JP2004079722A - Method of manufacturing insulated gate field effect transistor, and said transistor - Google Patents
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Abstract
【課題】仕事関数がチャネル方向に変化しているゲート電極を形成する際に、ゲート絶縁膜および半導体がアタックされ、特性および信頼性が低下する。
【解決手段】チャネルが形成される半導体4に形成した不純物領域のうち、少なくともソース領域8の側を厚い絶縁膜10で覆い、チャネル形成領域の上にゲート絶縁膜11を形成し、これにより段差を形成する。第1の導電層12を形成し、段差の側面に対向する部分に保護層13を形成し、第2の導電層14を形成する。その後、第2の導電層14に接触した第1の導電層12の部分を改質し、チャネル形成領域の上方で、第1の導電層12のチャネル形成領域に対する仕事関数差を、保護層13により保護されて改質しない未改質部分12aと改質部分12bとで異ならしめる工程を有する。
【選択図】 図5When a gate electrode whose work function changes in a channel direction is formed, a gate insulating film and a semiconductor are attacked, and characteristics and reliability are reduced.
At least a source region of an impurity region formed in a semiconductor in which a channel is formed is covered with a thick insulating film, and a gate insulating film is formed on the channel forming region. To form The first conductive layer 12 is formed, the protective layer 13 is formed on a portion facing the side surface of the step, and the second conductive layer 14 is formed. Thereafter, the portion of the first conductive layer 12 in contact with the second conductive layer 14 is modified, and the work function difference of the first conductive layer 12 with respect to the channel formation region is determined above the channel formation region. And a step of differentiating the unmodified portion 12a and the modified portion 12b which are protected and not modified by the above.
[Selection diagram] FIG.
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
ゲート電極内でチャネル形成領域に対する仕事関数差に変化をもたせた絶縁ゲート電界効果トランジスタと、その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、バルク・シリコン基板に形成されたMOS(Metal Oxide Silicon)トランジスタの閾値電圧Vthは、チャネル形成領域の不純物濃度を変えて制御する方法が一般的であった。
閾値電圧Vthに関し、短チャネル効果、即ち“ドレイン電界によるチャネル形成領域のバリア低下による閾値電圧Vthの低下がゲート長Lgの短縮に伴って顕著になる”という現象が知られている。
短チャネル効果を抑制するには、ゲート長Lgが十分長いときに現れる本来の閾値電圧Vthをゲート長Lgが短いほど上昇させるように、高電界が印加されるドレイン端のチャネル不純物プロファイルを最適化することによって対処してきた。
【0003】
ゲート長Lgに依存したチャネル不純物プロファイルの制御のために、通常、ポケット(Pocket)、もしくは、ハロー(Halo)と呼ばれるイオン注入技術が知られている。これらのイオン注入技術において、ゲート電極に対して自己整合的に斜めイオン注入を行う。これにより、チャネル形成領域の端部、すなわちP型のチャネル形成領域がN型のソース・ドレイン領域と接する部分の不純物濃度が高められる。その結果、ゲート長Lgの縮小による閾値電圧Vthの低下分を補償することができる。
【0004】
しかしながら、素子の微細化に伴って、ポケットイオン注入、もしくは、ハローイオン注入による不純物プロファイルの制御のみでは、短チャネル効果を十分に抑制することが困難になりつつある。これは、微細トランジスタで接合リークの増大とのトレードオフにより、ハローイオン注入の不純物濃度を高めるには限界があるためである。また、ハローイオン注入の適用そのものができない場合も多くなってきている。例えば、いわゆるFin型MOSトランジスタにおいては、単結晶シリコンの突条部(いわゆるフィン部)に対し、その上面と2つの側面にチャネルが形成されるデバイスである。このような3次元チャネルを有するデバイスでは、ゲート電極をマスクとした斜めイオン注入がチャネル全体に均一にできないためハローイオン注入が構造上適用できない。
【0005】
以上のような背景から、ハローイオン注入等のチャネル形成領域の不純物プロファイルの制御以外の手法で、短チャネル効果を有効に抑制することが可能な手法が求められている。
【0006】
従来の絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、チャネル電流が流れるゲート長の方向に仕事関数が異なる材料を配置し、両者を電気的に接続することにより形成したゲート電極を用いて、トランジスタの短チャネル効果の抑制を図るという提案がされている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には種々のタイプのゲート電極構造が開示されている。大別すると、ゲート電極を形成して、その後、層間絶縁膜により覆う従来型の第1の方法と、先に層間絶縁膜などに溝を形成し、その溝にゲート電極材料を埋め込む第2の方法とに分類できる。
第1の方法において、第1の導電材料からなるゲート電極の外側に、仕事関数が異なる第2の導電材料からなるゲート電極部分を付加する。ところが、この方法では、2種類の材料によりゲート電極を形成する過程でゲート長が増大するため、最終的なゲート長Lgがリソグラフィの最小寸法より長くなり微細MOSトランジスタのゲート構造に向かない。
一方、第2の方法は、溝によって最終ゲート寸法が規定される点で、第1の方法より微細化に適している。
【0007】
図6(A)〜図6(D)は、特許文献1に記載された電界効果トランジスタのゲート電極の製造方法を示す断面図である。
図6(A)に示すように、シリコン基板31上に埋め込み酸化膜32を介して半導体層33が設けられるSOI基板において、その表面にパッド酸化膜60とダミー窒化膜61との積層パターンを形成する。ダミー窒化膜61の両側の半導体層にソース・ドレイン領域38を形成し、CVD酸化膜62で覆う。
