness h, and a width (a length in the drawing depth direction) b. The cross-sectional shape of the beam 30a is a rectangle. One end of the beam 30 a is fixed to the fixing member 31. One end thereof is a fixed end 32.

図3(b)に示すように、撓んだ片持ち梁30の先端に大きさPの集中荷重33が作用しているとする。そのときに生じる先端の撓みvは、次式で与えられる。
v=Pl/3EI ・・・(1)
I=bh/l ・・・(2)
ここに、Eは片持ち梁30を構成する物質のヤング率、Iは断面2次モーメントである。撓んだ片持ち梁30の支点となる固定端32には、集中荷重33と大きさが等しく向きが逆の反力34が働く。
As shown in FIG. 3B, it is assumed that a concentrated load 33 having a size P is acting on the tip of the bent cantilever 30. The tip deflection v occurring at that time is given by the following equation.
v = Pl 3 / 3EI (1)
I = bh 3 / l 2 (2)
Here, E is the Young's modulus of the material constituting the cantilever 30 and I is the moment of inertia of the cross section. A reaction force 34 having the same magnitude as the concentrated load 33 and the opposite direction acts on the fixed end 32 serving as a fulcrum of the bent cantilever 30.

本実施形態では、図3(a)(b)に示す構造を90度回転させて、図3(c)(d)に示す構造のようにして用いる。回転前の構造と回転後の構造とは、物理的に何ら変わるものではない。図3(d)において、撓んだ片持ち梁30の先端に大きさPの集中荷重33が作用しているとすると、そのとき生じる先端の撓みvは(1)式で与えられる。また、撓んだ片持ち梁30の支点となる固定端32には、集中荷重33と大きさが等しく向きが逆の反力34が働く。ここで、図3(d)において、固定部材31を半導体基板とみなせば、反力34をチャネル領域へ働く応力として用いることができることがわかる。   In the present embodiment, the structure shown in FIGS. 3A and 3B is rotated by 90 degrees and used as shown in FIGS. 3C and 3D. The structure before the rotation and the structure after the rotation do not change physically. In FIG. 3D, if a concentrated load 33 having a size P is acting on the tip of the bent cantilever 30, the tip deflection v generated at that time is given by equation (1). Further, a reaction force 34 having the same magnitude as the concentrated load 33 and the opposite direction acts on the fixed end 32 serving as a fulcrum of the bent cantilever 30. Here, in FIG. 3D, if the fixing member 31 is regarded as a semiconductor substrate, it can be seen that the reaction force 34 can be used as a stress acting on the channel region.

図4は、本実施形態における梁の撓ませ方を説明するための断面図である。以下、この図面に基づき説明する。   FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining how the beam is bent in the present embodiment. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

本実施形態において、図3の集中荷重33に相当する力をどのように与えるかについて、図4を用いて説明する。図4(a)は、固定部材31である半導体基板上に、二つの片持ち梁30aがある間隔で存在している状況を示している。二つの片持ち梁30aを液体で満たした後、その液体を乾燥させる。すると、図4(a)に示すように、二つの片持ち梁30aの間に液体35が残る状況が生じる。このような状況では、液体35の表面張力に起因して、二つの片持ち梁30aの間に互いを引き合うような力が働くので、二つの片持ち梁30aが、おじぎしあうような形で撓もうとする。一般に、二つの片持ち梁30aの間隔が十分に広ければ、液体の表面張力の影響が小さくお互いが付着しないので、固定部材31の半導体基板上の液体35が乾燥してなくなった時、二つの片持ち梁30aは直立した状態である。   In the present embodiment, how to apply a force corresponding to the concentrated load 33 in FIG. 3 will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows a situation where two cantilever beams 30a are present at a certain interval on a semiconductor substrate which is the fixing member 31. FIG. After filling the two cantilever beams 30a with the liquid, the liquid is dried. Then, as shown in FIG. 4A, a situation occurs in which the liquid 35 remains between the two cantilever beams 30a. In such a situation, due to the surface tension of the liquid 35, a force that pulls each other between the two cantilevers 30a works, so that the two cantilevers 30a bow together. Try to flex. In general, if the distance between the two cantilevers 30a is sufficiently wide, the influence of the surface tension of the liquid is small and the liquid 35 on the semiconductor substrate of the fixing member 31 is not dried. The cantilever 30a is in an upright state.

しかし、二つの片持ち梁30aの間隔がある値以下に狭いと、液体35の表面張力による二つの片持ち梁30a同士で引き合う力が、各片持ち梁30aの復元力を上回る。その結果、図4(b)に示すように、二つの片持ち梁30は、撓んだ状態のまま互いに付着し、液体35を完全に乾燥させた後も、付着力によりこの状態が維持される。この付着力の正体は、液体35の残渣の接着力、二つの片持ち梁30間の水素結合力、二つの片持ち梁30間のファンデルワールス力等と言われている(非特許文献2)。このような現象は、レジストでアスペクト比の高いライン&スペースパターンを形成したときに、よく観察される。もちろん、このような付着現象が観察される材料はレジストに限られるわけではなく、例えばSiでも同様な現象が観察される。   However, when the distance between the two cantilevers 30a is narrower than a certain value, the force attracted by the two cantilevers 30a due to the surface tension of the liquid 35 exceeds the restoring force of each cantilever 30a. As a result, as shown in FIG. 4B, the two cantilever beams 30 adhere to each other while being bent, and this state is maintained by the adhesive force even after the liquid 35 is completely dried. The The identity of the adhesive force is said to be the adhesive force of the residue of the liquid 35, the hydrogen bond force between the two cantilever beams 30, the van der Waals force between the two cantilever beams 30 (Non-patent Document 2). ). Such a phenomenon is often observed when a line and space pattern having a high aspect ratio is formed with a resist. Of course, the material in which such an adhesion phenomenon is observed is not limited to the resist, and the same phenomenon is observed in, for example, Si.

二つの片持ち梁30aを液体に浸した後、その液体を完全に乾燥させたとき、図4(b)のような状態であれば、片持ち梁30の先端に働く付着力が図3(d)に示す集中荷重33であるとみなせる。このとき、付着力と大きさが等しく向きが逆の反力34が、片持ち梁30の固定端32に働く。   When the two cantilever beams 30a are immersed in the liquid and then the liquid is completely dried, the adhesive force acting on the tip of the cantilever beam 30 is as shown in FIG. It can be regarded as the concentrated load 33 shown in d). At this time, a reaction force 34 that is equal in magnitude to the adhesion force and opposite in direction acts on the fixed end 32 of the cantilever 30.

図5及び図6は、本実施形態における撓んだ梁から半導体部が受ける力を説明するための断面図である。また、図5及び図6の片持ち梁30、30a、30s、30dは、図1における梁11に相当する。以下、この図面に基づき説明する。   5 and 6 are cross-sectional views for explaining the force received by the semiconductor portion from the deflected beam in the present embodiment. Further, the cantilever beams 30, 30a, 30s, and 30d in FIGS. 5 and 6 correspond to the beam 11 in FIG. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

図5及び図6の各図では、nチャネル型MISFETのゲート長方向の断面図を示している。まず、図5(a)に示すように、素子分離絶縁膜19が形成された半導体基板13を用意し、半導体基板13上にゲート絶縁膜14及びゲート電極15からなるゲート積層体16を形成するとともに、ゲート積層体16の近傍に二つの片持ち梁30aを形成する。   Each of FIGS. 5 and 6 shows a cross-sectional view of the n-channel MISFET in the gate length direction. First, as shown in FIG. 5A, a semiconductor substrate 13 on which an element isolation insulating film 19 is formed is prepared, and a gate stacked body 16 including a gate insulating film 14 and a gate electrode 15 is formed on the semiconductor substrate 13. At the same time, two cantilevers 30 a are formed in the vicinity of the gate stack 16.

続いて、図5(b)に示すように、図4に示す方法を用いて、片持ち梁30aを撓ませてゲート積層体16に付着させる。この状態の片持ち梁30は、先端部分にゲート積層体16からの付着力を受けて、撓んだ状態となっている。以下、ソース側の片持ち梁30を片持ち梁30sと示し、ドレイン側の片持ち梁30を片持ち梁30dと示す。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, the cantilever 30 a is bent and attached to the gate stacked body 16 using the method shown in FIG. 4. The cantilever 30 in this state is bent due to the adhesive force from the gate stack 16 at the tip. Hereinafter, the cantilever 30 on the source side is referred to as a cantilever 30s, and the cantilever 30 on the drain side is referred to as a cantilever 30d.

このとき、図5(c)に示すように、ソース側の片持ち梁30sの支点すなわち片持ち梁30sと半導体基板13との接点には、付着力である力P1の反力として、ゲート積層体16から遠ざかる方向の力P2が働く。同様に、図6(d)に示すように、ドレイン側の片持ち梁30dの支点すなわち片持ち梁30dと半導体基板13との接点にも、付着力である力P1の反力として、ゲート積層体16から遠ざかる方向の力P2が働く。   At this time, as shown in FIG. 5C, a gate stack is formed as a reaction force of the force P1, which is an adhesive force, on the fulcrum of the source-side cantilever 30s, that is, the contact between the cantilever 30s and the semiconductor substrate 13. A force P2 in a direction away from the body 16 works. Similarly, as shown in FIG. 6 (d), the gate stack is formed as a reaction force of the force P1, which is an adhesive force, at the fulcrum of the drain side cantilever 30d, that is, the contact between the cantilever 30d and the semiconductor substrate 13. A force P2 in a direction away from the body 16 works.

一方、ゲート積層体16は、図6(e)に示すように、片持ち梁30s、30dが付着しているので、片持ち梁30s、30dの双方から力P1で引っ張られる。これらの力P1は、向きが反対で大きさが等しいので、互いに打ち消しあい、結果的にゲート積層体16は影響を受けない。   On the other hand, since the cantilever beams 30s and 30d are attached to the gate stacked body 16 as shown in FIG. 6E, the gate stacked body 16 is pulled by the force P1 from both the cantilever beams 30s and 30d. Since these forces P1 are opposite in direction and equal in magnitude, they cancel each other, and as a result, the gate stack 16 is not affected.

したがって、図6(f)に示すように、チャネル領域12には、片持ち梁30s、30dの支点からそれぞれ力P2が働く。そのため、チャネル領域12は、ゲート積層体16から遠ざかる方向の応力、すなわち引っ張り応力を受けるので、電子の移動度が向上することにより、nチャネル型MISFETのオン電流が増加する。なお、この方法では、チャネル領域12に応力を与える位置が、DSL技術における同様の位置よりもチャネル領域12に近いので、微細化に適している。   Therefore, as shown in FIG. 6F, the force P2 acts on the channel region 12 from the fulcrums of the cantilever beams 30s and 30d. Therefore, the channel region 12 receives a stress in a direction away from the gate stacked body 16, that is, a tensile stress. Therefore, the on-current of the n-channel type MISFET increases by improving the electron mobility. Note that this method is suitable for miniaturization because a position where stress is applied to the channel region 12 is closer to the channel region 12 than a similar position in the DSL technique.

なお、図6(f)のようにして働く力の大きさについては、以下のように見積もられる。図3及び図4で説明したように、反力34の大きさは、片持ち梁30の先端に働く集中荷重33に等しい。図6(f)においては、集中荷重33に相当するものが、ゲート積層体16と片持ち梁30s、30dとの間に働く付着力である。この付着力によって、ゲート積層体16と撓む前の片持ち梁30aとの間隔だけ、撓んでいるとする。すなわち、(1)式の撓みvが、ゲート積層体16と撓む前の片持ち梁30aとの間隔に等しい、と近似する。そうすると、集中荷重Pは、(1)式及び(2)式より、以下のように求められる。
P=3vEI/l・・・(3)
In addition, about the magnitude | size of the force which acts like FIG.6 (f), it estimates as follows. As described with reference to FIGS. 3 and 4, the magnitude of the reaction force 34 is equal to the concentrated load 33 acting on the tip of the cantilever 30. In FIG. 6 (f), what corresponds to the concentrated load 33 is the adhesive force acting between the gate stack 16 and the cantilever beams 30s, 30d. It is assumed that the adhesive force is bent by an interval between the gate stack 16 and the cantilever 30a before being bent. That is, it is approximated that the bending v in the equation (1) is equal to the interval between the gate stacked body 16 and the cantilever 30a before bending. Then, the concentrated load P is calculated | required as follows from (1) Formula and (2) Formula.
P = 3vEI / l 3 (3)

この力が、nチャネル型MISFETにおいて、その接合深さx程度の領域に働くとすると、撓んだ片持ち梁30によってもたらされる応力σは、(2)式及び(3)式より、次のように求められる。
σ=P/(bx)=[vE/(4x)](l/h)−3・・・(4)
Assuming that this force acts on the region of the junction depth x j in the n-channel MISFET, the stress σ caused by the bent cantilever 30 is as follows from the equations (2) and (3): It is required as follows.
σ = P / (bx j ) = [vE / (4x j )] (l / h) −3 (4)

(4)式から、応力を強めるためには、ヤング率Eの高い材料を梁に用いること、梁を大きく撓ませること(撓みvを大きくすること)、梁のアスペクト比(=l/h)を小さくすることが、重要であることがわかる。Si窒化膜は、Si酸化膜よりも大きいヤング率を有するので、片持ち梁30の材料として好ましい。ただし、これらの条件は、片持ち梁30がゲート積層体16に付着しにくくなる条件でもある。そのため、片持ち梁30がゲート積層体16に付着する範囲で許容されるパラメータで、上記の条件を満たすようなものを採用するべきである。   From equation (4), in order to increase the stress, a material having a high Young's modulus E is used for the beam, the beam is greatly deflected (the deflection v is increased), and the beam aspect ratio (= l / h). It can be seen that it is important to reduce. Since the Si nitride film has a larger Young's modulus than the Si oxide film, it is preferable as a material for the cantilever 30. However, these conditions are also conditions that make it difficult for the cantilever beam 30 to adhere to the gate stack 16. For this reason, parameters that satisfy the above-described conditions should be adopted as parameters that are allowed in a range in which the cantilever 30 adheres to the gate stacked body 16.

(4)式から、応力の大きさを具体的に見積もってみると、例えば、l=50nm、h=10nm、v=10nm、x=10nm、E=250GPa(Si窒化膜を仮定)とすると、σ=0.5GPaとなる。
したがって、本実施形態によれば、微細化が進むにつれてその効果が小さくなるコンタクトエッチストップ膜方式に対して、その減少分を補える応力を与えることができる。また、DSL技術などのコンタクトエッチストップ膜方式が適用されている既存の素子に本実施形態の構成を適用すれば、本実施形態の構成によって応力が増す分だけ、オン電流が増加する。
From the equation (4), when the magnitude of the stress is specifically estimated, for example, if l = 50 nm, h = 10 nm, v = 10 nm, x j = 10 nm, E = 250 GPa (assuming Si nitride film) Σ = 0.5 GPa.
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to apply a stress that compensates for the decrease to the contact etch stop film system in which the effect becomes smaller as the miniaturization progresses. Further, if the configuration of the present embodiment is applied to an existing element to which a contact etch stop film system such as DSL technology is applied, the on-current increases by the amount of stress due to the configuration of the present embodiment.

