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JP2009071228A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

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JP2009071228A
JP2009071228A JP2007240799A JP2007240799A JP2009071228A JP 2009071228 A JP2009071228 A JP 2009071228A JP 2007240799 A JP2007240799 A JP 2007240799A JP 2007240799 A JP2007240799 A JP 2007240799A JP 2009071228 A JP2009071228 A JP 2009071228A
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JP
Japan
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gate electrode
insulating film
element isolation
isolation insulating
semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007240799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Uchida
内田  哲也
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Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device improved in current driving force by improving stress applied from a stress liner film to a channel by devising a structure. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes a semiconductor substrate 1, an element isolation insulating film 2 formed on the semiconductor substrate 1, and a gate electrode 4 formed from the upper part of the semiconductor substrate 1 toward the upper part of the element isolation insulating film 2. The element isolation insulating film 2 has a multi-stage structure of an upper stage and a lower stage by digging down the upper part of the element isolation insulating film 2 other than a part under the gate electrode 4. The semiconductor device 1 further includes a semiconductor region which becomes a source or a drain formed on the semiconductor substrate 1 at both sides of the gate electrode 4, and the stress liner film 3 formed by covering the semiconductor region, the lower stage of the element isolation insulating film 2, and the gate electrode 4. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ストレスライナー膜を有する半導体装置およびその半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device having a stress liner film and a method for manufacturing the semiconductor device.

近年、MOSトランジスタの高集積化および高機能化の要求に伴い、MOSトランジスタの性能を向上させるためにスケーリングを行ってきた。しかしながら、スケーリングによる性能向上が限界に近づいている現在の半導体集積回路では、スケーリング以外の技術によってMOSトランジスタの性能を向上させる試みがなされている。その1つがストレスライナー膜を使ったローカル歪みの印加であり、シリコン基板に機械的に応力を加えて、電子や正孔の移動度を向上させる技術である。下記非特許文献1,2に、このストレスライナー膜を使ってローカル歪みを印加した半導体装置が開示されている。以下、ストレスライナー膜を形成したMOSトランジスタについて説明する。   In recent years, with the demand for higher integration and higher functionality of MOS transistors, scaling has been performed to improve the performance of MOS transistors. However, in current semiconductor integrated circuits in which performance improvement due to scaling is approaching the limit, attempts have been made to improve the performance of MOS transistors by techniques other than scaling. One of them is the application of local strain using a stress liner film, which is a technique for improving the mobility of electrons and holes by mechanically applying stress to a silicon substrate. Non-Patent Documents 1 and 2 below disclose semiconductor devices to which local strain is applied using this stress liner film. Hereinafter, a MOS transistor having a stress liner film will be described.

図8(a)は、従来の技術におけるストレスライナー膜の付加方法を用いて形成したMOSトランジスタを示した図である。図8(b)は、図8(a)のMOSトランジスタをC−Dに沿った断面図である。図8(c)は、図8(a)のMOSトランジスタをE−Fに沿った断面図である。このMOSトランジスタは、シリコン基板1、シリコン基板1に形成されたSTI(Shallow Trench Isolation)2、シリコン基板1およびSTI2上に形成されたゲート電極4、ゲート電極4の側面上であってシリコン基板1およびSTI2上に形成されたサイドウォール5、シリコン基板1、STI2、およびゲート電極4の上に形成されたストレスライナー膜3を備えている。ここで、寸法Lはゲート長、寸法Wはチャネル幅である。   FIG. 8A is a diagram showing a MOS transistor formed by using a stress liner film adding method in the prior art. FIG. 8B is a cross-sectional view of the MOS transistor of FIG. FIG. 8C is a cross-sectional view taken along line E-F of the MOS transistor of FIG. The MOS transistor includes a silicon substrate 1, a shallow trench isolation (STI) 2 formed on the silicon substrate 1, a gate electrode 4 formed on the silicon substrate 1 and the STI 2, and a side surface of the gate electrode 4. And a stress liner film 3 formed on the sidewall 5 formed on the STI 2, the silicon substrate 1, the STI 2, and the gate electrode 4. Here, the dimension L is the gate length, and the dimension W is the channel width.

図9,10は、このMOSトランジスタの製造方法を示したプロセスフローである。図9は、図8(a)のC−Dに沿った断面を表し、図10は、図8(a)のE−Fに沿った断面を表した図である。図を参照して、このMOSトランジスタの製造方法について説明する。はじめに、一般的なMOSトランジスタの製造方法を用いてSTI2を形成し、ウェル・チャネル注入、ゲート酸化、ポリシリコン堆積を経て、フォトリソグラフィ工程と異方性エッチングによってゲート電極4を形成する(図9(a),図10(a))。次に、ゲート電極4をマスクとしてextension注入およびhalo注入を行う(図9(b),図10(b))。次に、ゲート電極4の側面上であってシリコン基板1およびSTI2上にサイドウォール5を形成する(図9(c),図10(c))。次に、シリコン基板1およびサイドウォール5をマスクとしてイオン注入を行い、不純物活性化のためのアニールを行って、ゲート電極4の両側の下に位置するシリコン基板1の領域にソースあるいはドレインとなる半導体領域を形成する(図9(d),図10(d))。次に、ストレスライナー膜3を堆積する(図9(e),図10(e))。   9 and 10 are process flows showing a method for manufacturing the MOS transistor. FIG. 9 shows a cross section taken along the line CD in FIG. 8A, and FIG. 10 shows a cross section taken along the line E-F in FIG. A method for manufacturing the MOS transistor will be described with reference to the drawings. First, an STI 2 is formed using a general MOS transistor manufacturing method, a well electrode is formed through well channel implantation, gate oxidation and polysilicon deposition, and a gate electrode 4 is formed by a photolithography process and anisotropic etching (FIG. 9). (A), FIG. 10 (a)). Next, extension implantation and halo implantation are performed using the gate electrode 4 as a mask (FIGS. 9B and 10B). Next, sidewalls 5 are formed on the side surfaces of the gate electrode 4 and on the silicon substrate 1 and the STI 2 (FIGS. 9C and 10C). Next, ion implantation is performed using the silicon substrate 1 and the sidewalls 5 as a mask, and annealing for impurity activation is performed to form a source or drain in the region of the silicon substrate 1 located under both sides of the gate electrode 4. A semiconductor region is formed (FIGS. 9D and 10D). Next, the stress liner film 3 is deposited (FIGS. 9E and 10E).