【0008】
図6(B)に示すように、CVD酸化膜62に、フォトリソグラフィとRIEにより開口部70を設け、ダミー窒化膜61の上部を露出させる。
【0009】
図6(C)において、熱リン酸によるウエットエッチングにより、ダミー窒化膜61を除去する。そして希フッ酸によりパッド酸化膜60を除去する。この時、CVD酸化膜62の表面も一部エッチングされるので、その表面状態を整えるために、酸化膜側壁を形成する。
半導体層33の露出面にゲート酸化膜40を形成し、続いて、全体にN+ドープトポリシリコンを堆積する。N+ドープトポリシリコンをRIEによりエッチバックして、CVD酸化膜62の側面に、N+ポリシリコン層53を設ける。
【0010】
図6(D)において、全面にW層54を堆積し、これをフォトリソグラフィとRIEにより加工しゲート電極を形成する。
【0011】
この電界効果トランジスタの製造方法によれば、リソグラフィの最小線幅に近い寸法のゲート電極を溝部に形成しつつも、ゲート電極の仕事関数をチャネル方向に変化させることが可能となる。すなわち、図6(D)のように、チャネル方向において、ゲート電極材料が、N+ポリシリコン層53、W層54、N+ポリシリコン層53と変化している。これに応じて、チャネル形成領域(半導体層33のP型領域)に対するゲート電極の仕事関数が変化している。
【0012】
【特許文献1】
特開2000−12851号公報
(第14頁〜第15頁、第19図〜第24図)
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に記載された電界効果トランジスタの製造方法において、図6(C)でN+ドープトポリシリコンのエッチバックが、下地の薄いゲート酸化膜40およびチャネル形成領域に悪影響を及ぼすという課題がある。
【0014】
前述したように、図6(C)の工程において、異方性を高めることができるRIE(Reactive Ion Etching)を用いてエッチバックを行い、溝の壁面に、いわゆるサイドウォール(Side Wall)形状のN+ポリシリコン層53を形成する。このとき、エッチングする膜(N+ドープトポリシリコン膜)の膜厚ばらつき、および、エッチングのウエハ面内ばらつきを考慮して、オーバーエッチング量を最低でも数10%ほどに設定するのが普通である。このため、エッチングの最終段階で、ゲート酸化膜40の一部がRIEのプラズマ中に曝されることになる。この結果、オーバーエッチングによるゲート酸化膜40不均一な“けずれ”が生じる。また、このとき、ゲート酸化膜40およびSi活性領域(チャネル形成領域)に多少なりともダメージが導入される。
以上の不都合は、素子が微細化したときに特性および信頼性の低下という形で顕著に現れる。このため、上述したゲート電極の形成方法では、微細トランジスタの特性や信頼性の向上のために仕事関数を変化させたゲート電極を形成しようとして、かえって特性や信頼性が低下するおそれがあり、この点で、微細トランジスタのゲート形成方法としては不完全である。
【0015】
本発明の目的は、ゲート絶縁膜およびその下の半導体に特性および信頼性を低下させる影響を与えることなく、仕事関数がチャネル方向に変化しているゲート電極を形成する工程を含む絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法と、当該絶縁ゲート電界効果トランジスタとを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の観点の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、チャネルが形成される半導体にソース領域とドレイン領域を互いに離れて形成する工程と、少なくとも前記ソース領域の側を厚い絶縁膜で覆う工程と、少なくとも前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体の部分であるチャネル形成領域の上にゲート絶縁膜を形成し、当該ゲート絶縁膜と前記厚い絶縁膜とにより段差を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上面、前記厚い絶縁膜の上面、および、前記段差の側面を覆う第1の導電層を形成する工程と、前記段差の側面に対向する前記第1の導電層の表面部分に保護層を形成する工程と、前記第1の導電層の露出面および前記保護層を覆う第2の導電層を形成する工程と、前記第2の導電層に接触した前記第1の導電層の部分を改質し、前記チャネル形成領域の上方で、前記第1の導電層の前記チャネル形成領域に対する仕事関数差を、前記保護層により保護されて改質しない未改質部分と改質部分とで異ならしめる工程と、前記第1の導電層と前記第2の導電層をゲート電極のパターンに加工する工程と、を含む。
【0017】
この製造方法によれば、第1の導電層と第2の導電層との積層体によりゲート電極を形成する。ゲート電極の形成時に、最初に、ゲート絶縁膜に接するように第1の導電層を形成し、形成した第1の導電層をエッチングすることなく、その上に、第2の導電層を形成する。
仕事関数差を設けるためには、仕事関数が違う材料の層をゲート絶縁膜の上に配置するのではなく、第1の導電層の一部を改質し、仕事関数を変化させる。具体的には、段差を含む箇所に第1の導電層を形成しておき、段差を利用して保護膜を段差の側面に形成する。その上に、第2の導電層を形成する。これによって、段差の側面に接する部分において第2の導電層に直接接触しない第1の導電層部分が生じ、第1の導電層の他の部分は第2の導電層に接触する。次に改質を行うが、この2つの導電層が接触しているか否かで改質されるか否かが決まる。したがって、ゲート絶縁膜上に接触したゲート電極部分として、段差側面寄りの未改質部分と、それ以外の改質部分とが形成される。この導電層の積層体をパターニングすると、チャネル形成領域に対する仕事関数差が異なるゲート電極が完成する。
【0018】
本発明の第2の観点の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、チャネルが形成される半導体の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極とほぼ同じパターンの犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層をマスクとしたイオン注入により、前記半導体にソース領域とドレイン領域を互いに離れて形成する工程と、前記犠牲層の周囲を層間絶縁膜で埋める工程と、犠牲層を除去し、前記ゲート絶縁膜と前記層間絶縁膜とにより段差を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上面、前記層間絶縁膜の上面、および、前記段差の側面を覆う第1の導電層を形成する工程と、前記段差の側面に対向する前記第1の導電層の表面部分に保護層を形成する工程と、前記前記第1の導電層の露出面および前記保護層を覆う第2の導電層を形成する工程と、前記第2の導電層に接触した前記第1の導電層の部分を改質し、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記半導体の部分であるチャネル形成領域の上方で、前記第1の導電層の前記チャネル形成領域に対する仕事関数差を、前記保護層により保護されて改質しない未改質部分と改質部分とで異ならしめる工程と、前記第1の導電層と前記第2の導電層をゲート電極のパターンに加工する工程と、を含む。
【0019】
この第2の観点は、溝ゲートプロセスに対応したものである。