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について、その概要を説明する。   Next, an outline of the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment will be described.

梁を撓ませる方法としては、図5(a)に示すように、ゲート積層体16近傍のソース側とドレイン側とに真っ直ぐな梁30aを形成した後、梁30aとゲート積層体16との間の空間を液体で満たし、その液体を乾燥させることが好ましい。この際に、液体の表面張力により、梁30aがゲート積層体16側に引っ張られて撓む。更に、この力が、梁30aの復元力を上回る場合には、図5(b)に示すように、梁30は、撓んだ状態のまま、ゲート積層体16に付着し離れなくなる。ここで使用する液体としては、有機溶媒、水、水銀等が挙げられるが、表面張力が大きく撓みを生じさせやすい点で、水又は水銀が好ましい。   As a method of bending the beam, as shown in FIG. 5A, a straight beam 30a is formed on the source side and the drain side in the vicinity of the gate laminate 16, and then the beam 30a and the gate laminate 16 are interposed. It is preferable to fill the space with a liquid and dry the liquid. At this time, due to the surface tension of the liquid, the beam 30a is pulled and bent toward the gate stacked body 16 side. Furthermore, when this force exceeds the restoring force of the beam 30a, as shown in FIG. 5 (b), the beam 30 remains attached to the gate stacked body 16 without being bent. Examples of the liquid used here include an organic solvent, water, mercury, and the like, but water or mercury is preferable because it has a large surface tension and easily causes bending.

なお、本実施形態における乾燥は、液体として表面張力を保った状態で乾燥が進む方法が好ましく、物質の状態図において気液平衡曲線を通過するような乾燥方法が挙げられる。このような乾燥方法であればどのような方法でもよく、スピン乾燥、ドライ窒素の吹き付け、ウェーハの加熱、減圧乾燥等が挙げられる。ただし、超臨界状態を経由する超臨界乾燥、及び凍結乾燥のような、物質の状態図において気液平衡曲線を通過しない乾燥方法は好ましくない。物質の状態図において気液平衡曲線を通過しない液体の乾燥方法では、液体の表面張力が働かないので、片持ち梁構造の梁が撓まないからである。   The drying in the present embodiment is preferably a method in which the drying proceeds while maintaining the surface tension as a liquid, and examples include a drying method that passes a gas-liquid equilibrium curve in the substance phase diagram. Any drying method may be used, and examples include spin drying, spraying of dry nitrogen, heating of the wafer, and drying under reduced pressure. However, drying methods that do not pass the vapor-liquid equilibrium curve in the substance phase diagram, such as supercritical drying via the supercritical state and freeze drying, are not preferable. This is because in the method of drying a liquid that does not pass the vapor-liquid equilibrium curve in the state diagram of the substance, the surface tension of the liquid does not work, and thus the beam of the cantilever structure does not bend.

次に、図1及び図2に戻り、本実施形態の半導体装置について更に詳しく説明する。   Next, returning to FIGS. 1 and 2, the semiconductor device of this embodiment will be described in more detail.

図1は、ゲート長方向に沿った断面図である。また、図1の半導体装置10は、nチャネル型MISFETであり、コンタクト24まで形成された状態を示している。   FIG. 1 is a cross-sectional view along the gate length direction. Further, the semiconductor device 10 of FIG. 1 is an n-channel MISFET, and shows a state where the contact 24 is formed.

本実施形態の半導体装置10は、半導体基板13を支点とした片持ち梁が撓んで、自由端が固定された状態になっている梁11を有する。梁11は、他端11bがゲート積層体16方向に撓んでゲート積層体16に付着した構造になっており、かつゲート側壁17の一部となっている、また、梁11が撓んでゲート積層体16に付着する状態を作るために、ゲート積層体16と梁11との間には空隙18が存在する。空隙18もゲート側壁17の一部となっている。   The semiconductor device 10 of the present embodiment includes a beam 11 in which a cantilever beam with a semiconductor substrate 13 as a fulcrum is bent and a free end is fixed. The beam 11 has a structure in which the other end 11b is bent in the direction of the gate stacked body 16 and is attached to the gate stacked body 16, and is a part of the gate side wall 17. Also, the beam 11 is bent to form the gate stacked body. In order to create a state of adhering to the body 16, an air gap 18 exists between the gate stack 16 and the beam 11. The air gap 18 is also a part of the gate side wall 17.

後述するように、梁11は、半導体基板13上に直立した片持ち梁形状に加工された後に、その先端がゲート積層体16に固定されることで、撓んだ形状となる。梁11は、ゲート積層体16からの付着力で、ゲート積層体16方向に引っ張られて撓んだ状態で固定されている。梁11の支点11aには、ゲート積層体16からの付着力と同じ大きさで逆の向きの反力が働く。撓んでゲート積層体16に付着した梁11は、ゲート積層体16の近傍のソース側とドレイン側とにそれぞれ一つずつ存在し、これらは同じ形状をしたものである。各梁11の支点11aには、いずれもゲート積層体16から遠ざかる方向の反力が働く。そのため、これらの力が、チャネル領域12のSiに対して、引っ張り応力をもたらす。その結果、Siの結晶格子の間隔が拡げられることにより、電子の移動度が向上するので、nチャネル型MISFETのオン電流が増加する。   As will be described later, after the beam 11 is processed into a cantilever shape upright on the semiconductor substrate 13, the tip of the beam 11 is fixed to the gate stacked body 16, thereby forming a bent shape. The beam 11 is fixed in a state where it is pulled and bent in the direction of the gate stacked body 16 by the adhesive force from the gate stacked body 16. On the fulcrum 11a of the beam 11, a reaction force having the same magnitude as the adhesion force from the gate stacked body 16 and acting in the opposite direction acts. One beam 11 that is bent and attached to the gate stacked body 16 exists on the source side and the drain side in the vicinity of the gate stacked body 16 and has the same shape. A reaction force in a direction away from the gate stacked body 16 acts on the fulcrum 11a of each beam 11. Therefore, these forces cause a tensile stress on Si in the channel region 12. As a result, the distance between the crystal lattices of Si is increased, so that the electron mobility is improved, and the on-current of the n-channel MISFET is increased.

本実施形態の半導体装置10はnチャネル型MISFETであるため、その基本的な構成は汎用のnチャネル型MISFETと同じである。すなわち、半導体基板13に素子分離絶縁膜19及びpウェル20が設けられ、チャネル領域12がp型にドーピングされている。半導体基板13上には、ゲート絶縁膜14とゲート電極15とからなるゲート積層体16が形成されている。また、半導体基板13には、ゲート積層体16の近傍から、n型のS/D(Source/Drain)エクステンション電極21、n型の深いS/D電極22が形成されている。ゲート電極15及び深いS/D電極22には、それぞれシリサイド層15b、22bが形成されている。また、層間絶縁膜23には金属のコンタクト24が形成され、コンタクトホール形成時のコンタクトエッチストップ膜としてストッパー窒化膜25が設けられている。   Since the semiconductor device 10 of this embodiment is an n-channel MISFET, its basic configuration is the same as a general-purpose n-channel MISFET. That is, the element isolation insulating film 19 and the p well 20 are provided on the semiconductor substrate 13, and the channel region 12 is doped p-type. On the semiconductor substrate 13, a gate stacked body 16 including a gate insulating film 14 and a gate electrode 15 is formed. An n-type S / D (Source / Drain) extension electrode 21 and an n-type deep S / D electrode 22 are formed on the semiconductor substrate 13 from the vicinity of the gate stacked body 16. Silicide layers 15b and 22b are formed on the gate electrode 15 and the deep S / D electrode 22, respectively. Further, a metal contact 24 is formed on the interlayer insulating film 23, and a stopper nitride film 25 is provided as a contact etch stop film at the time of forming the contact hole.

図7乃至図10は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。   7 to 10 are cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment. Hereinafter, description will be given based on these drawings.

図7乃至図10の各図は、本実施形態のnチャネル型MISFETの製造工程の各段階の状態を示している。図7乃至図10を参照して、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。各断面図は、MISFETのゲート長方向の断面を示している。   Each of FIGS. 7 to 10 shows the state of each stage of the manufacturing process of the n-channel type MISFET of this embodiment. With reference to FIGS. 7 to 10, a method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. Each cross-sectional view shows a cross section in the gate length direction of the MISFET.

まず、図7(a)に示すように、半導体基板13上に、素子分離絶縁膜19を形成する。このとき、MISFETの素子分離を形成する際の一般的な手法であるSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いる。また、STI法の代わりに、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法を用いてもよい。なお、半導体基板13として、本実施形態ではSi基板を用いるが、SOI(Silicon on Insulator)基板、SGOI(Silicon Germanium on Insulator)基板、Ge基板、SiC基板などを用いてもよい。また、チャネル方向として、本実施形態ではSiの(100)面の<110>方向を用いるが、引っ張り歪みを受け、電子の移動度が向上し、nチャネル型MISFETのオン電流が増加するならば、どのような方向を用いてもよい。   First, as shown in FIG. 7A, an element isolation insulating film 19 is formed on the semiconductor substrate 13. At this time, an STI (Shallow Trench Isolation) method, which is a general method for forming element isolation of the MISFET, is used. Further, a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method may be used instead of the STI method. In this embodiment, an Si substrate is used as the semiconductor substrate 13, but an SOI (Silicon on Insulator) substrate, an SGOI (Silicon Germanium on Insulator) substrate, a Ge substrate, an SiC substrate, or the like may be used. Further, in the present embodiment, the <110> direction of the (100) plane of Si is used as the channel direction. However, if it receives tensile strain, the mobility of electrons improves, and the on-current of the n-channel MISFET increases. Any direction may be used.

続いて、図7(b)に示すように、pウェル注入を行ってpウェル20を形成し、更にnチャネル型MISFETのしきい値調整用のイオン注入を行う。例えば、pウェル注入として、1価のBイオンを加速エネルギ150keVかつドーズ量8×1012cm−2で注入する。また、しきい値調整用のイオン注入として、1価のBイオンを加速エネルギ15keVかつドーズ量8×1012cm−2で注入する。Subsequently, as shown in FIG. 7B, p-well implantation is performed to form the p-well 20, and ion implantation for adjusting the threshold value of the n-channel MISFET is further performed. For example, as p-well implantation, monovalent B ions are implanted at an acceleration energy of 150 keV and a dose of 8 × 10 12 cm −2 . Further, as ion implantation for threshold adjustment, monovalent B ions are implanted at an acceleration energy of 15 keV and a dose of 8 × 10 12 cm −2 .

続いて、図7(c)に示すように、半導体基板13上にゲート絶縁膜14とポリSi層15aとを形成する。ゲート絶縁膜14として、例えば、膜厚1.2nmのSi酸窒化膜を形成する。ゲート絶縁膜14としては、この他に、Si酸化膜や、Ta、Al、HfO、ZrO、ZrON、HfON、HfAlON、HfSiON、HfAlSiONなどのいわゆるHigh−k膜などを使用してもよい。また、これらの積層膜であってもよい。Subsequently, as shown in FIG. 7C, a gate insulating film 14 and a poly-Si layer 15 a are formed on the semiconductor substrate 13. As the gate insulating film 14, for example, a 1.2 nm-thickness Si oxynitride film is formed. In addition to this, as the gate insulating film 14, a Si oxide film, a so-called High-k film such as Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , ZrON, HfON, HfAlON, HfSiON, HfAlSiON, or the like can be used. May be used. Moreover, these laminated films may be sufficient.

ゲート絶縁膜14の形成後は、ゲート電極材料としてポリSi層15aを堆積させる。例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、50nmのポリSiを堆積させる。ポリSiの代わりに、アモルファスSiやポリSiGeなどの半導体を用いてもよいし、TaN、TiN、W、WNなどの金属を用いてもよいし、NiSiなどのフルシリサイドを用いてもよい。また、これらの積層構造としてもよい。ポリSi層15aの形成後、プリドーピングを行う場合もある。その場合、例えば、1価のPイオンを加速エネルギ4keVかつドーズ量4×1015cm−2で注入する。After the formation of the gate insulating film 14, a poly Si layer 15a is deposited as a gate electrode material. For example, 50 nm of poly-Si is deposited using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Instead of poly-Si, a semiconductor such as amorphous Si or poly-SiGe may be used, a metal such as TaN, TiN, W, or WN may be used, or full silicide such as NiSi may be used. Moreover, it is good also as these laminated structure. Pre-doping may be performed after the formation of the poly-Si layer 15a. In that case, for example, monovalent P ions are implanted with an acceleration energy of 4 keV and a dose of 4 × 10 15 cm −2 .

続いて、図7(d)に示すように、リソグラフィを行い、レジストをマスクにしてポリSi層15aのエッチングを行う。エッチング後、レジストを剥離する。そうすると、nチャネル型MISFETのゲート積層体16aが形成された状態となる。なお、図7(c)の工程でポリSi層15aにプリドーピングを行った場合は、ゲート積層体16aの形成後にアニールを行って不純物を活性化させる。例えば、1030℃のスパイクアニールによって不純物を活性化させる。スパイクアニールとは、目的の温度に到達すると、維持時間0秒で、すぐに温度をさげるアニールのことをいう。   Subsequently, as shown in FIG. 7D, lithography is performed, and the poly-Si layer 15a is etched using the resist as a mask. After etching, the resist is peeled off. As a result, an n-channel MISFET gate stack 16a is formed. If the poly-Si layer 15a is pre-doped in the step of FIG. 7C, the impurity is activated by annealing after the formation of the gate stacked body 16a. For example, the impurities are activated by spike annealing at 1030 ° C. Spike annealing refers to annealing in which when the target temperature is reached, the temperature is immediately reduced with a maintenance time of 0 seconds.

続いて、図8(e)に示すように、エクステンション注入を行い、S/Dエクステンション電極21を形成する。例えば、nチャネル型MISFETのゲート積層体16aをマスクにして、1価のAsイオンを加速エネルギ1keVかつドーズ量5×1014cm−2で注入する。なお、図8(e)及びそれ以降の図には示していないが、nチャネル型MISFETのS/Dエクステンション電極21を形成するイオン注入の前又は後に、ポケット領域を形成するためのイオン注入を行う場合がある。例えば、1価のBFイオンをドーズ量2×1013cm−2で注入する。Subsequently, as shown in FIG. 8E, extension injection is performed to form the S / D extension electrode 21. For example, monovalent As ions are implanted with an acceleration energy of 1 keV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 using the n-channel MISFET gate stack 16a as a mask. Although not shown in FIG. 8E and the subsequent drawings, ion implantation for forming a pocket region is performed before or after ion implantation for forming the S / D extension electrode 21 of the n-channel type MISFET. May do. For example, monovalent BF 2 ions are implanted at a dose of 2 × 10 13 cm −2 .

続いて、図8(f)に示すように、ゲート側壁17aを形成する。まず、第一絶縁膜41を成膜し、その後エッチバックすることにより、第一絶縁膜41をオフセットスペーサ形状とする。続いて、第二絶縁膜42を成膜し、その後エッチバックすることにより、第二絶縁膜42をオフセットスペーサ形状とする。最後に、サイドウォール絶縁膜43を成膜し、オーバーエッチとなるようにエッチバックして、ゲート側壁17aを形成する。このとき、第一絶縁膜41とサイドウォール絶縁膜43とは、同種の絶縁膜とする。又は、第一絶縁膜41とサイドウォール絶縁膜43とは、種類が異なっていてもよいが、同じエッチング方法で除去できるとともに、第二絶縁膜42を残すために、第二絶縁膜42に対して同じエッチング方法で選択エッチングが可能な膜種とする。例えば、第一絶縁膜41及びサイドウォール絶縁膜43としてSi酸化膜を10nm成膜し、第二絶縁膜としてSi窒化膜を10nm成膜する。   Subsequently, as shown in FIG. 8F, a gate sidewall 17a is formed. First, the first insulating film 41 is formed, and then etched back, so that the first insulating film 41 has an offset spacer shape. Subsequently, the second insulating film 42 is formed, and then etched back to make the second insulating film 42 into an offset spacer shape. Finally, a sidewall insulating film 43 is formed and etched back so as to be overetched to form the gate sidewall 17a. At this time, the first insulating film 41 and the sidewall insulating film 43 are the same kind of insulating films. Alternatively, the first insulating film 41 and the sidewall insulating film 43 may be of different types, but can be removed by the same etching method, and in order to leave the second insulating film 42, Therefore, the film type can be selectively etched by the same etching method. For example, a 10 nm Si oxide film is formed as the first insulating film 41 and the sidewall insulating film 43, and a 10 nm Si nitride film is formed as the second insulating film.

なお、図8(e)では、ゲート積層体16aだけをマスクに、エクステンション注入を行った。しかし、図8(f)の第一絶縁膜41からなるオフセットスペーサ形状を形成後に、又は図8(f)の第二絶縁膜42からなるオフセットスペーサ形状を形成後に、S/Dエクステンション電極21を形成するイオン注入を行うことも可能である。   In FIG. 8E, extension implantation is performed using only the gate stacked body 16a as a mask. However, after forming the offset spacer shape made of the first insulating film 41 in FIG. 8F or after forming the offset spacer shape made of the second insulating film 42 in FIG. It is also possible to perform ion implantation to be formed.

続いて、図8(g)に示すように、ゲート側壁17aを形成後、S/D注入を行うことにより、深いS/D電極22を形成する。例えば、nチャネル型MISFETのゲート積層体16aとゲート側壁17aをマスクにして、1価のAsイオンを加速エネルギ5keVかつドーズ量5×1014cm−2で注入し、更に1価のPイオンを加速エネルギ3keVかつドーズ量4×1015cm−2で注入する。Subsequently, as shown in FIG. 8G, after forming the gate side wall 17a, the deep S / D electrode 22 is formed by performing S / D implantation. For example, monovalent As ions are implanted at an acceleration energy of 5 keV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 using the gate stack 16a and gate sidewall 17a of the n-channel type MISFET as a mask, and further monovalent P ions are implanted. Implantation is performed with an acceleration energy of 3 keV and a dose of 4 × 10 15 cm −2 .

続いて、図9(h)に示すように、不純物の活性化を行う。例えば、1030℃のスパイクアニールを行う。又は、波長10.6μmの炭酸ガスレーザ、波長810nmの半導体レーザ若しくは波長1064nmのYAGレーザによるレーザアニールや、フラッシュランプアニールで行ってもよい。スパイクアニールとレーザアニール又はフラッシュランプアニールとの組み合わせでも可能である。   Subsequently, as shown in FIG. 9H, impurities are activated. For example, spike annealing at 1030 ° C. is performed. Alternatively, laser annealing with a carbon dioxide laser with a wavelength of 10.6 μm, a semiconductor laser with a wavelength of 810 nm, or a YAG laser with a wavelength of 1064 nm, or flash lamp annealing may be performed. A combination of spike annealing and laser annealing or flash lamp annealing is also possible.

続いて、図9(i)に示すように、第一絶縁膜41及びサイドウォール絶縁膜43の除去を行う。これには、第一絶縁膜41及びサイドウォール絶縁膜43のエッチングレートが、第二絶縁膜42に対するエッチングレートよりも大幅に高い選択エッチングを用いる。   Subsequently, as shown in FIG. 9I, the first insulating film 41 and the sidewall insulating film 43 are removed. For this, selective etching is used in which the etching rate of the first insulating film 41 and the sidewall insulating film 43 is significantly higher than the etching rate of the second insulating film 42.

続いて、図9(j)に示すように、半導体基板13の全体を液体35に浸す。例えば、液体35として水を使用する。   Subsequently, as shown in FIG. 9J, the entire semiconductor substrate 13 is immersed in the liquid 35. For example, water is used as the liquid 35.

続いて、図10(k)に示すように、液体35を乾燥させる。このとき、第二絶縁膜42は、液体35の表面張力によってゲート積層体16aの方に引っ張られる。この力が、片持ち梁状の第二絶縁膜42の復元力を上回る場合には、第二絶縁膜42は撓んだ状態のままゲート積層体16aに付着する。液体35が完全になくなっても、第二絶縁膜42とゲート積層体16aとの付着力に起因して、撓んだ第二絶縁膜42が元の状態に戻ることはない。これにより、第二絶縁膜42は梁11となる。   Subsequently, as shown in FIG. 10 (k), the liquid 35 is dried. At this time, the second insulating film 42 is pulled toward the gate stacked body 16 a by the surface tension of the liquid 35. When this force exceeds the restoring force of the cantilevered second insulating film 42, the second insulating film 42 adheres to the gate stacked body 16a while being bent. Even if the liquid 35 is completely removed, the bent second insulating film 42 does not return to the original state due to the adhesive force between the second insulating film 42 and the gate stacked body 16a. As a result, the second insulating film 42 becomes the beam 11.

このような現象は、スティッキング現象(又は付着現象)と呼ばれ、マイクロマシンの分野では、非特許文献2に見られるように、広く知られている。ただし、マイクロマシンの分野では、本来可動すべき部分が一度付着し固定されてしまうと、機械としての意味をなさない。そのため、スティッキング現象は問題となる現象であり、これを回避するための処理がなされる。本実施形態の製造方法では、このスティッキング現象を積極的に用いて、第二絶縁膜42を故意に撓ませる。そして、撓んだ片持ち梁の支点に働く反力を利用して、チャネル領域12のSiに引っ張り応力を加える点が、本実施形態の最大の特徴である。   Such a phenomenon is called a sticking phenomenon (or adhesion phenomenon), and is widely known in the field of micromachines as seen in Non-Patent Document 2. However, in the field of micromachines, once a portion that should originally move is attached and fixed, it does not make sense as a machine. Therefore, the sticking phenomenon is a problem phenomenon, and processing for avoiding this is performed. In the manufacturing method of the present embodiment, the second insulating film 42 is intentionally bent by actively using this sticking phenomenon. The greatest feature of this embodiment is that a tensile stress is applied to Si in the channel region 12 by utilizing a reaction force acting on a fulcrum of the bent cantilever.

乾燥方法としては、前述のとおり、スピン乾燥、ドライ窒素の吹き付け、ウェーハ加熱、減圧乾燥等の、物質の状態図において、気液平衡曲線を通過するような乾燥方法であればどのような方法でもよい。液体35として水の例を挙げたが、より簡単に撓ませるために、水より表面張力が大きい液体を用いることも考えられる。しかし、そのような液体は水銀しかない。ただし、環境汚染と取り扱いの安全性とを考えると、水銀を使用する場合には細心の注意が払われるべきである。   As described above, any drying method can be used as long as it passes through the vapor-liquid equilibrium curve in the phase diagram of the substance, such as spin drying, spraying of dry nitrogen, wafer heating, and drying under reduced pressure. Good. Although the example of water was given as the liquid 35, in order to bend more easily, it is also possible to use the liquid whose surface tension is larger than water. However, such liquid is only mercury. However, due to environmental pollution and handling safety, great care should be taken when using mercury.

続いて、図10(l)に示すように、ゲート積層体16a及び深いS/D電極22に、それぞれシリサイド層15b、22bを形成する。例えば、膜厚30nmのNiシリサイドを形成する。これにより、ゲート積層体16aはゲート積層体16となる。なお、シリサイドは、Niシリサイドに限定されるものでなく、TiシリサイドやCoシリサイド、Pdシリサイド、Ptシリサイド、NiPtシリサイド、Erシリサイドであってもかまわない。   Subsequently, as shown in FIG. 10L, silicide layers 15b and 22b are formed on the gate stacked body 16a and the deep S / D electrode 22, respectively. For example, Ni silicide with a film thickness of 30 nm is formed. Thereby, the gate stacked body 16 a becomes the gate stacked body 16. The silicide is not limited to Ni silicide, but may be Ti silicide, Co silicide, Pd silicide, Pt silicide, NiPt silicide, or Er silicide.

最後に、図10(m)に示すように、ストッパー絶縁膜25及び層間絶縁膜23を順次堆積させて、CMP(Chemical Mechanical Polishing)とリソグラフィとエッチングを行い、コンタクトホールを形成する。そして、コンタクトホールに金属を埋め込むことにより、コンタクト24を形成する。コンタクト24に用いる金属としては、W、Al、TiN、Ti、Cuや、これら金属の積層膜を用いる。   Finally, as shown in FIG. 10 (m), a stopper insulating film 25 and an interlayer insulating film 23 are sequentially deposited, and CMP (Chemical Mechanical Polishing), lithography and etching are performed to form contact holes. Then, a contact 24 is formed by embedding a metal in the contact hole. As the metal used for the contact 24, W, Al, TiN, Ti, Cu, or a laminated film of these metals is used.

以上述べてきたように、上記の製造方法を用いれば、図1の半導体装置10を得ることができる。   As described above, the semiconductor device 10 of FIG. 1 can be obtained by using the above manufacturing method.

換言すると、本実施形態の半導体装置の製造方法は、次の工程を含む。第一工程:一端11a(図2参照)が半導体基板13に固定され他端11b(図2参照)がどこにも固定されない構造物としての片持ち梁形状の第二絶縁膜42を、半導体基板13上に形成する(図8(f)〜図9(i))。第二工程:第二絶縁膜42の周囲の空間に液体35を満たす(図9(j))。第三工程:その空間に満たされた液体35を乾燥させることにより、第二絶縁膜42を撓ませて他端11bを、他の構造物としてのゲート積層体16に接触させたまま固定する(図9(k))。   In other words, the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment includes the following steps. First step: A cantilever-shaped second insulating film 42 as a structure in which one end 11a (see FIG. 2) is fixed to the semiconductor substrate 13 and the other end 11b (see FIG. 2) is not fixed anywhere. It is formed on top (FIG. 8 (f) to FIG. 9 (i)). Second step: The liquid 35 is filled in the space around the second insulating film 42 (FIG. 9J). Third step: By drying the liquid 35 filled in the space, the second insulating film 42 is bent and the other end 11b is fixed in contact with the gate stacked body 16 as another structure ( FIG. 9 (k)).

また、第一工程は、次の工程を含む。ゲート積層体16の側面に、第一の側壁としての第一絶縁膜41を形成する工程(図8(f))。第一絶縁膜41の側面に、第二の側壁としての第二絶縁膜42を形成する工程(図8(f))。第一絶縁膜41を除去することにより、第二絶縁膜42を片持ち梁として形成する工程(図9(i))。   Moreover, the first step includes the following steps. A step of forming a first insulating film 41 as a first side wall on the side surface of the gate stacked body 16 (FIG. 8F). A step of forming a second insulating film 42 as a second side wall on the side surface of the first insulating film 41 (FIG. 8F). A step of forming the second insulating film 42 as a cantilever by removing the first insulating film 41 (FIG. 9I).

<第二実施形態>
一つのチップ内の異なるMISFETに大きさの異なる引っ張り歪みを与えるには、主に二つの手法が考えられる。一つは、《1》図8(f)の第一絶縁膜41の厚みを変えて梁を撓ませる大きさを変える方法、すなわち(4)式のvを変える方法である。(4)式のvは図2におけるL2に相当する。もう一つは、《2》図8(f)の第二絶縁膜42の厚みを変えて梁の曲がりやすさ(曲がりにくさ)を変える方法、すなわち(4)式のhを変える方法)である。(4)式のhは図2におけるL1に相当する。原理的には、《3》梁の材料を変える方法((4)式のEを変える方法)や、《4》梁の長さを変える方法((4)式のlを変える方法)も考えられる。しかし、製造方法の容易さから、第二実施形態では《1》の方法を用い、第三実施形態では《2》の方法を用いる。
<Second embodiment>
In order to give different tensile strains to different MISFETs in one chip, there are mainly two methods. One is << 1 >> a method of changing the magnitude of bending the beam by changing the thickness of the first insulating film 41 in FIG. 8F, that is, a method of changing v in the equation (4). In the equation (4), v corresponds to L2 in FIG. The other is << 2 >> a method of changing the easiness of bending (difficulty of bending) of the beam by changing the thickness of the second insulating film 42 in FIG. 8F, that is, a method of changing h in the equation (4). is there. In the equation (4), h corresponds to L1 in FIG. In principle, << 3 >> a method of changing the beam material (method of changing E in (4)) and << 4 >> a method of changing the length of the beam (method of changing l in (4)) are also considered. It is done. However, because of the ease of the manufacturing method, the method <1> is used in the second embodiment, and the method <2> is used in the third embodiment.

図11及び図12は、本発明の第二実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、これらの図面において図8(f)と同じ部分は同じ符号を付す。   11 and 12 are cross-sectional views showing a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, description will be given based on these drawings. However, in these drawings, the same parts as those in FIG.

本実施形態は、《1》の方法を用いた半導体装置及びその製造方法である。この場合、第一実施形態の製造方法の図8の(f)を、図11(f1)〜図12(f4)に変更するだけでよい。図11(f1)〜図12(f4)は、本実施形態における各製造工程の状態を示す断面図である。各断面図は、MISFETのゲート長方向の断面を示している。各断面図には、二つのMISFETが示されている。最終的には、左側のMISFETと右側のMISFETとにおいて、図8(f)の第一絶縁膜に相当する膜の厚みが異なり、左側のMISFETの膜の方が薄くなっている。   The present embodiment is a semiconductor device using the method << 1 >> and a method for manufacturing the same. In this case, it is only necessary to change (f) in FIG. 8 of the manufacturing method of the first embodiment to FIGS. 11 (f1) to 12 (f4). FIG. 11 (f1) to FIG. 12 (f4) are cross-sectional views showing the states of the respective manufacturing steps in the present embodiment. Each cross-sectional view shows a cross section in the gate length direction of the MISFET. In each cross-sectional view, two MISFETs are shown. Finally, the left MISFET and the right MISFET have different film thicknesses corresponding to the first insulating film in FIG. 8F, and the left MISFET film is thinner.

まず、図11(f1)に示すように、第一絶縁膜41aを成膜し、その後エッチバックすることにより、オフセットスペーサ形状とする。第一絶縁膜41aの膜厚は、左側のMISFETと右側のMISFETとの最終的な第一絶縁膜の膜厚差とする。   First, as shown in FIG. 11 (f1), a first insulating film 41a is formed and then etched back to form an offset spacer shape. The film thickness of the first insulating film 41a is the final film thickness difference between the left MISFET and the right MISFET.