最初に犠牲層を形成し、その周囲に層間絶縁膜を埋め込み、その後、犠牲層を除去する。犠牲層の除去によって露出した半導体表面に、ゲート絶縁膜を形成する。薄いゲート絶縁膜と厚い層間絶縁膜とによって段差が形成される。
以後は、第1の観点と同様に、第1の導電層形成、段差を利用した保護層の形成、第2の導電層の形成、第1の導電層の一部改質、導電層のパターンニングを経て、ゲート電極を完成させる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタ(MISFET)およびその製造方法の実施の形態を、チャネル導電型がN型のSOI型MOSトランジスタを例として、図面を参照しながら説明する。MOSトランジスタがP型の場合、各所に添加する不純物の導電型を逆極性にすることで、以下の説明が類推適用できる。
【0021】
図1に、MOSトランジスタの断面図を示す。
図1に図解したMOSトランジスタ1において、半導体またはガラスなどの基板2に、例えば酸化シリコンなどからなる埋め込み絶縁膜3が形成されている。埋め込み絶縁膜3の上に、P型の単結晶シリコンなどからなり、SOI型の基板分離構造を有する半導体(以下、SOI層という)4が形成されている。SOI層4の厚さは、トランジスタを部分空乏型とするか完全空乏型とするかにより異なる。例えば、完全空乏型とするためのSOI層4の厚さは50nm以下に設定される。このような薄いSOI層4の形成方法として、いわゆる基板貼り合わせ法、あるいは、SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)法の採用が可能である。
【0022】
SOI層4が部分的に絶縁化され、これにより素子分離絶縁層5が形成されている。素子分離絶縁層5に周囲を囲まれることによって、MOSトランジスタの形成領域となるSOI層4が島状に形成されている。SOI層4および素子分離絶縁層5の上に、例えば酸化シリコンからなる厚い絶縁膜(以下、第1の層間絶縁膜という)10が形成されている。第1の層間絶縁膜10は、SOI層4のほぼ中央で開口している。
第1の層間絶縁膜10の開口部底面に露出するSOI層4の表面に、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜11が形成されている。薄いゲート絶縁膜11と厚い絶縁膜(第1の層間絶縁膜)10との膜厚差によって十分な段差が形成されている。
【0023】
ゲート電極15が、ゲート絶縁膜11の上に形成され、かつ、第1の層間絶縁膜10の開口部内に埋め込まれている。ゲート電極15は、例えばP型不純物が添加されて導電率が高められたポリシリコンからなる第1の導電層12と、例えばタングステンWなどの高融点金属からなる第2の導電層14とから構成されている。
第1の導電層12は、開口部の側面と、開口部の底面に位置するゲート絶縁膜11の上面と、に接した単一の導電膜(N型ポリシリコン膜)からなる。第1の導電層12の表面にできた凹部のほぼ全域に、第2の導電層14が埋め込まれている。但し、開口部の側面、すなわち段差の側面に沿った第1の導電層12の部分と第2の導電層14との間に、保護層13が埋め込まれている。保護層13は、例えば、窒化シリコンなどの緻密な絶縁材料からなり、チャネル方向両側の2つの段差にそれぞれ埋め込まれている。
【0024】
第1の導電層12は、保護層13に保護されて改質されていないP型ポリシリコンからなる未改質部12aと、保護層13がない開口部の底面部分で改質された改質部12bとからなる。改質は仕事関数を有効に変化させるのであれば、その方法に限定はないが、本例では、熱処理により第1の導電層材料であるP型ポリシリコンと、第2の導電層材料である高融点金属(例えば、タングステンW)とを反応させてシリサイド化している。
なお、熱処理によりゲート電極材料の反応などによる改質方法が採用される場合に保護層13が必要となる。したがって、採用される改質方法によっては保護層13が必ずしも必要でない。
【0025】
SOI層4において、第1の層間絶縁膜10の開口部のチャネル方向の一方側にN型のソース領域8が形成され、他方側にN型のドレイン領域9が形成されている。ソース領域8とドレイン領域9に挟まれたSOI層部分が、当該トランジスタの動作時にチャネルが形成されるチャネル形成領域となる。
なお、ソース領域8およびドレイン領域9の不純物プロファイルに限定はない。1回のイオン注入により形成される最も単純な不純物プロファイルのほかに、いわゆるS/Dエクステンション(Extension)と称され、チャネル中央に向けて張り出した浅いN型領域を具備する不純物プロファイル、あるいは、いわゆるハロー(Halo)と称され、N型領域の周囲に形成されたP型領域を具備する不純物プロファイルなど、種々の形態が実施できる。
【0026】
このように形成されたMOSトランジスタのゲート電極15の上面と、第1の層間絶縁膜10の上面に、第2の層間絶縁膜16が形成されている。
層間絶縁膜16,10を厚さ方向に貫通した2つのコンタクトホール17と18が形成されている。コンタクトホール17はソース領域8に接続され、コンタクトホール18はドレイン領域9に接続されている。コンタクトホール17,18内に導電材料、例えばタングステンWなどのメタルやポリシリコンなどが埋め込まれている。
第2の層間絶縁膜16の上に、コンタクトホール17に接続されているソース配線層19と、コンタクトホール18に接続されているドレイン配線層20とが形成されている。
【0027】
以下、図1に図解したMOSトランジスタの製造方法を、図面を参照して説明する。
図2(A)〜図4(C)は、本発明の実施の形態に係るMOSトランジスタにおいて、製造途中の断面図である。図5(A)と図5(B)は、図4(C)に続く熱処理前後でのゲート電極の改質の様子を示す拡大した断面図である。
【0028】
例えば基板貼り合わせ法またはSIMOX法などにより、SOI基板、すなわち基板2に埋め込み絶縁膜3が形成され、埋め込み絶縁膜3の上にSOI層4が形成された基板を形成する。SOI層4は、その形成途中で、あるいは形成後にP型不純物が添加された単結晶シリコンからなり、その厚さは最大で50nmとする。
トランジスタの形成領域をマスクして行う部分的な熱酸化法、あるいは、STI(Shallow Trench Isolation)法などの方法により、SOI層4の一部を絶縁化し、図2(A)に示すように、SOI層4に所定パターンの素子分離絶縁層5を形成する。
【0029】
図2(B)において、素子分離絶縁層5が形成されていないSOI層4の表面にゲート絶縁膜6を形成する。ゲート絶縁膜6は、例えば熱酸化法により形成された酸化シリコンからなる。
次に、犠牲層7を形成する。犠牲層とは、溝ゲートプロセスにおいて溝形状を規定するために用いられ、最終的には除去される層をいう。具体的には、例えばポリシリコンを150nmほどCVD(Chemical Vapor Deposition)法により堆積し、形成されたポリシリコン膜をほぼゲート電極と同様なパターンにパターンニングする。
【0030】
図2(C)において、ソース領域8およびドレイン領域9を形成するために、N型不純物イオンを注入する。例えば、イオン種としての砒素イオンAs+を、加速エネルギー2.5keV、ドーズ1.8×1015ions/cm2、注入角0°にてSOI層4にイオン注入する。このとき、犠牲層7および素子分離絶縁層5が自己整合マスクとして機能し、ゲート絶縁膜6がSOI層表面の汚染を防止する保護膜、あるいは、注入時に導入される欠陥を軽減するスルー膜として機能する。必要ならば、続いて、ハロー領域形成のためのイオン注入を行う。ハロー領域の形成のイオン注入は、P型不純物を用い、注入角度を0°より大きくして行う。
これにより、犠牲層7の両側のSOI層部分に、N型のソース領域8およびドレイン領域9が同時に形成される。
なお、犠牲層7の側面にサイドウォール・スペーサを形成し、その形成の前にN型不純物を、上記とは異なる条件にて注入する工程を追加してもよい。これにより、ソース領域8およびドレイン領域9をエクステンション構造にすることができる。
【0031】
犠牲層7を完全に覆うように、酸化シリコンなどの厚い絶縁膜(第1の層間絶縁膜)10をCVD法により堆積する。
その後、図3(A)に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等の手法により第1の層間絶縁膜10の表面を研磨する。研磨は犠牲層7の上面が表出するまで行う。これにより第1の層間絶縁膜10が犠牲層7と厚さにおいてほぼ揃い、それらの表面が平坦化される。
【0032】
図3(B)に示すように、表出した犠牲層7を、例えばウエット処理で除去する。犠牲層7がポリシリコンからなる場合、例えば、0.5%エチレンジアミン(NH2(CH2)2NH2)水溶液を用いた処理を、室温(20℃)で2分ほど行う。この2分の処理時間は、160nm/minのエッチ・レートで計算して約100%のオーバーエッチングを施す場合に相当する。
続いて、ゲート絶縁膜6をHF系の溶液を用いてエッチングし、除去する。そして、再度、ゲート絶縁膜11を例えば熱酸化法によりSOI層4の表面に形成する。
なお、ゲート絶縁膜6は、除去せずに最後まで残してトランジスタのゲート絶縁膜として活用してもよい。その場合、ゲート絶縁膜6の除去工程と、ゲート絶縁膜11の形成工程が省略できる。ただし、ここでは、膜品質の担保、信頼性の観点からゲート絶縁膜を形成し直している。
【0033】
図3(C)において、第1の導電層12としてのポリシリコン膜を、例えば、縦型CVD装置を用いて30nmほど堆積する。CVDの原料ガスとして、シランSiH4、水素H2、窒素N2を、それぞれ30sccm、100sccm、500sccmの流量で混合したガスを用いる。基板温度は610℃、炉内圧力は40Paとする。
続いて、保護層13として、例えばSi3N4膜を、縦型CVD装置を用いて10nmほど堆積する。CVDの原料ガスとして、ジクロルシランSiH2Cl2、アンモニアNH3、水素H2を、それぞれ90sccm、600sccm、500sccmの流量で混合したガスを用いる。基板温度は760℃、炉内圧力は53Paとする。
ポリシリコンへのドーピング(doping)を行うために、P型不純物イオンを注入する。例えば、イオン種としてのホウ素イオンB+を、加速エネルギー10keV、ドーズ3×1015ions/cm2にて第1の導電層12となるポリシリコンにイオン注入する。
【0034】
ここで、保護層13は、続いて堆積される第2の導電層と第1の導電層との反応や不純物の相互拡散を抑制する機能を有するものである。本例のように第1の導電層12としてポリシリコン膜を用いる場合には、ポリシリコン膜を直接窒化し、このとき成長するSi3N4膜(最大で、例えば2nm)を保護層13として用いてもよい。この時の窒化は、例えばRTA(Rapid Thermal Annealing)処理であり、具体的には、アンモニアNH3雰囲気中で、850℃、60秒の短時間加熱を行う。
【0035】
形成された保護層13を、例えば、マグネトロン型エッチャーを用いて全面エッチング(エッチバック)する。エッチングガスとして、トリフルオルメタンCHF3を45sccmの流量で流し、チャンバー内の温度を20℃、圧力を2.7Paとし、RFパワー1000Wを印加する。この条件で所定時間のエッチバックを行うと、図4(A)に示すように、段差の側面(溝側面)に、適度な厚さの保護層13が残される。
【0036】
図4(B)に示すように、第2の導電層14として、タングステンWの膜を、例えばWを300nm堆積させる。この時の堆積では、CVDの原料ガスとして、シランSiH4、六フッ化タングステンWF6、水素H2を、それぞれ3cc/min、5cc/min、50cc/minの流量で混合したガスを用いる。基板温度は450℃、炉内圧力は70Paとする。
【0037】
図4(C)に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)を行ない、第1の層間絶縁膜10の上面に位置していた導電層部分を除去する。このときのCMPにおいては、研磨パッドとして湿式発泡系不織布タイプクロス(型番:Suba400)、研磨剤として過酸化水素水H2O2にアモルファス状態のアルミナ(α−Al2O3)を混ぜたものを用いる。ウエハの加重圧力を400g/cm2とし、研磨剤を50cc/minの流量で流しながら回転数40rpmで回転研磨を行う。これにより、溝部分に埋め込まれたゲート電極15が残される。
【0038】
次に、第1の導電層12を部分的に改質するための熱処理を行う。この熱処理は、例えばRTA(Rapid Thermal Annealing)処理であり、具体的には、アルゴンAr雰囲気中で、550℃、60秒の短時間加熱を行う。この加熱によって溝低部の保護膜(Si3N4膜)13が除去された部分で、第1の導電層12のポリシリコンと第2の導電層のタングステンとが反応し、タングステンシリサイドWSi2(改質部12b)に改質される。タングステンとの間に保護層13が介在するソース側端部とドレイン側端部は、未反応で元のポリシリコンのままとなる(未改質部12a)。
この熱処理により、チャネル中央部においてゲート電極の仕事関数が、P型ポリシリコンの仕事関数(約5.2eV)から、タングステンシリサイドの仕事関数(約4.5〜4.6eV)程度まで低下する。これにより、トランジスタのゲート長の縮小に伴って閾値電圧Vthが上昇し、短チャネル効果のロールオフ現象が抑制される。
【0039】
その後は、とくに図示しないが、第2の層間絶縁膜16の堆積、コンタクトホール17,18の開口、メタルの埋め込み、配線19,20の形成を順次行ない、当該MOSトランジスタ1を完成させる。
【0040】
以上、SOI型のNMOSトランジスタに本発明を適用した場合について説明したが、これはあくまでも一例である。本発明は、上述したデバイス構造やその形成条件等に限定されるものではない。
例えば、トランジスタはバルク・シリコン基板上に形成されるものであってもよい。SOI型トランジスタであっても、SOI基板の種類やSOI層の厚さ等は適時設計変更が可能である。
NMOSのトランジスタの作製方法について説明したが、不純物の導電型を変更することによってPMOSのトランジスタに本発明を適用できる。
マスクを用いて、不純物を打ち分けることにより、CMOS構造のトランジスタを作製することも可能である。
犠牲層7としては、ポリシリコン以外に窒化シリコンSi3N4の膜、あるいはタングステンW等の金属の膜を用いることも可能である。
【0041】
また、保護層の材質として窒化シリコンSi3N4を例示したが、これは、本発明では窒素原子を含む材質が望ましく、その代表例として窒化シリコンSi3N4を例示したものである。窒素の含有率としては、望ましくは、0.5重量%以上含有する薄膜であればよい。このような材質として、窒化シリコンSi3N4の他に、酸化窒化シリコン(oxynitride)SiON、窒化チタンTiN、酸化窒化チタンTiON、窒化タングステンWN、窒化タングステンシリサイドWSiN等がある。
【0042】