続いて、図11(f2)に示すように、リソグラフィを行って、右側のMISFETをレジスト44で覆い、左側のMISFETの第一絶縁膜41aをエッチングによって除去する。その後、レジスト44を取り除く。   Subsequently, as shown in FIG. 11F2, lithography is performed to cover the right MISFET with a resist 44, and the first insulating film 41a of the left MISFET is removed by etching. Thereafter, the resist 44 is removed.

続いて、図12(f3)に示すように、第一絶縁膜41を成膜し、その後エッチバックすることにより、オフセットスペーサ形状とする。なお、第一絶縁膜41の膜厚は、左側のMISFETにおいて、図8(f)の第一絶縁膜41と同じ膜厚とする。この結果、右側のMISFETでは、一回目の第一絶縁膜41aの膜厚と二回目の第一絶縁膜41の膜厚とを合わせた膜厚を有する第一絶縁膜41a、41が、積層体16の側面に形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 12 (f3), a first insulating film 41 is formed and then etched back to form an offset spacer shape. The film thickness of the first insulating film 41 is the same as that of the first insulating film 41 in FIG. 8F in the left MISFET. As a result, in the MISFET on the right side, the first insulating films 41a and 41 having a thickness that is the sum of the thickness of the first insulating film 41a for the first time and the thickness of the first insulating film 41 for the second time are stacked. 16 side surfaces are formed.

最後に、図12(f4)に示すように、第一実施形態と同様に、第二絶縁膜42を成膜し、その後エッチバックすることにより、オフセットスペーサ形状とする。そして、サイドウォール絶縁膜43を成膜し、オーバーエッチとなるようにエッチバックすることにより、ゲート側壁17a、17bを形成する。   Finally, as shown in FIG. 12 (f4), as in the first embodiment, a second insulating film 42 is formed and then etched back to form an offset spacer shape. Then, a sidewall insulating film 43 is formed and etched back so as to be over-etched to form gate sidewalls 17a and 17b.

以上のように、図11(f1)から図12(f4)の製造工程を終えた後は、図8(g)以降の第一実施形態と同様な製造工程を経る。こうすることで、図8(f)の第一絶縁膜41の厚みを変えて、梁を撓ませる大きさをチップ内で変えることができ、これによって、異なる引っ張り歪みをMISFETに与えられる。本実施形態のその他の構成、作用及び効果は第一実施形態等に準ずる。   As described above, after finishing the manufacturing steps from FIG. 11 (f1) to FIG. 12 (f4), the same manufacturing steps as those in the first embodiment after FIG. 8 (g) are performed. By doing so, the thickness of the first insulating film 41 in FIG. 8F can be changed, and the size of bending the beam can be changed within the chip, whereby different tensile strains can be applied to the MISFET. Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

<第三実施形態>
図13及び図14は、本発明の第三実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、これらの図面において図8(f)と同じ部分は同じ符号を付す。
<Third embodiment>
13 and 14 are cross-sectional views showing a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, description will be given based on these drawings. However, in these drawings, the same parts as those in FIG.

本実施形態は、前述の《2》の方法を用いた半導体装置及びその製造方法である。この場合、第一実施形態の製造方法の図8の(f)を、図13(f5)〜図14(f8)に変更するだけでよい。図13(f5)〜図14(f8)は、本実施形態における各製造工程の状態を示す断面図である。各断面図は、MISFETのゲート長方向の断面を示している。各断面図には、二つのMISFETが示されている。最終的には、左側のMISFETと右側のMISFETとにおいて、図8(f)の第二絶縁膜に相当する膜の厚みが異なり、左側のMISFETの膜の方が薄くなっている。   The present embodiment is a semiconductor device using the method << 2 >> described above and a manufacturing method thereof. In this case, it is only necessary to change (f) in FIG. 8 of the manufacturing method of the first embodiment to FIGS. 13 (f5) to 14 (f8). FIG. 13 (f5) to FIG. 14 (f8) are cross-sectional views showing the state of each manufacturing process in the present embodiment. Each cross-sectional view shows a cross section in the gate length direction of the MISFET. In each cross-sectional view, two MISFETs are shown. Finally, the left MISFET and the right MISFET have different film thicknesses corresponding to the second insulating film in FIG. 8F, and the left MISFET film is thinner.

まず、図13(f5)に示すように、第一絶縁膜41を成膜し、その後エッチバックすることにより、オフセットスペーサ形状とする。続いて、第二絶縁膜42aを成膜し、その後エッチバックすることにより、オフセットスペーサ形状とする。第二絶縁膜42aの膜厚は、左側のMISFETと右側のMISFETとにおける最終的な第二絶縁膜の膜厚差とする。   First, as shown in FIG. 13 (f5), a first insulating film 41 is formed, and then etched back to form an offset spacer shape. Subsequently, a second insulating film 42a is formed, and then etched back to obtain an offset spacer shape. The film thickness of the second insulating film 42a is the final film thickness difference between the left MISFET and the right MISFET.

続いて、図13(f6)に示すように、リソグラフィを行って、右側のMISFETをレジスト44で覆い、左側のMISFETの第二絶縁膜42aをエッチングによって除去する。その後、レジスト44を取り除く。   Subsequently, as shown in FIG. 13 (f6), lithography is performed to cover the right MISFET with a resist 44, and the second insulating film 42a of the left MISFET is removed by etching. Thereafter, the resist 44 is removed.

続いて、図14(f7)に示すように、第二絶縁膜42を成膜し、その後エッチバックすることにより、オフセットスペーサ形状とする。第二絶縁膜42の膜厚は、左側のMISFETにおいて、図8(f)の第二絶縁膜42と同じとする。この結果、右側のMISFETでは、一回目の第二絶縁膜42aの膜厚と二回目の第二絶縁膜42の膜厚とを合わせた膜厚を有する第二絶縁膜42a、42が、ゲート積層体16の側面に形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 14 (f7), a second insulating film 42 is formed and then etched back to form an offset spacer shape. The film thickness of the second insulating film 42 is the same as that of the second insulating film 42 in FIG. 8F in the left MISFET. As a result, in the MISFET on the right side, the second insulating films 42a and 42 having a thickness obtained by combining the thickness of the second insulating film 42a for the first time and the thickness of the second insulating film 42 for the second time are formed in the gate stack. Formed on the side of the body 16.

最後に、図14(f8)に示すように、サイドウォール絶縁膜43を成膜し、オーバーエッチとなるようにエッチバックすることにより、ゲート側壁17a、17cを形成する。   Finally, as shown in FIG. 14 (f8), a sidewall insulating film 43 is formed and etched back so as to be overetched to form gate sidewalls 17a and 17c.

以上のように、図13(f5)〜図14(f6)の製造工程を終えた後は、図8(g)以降の第一実施形態と同様な製造工程を行う。こうすることで、図8(f)の第二絶縁膜の厚みを変えて、梁の曲がりやすさ(曲がりにくさ)を変えることができ、これによって、異なる引っ張り歪みをMISFETに与えられる。本実施形態のその他の構成、作用及び効果は第一実施形態等に準ずる。   As mentioned above, after finishing the manufacturing process of FIG.13 (f5)-FIG.14 (f6), the manufacturing process similar to 1st embodiment after FIG.8 (g) is performed. By doing so, the thickness of the second insulating film in FIG. 8F can be changed to change the bendability (difficulty of bending) of the beam, thereby giving different tensile strains to the MISFET. Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

なお、《1》と《2》との方法を組み合わせて、行うことも可能である。以上の第二及び第三実施形態で説明したように、一つのチップ内の異なるMISFETに、大きさの異なる引っ張り歪みを与えられる。その結果、特定のレイアウト位置に存在するトランジスタに他と異なる歪みを与えることや、コア・トランジスタとI/Oトランジスタとのようなチップ内で役割の異なるトランジスタごとに異なる歪みを与えることが、可能になる。   It is also possible to carry out by combining the methods << 1 >> and << 2 >>. As described in the second and third embodiments above, tensile strains having different sizes can be applied to different MISFETs in one chip. As a result, it is possible to give different distortion to transistors in a specific layout position, and to give different distortion for each transistor that plays a different role in the chip, such as a core transistor and an I / O transistor. become.

<第四実施形態>
図15乃至図22は、本発明の第四実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、これらの図面において図7乃至図10と同じ部分は同じ符号を付す。
<Fourth embodiment>
15 to 22 are sectional views showing a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, description will be given based on these drawings. However, in these drawings, the same parts as those in FIGS.

本実施形態は、本発明をCMOS(Complementary MOS)デバイスに適用した場合である。前述のとおり、MISFETのゲート長方向に引っ張り応力を加えて結晶格子を歪ませると、電子の移動度は向上し、正孔の移動度は劣化する。ただし、MISFETのゲート長方向を、Si(100)面の<110>方向とする。このため、第一乃至第三実施形態で述べた技術をpチャネル型MISFETに適用すると、pチャネル型MISFETのオン電流を低下させてしまう。そこで、pチャネル型MISFETには第一乃至第三実施形態の技術を用いないで、CMOSデバイスを作製する必要がある。以下に、図15から図22を参照して、CMOSデバイスを作製する第四実施形態の製造方法を説明する。図15から図22は、本発明のCMOSデバイスの各製造工程の状態を示す断面図である。各断面図は、MISFETのゲート長方向の断面を示しており、nチャネル型MISFETを左側に、pチャネル型MISFETを右側にそれぞれ示している。   In this embodiment, the present invention is applied to a CMOS (Complementary MOS) device. As described above, when tensile stress is applied in the gate length direction of the MISFET to distort the crystal lattice, electron mobility is improved and hole mobility is degraded. However, the gate length direction of the MISFET is the <110> direction of the Si (100) plane. For this reason, when the technique described in the first to third embodiments is applied to the p-channel MISFET, the on-current of the p-channel MISFET is reduced. Therefore, it is necessary to manufacture a CMOS device without using the techniques of the first to third embodiments for the p-channel type MISFET. A manufacturing method according to the fourth embodiment for manufacturing a CMOS device will be described below with reference to FIGS. 15 to 22 are cross-sectional views showing the state of each manufacturing process of the CMOS device of the present invention. Each cross-sectional view shows a cross section in the gate length direction of the MISFET, and an n-channel MISFET is shown on the left side and a p-channel MISFET is shown on the right side.

まず、図15(a)に示すように、第一実施形態の図7(a)と同様に、半導体基板13上に素子分離構造19を形成する。   First, as shown in FIG. 15A, the element isolation structure 19 is formed on the semiconductor substrate 13 as in FIG. 7A of the first embodiment.

続いて、図15(b)に示すように、リソグラフィを行ってpチャネル型MISFETとなる領域をレジスト44で覆い、nチャネル型MISFETとなる領域にpウェル注入を行ってpウェル20を形成する。更に、nチャネル型MISFETとなる領域にしきい値調整用のイオン注入を行う。例えば、pウェル注入として、1価のBイオンを加速エネルギ150keVかつドーズ量8×1012cm−2で注入する。また、しきい値調整用のイオン注入として、1価のBイオンを加速エネルギ15keVかつドーズ量8×1012cm−2で注入する。その後、レジスト44を剥離する。Subsequently, as shown in FIG. 15B, lithography is performed to cover the region that becomes the p-channel type MISFET with a resist 44, and p-well implantation is performed in the region that becomes the n-channel type MISFET to form the p-well 20. . Further, ion implantation for adjusting a threshold value is performed in a region to be an n-channel MISFET. For example, as p-well implantation, monovalent B ions are implanted at an acceleration energy of 150 keV and a dose of 8 × 10 12 cm −2 . Further, as ion implantation for threshold adjustment, monovalent B ions are implanted at an acceleration energy of 15 keV and a dose of 8 × 10 12 cm −2 . Thereafter, the resist 44 is peeled off.

続いて、図16(c)に示すように、リソグラフィを行ってnチャネル型MISFETとなる領域をレジスト44で覆い、pチャネル型MISFETとなる領域にnウェル注入を行ってnウェル50を形成する。更に、pチャネル型MISFETとなる領域にしきい値調整用のイオン注入を行う。例えば、nウェル注入として、1価のPイオンを加速エネルギ350keVかつドーズ量1.5×1013cm−2で注入する。また、しきい値調整用のイオン注入として、1価のAsイオンを加速エネルギ80keVかつドーズ量2.5×1012cm−2で注入する。その後、レジスト44を剥離する。Subsequently, as shown in FIG. 16C, lithography is performed to cover the region to be the n-channel type MISFET with a resist 44, and n-well implantation is performed to the region to be the p-channel type MISFET to form an n-well 50. . Further, ion implantation for threshold adjustment is performed in a region to be a p-channel type MISFET. For example, as an n-well implantation, monovalent P ions are implanted at an acceleration energy of 350 keV and a dose of 1.5 × 10 13 cm −2 . As ion implantation for threshold adjustment, monovalent As ions are implanted at an acceleration energy of 80 keV and a dose of 2.5 × 10 12 cm −2 . Thereafter, the resist 44 is peeled off.

続いて、図16(d)に示すように、第一実施形態の図7(c)と同様に、半導体基板13上にゲート絶縁膜14とポリSi層15aを成膜する。なお、ポリSi層15aの形成後にプリドーピングを行う場合は、次のような工程が必要である。リソグラフィを行ってpチャネル型MISFETとなる領域をレジストで覆い、nチャネル型MISFETとなる領域に例えば1価のPイオンを加速エネルギ4keVかつドーズ量4×1015cm−2で注入し、その後レジストを剥離する。そして、リソグラフィを行ってnチャネル型MISFETとなる領域をレジストで覆い、pチャネル型MISFETとなる領域に例えば1価のBイオンを加速エネルギ1keVかつドーズ量5×1015cm−2で注入し、その後レジストを剥離する。Subsequently, as shown in FIG. 16D, a gate insulating film 14 and a poly-Si layer 15a are formed on the semiconductor substrate 13, as in FIG. 7C of the first embodiment. In the case where pre-doping is performed after the formation of the poly-Si layer 15a, the following steps are necessary. Lithography is performed to cover a region to be a p-channel type MISFET with a resist, and monovalent P ions, for example, are implanted into the region to be an n-channel type MISFET at an acceleration energy of 4 keV and a dose of 4 × 10 15 cm −2. To peel off. Then, lithography is performed to cover the region to be an n-channel MISFET with a resist, and monovalent B ions, for example, are implanted into the region to be a p-channel MISFET with an acceleration energy of 1 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 . Thereafter, the resist is peeled off.