また、第1の導電層12と第2の導電層14との材質の組み合わせは、相互に固相反応が生じる材質の組み合わせであればよい。高いN型不純物濃度のポリシリコン(N+ポリシリコン)、高いP型不純物濃度のポリシリコン(P+ポリシリコン)、および、高融点金属(W、Co、Ti、Mo、Pt、Ni等)の任意の2または3種以上の種類の組み合わせを選択してもよい。この組み合わせに際しては、変化させたい仕事関数差を考慮して決める。
N+ポリシリコンとP+ポリシリコンとの組み合わせの場合は、両者の“反応”では無く不純物の相互の拡散による溝低部での改質が行われ、これによって仕事関数が変化する。相互拡散後のポリシリコンの仕事関数は、前述したタングステンシリサイドと同程度であり、同じような効果が得られる。
【0043】
本発明の実施の形態は、溝埋め込みゲートプロセスに限定されない。少なくとも、閾値電圧Vthの変化に影響が大きいソース領域側の局部でゲート電極の仕事関数を変化させればよい。この場合、厚い絶縁膜などで段差を形成して、ゲート絶縁膜11、第1の導電層12を順次形成し、段差に保護層13を形成し、第2の導電層14を形成し、これらを、CMPではなくフォトリソグラフィとエッチングでパターンニングする。この場合も、ゲート長Lgをフォトリソグラフィの最小寸法とすることができる。
また、いわゆるFin型MOSFETのように、3次元チャネルを有するデバイス構造に本発明を適用することも可能である。
【0044】
本実施形態において、以下に述べる効果が得られる。
リソグラフィにて規定される線幅を維持しながら、チャネル方向内で仕事関数が制御されたゲート電極15を形成することができる。この結果、ハローイオン注入以外の手法にて、短チャネル効果を抑制することが可能となる。
ゲート電極の形成工程において、第1の導電層を一旦ゲート絶縁膜11の上に堆積して覆った後は、ゲート絶縁膜11が表出し、RIE等のプラズマ中に直接曝されることがない。この結果、ゲート絶縁膜11の不均一な“けずれ”が防止され、また、ゲート絶縁膜11、および、その下のチャネル形成領域にダメージが導入されない。したがって、膜厚均一性および信頼性に優れ、高い特性が維持されたMOSトランジスタが実現される。
【0045】
【発明の効果】
本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタおよびその製造方法によれば、ゲート絶縁膜およびその下の半導体に特性および信頼性を低下させる影響を与えることなく、仕事関数がチャネル方向に変化しているゲート電極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるMOSトランジスタの断面図である。
【図2】(A)〜(C)は、本発明の実施の形態に係るMOSトランジスタの製造において、ソース領域およびドレイン領域の形成のためのイオン注入工程までを示す断面図である。
【図3】(A)〜(C)は、図2(C)に続く断面図であり、第1の導電層となるポリシリコンへのドーピング工程までを示す。
【図4】(A)〜(C)は、図3(C)に続く断面図であり、CMPによるゲート電極のパターニング工程までを示す。
【図5】(A)は図4(C)の工程直後のゲート部分の拡大した断面図、(B)はゲート電極の一部を改質する熱処理後のゲート部分の拡大した断面図である。
【図6】特許文献1に記載された、従来のゲート電極形成方法を示すMOSFETの断面図である。
【符号の説明】
1…絶縁ゲート電界効果トランジスタ、2…基板、3…埋め込み絶縁膜、4…チャネルが形成される半導体SOI層、5…素子分離絶縁層、6…ゲート絶縁膜、7…犠牲層、8…ソース領域、9…ドレイン領域、10…厚い絶縁膜または第1の層間絶縁膜、11…ゲート絶縁膜、12…第1の導電層、12a…未改質部、12b…改質部、13…保護層、14…第2の導電層、15…ゲート電極、16…第2の層間絶縁膜、17,18…コンタクトホール、19,20…配線層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an insulated gate field effect transistor having a change in work function difference with respect to a channel formation region in a gate electrode, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a method of controlling the threshold voltage Vth of a MOS (Metal Oxide Silicon) transistor formed on a bulk silicon substrate by changing the impurity concentration of a channel formation region has been generally used.
With respect to the threshold voltage Vth, it is known that a short channel effect, that is, a phenomenon that “a decrease in the threshold voltage Vth due to a decrease in the barrier of the channel formation region due to the drain electric field becomes significant with a decrease in the gate length Lg”.
In order to suppress the short channel effect, the channel impurity profile at the drain end to which a high electric field is applied is optimized so that the original threshold voltage Vth that appears when the gate length Lg is sufficiently long is increased as the gate length Lg is shortened. Have been dealt with.
[0003]
In order to control the channel impurity profile depending on the gate length Lg, an ion implantation technique called a pocket or a halo is generally known. In these ion implantation techniques, oblique ion implantation is performed on the gate electrode in a self-aligned manner. Accordingly, the impurity concentration at the end of the channel formation region, that is, the portion where the P-type channel formation region is in contact with the N-type source / drain regions is increased. As a result, it is possible to compensate for the decrease in the threshold voltage Vth due to the reduction in the gate length Lg.
[0004]
However, with the miniaturization of elements, it is becoming difficult to sufficiently suppress the short channel effect only by controlling the impurity profile by pocket ion implantation or halo ion implantation. This is because there is a limit in increasing the impurity concentration of halo ion implantation due to a trade-off with an increase in junction leakage in a fine transistor. In many cases, the application of halo ion implantation cannot be performed. For example, a so-called Fin-type MOS transistor is a device in which a channel is formed on the upper surface and two side surfaces of a ridge (so-called fin) of single-crystal silicon. In a device having such a three-dimensional channel, halo ion implantation cannot be applied structurally because oblique ion implantation using a gate electrode as a mask cannot be performed uniformly over the entire channel.
[0005]
In view of the above background, there is a need for a method capable of effectively suppressing the short channel effect by a method other than controlling the impurity profile of the channel formation region, such as halo ion implantation.
[0006]
In a conventional insulated gate field effect transistor, materials having different work functions are arranged in the direction of the gate length through which a channel current flows, and a gate electrode formed by electrically connecting the two is used to reduce the short channel effect of the transistor. Proposals have been made to achieve suppression (for example, see Patent Document 1).
In the first method, a gate electrode portion made of a second conductive material having a different work function is added outside a gate electrode made of a first conductive material. However, in this method, the gate length is increased in the process of forming the gate electrode using two types of materials, so that the final gate length Lg is longer than the minimum dimension of lithography, and is not suitable for the gate structure of a fine MOS transistor.
On the other hand, the second method is more suitable for miniaturization than the first method in that the final gate size is defined by the groove.
[0007]
6A to 6D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a gate electrode of a field-effect transistor described in
As shown in FIG. 6A, in an SOI substrate in which a
[0008]
As shown in FIG. 6B, an
[0009]
In FIG. 6C, the
A
[0010]
In FIG. 6D, a
[0011]
According to this method for manufacturing a field effect transistor, it is possible to change the work function of the gate electrode in the channel direction while forming a gate electrode having a size close to the minimum line width of lithography in the trench. That is, as shown in FIG. 6D, the gate electrode material is N + Polysilicon
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-12851
(Pages 14-15, Figures 19-24)
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of manufacturing a field effect transistor described in
[0014]
As described above, in the step of FIG. 6C, etch back is performed using RIE (Reactive Ion Etching) capable of increasing anisotropy, and a so-called sidewall (Side Wall) shape is formed on the wall surface of the groove. N + A
The above-mentioned inconveniences appear remarkably in the form of reduced characteristics and reliability when the element is miniaturized. For this reason, in the above-described method of forming a gate electrode, there is a possibility that the characteristics and reliability may be reduced rather than forming a gate electrode with a changed work function in order to improve the characteristics and reliability of the fine transistor. In this respect, the method for forming the gate of the fine transistor is incomplete.
[0015]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an insulated gate field effect including a step of forming a gate electrode having a work function changing in a channel direction without affecting characteristics and reliability of a gate insulating film and a semiconductor thereunder. An object of the present invention is to provide a transistor manufacturing method and the insulated gate field effect transistor.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor, wherein a source region and a drain region are formed separately from each other in a semiconductor in which a channel is formed, and at least the source region is formed with a thick insulating film. Forming a gate insulating film on at least a channel forming region that is a portion of the semiconductor between the source region and the drain region, and forming a step by the gate insulating film and the thick insulating film Forming a first conductive layer covering an upper surface of the gate insulating film, an upper surface of the thick insulating film, and a side surface of the step; and forming a first conductive layer facing the side surface of the step. Forming a protective layer on a surface portion, forming a second conductive layer covering the exposed surface of the first conductive layer and the protective layer, and forming the second conductive layer in contact with the second conductive layer. A portion of the conductive layer is modified, and the work function difference of the first conductive layer with respect to the channel formation region is changed to an unmodified portion that is protected by the protection layer and is not modified above the channel formation region. A step of differentiating between the modified portions and a step of processing the first conductive layer and the second conductive layer into a gate electrode pattern.
[0017]
According to this manufacturing method, a gate electrode is formed by a stacked body of the first conductive layer and the second conductive layer. When forming a gate electrode, first, a first conductive layer is formed so as to be in contact with a gate insulating film, and a second conductive layer is formed thereover without etching the formed first conductive layer. .
In order to provide a work function difference, a layer of a material having a different work function is not arranged on the gate insulating film, but a part of the first conductive layer is modified to change the work function. Specifically, a first conductive layer is formed in a portion including a step, and a protective film is formed on a side surface of the step using the step. A second conductive layer is formed thereover. As a result, a portion of the first conductive layer that does not directly contact the second conductive layer occurs at a portion in contact with the side surface of the step, and another portion of the first conductive layer contacts the second conductive layer. Next, reforming is performed. Whether or not the two conductive layers are in contact determines whether or not the reforming is performed. Therefore, as a gate electrode portion in contact with the gate insulating film, an unmodified portion near the step side surface and another modified portion are formed. When the stacked body of the conductive layers is patterned, gate electrodes having different work function differences from the channel formation region are completed.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor, comprising: forming a gate insulating film on a semiconductor on which a channel is to be formed; Forming a sacrificial layer, forming a source region and a drain region in the semiconductor at a distance from each other by ion implantation using the sacrificial layer as a mask, and filling a periphery of the sacrificial layer with an interlayer insulating film; Removing a sacrificial layer and forming a step with the gate insulating film and the interlayer insulating film; and a first conductive layer covering an upper surface of the gate insulating film, an upper surface of the interlayer insulating film, and a side surface of the step. Forming a layer, forming a protective layer on a surface portion of the first conductive layer facing a side surface of the step, and forming a second layer covering the exposed surface of the first conductive layer and the protective layer. Forming a conductive layer, modifying a portion of the first conductive layer in contact with the second conductive layer, and forming a channel forming region that is a portion of the semiconductor between the source region and the drain region. A step of differentiating a work function difference of the first conductive layer with respect to the channel forming region between an unmodified part protected by the protective layer and not modified and a modified part, and Processing the layer and the second conductive layer into a pattern of a gate electrode.
[0019]
This second aspect corresponds to the trench gate process.
First, a sacrifice layer is formed, an interlayer insulating film is buried around the sacrifice layer, and then the sacrifice layer is removed. A gate insulating film is formed on the semiconductor surface exposed by removing the sacrificial layer. A step is formed by the thin gate insulating film and the thick interlayer insulating film.