続いて、図17(e)に示すように、第一実施形態の図7(d)と同様に、リソグラフィを行い、レジスト(図示せず)をマスクにしてポリSi層15aのエッチングを行う。エッチング後、レジストのマスクを剥離する。そうすると、nチャネル型MISFETのゲート積層体16aとpチャネル型MISFETのゲート積層体56aとが形成された状態となる。なお、図16(d)の工程でポリSi層15aにプリドーピングを行った場合は、nチャネル型MISFETのゲート積層体16aとpチャネル型MISFETのゲート積層体56aの形成後、アニールを行って不純物を活性化させる。例えば、1030℃のスパイクアニールを行う。   Subsequently, as shown in FIG. 17E, similarly to FIG. 7D of the first embodiment, lithography is performed, and the poly-Si layer 15a is etched using a resist (not shown) as a mask. After the etching, the resist mask is peeled off. Then, an n-channel MISFET gate stack 16a and a p-channel MISFET gate stack 56a are formed. When the poly-Si layer 15a is pre-doped in the step of FIG. 16D, annealing is performed after the formation of the n-channel MISFET gate stack 16a and the p-channel MISFET gate stack 56a. Activate the impurities. For example, spike annealing at 1030 ° C. is performed.

続いて、図17(f)に示すように、リソグラフィを行ってpチャネル型MISFETをレジスト44で覆い、nチャネル型MISFETのエクステンション注入を行うことにより、nチャネル型MISFETのS/Dエクステンション電極21を形成する。例えば、ゲート積層体16aとレジスト44とをマスクにして、1価のAsイオンを加速エネルギ1keVかつドーズ量5×1014cm−2で注入する。なお、図17(f)及びそれ以降の図には示していないが、S/Dエクステンション電極21を形成するイオン注入の前又は後に、ポケット領域を形成するためのイオン注入を行う場合がある。例えば、1価のBFイオンをドーズ量2×1013cm−2で注入する。その後、レジスト44を剥離する。Subsequently, as shown in FIG. 17F, lithography is performed to cover the p-channel type MISFET with a resist 44, and extension implantation of the n-channel type MISFET is performed, whereby the S / D extension electrode 21 of the n-channel type MISFET. Form. For example, monovalent As ions are implanted at an acceleration energy of 1 keV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 using the gate stacked body 16a and the resist 44 as a mask. Although not shown in FIG. 17F and the subsequent drawings, ion implantation for forming a pocket region may be performed before or after ion implantation for forming the S / D extension electrode 21. For example, monovalent BF 2 ions are implanted at a dose of 2 × 10 13 cm −2 . Thereafter, the resist 44 is peeled off.

続いて、図18(g)に示すように、リソグラフィを行ってnチャネル型MISFETをレジスト44で覆い、pチャネル型MISFETのエクステンション注入を行うことにより、pチャネル型MISFETのS/Dエクステンション電極51を形成する。例えば、ゲート積層体56aとレジスト44とをマスクにして、1価のBイオンを加速エネルギ0.3keVかつドーズ量5×1014cm−2で注入する。なお、図18(g)及びそれ以降の図には図示していないが、S/Dエクステンション電極51を形成するイオン注入の前又は後に、ポケット領域を形成するためのイオン注入を行う場合がある。例えば、1価のAsイオンをドーズ量2×1013cm−2で注入する。その後、レジスト44を剥離する。Subsequently, as shown in FIG. 18G, lithography is performed so that the n-channel MISFET is covered with a resist 44, and extension implantation of the p-channel MISFET is performed, so that the S / D extension electrode 51 of the p-channel MISFET. Form. For example, monovalent B ions are implanted with an acceleration energy of 0.3 keV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 using the gate stacked body 56 a and the resist 44 as a mask. Although not shown in FIG. 18G and the subsequent drawings, ion implantation for forming a pocket region may be performed before or after ion implantation for forming the S / D extension electrode 51. . For example, monovalent As ions are implanted at a dose of 2 × 10 13 cm −2 . Thereafter, the resist 44 is peeled off.

続いて、図18(h)に示すように、第一実施形態の図8(f)と同様に、ゲート側壁17aを形成する。このように、nチャネル型MISFET及びpチャネル型MISFETで同時に、オフセットスペーサ形状の第一絶縁膜41が形成され、オフセットスペーサ形状の第二絶縁膜42が形成され、最後に、サイドウォール絶縁膜43が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 18H, a gate sidewall 17a is formed in the same manner as in FIG. 8F of the first embodiment. As described above, the n-channel MISFET and the p-channel MISFET are simultaneously formed with the offset spacer-shaped first insulating film 41, the offset spacer-shaped second insulating film 42, and finally the sidewall insulating film 43. Is formed.

なお、図17(f)及び図18(g)では、レジスト44の他にゲート積層体16a、56aだけをマスクに、エクステンション注入を行った。しかし、ゲート積層体16a、56aに、図18(h)の第一絶縁膜41を形成した後、又は図18(h)の第二絶縁膜42を形成した後に、エクステンション注入を行ってもよい。   In FIGS. 17F and 18G, extension implantation is performed using only the gate stacked bodies 16a and 56a as a mask in addition to the resist 44. However, extension implantation may be performed after the first insulating film 41 of FIG. 18H is formed in the gate stacked bodies 16a and 56a or after the second insulating film 42 of FIG. 18H is formed. .

一般的に、pチャネル型MISFETのS/Dエクステンション電極51を形成するドーパントの拡散定数は、nチャネル型MISFETのS/Dエクステンション電極21を形成するドーパントの拡散定数よりも大きい。そのため、次のような製造工程を採ってもよい。まず、ゲート積層体16aとレジスト44とをマスクに用いてイオン注入を行うことにより、S/Dエクステンション電極21を形成する、続いて、オフセットスペーサ形状の第一絶縁膜41を形成する。続いて、ゲート積層体56aと第一絶縁膜41とレジスト44とをマスクに用いてイオン注入を行うことにより、S/Dエクステンション電極51を形成する。最後に、オフセットスペーサ形状の第二絶縁膜42を形成した後、サイドウォール絶縁膜43を形成する。   Generally, the diffusion constant of the dopant that forms the S / D extension electrode 51 of the p-channel type MISFET is larger than the diffusion constant of the dopant that forms the S / D extension electrode 21 of the n-channel type MISFET. Therefore, you may take the following manufacturing processes. First, the S / D extension electrode 21 is formed by performing ion implantation using the gate stacked body 16a and the resist 44 as a mask, and then the first insulating film 41 having an offset spacer shape is formed. Subsequently, the S / D extension electrode 51 is formed by performing ion implantation using the gate stacked body 56a, the first insulating film 41, and the resist 44 as a mask. Finally, after forming a second insulating film 42 having an offset spacer shape, a sidewall insulating film 43 is formed.

また、同じ理由で、次のような製造工程を採ってもよい。まず、ゲート積層体16aとオフセットスペーサ形状の第一絶縁膜41とレジスト44とをマスクに用いてイオン注入を行うことにより、S/Dエクステンション電極21を形成する、続いて、オフセットスペーサ形状の第二絶縁膜42を形成する。続いて、ゲート積層体56aと第一絶縁膜41と第二絶縁膜42とレジスト44とをマスクに用いてイオン注入を行うことにより、S/Dエクステンション電極51を形成する。最後に、サイドウォール絶縁膜43を形成する。   For the same reason, the following manufacturing process may be adopted. First, the S / D extension electrode 21 is formed by performing ion implantation using the gate stacked body 16a, the offset spacer-shaped first insulating film 41 and the resist 44 as a mask, and then the offset spacer-shaped first electrode. Two insulating films 42 are formed. Subsequently, the S / D extension electrode 51 is formed by performing ion implantation using the gate stacked body 56a, the first insulating film 41, the second insulating film 42, and the resist 44 as a mask. Finally, a sidewall insulating film 43 is formed.

続いて、図19(i)に示すように、リソグラフィを行ってpチャネル型MISFETをレジスト44で覆い、S/D注入を行うことにより、深いS/D電極22を形成する。例えば、ゲート積層体16aとゲート側壁17aとレジスト44とをマスクにして、1価のAsイオンを加速エネルギ5keVかつドーズ量5×1014cm−2で注入し、更に1価のPイオンを加速エネルギ3keVかつドーズ量4×1015cm−2で注入する。その後、レジスト44を剥離する。Subsequently, as shown in FIG. 19I, lithography is performed to cover the p-channel type MISFET with a resist 44, and S / D implantation is performed to form a deep S / D electrode 22. For example, monovalent As ions are implanted at an acceleration energy of 5 keV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 using the gate stacked body 16a, the gate sidewall 17a, and the resist 44 as a mask, and further monovalent P ions are accelerated. Implantation is performed with an energy of 3 keV and a dose of 4 × 10 15 cm −2 . Thereafter, the resist 44 is peeled off.

続いて、図19(j)に示すように、リソグラフィを行ってnチャネル型MISFETをレジスト44で覆い、S/D注入を行うことにより、深いS/D電極52を形成する。例えば、ゲート積層体56aとゲート側壁17aとレジスト44とをマスクにして、1価のBイオンを加速エネルギ1keVかつドーズ量3×1015cm−2で注入する。その後、レジスト44を剥離する。Subsequently, as shown in FIG. 19J, lithography is performed to cover the n-channel MISFET with a resist 44, and S / D implantation is performed to form a deep S / D electrode 52. For example, monovalent B ions are implanted at an acceleration energy of 1 keV and a dose of 3 × 10 15 cm −2 using the gate stacked body 56a, the gate sidewall 17a, and the resist 44 as a mask. Thereafter, the resist 44 is peeled off.

続いて、図20(k)に示すように、第一実施形態の図9(h)と同様に、不純物の活性化を行う。   Subsequently, as shown in FIG. 20K, the impurity is activated in the same manner as in FIG. 9H of the first embodiment.

続いて、図20(l)に示すように、リソグラフィを行ってpチャネル型MISFETをレジスト44で覆う。その上で、第一実施形態と同様に、nチャネル型MISFETの第一絶縁膜41とサイドウォール絶縁膜43とを除去する。その後、レジスト44を剥離する。こうすることで、nチャネル型MISFETの領域のみ、ゲート積層体16aの近傍に、片持ち梁形状の第二絶縁膜42が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 20L, lithography is performed to cover the p-channel type MISFET with a resist 44. After that, as in the first embodiment, the first insulating film 41 and the sidewall insulating film 43 of the n-channel MISFET are removed. Thereafter, the resist 44 is peeled off. Thus, the cantilever-shaped second insulating film 42 is formed in the vicinity of the gate stacked body 16a only in the n-channel type MISFET region.

続いて、図21(m)に示すように、第一実施形態の図9(j)と同様に、半導体基板13の全体を液体35に浸す。   Subsequently, as shown in FIG. 21 (m), the entire semiconductor substrate 13 is immersed in the liquid 35 as in FIG. 9 (j) of the first embodiment.

続いて、図21(n)に示すように、第一実施形態の図10(k)と同様に、液体35を乾燥させる。この過程で、液体35の表面張力が影響を及ぼすのは、ゲート積層体16aと片持ち梁形状の第二絶縁膜42との間隔が狭いnチャネル型MISFETのみである。その結果、nチャネル型MISFETでは、第一実施形態と同様に、第二絶縁膜42がゲート積層体16aの方に撓んでゲート積層体16aに付着する。これにより、第二絶縁膜42が梁11となる。一方、pチャネル型MISFETでは、撓むような構造物が形成されていないので、ゲート積層体56a及びゲート側壁17aの形状は何ら変わらない。   Subsequently, as shown in FIG. 21 (n), the liquid 35 is dried as in FIG. 10 (k) of the first embodiment. In this process, the surface tension of the liquid 35 affects only the n-channel MISFET in which the distance between the gate stack 16a and the cantilever-shaped second insulating film 42 is narrow. As a result, in the n-channel MISFET, as in the first embodiment, the second insulating film 42 bends toward the gate stacked body 16a and adheres to the gate stacked body 16a. As a result, the second insulating film 42 becomes the beam 11. On the other hand, in the p-channel type MISFET, since a structure that can be bent is not formed, the shapes of the gate stacked body 56a and the gate sidewall 17a are not changed.

なお、図20(l)のレジスト44の剥離工程でウエットプロセスを使用すると、そのウエットプロセスで使用する液体に浸した段階で、自動的に図21(m)の工程を行っていることになる。すなわち、レジスト44の剥離工程のウエットプロセスで使用する最後の液体を乾燥させると、自動的に図21(n)の工程を行っていることになる。これから後の工程は、第一実施形態と同じである。   When the wet process is used in the resist 44 peeling process of FIG. 20L, the process of FIG. 21M is automatically performed at the stage of immersion in the liquid used in the wet process. . That is, when the last liquid used in the wet process of the resist 44 peeling process is dried, the process of FIG. 21 (n) is automatically performed. The subsequent steps are the same as those in the first embodiment.

続いて、図22(o)に示すように、第一実施形態の図10(l)と同様に、ゲート積層体16a、56aと深いS/D電極22、52とに、それぞれシリサイド15b、22b、52bを形成する。これにより、ゲート積層体16a、56aは、それぞれゲート積層体16、56となる。   Subsequently, as shown in FIG. 22 (o), as in FIG. 10 (l) of the first embodiment, silicides 15b and 22b are respectively formed on the gate stacked bodies 16a and 56a and the deep S / D electrodes 22 and 52, respectively. , 52b. Thereby, the gate stacked bodies 16a and 56a become the gate stacked bodies 16 and 56, respectively.

最後に、図22(p)に示すように、第一実施形態の図10(m)と同様に、ストッパー窒化膜25a、25b及び層間絶縁膜23を堆積させて、CMPとリソグラフィとエッチングとを行い、コンタクトホールを形成する。そのコンタクトホールに金属を埋め込むことにより、コンタクト24を形成する。   Finally, as shown in FIG. 22 (p), as in FIG. 10 (m) of the first embodiment, the stopper nitride films 25a and 25b and the interlayer insulating film 23 are deposited, and CMP, lithography and etching are performed. And contact holes are formed. A contact 24 is formed by embedding a metal in the contact hole.

本実施形態では、nチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETが存在するので、図10(m)の単独のストッパー窒化膜25の代わりに、DSL技術を適用してストッパー窒化膜25a、25bを用いる。ストッパー窒化膜25aはnチャネル型MISFETのチャネル領域に引っ張り応力をもたらし、ストッパー窒化膜25bはpチャネル型MISFETのチャネル領域に圧縮応力をもたらす。   In this embodiment, there are n-channel type MISFETs and p-channel type MISFETs. Therefore, instead of the single stopper nitride film 25 of FIG. The stopper nitride film 25a brings a tensile stress to the channel region of the n-channel type MISFET, and the stopper nitride film 25b brings a compressive stress to the channel region of the p-channel type MISFET.

以上述べてきたように、本実施形態の製造方法を用いることで、CMOSデバイスを得ることができる。本実施形態のその他の構成、作用及び効果は、第一実施形態等に準ずる。   As described above, a CMOS device can be obtained by using the manufacturing method of this embodiment. Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

<第五実施形態>
図23乃至図25は、本発明の第五実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、これらの図面において図20乃至図22と同じ部分は同じ符号を付す。
<Fifth embodiment>
23 to 25 are sectional views showing a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the fifth embodiment of the present invention. Hereinafter, description will be given based on these drawings. However, in these drawings, the same parts as those in FIGS. 20 to 22 are denoted by the same reference numerals.