Thereafter, as in the first aspect, the first conductive layer is formed, the protective layer is formed using a step, the second conductive layer is formed, the first conductive layer is partially modified, and the pattern of the conductive layer is formed. After finishing, the gate electrode is completed.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an insulated gate field effect transistor (MISFET) and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings, using a SOI MOS transistor having an N-type channel conductivity as an example. In the case where the MOS transistor is a P-type, the following description can be applied by analogy by setting the conductivity type of the impurity added to each part to the opposite polarity.
[0021]
FIG. 1 shows a sectional view of a MOS transistor.
In the
[0022]
The
On the surface of the
[0023]
A
The first
[0024]
The first
Note that the
[0025]
In the
Note that the impurity profiles of the
[0026]
On the upper surface of the
Two contact holes 17 and 18 are formed penetrating the
A
[0027]
Hereinafter, a method of manufacturing the MOS transistor illustrated in FIG. 1 will be described with reference to the drawings.
2A to 4C are cross-sectional views of the MOS transistor according to the embodiment of the present invention, which are being manufactured. FIGS. 5A and 5B are enlarged cross-sectional views showing a state of reforming the gate electrode before and after the heat treatment following FIG. 4C.
[0028]
For example, an SOI substrate, that is, a substrate in which the buried insulating
As shown in FIG. 2A, a part of the
[0029]
In FIG. 2B, a
Next, the sacrificial layer 7 is formed. The sacrificial layer is a layer used for defining a groove shape in the groove gate process, and is a layer that is finally removed. Specifically, for example, about 150 nm of polysilicon is deposited by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and the formed polysilicon film is patterned into a pattern substantially similar to the gate electrode.
[0030]
In FIG. 2C, N-type impurity ions are implanted to form a
Thereby, the N-
Note that a step of forming a sidewall spacer on the side surface of the sacrificial layer 7 and injecting an N-type impurity under conditions different from the above may be added before the formation. Thereby, the
[0031]
A thick insulating film (first interlayer insulating film) 10 such as silicon oxide is deposited by a CVD method so as to completely cover the sacrificial layer 7.
After that, as shown in FIG. 3A, the surface of the first
[0032]
As shown in FIG. 3B, the exposed sacrificial layer 7 is removed by, for example, a wet process. When the sacrificial layer 7 is made of polysilicon, for example, 0.5% ethylenediamine (NH 2 (CH 2 ) 2NH 2 A) The treatment using the aqueous solution is performed at room temperature (20 ° C) for about 2 minutes. This 2-minute processing time corresponds to a case where about 100% overetching is performed at a calculation rate of 160 nm / min.
Subsequently, the
Note that the
[0033]
In FIG. 3C, a polysilicon film as the first
Subsequently, as the
P-type impurity ions are implanted to perform doping of polysilicon. For example, boron ion B as an ion species + With an acceleration energy of 10 keV and a dose of 3 × 10 Fifteen ions / cm 2 Then, ions are implanted into polysilicon to be the first
[0034]
Here, the
[0035]
The entire surface of the formed
[0036]
As shown in FIG. 4B, as the second
[0037]
As shown in FIG. 4C, CMP (Chemical Mechanical Polishing) is performed to remove the conductive layer portion located on the upper surface of the first
[0038]
Next, a heat treatment for partially modifying the first
This heat treatment lowers the work function of the gate electrode at the center of the channel from the work function of P-type polysilicon (about 5.2 eV) to the work function of tungsten silicide (about 4.5 to 4.6 eV). Thus, the threshold voltage Vth increases with a reduction in the gate length of the transistor, and the roll-off phenomenon of the short channel effect is suppressed.
[0039]
Thereafter, although not particularly shown, the deposition of the second
[0040]
The case where the present invention is applied to the SOI type NMOS transistor has been described above, but this is merely an example. The present invention is not limited to the above-described device structure, its forming conditions, and the like.
For example, the transistor may be formed on a bulk silicon substrate. Even in the case of an SOI transistor, the design of the type of the SOI substrate, the thickness of the SOI layer, and the like can be changed as appropriate.
Although the method for manufacturing an NMOS transistor has been described, the present invention can be applied to a PMOS transistor by changing the conductivity type of an impurity.
A transistor having a CMOS structure can be manufactured by using a mask to separate impurities.
The sacrificial layer 7 is made of silicon nitride Si besides polysilicon. 3 N 4 , Or a metal film such as tungsten W.
[0041]
Also, silicon nitride Si is used as the material of the protective layer. 3 N 4 In the present invention, a material containing nitrogen atoms is desirable, and a typical example thereof is silicon nitride Si. 3 N 4 Is an example. The nitrogen content is desirably a thin film containing 0.5% by weight or more. As such a material, silicon nitride Si 3 N 4 Besides, there are silicon oxynitride (SiON) SiON, titanium nitride TiN, titanium oxynitride TiON, tungsten nitride WN, tungsten nitride silicide WSiN, and the like.
[0042]
Further, the combination of the materials of the first
N + Polysilicon and P + In the case of the combination with the polysilicon, the modification is performed in the lower part of the groove by the mutual diffusion of the impurities, not the "reaction" of the two, thereby changing the work function. The work function of the polysilicon after the interdiffusion is about the same as that of the tungsten silicide described above, and the same effect can be obtained.
[0043]
Embodiments of the present invention are not limited to the trench filling gate process. At least, the work function of the gate electrode may be changed locally at the source region side where the change in the threshold voltage Vth is large. In this case, a step is formed with a thick insulating film or the like, a
Further, the present invention can be applied to a device structure having a three-dimensional channel, such as a so-called Fin-type MOSFET.
[0044]
In the present embodiment, the following effects can be obtained.
The
In the step of forming the gate electrode, after the first conductive layer is once deposited and covered on the
[0045]
【The invention's effect】
According to the insulated gate field effect transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention, the gate whose work function changes in the channel direction without affecting the characteristics and reliability of the gate insulating film and the semiconductor under the gate insulating film. Electrodes can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a MOS transistor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views showing up to an ion implantation step for forming a source region and a drain region in the manufacture of the MOS transistor according to the embodiment of the present invention;
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views subsequent to FIG. 2C, and show the steps up to the step of doping polysilicon which is to be a first conductive layer.
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views subsequent to FIG. 3C, and show steps up to a step of patterning a gate electrode by CMP.