本実施形態は、第四実施形態と同様に、本発明をCMOSデバイスに適用した場合である。ただし、本実施形態では、第四実施形態と異なり、チャネル方向を例えばSi(100)面の<100>方向とする。すなわち、pチャネル型MISFETのゲート長方向に引っ張り応力を加えても、移動度低下の度合いが小さい場合について、説明する。この場合、本発明をpチャネル型MISFETに適用すると、オン電流は低下するが、ゲート側壁への空隙導入による寄生容量低下の効果が上回る、又は寄生容量低下の効果がオン電流低下分を補って動作速度は変わらない。第四実施形態では、本発明が適用されるのはnチャネル型MISFETだけであり、pチャネル型MISFETは汎用のものであった。本実施形態では、nチャネル型MISFET及びpチャネル型MISFETともに本発明を適用する。こうすると、後述するような製造方法を用いることによって、第四実施形態に比べて工程数を削減することができる。   In the present embodiment, as in the fourth embodiment, the present invention is applied to a CMOS device. However, in this embodiment, unlike the fourth embodiment, the channel direction is, for example, the <100> direction of the Si (100) plane. That is, a case where the degree of mobility decrease is small even when tensile stress is applied in the gate length direction of the p-channel MISFET will be described. In this case, when the present invention is applied to a p-channel type MISFET, the on-current is reduced, but the effect of reducing the parasitic capacitance due to the introduction of the air gap into the gate sidewall exceeds or the effect of reducing the parasitic capacitance compensates for the on-current reduction. The operation speed does not change. In the fourth embodiment, the present invention is applied only to the n-channel MISFET, and the p-channel MISFET is a general-purpose one. In the present embodiment, the present invention is applied to both an n-channel MISFET and a p-channel MISFET. If it carries out like this, the number of processes can be reduced compared with 4th embodiment by using the manufacturing method which is mentioned later.

以下に、図23乃至図25を参照して、CMOSデバイスを得る第四実施形態の製造方法を説明する。図23乃至図25は、本実施形態におけるCMOSデバイスの各製造工程の状態を示す断面図である。各断面図は、MISFETのゲート長方向の断面を示しており、nチャネル型MISFETを左側に、pチャネル型MISFETを右側にそれぞれ示している。   The manufacturing method of the fourth embodiment for obtaining a CMOS device will be described below with reference to FIGS. 23 to 25 are cross-sectional views showing the state of each manufacturing process of the CMOS device in the present embodiment. Each cross-sectional view shows a cross section in the gate length direction of the MISFET, and an n-channel MISFET is shown on the left side and a p-channel MISFET is shown on the right side.

本実施形態の製造方法は、図15(a)から図19(j)までの工程が、第四実施形態の製造方法と同じである。   In the manufacturing method of this embodiment, the steps from FIG. 15A to FIG. 19J are the same as the manufacturing method of the fourth embodiment.

まず、図23(k)に示すように、図19(j)の工程の後、第一実施形態の図9(h)と同様に、不純物の活性化を行う。   First, as shown in FIG. 23 (k), after the step of FIG. 19 (j), the impurity is activated as in FIG. 9 (h) of the first embodiment.

続いて、図23(l)に示すように、第一実施形態の図9(i)と同様に、第一絶縁膜41及びサイドウォール絶縁膜43を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 23L, the first insulating film 41 and the sidewall insulating film 43 are removed as in FIG. 9I of the first embodiment.

続いて、図24(m)に示すように、第一実施形態の図9(j)と同様に、半導体基板13の全体を液体35に浸す。   Subsequently, as shown in FIG. 24M, the entire semiconductor substrate 13 is immersed in the liquid 35 as in FIG. 9J of the first embodiment.

続いて、図24(n)に示すように、第一実施形態の図10(k)と同様に、液体35を乾燥させる。このような工程を経ることで、nチャネル型MISFETにおいても、pチャネル型MISFETにおいても、第二絶縁膜42が撓んでゲート積層体16a、56aにそれぞれ付着する。これにより、第二絶縁膜42は梁11となる。次以降の工程は、第一実施形態と同じである。   Subsequently, as shown in FIG. 24 (n), the liquid 35 is dried as in FIG. 10 (k) of the first embodiment. Through these steps, the second insulating film 42 bends and adheres to the gate stacks 16a and 56a in both the n-channel MISFET and the p-channel MISFET. As a result, the second insulating film 42 becomes the beam 11. The subsequent steps are the same as those in the first embodiment.

続いて、図25(o)に示すように、第一実施形態の図10(l)と同様に、ゲート積層体16a、56a及び深いS/D電極22、52に、シリサイド層15b、22b、52bを形成する。これにより、ゲート積層体16a、56aはゲート積層体16、56になる。   Subsequently, as shown in FIG. 25 (o), as in FIG. 10 (l) of the first embodiment, the gate stacks 16a and 56a and the deep S / D electrodes 22 and 52 are provided with silicide layers 15b and 22b, 52b is formed. As a result, the gate stacked bodies 16 a and 56 a become the gate stacked bodies 16 and 56.

最後に、図25(p)に示すように、第一実施形態の図10(m)と同様に、ストッパー絶縁膜25a、25b及び層間絶縁膜23を堆積させて、CMPとリソグラフィとエッチングとを行うことにより、コンタクトホールを形成する。そのコンタクトホールに金属を埋め込むことにより、コンタクト24を形成する。   Finally, as shown in FIG. 25 (p), as in FIG. 10 (m) of the first embodiment, the stopper insulating films 25a and 25b and the interlayer insulating film 23 are deposited, and CMP, lithography and etching are performed. By doing so, a contact hole is formed. A contact 24 is formed by embedding a metal in the contact hole.

なお、本実施形態では、nチャネル型MISFETとpチャネル型MISFETが存在するので、図10(m)の単独のストッパー窒化膜25の代わりに、DSL技術を適用してストッパー窒化膜25a、25bを用いる。ストッパー窒化膜25aはnチャネル型MISFETのチャネル領域に引っ張り応力をもたらし、ストッパー窒化膜25bはpチャネル型MISFETのチャネル領域に圧縮応力をもたらす。   In this embodiment, since there are an n-channel MISFET and a p-channel MISFET, the stopper nitride films 25a and 25b are formed by applying the DSL technique instead of the single stopper nitride film 25 in FIG. Use. The stopper nitride film 25a brings a tensile stress to the channel region of the n-channel type MISFET, and the stopper nitride film 25b brings a compressive stress to the channel region of the p-channel type MISFET.

以上述べてきたように、pチャネル型MISFETがそのゲート長方向に梁による引っ張り歪みを受けても、移動度の低下によるオン電流の減少が小さいために、ゲート側壁に空隙が導入されて寄生容量が低減することにより、オン電流の減少の影響が補償されるので、むしろpチャネル型MISFETの動作が変わらないか速くなる場合がある。これらの場合には、本実施形態の製造方法を用いることにより、より少ない工程数でCMOSデバイスを製造できる。本実施形態の製造方法によれば、第四実施形態の製造方法に比べて、リソグラフィ工程を1回分少なくできるからである。本実施形態のその他の構成、作用及び効果は、第一実施形態等に準ずる。   As described above, even if the p-channel type MISFET is subjected to tensile strain due to the beam in the gate length direction, since the decrease in the on-current due to the decrease in mobility is small, a gap is introduced into the gate side wall and the parasitic capacitance is introduced. Since the influence of the decrease in the on-current is compensated by reducing the current, the operation of the p-channel MISFET may be unchanged or accelerated. In these cases, the CMOS device can be manufactured with a smaller number of steps by using the manufacturing method of the present embodiment. This is because according to the manufacturing method of the present embodiment, the number of lithography processes can be reduced by one as compared with the manufacturing method of the fourth embodiment. Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

<第六実施形態>
図26及び図27は、第六実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
<Sixth embodiment>
26 and 27 are cross-sectional views showing a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the sixth embodiment. Hereinafter, description will be given based on these drawings.

第一乃至第五実施形態として、MISFETにおいてゲート側壁構造の一部に、絶縁体で形成された撓んだ梁を用い、この撓んだ梁によって応力が与えられる領域をチャネル領域として用いる技術について述べた。本実施形態では、それ以外の態様として、pin(p-intrinsic-n)フォトダイオードにおいて、撓んだ梁からの応力によって半導体が歪み、その歪んだ領域のキャリアの移動度が向上するために、より高速な動作が可能となる例について説明する。   As the first to fifth embodiments, a technique is described in which a deflected beam formed of an insulator is used as a part of a gate sidewall structure in a MISFET, and a region to which stress is applied by the deflected beam is used as a channel region. Stated. In this embodiment, as other aspects, in a pin (p-intrinsic-n) photodiode, the semiconductor is distorted by stress from the deflected beam, and the mobility of carriers in the distorted region is improved. An example in which higher speed operation is possible will be described.

一般に、pinフォトダイオードの応答速度(ここではダイオード出力の上昇時間Tとする。)は、次式のように近似される。
T=(Ta+Tb+Tc1/2・・・(5)
(5)式において、Taは、端子間容量(=パッケージ容量とフォトダイオードの接合容量との和)と負荷抵抗の時定数であり、Tbは空乏層外生成キャリアの拡散時間、Tcはキャリアの空乏層走行時間である。
In general, the response speed of the pin photodiode (here, the diode output rise time T) is approximated by the following equation.
T = (Ta 2 + Tb 2 + Tc 2 ) 1/2 (5)
In the equation (5), Ta is a time constant of inter-terminal capacitance (= sum of package capacitance and photodiode junction capacitance) and load resistance, Tb is the diffusion time of carriers generated outside the depletion layer, and Tc is the carrier time Depletion layer travel time.

このうち、Tcは、空乏層長さ(pinフォトダイオードでは、空乏層長さと真性領域との和)をd、平均電界をE、キャリアの移動度をμとすると、次式のように近似的に表される。
Tc=d/(μE)・・・(6)
Of these, Tc is approximated by the following equation, where d is the depletion layer length (in a pin photodiode, the sum of the depletion layer length and intrinsic region), E is the average electric field, and μ is the carrier mobility. It is expressed in
Tc = d / (μE) (6)

よって、(5)式と(6)式から、キャリアの移動度μが大きくなれば、pinフォトダイオードの応答速度が向上する。   Therefore, from the equations (5) and (6), if the carrier mobility μ increases, the response speed of the pin photodiode is improved.

図27(e)に、本実施形態の半導体装置の構造模式図を示す。図27(e)は、半導体装置の断面図であり、電流が流れる方向に沿った断面図である。また、図27(e)は電極形成前の状態を示している。まず、本実施形態の半導体装置60の概要について、図面に基づき説明する。   FIG. 27E is a structural schematic diagram of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 27E is a cross-sectional view of the semiconductor device, which is a cross-sectional view along the direction in which current flows. FIG. 27 (e) shows a state before electrode formation. First, the outline | summary of the semiconductor device 60 of this embodiment is demonstrated based on drawing.

半導体装置60は、撓んだ形状を有するとともに当該形状からの応力Pを生ずる撓み形状部としての梁61と、梁61の応力Pを受けて歪むことによりキャリアの移動度が変化した半導体部62と、を有するpinフォトダイオードである。   The semiconductor device 60 has a bent shape and a beam 61 as a bent shape portion that generates a stress P from the shape, and a semiconductor portion 62 in which the carrier mobility is changed by receiving the stress P of the beam 61 and being distorted. And a pin photodiode.

半導体装置60によれば、撓んだ形状を有する梁61を用い、梁61の応力Pを利用して半導体部62を歪ませることにより、コンタクトエッチストップ膜方式とは異なる別の手法で歪みを生じさせることができるので、コンタクトエッチストップ膜方式の微細化進展に伴う効果低減という課題を解決できる。   According to the semiconductor device 60, by using the beam 61 having a bent shape and distorting the semiconductor portion 62 using the stress P of the beam 61, the strain is reduced by a method different from the contact etch stop film method. Therefore, it is possible to solve the problem of reducing the effect accompanying the progress of miniaturization of the contact etch stop film system.

梁61は、撓んだ状態で一端61a及び他端61bが固定された梁である。半導体基板13の表面に半導体部62が形成され、半導体基板13の表面に梁61の一端61aが固定され、一端61aを介して梁61の応力Pが半導体部62に働く。半導体基板13は、Si基板である。   The beam 61 is a beam in which one end 61a and the other end 61b are fixed in a bent state. The semiconductor part 62 is formed on the surface of the semiconductor substrate 13, one end 61 a of the beam 61 is fixed to the surface of the semiconductor substrate 13, and the stress P of the beam 61 acts on the semiconductor part 62 through the one end 61 a. The semiconductor substrate 13 is a Si substrate.

半導体部62は、p型領域62p、真性領域62i及びn型領域62nを有する。また、半導体装置60は、半導体基板13の表面に形成された凸部としてのn型電極層63を有し、n型電極層63及びn型領域62nを中心に左右対称な構造である。すなわち、半導体装置60は、一対の梁61、一対のp型領域62p及び一対の真性領域62iを有する。梁61は、一端61aが真性領域62iに固定され他端61bがn型電極層63に固定され、かつn型領域62nの方向に撓んでいる。   The semiconductor unit 62 includes a p-type region 62p, an intrinsic region 62i, and an n-type region 62n. The semiconductor device 60 has an n-type electrode layer 63 as a convex portion formed on the surface of the semiconductor substrate 13, and has a bilaterally symmetric structure with the n-type electrode layer 63 and the n-type region 62n as the center. That is, the semiconductor device 60 has a pair of beams 61, a pair of p-type regions 62p, and a pair of intrinsic regions 62i. The beam 61 has one end 61a fixed to the intrinsic region 62i, the other end 61b fixed to the n-type electrode layer 63, and is bent in the direction of the n-type region 62n.

次に、本実施形態の半導体装置60の詳細について、図面に基づき説明する。   Next, details of the semiconductor device 60 of the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図27(e)に示すように、半導体装置60は、絶縁体からなる撓んだ梁61を有する。梁61は、半導体基板13中に形成された真性領域62iに支点となる一端61aを有し、凸部としてのn型電極層38に他端61bが付着している。なお、梁61は、受光する光を遮らない構成になっている。例えば、梁61は、透明な絶縁体材料からなる。又は、図面奥行き方向に受光用の窓が飛び飛びに形成される場合は、その窓の部分には梁61が形成されない。n型電極層63は、n型領域62nに接続され、n型領域62nから凸状に上へ伸びている。半導体装置60では、撓んだ梁61の一端61aからp型領域62pにむけて応力が働くので、真性領域62iのn型領域62n側とn型領域62nの空乏層とは引っ張り歪み、真性領域62iのp型領域62p側とp型領域62pの空乏層とは圧縮歪みを受ける。   As shown in FIG. 27E, the semiconductor device 60 has a bent beam 61 made of an insulator. The beam 61 has one end 61 a serving as a fulcrum in an intrinsic region 62 i formed in the semiconductor substrate 13, and the other end 61 b is attached to the n-type electrode layer 38 as a convex portion. Note that the beam 61 is configured not to block received light. For example, the beam 61 is made of a transparent insulator material. Alternatively, when the light receiving window is formed in a jumping manner in the depth direction of the drawing, the beam 61 is not formed in the window portion. The n-type electrode layer 63 is connected to the n-type region 62n and extends upward in a convex shape from the n-type region 62n. In the semiconductor device 60, stress acts from the one end 61a of the deflected beam 61 toward the p-type region 62p. Therefore, the n-type region 62n side of the intrinsic region 62i and the depletion layer of the n-type region 62n are tensile-strained. The 62i side of the p-type region 62p and the depletion layer of the p-type region 62p are subjected to compressive strain.

半導体部62で、バンドギャップ以上のエネルギを有する光を受けると電子・正孔ペアが発生する。ここで、pin接合が逆バイアスされた状態における半導体装置60の動作について説明する。まず、電子について述べる。p型領域62pの伝導帯に励起された電子は、少数キャリア寿命内に空乏層に達する電子を除いて、正孔との再結合により消滅する。少数キャリア寿命内に空乏層に達する電子とは、空乏層端から少数キャリアの拡散長以内に励起された電子のことである。その空乏層に達した電子は、電界で加速されて、n型領域62nの空乏層を経てn型領域62nへ移動する。また、真性領域62iの伝導帯に励起された電子は、同様に、電界で加速されて、n型領域62nの空乏層を経てn型領域62nへ移動する。   When the semiconductor unit 62 receives light having energy greater than or equal to the band gap, an electron / hole pair is generated. Here, the operation of the semiconductor device 60 in a state where the pin junction is reverse-biased will be described. First, we will talk about electrons. The electrons excited in the conduction band of the p-type region 62p are extinguished by recombination with holes except for electrons reaching the depletion layer within the minority carrier lifetime. The electrons that reach the depletion layer within the minority carrier lifetime are electrons excited within the minority carrier diffusion length from the end of the depletion layer. The electrons that reach the depletion layer are accelerated by the electric field and move to the n-type region 62n through the depletion layer of the n-type region 62n. Similarly, the electrons excited in the conduction band of the intrinsic region 62i are accelerated by the electric field and move to the n-type region 62n through the depletion layer of the n-type region 62n.

このように、伝導帯に励起された電子が、電界によってn型領域62nへ移動する。そのため、真性領域62iのp型領域62p側及びp型領域62pの空乏層に存在する電子よりも、真性領域62iのn型領域62n側及びn型領域62nの空乏層に存在する電子が多くなる。半導体部62では、撓んだ梁61からもたらされる応力Pに起因して、次のように電子の移動度が変わる。真性領域62iのp型領域62p側及びp型領域62の空乏層では、圧縮歪みを受けるので、電子の移動度が低下する。一方、真性領域62iのn型領域62n側及びn型領域62nの空乏層では、逆に引っ張り歪みを受けるので、電子の移動度が向上する。ここで、前述した理由により、移動度が低下する部分に存在する電子の数より、移動度が向上する部分に存在する電子の数が多くなる。したがって、半導体部62全体で考えると、電子の移動度は向上する。   Thus, the electrons excited in the conduction band move to the n-type region 62n by the electric field. Therefore, more electrons are present in the depletion layer of the n-type region 62n and the n-type region 62n of the intrinsic region 62i than in the depletion layer of the p-type region 62p and the p-type region 62p of the intrinsic region 62i. . In the semiconductor part 62, due to the stress P caused by the bent beam 61, the electron mobility changes as follows. Since the intrinsic region 62i and the depletion layer of the p-type region 62 on the p-type region 62p side are subjected to compressive strain, the mobility of electrons decreases. On the other hand, the n-type region 62n side of the intrinsic region 62i and the depletion layer of the n-type region 62n are subjected to tensile strain, so that the electron mobility is improved. Here, for the reasons described above, the number of electrons existing in the portion where the mobility is increased is larger than the number of electrons existing in the portion where the mobility is decreased. Accordingly, when considering the entire semiconductor portion 62, the mobility of electrons is improved.

同様に、半導体部62では、撓んだ梁61からもたらされる応力Pに起因して、次のように正孔の移動度が変わる。真性領域62iのp型領域62p側及びp型領域62pの空乏層では、圧縮歪みを受けるので、正孔の移動度が向上する。真性領域62iのn型領域62n側及びn型領域62nの空乏層では、逆に引っ張り歪みを受けるので、正孔の移動度が低下する。ここで、移動度が低下する部分に存在する正孔の数より、移動度が向上する部分に存在する正孔の数が多くなるので、半導体部62全体で考えると正孔の移動度は向上する。   Similarly, in the semiconductor portion 62, due to the stress P caused by the bent beam 61, the hole mobility changes as follows. Since the intrinsic region 62i side of the p-type region 62p and the depletion layer of the p-type region 62p are subjected to compressive strain, the mobility of holes is improved. On the other hand, in the n-type region 62n side of the intrinsic region 62i and the depletion layer of the n-type region 62n, since tensile strain is applied, the hole mobility is lowered. Here, since the number of holes present in the portion where the mobility is increased is larger than the number of holes present in the portion where the mobility is lowered, the mobility of the holes is improved when the semiconductor portion 62 is considered as a whole. To do.

以上から、半導体装置60のような構造では、キャリアの移動度が向上するので、pinフォトダイオードとしての応答速度が向上する。   From the above, in the structure such as the semiconductor device 60, the carrier mobility is improved, so that the response speed as a pin photodiode is improved.

次に、半導体装置60の製造方法について、図26及び図27を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 60 will be described with reference to FIGS.

まず、図26(a)に示すように、Siからなる半導体基板13を用意し、その(100)面の<110>方向を電流が流れる方向となるように、STI法やLOCOS法を用いて素子分離絶縁膜19を形成する。   First, as shown in FIG. 26A, a semiconductor substrate 13 made of Si is prepared, and an STI method or a LOCOS method is used so that a current flows in the <110> direction of the (100) plane. An element isolation insulating film 19 is formed.

続いて、図26(b)に示すように、半導体基板13の表面に対してリソグラフィ、イオン注入及びレジスト剥離を複数回繰り返すことにより、p型領域62n、真性領域62i及びn型領域62nを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 26B, the p-type region 62n, the intrinsic region 62i, and the n-type region 62n are formed by repeating lithography, ion implantation, and resist peeling a plurality of times on the surface of the semiconductor substrate 13. To do.

続いて、図26(c)に示すように、p型領域62n、真性領域62i及びn型領域62nの上に、nドープポリSi層63aを堆積させる。   Subsequently, as shown in FIG. 26C, an n-doped poly-Si layer 63a is deposited on the p-type region 62n, the intrinsic region 62i, and the n-type region 62n.

続いて、図27(d)に示すように、nドープポリSi層63aに対してリソグラフィ及びエッチングを行い、レジストを剥離することにより、n型領域62n上に凸部としてのn型電極層63を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 27 (d), the n-doped poly-Si layer 63a is subjected to lithography and etching, and the resist is removed, thereby forming the n-type electrode layer 63 as a convex portion on the n-type region 62n. Form.

続いて、図27(e)に示すように、前述の各実施形態と同様に、支点となる一端61aが真性領域36に位置する片持ち梁を形成し、この片持ち梁を撓ませて他端61bをn型電極層63に付着させることにより梁61を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 27 (e), as in the above-described embodiments, one end 61a serving as a fulcrum forms a cantilever beam positioned in the intrinsic region 36, and the other cantilever beam is bent. The beam 61 is formed by attaching the end 61 b to the n-type electrode layer 63.

この後、導入した不純物を活性化させ、p型領域62pの表面とn型電極層63の表面とに電極(図示せず)を形成することにより、pinフォトダイオードとしての半導体装置60が完成する。   Thereafter, the introduced impurity is activated to form electrodes (not shown) on the surface of the p-type region 62p and the surface of the n-type electrode layer 63, thereby completing the semiconductor device 60 as a pin photodiode. .

なお、半導体基板の材料は、Siに限定されるものではなく、例えば、SiGe、SiCなどでもよい。また、本実施形態の半導体装置は、pinフォトダイオードでなく、pnフォトダイオードでもよい。この場合は、梁の支点の位置をpn接合境界とする。本実施形態のその他の構成、作用及び効果は、第一実施形態等に準ずる。   The material of the semiconductor substrate is not limited to Si, and may be SiGe, SiC, or the like, for example. Further, the semiconductor device of this embodiment may be a pn photodiode instead of a pin photodiode. In this case, the position of the fulcrum of the beam is the pn junction boundary. Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

<その他>
本発明の構成は、次のように表現することもできる。
<Others>
The configuration of the present invention can also be expressed as follows.

1.絶縁体で形成された撓んだ梁によって応力が与えられる領域をキャリアが移動することを特徴とする半導体装置。2.前記梁は、その一端が基板に固定された片持ち梁であって、その支点に働く応力により、キャリアが移動する領域に引っ張り歪みを与えることを特徴とする上記1記載の半導体装置。3.前記梁をFETのゲート側壁構造の一部として用いることを特徴とする上記1又は2記載の半導体装置。4.前記ゲート側壁構造は、前記梁の他に、空隙を含むことを特徴とする上記1から3に記載の半導体装置。5.前記梁は、FETのゲートに当該梁の先端部が付着していることを特徴とする上記1から4のいずれかに記載の半導体装置。6.前記梁によって与える歪みが、撓む前の梁のゲート長方向の長さと、撓む前の梁とゲートとの距離とによって制御されている上記5記載の半導体装置。7.複数のFETを有する半導体装置であって、撓む前の梁のゲート長方向の長さ及び撓む前の梁とゲートとの距離の少なくとも一方が異なっていることで、異なる歪みが導入されている少なくとも2種のFETを有する上記6記載の半導体装置。8.n型のFETとp型のFETを有する半導体装置であって、前記n型のFETのみが、前記梁をゲート側壁構造の一部として用いていることを特徴とする上記1から7のいずれかに記載の半導体装置。9.前記n型のFETと前記p型のFETを有する半導体装置のチャネル方向は、Si(100)面の<110>方向であることを特徴とする上記8記載の半導体装置。10.n型のFETとp型のFETを有する半導体装置であって、前記n型のFETと前記p型の両方に、前記梁をゲート側壁構造の一部として用いていることを特徴とする、上記1から7のいずれかに記載の半導体装置。11.前記n型のFETと前記p型のFETを有する半導体装置のチャネル方向は、Si(100)面の<100>方向であることを特徴とする上記8記載の半導体装置。12.前記梁の材料は、Si窒化膜であることを特徴とする、上記1から11いずれかに記載の半導体装置。13.絶縁体で形成された撓んだ梁によって応力が与えられる領域をキャリアが移動する半導体装置の製造方法であって、絶縁体で形成された片持ち梁構造の真っ直ぐな梁を、その近傍に位置した構造物との間に空間を作ることで形成する工程と、この空間に液体を満たす工程と、この液体を乾燥して梁の先端部を前記構造物に付着させて撓んだ梁を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。14.前記液体が水又は水銀であることを特徴とする上記13記載の半導体装置の製造方法。15.ゲートに接するオフセットスペーサ形状の第二の種類の絶縁膜を形成する工程と、前記第二の種類の絶縁膜に接するオフセットスペーサ形状の第二の種類の絶縁膜を形成する工程と、前記第二の絶縁膜に接するサイドウォール形状の第二の種類の絶縁膜を形成する工程と、第二の種類の絶縁膜を除去して、第二の種類の絶縁膜からなる真っ直ぐな片持ち梁とする工程と、ゲートと前記片持ち梁の間を液体で満たす工程と、この液体を乾燥しゲートに片持ち梁を付着させて撓ませる工程を有することを特徴とするFETの製造方法。16.前記梁は、その一端が基板に固定された片持ち梁であって、その支点の位置がpinダイオードの真性領域、又はpnダイオードの接合境界にあり、n型領域方向に撓んでいることを特徴とする上記1記載の半導体装置。   1. A semiconductor device in which a carrier moves in a region to which stress is applied by a bent beam formed of an insulator. 2. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the beam is a cantilever whose one end is fixed to the substrate, and a tensile strain is applied to a region where the carrier moves due to a stress acting on the fulcrum. 3. 3. The semiconductor device as described in 1 or 2 above, wherein the beam is used as a part of a gate sidewall structure of an FET. 4). 4. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the gate sidewall structure includes a gap in addition to the beam. 5. 5. The semiconductor device according to any one of 1 to 4, wherein the beam has a front end portion of the beam attached to a gate of the FET. 6). 6. The semiconductor device as described in 5 above, wherein the strain applied by the beam is controlled by the length in the gate length direction of the beam before bending and the distance between the beam and the gate before bending. 7. A semiconductor device having a plurality of FETs, wherein at least one of the length in the gate length direction of the beam before bending and the distance between the beam and the gate before bending is different, different strains are introduced. 7. The semiconductor device according to 6 above, comprising at least two types of FETs. 8). The semiconductor device having an n-type FET and a p-type FET, wherein only the n-type FET uses the beam as a part of a gate sidewall structure. A semiconductor device according to 1. 9. 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein a channel direction of the semiconductor device having the n-type FET and the p-type FET is the <110> direction of the Si (100) plane. 10. A semiconductor device having an n-type FET and a p-type FET, wherein the beam is used as part of a gate sidewall structure for both the n-type FET and the p-type. The semiconductor device according to any one of 1 to 7. 11 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein a channel direction of the semiconductor device having the n-type FET and the p-type FET is the <100> direction of the Si (100) plane. 12 12. The semiconductor device according to any one of 1 to 11, wherein the beam material is a Si nitride film. 13. A method of manufacturing a semiconductor device in which a carrier moves in a region where stress is applied by a bent beam formed of an insulator, and a straight beam of a cantilever structure formed of an insulator is positioned in the vicinity thereof Forming a space between the structure and the structure, filling the space with a liquid, drying the liquid, and attaching the tip of the beam to the structure to form a bent beam A method for manufacturing a semiconductor device. 14 14. The method of manufacturing a semiconductor device as described in 13, wherein the liquid is water or mercury. 15. Forming a second type insulating film having an offset spacer shape in contact with the gate; forming a second type insulating film having an offset spacer shape in contact with the second type insulating film; and Forming a second type of insulating film in the shape of a sidewall in contact with the insulating film, and removing the second type of insulating film to form a straight cantilever made of the second type of insulating film An FET manufacturing method comprising: a step, a step of filling a space between the gate and the cantilever with a liquid; and a step of drying the liquid and attaching the cantilever to the gate to bend. 16. The beam is a cantilever whose one end is fixed to the substrate, the position of the fulcrum is at the intrinsic region of the pin diode or the junction boundary of the pn diode, and the beam is bent toward the n-type region. The semiconductor device as described in 1 above.

本発明の効果は、次のように表現することもできる。   The effect of the present invention can also be expressed as follows.

本発明では、絶縁体により片持ち梁構造を形成した後、これを撓ませて、撓んだ片持ち梁の支点に働く反力を、FETのチャネル領域となる半導体層への引っ張り応力として用い、歪みを発生させる。このような構造では、DSL技術に比較して、よりチャネル領域に近いところから応力を与えるので、微細化に適している。また、チャネル領域に与える歪みを撓みにより制御できる構造であるために、半導体装置の設計が容易になる利点がある。また、本発明の手法では、ゲート側壁構造に空隙を含むために、寄生容量が低下するので、高速にFETを動作させることができる。   In the present invention, after forming a cantilever structure with an insulator, this is bent and the reaction force acting on the fulcrum of the bent cantilever is used as the tensile stress to the semiconductor layer that becomes the channel region of the FET. , Generate distortion. Such a structure is suitable for miniaturization because stress is applied from a position closer to the channel region as compared with the DSL technique. In addition, the structure in which the strain applied to the channel region can be controlled by bending has an advantage that the design of the semiconductor device is facilitated. Further, in the method of the present invention, since the gate side wall structure includes the air gap, the parasitic capacitance is reduced, so that the FET can be operated at high speed.