5A is an enlarged cross-sectional view of the gate portion immediately after the step of FIG. 4C, and FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of the gate portion after a heat treatment for modifying a part of the gate electrode. .
FIG. 6 is a cross-sectional view of a MOSFET described in
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
少なくとも前記ソース領域の側を厚い絶縁膜で覆う工程と、
少なくとも前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半導体の部分であるチャネル形成領域の上にゲート絶縁膜を形成し、当該ゲート絶縁膜と前記厚い絶縁膜とにより段差を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上面、前記厚い絶縁膜の上面、および、前記段差の側面を覆う第1の導電層を形成する工程と、
前記段差の側面に対向する前記第1の導電層の表面部分に保護層を形成する工程と、
前記第1の導電層の露出面および前記保護層を覆う第2の導電層を形成する工程と、
前記第2の導電層に接触した前記第1の導電層の部分を改質し、前記チャネル形成領域の上方で、前記第1の導電層の前記チャネル形成領域に対する仕事関数差を、前記保護層により保護されて改質しない未改質部分と改質部分とで異ならしめる工程と、
前記第1の導電層と前記第2の導電層をゲート電極のパターンに加工する工程と、
を含む絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。Forming a source region and a drain region apart from each other in a semiconductor in which a channel is formed;
Covering at least the source region side with a thick insulating film;
Forming a gate insulating film over a channel forming region that is a portion of the semiconductor between at least the source region and the drain region, and forming a step with the gate insulating film and the thick insulating film;
Forming a first conductive layer covering an upper surface of the gate insulating film, an upper surface of the thick insulating film, and a side surface of the step;
Forming a protective layer on a surface portion of the first conductive layer facing a side surface of the step;
Forming a second conductive layer covering the exposed surface of the first conductive layer and the protective layer;
Modifying the portion of the first conductive layer that is in contact with the second conductive layer to determine a work function difference between the first conductive layer and the channel formation region above the channel formation region, A step of differentiating between the unmodified part and the modified part which are protected and not modified by
Processing the first conductive layer and the second conductive layer into a gate electrode pattern;
A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor, comprising:
請求項1に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。The method according to claim 1, wherein in the step of forming the protective layer, a film containing nitrogen is deposited on the entire surface, the deposited film is anisotropically etched, and other portions are removed except for a portion facing the side surface of the step. A method for manufacturing the insulated gate field effect transistor according to the above.
前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極とほぼ同じパターンの犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層をマスクとしたイオン注入により、前記半導体にソース領域とドレイン領域を互いに離れて形成する工程と、
前記犠牲層の周囲を層間絶縁膜で埋める工程と、
犠牲層を除去し、前記ゲート絶縁膜と前記層間絶縁膜とにより段差を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上面、前記層間絶縁膜の上面、および、前記段差の側面を覆う第1の導電層を形成する工程と、
前記段差の側面に対向する前記第1の導電層の表面部分に保護層を形成する工程と、
前記前記第1の導電層の露出面および前記保護層を覆う第2の導電層を形成する工程と、
前記第2の導電層に接触した前記第1の導電層の部分を改質し、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記半導体の部分であるチャネル形成領域の上方で、前記第1の導電層の前記チャネル形成領域に対する仕事関数差を、前記保護層により保護されて改質しない未改質部分と改質部分とで異ならしめる工程と、
前記第1の導電層と前記第2の導電層をゲート電極のパターンに加工する工程と、
を含む絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。Forming a gate insulating film over the semiconductor on which the channel is formed;
Forming a sacrificial layer having substantially the same pattern as the gate electrode on the gate insulating film;
Forming a source region and a drain region apart from each other in the semiconductor by ion implantation using the sacrificial layer as a mask;
Filling the periphery of the sacrificial layer with an interlayer insulating film;
Removing a sacrifice layer and forming a step with the gate insulating film and the interlayer insulating film;
Forming a first conductive layer covering an upper surface of the gate insulating film, an upper surface of the interlayer insulating film, and a side surface of the step;
Forming a protective layer on a surface portion of the first conductive layer facing a side surface of the step;
Forming a second conductive layer covering the exposed surface of the first conductive layer and the protective layer;
Modifying a portion of the first conductive layer that is in contact with the second conductive layer, and forming a first conductive layer above a channel forming region that is a portion of the semiconductor between the source region and the drain region; A work function difference of the layer with respect to the channel forming region, a step of different between an unmodified portion and a modified portion which are protected and not modified by the protective layer,
Processing the first conductive layer and the second conductive layer into a gate electrode pattern;
A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor, comprising:
請求項3に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。4. The method according to claim 3, wherein in the step of forming the protective layer, a film containing nitrogen is deposited on the entire surface, the deposited film is anisotropically etched, and other portions are removed except for a portion facing the side surface of the step. A method for manufacturing the insulated gate field effect transistor according to the above.
前記ソース領域と離れた前記半導体の箇所に形成されているドレイン領域と、少なくとも前記ソース領域と前記ドレイン領域の間の半導体表面に形成されているゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に形成されているゲート電極と、を有し、
前記ゲート電極の少なくとも前記ゲート絶縁膜に接する部分が単一の導電膜からなり、当該導電膜について、前記ソース領域側の部分と他の部分との少なくとも一方が改質され、前記半導体に対する仕事関数差が異なっている
絶縁ゲート電界効果トランジスタ。A source region formed in the semiconductor in which the channel is formed;
A drain region formed at a location of the semiconductor remote from the source region, and a gate insulating film formed at least on a semiconductor surface between the source region and the drain region;
And a gate electrode formed on the gate insulating film,
At least a portion of the gate electrode in contact with the gate insulating film is formed of a single conductive film, and at least one of the portion on the source region side and another portion of the conductive film is modified, and the work function for the semiconductor is improved. Insulated gate field effect transistors with different differences.
前記ゲート電極内に、前記改質を阻止するために前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に局所的に埋め込まれた保護層を有している
請求項5に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。The gate electrode comprises the first conductive layer partially modified, and a second conductive layer formed on the first conductive layer;
6. The gate electrode according to claim 5, further comprising a protection layer locally embedded between the first conductive layer and the second conductive layer to prevent the modification. Insulated gate field effect transistor.
請求項6に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。7. The insulated gate field effect transistor according to claim 6, wherein said protective layer is made of a material containing nitrogen.
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2002
- 2002-08-15 JP JP2002236788A patent/JP2004079722A/en active Pending
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