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。   Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention. Further, the present invention includes a combination of some or all of the configurations of the above-described embodiments as appropriate.

この出願は2008年2月29日に出願された日本出願特願2008−050113を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。   This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2008-050113 for which it applied on February 29, 2008, and takes in those the indications of all here.

本発明によれば、撓んだ形状を有する撓み形状部を用い、その撓み形状部からもたらされる応力を利用して半導体部を歪ませて、コンタクトエッチストップ膜方式とは異なる別の手法で歪みを生じさせることにより、コンタクトエッチストップ膜方式の微細化進展に伴う効果低減という課題の解決に寄与できる。   According to the present invention, a bent shape portion having a bent shape is used, and the semiconductor portion is distorted by using the stress generated from the bent shape portion, and the distortion is performed by a method different from the contact etch stop film method. This can contribute to the solution of the problem of reducing the effect accompanying the progress of miniaturization of the contact etch stop film system.

本発明の第一実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. 第一実施形態における梁の撓みと半導体部に働く応力との関係を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the relationship between the deflection | deviation of the beam in 1st embodiment, and the stress which acts on a semiconductor part. 第一実施形態における梁の撓ませ方を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the bending method of the beam in 1st embodiment. 第一実施形態において撓んだ梁から半導体部が受ける力を説明するための断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) for demonstrating the force which a semiconductor part receives from the beam which bent in 1st embodiment. 第一実施形態において撓んだ梁から半導体部が受ける力を説明するための断面図(その2)である。It is sectional drawing for demonstrating the force which a semiconductor part receives from the bent beam in 1st embodiment (the 2). 第一実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which shows the semiconductor device which concerns on 1st embodiment, and its manufacturing method. 第一実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which shows the semiconductor device which concerns on 1st embodiment, and its manufacturing method. 第一実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その3)である。It is sectional drawing (the 3) which shows the semiconductor device which concerns on 1st embodiment, and its manufacturing method. 第一実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その4)である。It is sectional drawing (the 4) which shows the semiconductor device which concerns on 1st embodiment, and its manufacturing method. 第二実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which shows the semiconductor device which concerns on 2nd embodiment, and its manufacturing method. 第二実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which shows the semiconductor device which concerns on 2nd embodiment, and its manufacturing method. 第三実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which shows the semiconductor device which concerns on 3rd embodiment, and its manufacturing method. 第三実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which shows the semiconductor device which concerns on 3rd embodiment, and its manufacturing method. 第四実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which shows the semiconductor device which concerns on 4th embodiment, and its manufacturing method. 第四実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which shows the semiconductor device which concerns on 4th embodiment, and its manufacturing method. 第四実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その3)である。It is sectional drawing (the 3) which shows the semiconductor device which concerns on 4th embodiment, and its manufacturing method. 第四実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その4)である。It is sectional drawing (the 4) which shows the semiconductor device which concerns on 4th embodiment, and its manufacturing method. 第四実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その5)である。It is sectional drawing (the 5) which shows the semiconductor device which concerns on 4th embodiment, and its manufacturing method. 第四実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その6)である。It is sectional drawing (the 6) which shows the semiconductor device which concerns on 4th embodiment, and its manufacturing method. 第四実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その7)である。It is sectional drawing (the 7) which shows the semiconductor device which concerns on 4th embodiment, and its manufacturing method. 第四実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その8)である。It is sectional drawing (the 8) which shows the semiconductor device which concerns on 4th embodiment, and its manufacturing method. 第五実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which shows the semiconductor device which concerns on 5th embodiment, and its manufacturing method. 第五実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which shows the semiconductor device which concerns on 5th embodiment, and its manufacturing method. 第五実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その3)である。It is sectional drawing (the 3) which shows the semiconductor device which concerns on 5th embodiment, and its manufacturing method. 第六実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which shows the semiconductor device which concerns on 6th embodiment, and its manufacturing method. 第六実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which shows the semiconductor device which concerns on 6th embodiment, and its manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体装置
11 梁(撓み形状部)
11a 梁の一端
11b 梁の他端
12 チャネル領域(半導体部)
13 半導体基板
14 ゲート絶縁膜
15 ゲート電極
15a ポリSi層
15b シリサイド層
16、16a ゲート積層体
17、17a、17b、17c ゲート側壁
18 空隙
19 素子分離絶縁膜
20 pウェル
21 nチャネル型MISFETのS/Dエクステンション電極
22 nチャネル型MISFETの深いS/D電極
22b シリサイド層
23 層間絶縁膜
24 コンタクト
25、25a、20b ストッパー窒化膜
30、30a、30s、30d 片持ち梁
31 固定部材
32 固定端
33 集中荷重
34 反力
35 液体
41、41a 第一絶縁膜
42、42a 第二絶縁膜
43 サイドウォール絶縁膜
44 レジスト
50 nウェル
51 pチャネル型MISFETのS/Dエクステンション電極
52 pチャネル型MISFETの深いS/D電極
52b シリサイド層
56、56a ゲート積層体
60 半導体装置
61 梁(撓み形状部)
61a 梁の一端
61b 梁の他端
62 半導体部
62p p型領域
62i 真性領域
62n n型領域
63 n型電極層(凸部)
63a nドープポリSi層
10 Semiconductor device 11 Beam (flexible shape part)
11a One end of the beam 11b The other end of the beam 12 Channel region (semiconductor part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Semiconductor substrate 14 Gate insulating film 15 Gate electrode 15a Poly Si layer 15b Silicide layer 16, 16a Gate laminated body 17, 17a, 17b, 17c Gate side wall 18 Void 19 Element isolation insulating film 20 P well 21 N channel type MISFET S / D extension electrode 22 Deep S / D electrode 22b of n-channel MISFET Silicide layer 23 Interlayer insulating film 24 Contacts 25, 25a, 20b Stopper nitride films 30, 30a, 30s, 30d Cantilever 31 Fixed member 32 Fixed end 33 Concentrated load 34 reaction force 35 liquid 41, 41a first insulating film 42, 42a second insulating film 43 sidewall insulating film 44 resist 50 n well 51 S / D extension electrode 52 of p-channel type MISFET 52 deep S / D of p-channel type MISFET Electrode 52b Side layer 56,56a gate stack 60 semiconductor device 61 beam (deflection shape portion)
61a One end of the beam 61b The other end of the beam 62 Semiconductor portion 62p p-type region 62i intrinsic region 62n n-type region 63 n-type electrode layer (convex portion)
63a n-doped poly-Si layer

Claims (19)

撓んだ形状を有するとともに当該形状からの応力を生ずる撓み形状部と、前記応力を受けて歪むことによりキャリアの移動度が変化した半導体部と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A bent shape portion that has a bent shape and generates stress from the shape, and a semiconductor portion in which the mobility of the carrier has changed due to distortion due to the stress,
A semiconductor device comprising:
前記撓み形状部は撓んだ状態で両端が固定された梁である、
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The bending shape portion is a beam having both ends fixed in a bent state.
The semiconductor device according to claim 1.
前記半導体部が半導体基板の表面に形成され、この半導体基板の表面に前記梁の一端が固定され、この一端を介して前記応力が前記半導体部に働く、
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
The semiconductor part is formed on the surface of the semiconductor substrate, one end of the beam is fixed to the surface of the semiconductor substrate, and the stress acts on the semiconductor part through the one end.
The semiconductor device according to claim 2.
前記半導体基板の表面に形成されたチャネル領域と、このチャネル領域の上に形成されたゲート絶縁膜及びゲート電極からなるゲート積層体と、このゲート積層体の側面に形成されたゲート側壁とを有するMIS型電界効果トランジスタを備え、
前記半導体部が前記チャネル領域であり、前記梁が前記ゲート側壁の一部であり、前記梁の他端が前記ゲート積層体の側面に固定された、
ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
A channel region formed on the surface of the semiconductor substrate; a gate stack including a gate insulating film and a gate electrode formed on the channel region; and a gate sidewall formed on a side surface of the gate stack. MIS type field effect transistor,
The semiconductor portion is the channel region, the beam is a part of the gate sidewall, and the other end of the beam is fixed to a side surface of the gate stack;
The semiconductor device according to claim 3.
前記チャネル領域に与えられる歪みが、ゲート長方向における前記梁の長さと、前記梁の一端から前記ゲート積層体の側面までの距離とによって設定された、
ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置。
The strain applied to the channel region was set by the length of the beam in the gate length direction and the distance from one end of the beam to the side surface of the gate stack,
The semiconductor device according to claim 4.
前記MIS型電界効果トランジスタを複数備え、
これらのMIS型電界効果トランジスタにおける前記チャネル領域に与えられる歪みが、前記ゲート長方向における前記梁の長さと、前記梁の一端から前記ゲート積層体の側面までの距離との少なくとも一方を異ならせることによって、二種類以上に設定された、
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
A plurality of MIS type field effect transistors;
The strain applied to the channel region in these MIS field effect transistors makes at least one of the length of the beam in the gate length direction different from the distance from one end of the beam to the side surface of the gate stack. By setting two or more types,
The semiconductor device according to claim 5.
前記ゲート側壁は、前記梁と前記ゲート積層体とで囲まれた空隙を含む、
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項記載の半導体装置。
The gate sidewall includes a gap surrounded by the beam and the gate stack,
The semiconductor device according to claim 4, wherein:
nチャネル型電界効果トランジスタ及びpチャネル型電界効果トランジスタを備えた半導体装置であって、
前記nチャネル型電界効果トランジスタ及び前記pチャネル型電界効果トランジスタのうち前記nチャネル型電界効果トランジスタのみが前記MIS型電界効果トランジスタである、
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項記載の半導体装置。
A semiconductor device comprising an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor,
Of the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor, only the n-channel field effect transistor is the MIS field effect transistor.
The semiconductor device according to claim 4, wherein:
nチャネル型電界効果トランジスタ及びpチャネル型電界効果トランジスタを備えた半導体装置であって、
前記nチャネル型電界効果トランジスタ及び前記pチャネル型電界効果トランジスタの両方が前記MIS型電界効果トランジスタである、
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項記載の半導体装置。
A semiconductor device comprising an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor,
Both the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor are the MIS field effect transistors.
The semiconductor device according to claim 4, wherein:
前記チャネル領域がSiからなり、前記チャネル領域のチャネル方向が前記Siの(100)面の<110>方向である、
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項記載の半導体装置。
The channel region is made of Si, and the channel direction of the channel region is the <110> direction of the (100) plane of the Si.
The semiconductor device according to claim 4, wherein:
前記チャネル領域がSiからなり、前記チャネル領域のチャネル方向が前記Siの(100)面の<100>方向である、
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項記載の半導体装置。
The channel region is made of Si, and the channel direction of the channel region is a <100> direction of the (100) plane of the Si.
The semiconductor device according to claim 4, wherein:
前記梁がSi窒化膜からなる、
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項記載の半導体装置。
The beam is made of a Si nitride film;
The semiconductor device according to claim 4, wherein:
前記半導体基板の表面にそれぞれ形成されたp型領域、真性領域及びn型領域と、前記半導体基板の表面に形成された凸部とを有するpinフォトダイオードを備え、
前記半導体部が前記p型領域、真性領域及びn型領域であり、
前記梁は、一端が前記真性領域に固定され他端が前記凸部に固定され、かつ前記n型領域の方向に撓んでいる、
ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
A pin photodiode having a p-type region, an intrinsic region, and an n-type region respectively formed on the surface of the semiconductor substrate, and a convex portion formed on the surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor part is the p-type region, intrinsic region and n-type region;
The beam has one end fixed to the intrinsic region and the other end fixed to the convex portion, and is bent in the direction of the n-type region.
The semiconductor device according to claim 3.
前記半導体基板の表面にそれぞれ形成されたp型領域及びn型領域と、前記半導体基板の表面に形成された凸部とを有するpnフォトダイオードを備え、
前記半導体部が前記p型領域及びn型領域であり、
前記梁は、一端が前記p型領域と前記n型領域との境界に固定され他端が前記凸部に固定され、かつ前記n型領域の方向に撓んでいる、
ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
A pn photodiode having a p-type region and an n-type region respectively formed on the surface of the semiconductor substrate, and a convex portion formed on the surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor portion is the p-type region and the n-type region;
One end of the beam is fixed to the boundary between the p-type region and the n-type region, the other end is fixed to the convex portion, and is bent in the direction of the n-type region.
The semiconductor device according to claim 3.
前記撓み形状部が絶縁体からなる、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項記載の半導体装置。
The bent shape portion is made of an insulator;
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
一端が半導体基板に固定され他端がどこにも固定されない構造物を当該半導体基板上に形成する第一工程と、
前記構造物の周囲の空間に液体を満たす第二工程と、
前記空間に満たされた前記液体を乾燥させることにより、前記構造物を撓ませて前記他端を前記半導体基板又は前記半導体基板上の他の構造物に接触させたまま固定する第三工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming on the semiconductor substrate a structure in which one end is fixed to the semiconductor substrate and the other end is not fixed anywhere;
A second step of filling a liquid in a space around the structure;
A third step of drying the liquid filled in the space to bend the structure and fix the other end in contact with the semiconductor substrate or another structure on the semiconductor substrate; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記構造物が前記半導体基板上に垂直に形成された片持ち梁であり、
前記他の構造物がゲート絶縁膜及びゲート電極からなるゲート積層体であり、
前記第三工程では、前記片持ち梁の他端を前記ゲート積層体の側面に接触させたまま固定する、
ことを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。
The structure is a cantilever formed vertically on the semiconductor substrate;
The other structure is a gate laminate including a gate insulating film and a gate electrode,
In the third step, the other end of the cantilever is fixed in contact with the side surface of the gate stack,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16.
前記第一工程は、
前記ゲート積層体の側面に第一の側壁を形成する工程と、
前記第一の側壁の側面に第二の側壁を形成する工程と、
前記第一の側壁を除去することにより前記第二の側壁を前記片持ち梁として形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項17記載の半導体装置の製造方法。
The first step includes
Forming a first sidewall on a side surface of the gate stack;
Forming a second side wall on a side surface of the first side wall;
Forming the second side wall as the cantilever by removing the first side wall;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 17, comprising:
前記液体が水又は水銀である、
ことを特徴とする請求項16乃至18のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
The liquid is water or mercury;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the method is a semiconductor device manufacturing method.
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JPS63211676A (en) * 1987-02-26 1988-09-02 Fujitsu Ltd Misfet and manufacture thereof
JPH10153498A (en) * 1996-11-25 1998-06-09 Fujikura Ltd Semiconductor sensor
KR100236101B1 (en) * 1997-09-29 1999-12-15 김영환 Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP5056011B2 (en) * 2004-06-10 2012-10-24 日本電気株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof, and FinFET manufacturing method

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