図11は、図9,10に示した工程をプロセスシミュレーションを用いて計算した結果を示した図である。図11は、図8の点線で囲まれた部分に相当し、ゲート長Lは0.06μm、チャネル幅Wは0.25μmの場合である。図11(a)は、異方性エッチングによってゲート電極4を形成した後の形状である。図11(b)は、ストレスライナー膜3を堆積した後の形状である。図11(a)において、STI2の上端面がシリコン基板1の上端面よりやや低くなっているのは、実際のSTI2形状を模擬するために便宜的にそのようにしているものである。実際のSTI2の形状は、図12のような形状をしている。STI2形成後の犠牲酸化、エッチングによる酸化膜除去、ゲート酸化、エッチングによる酸化膜除去を繰り返した結果、STI2端には図12に示すようなくぼみを生じる。このくぼみを模擬するために図11(a)では便宜的にSTI2上端面をシリコン基板1上端よりやや低くしている。   FIG. 11 is a diagram showing the results of calculating the steps shown in FIGS. 9 and 10 using process simulation. FIG. 11 corresponds to the portion surrounded by the dotted line in FIG. 8, and the gate length L is 0.06 μm and the channel width W is 0.25 μm. FIG. 11A shows a shape after the gate electrode 4 is formed by anisotropic etching. FIG. 11B shows a shape after the stress liner film 3 is deposited. In FIG. 11A, the upper end surface of the STI 2 is slightly lower than the upper end surface of the silicon substrate 1 for the sake of convenience in order to simulate the actual STI 2 shape. The actual shape of STI2 is as shown in FIG. As a result of repeated sacrificial oxidation after the formation of STI2, removal of the oxide film by etching, gate oxidation, and removal of the oxide film by etching, a dent is formed at the end of STI2, as shown in FIG. In order to simulate this depression, the upper end surface of the STI 2 is made slightly lower than the upper end of the silicon substrate 1 for convenience in FIG.

このような工程を経て形成されるMOSトランジスタがNMOSの場合には、ストレスライナー膜3が引っ張りの真性応力(自らが縮もうとする)を持つように成膜条件を調整する。このとき、MOSFETのチャネルには、チャネル方向には引っ張り、ウエハ垂直方向には圧縮の応力が印加される。従って、このMOSチャネルに印加される応力によって、電子の移動度が向上し、MOSFETの電流駆動能力を向上することができる。PMOSの場合には、ストレスライナー膜3が圧縮の真性応力を持つように成膜条件を調整することで、MOSのチャネルには、チャネル方向に圧縮、ウエハ垂直方向には引っ張りの応力が印加され、電流駆動能力を向上することができる。   When the MOS transistor formed through such a process is an NMOS, the film formation conditions are adjusted so that the stress liner film 3 has an intrinsic stress of tension (it tries to shrink itself). At this time, a tensile stress is applied to the channel of the MOSFET in the channel direction, and a compressive stress is applied in the vertical direction of the wafer. Therefore, the mobility of electrons is improved by the stress applied to the MOS channel, and the current driving capability of the MOSFET can be improved. In the case of a PMOS, by adjusting the film formation conditions so that the stress liner film 3 has a compressive intrinsic stress, a compressive stress is applied to the MOS channel and a tensile stress is applied to the vertical direction of the wafer. , Current driving capability can be improved.

高木信一、“Si系高移動度MOSトランジスタ技術”、応用物理、2005年7月4日、第74巻、第9号Shinichi Takagi, "Si-based high mobility MOS transistor technology", Applied Physics, July 4, 2005, 74, 9 F.Ootsuka、“A Highly Dense, High-Performance 130nm node CMOS Technology for Large Scale System-on-a-Chip Applications”、IEDM 2000、Tech.Digest、p575F. Ootsuka, “A Highly Dense, High-Performance 130nm node CMOS Technology for Large Scale System-on-a-Chip Applications”, IEDM 2000, Tech. Digest, p575 S.T.Ahn,H,W.Kennel,J.D.Plummer,W.A.Tiller、“Film stress-related vacancy supersaturation in silicon under low-pressure chemical vapor deposited silicon nitride films”1988年11月15日、Volume 64、Issue 10、p4914−4919S. T. Ahn, H, W. Kennel, J.A. D. Plummer, W. A. Tiller, “Film stress-related vacancy supersaturation in silicon under low-pressure chemical vapor deposited silicon nitride films” November 15, 1988, Volume 64, Issue 10, p 4914-4919.

従来の技術におけるストレスライナー膜を用いたMOSトランジスタの電流駆動力は、ストレスライナー膜中の真性応力が高いほど、電流駆動力は大きくなる。このストレスライナー膜中の真性応力は、流量比などの成膜条件の調整によって高めることができる(非特許文献3参照)。   The current driving force of the MOS transistor using the stress liner film in the conventional technique increases as the intrinsic stress in the stress liner film increases. The intrinsic stress in the stress liner film can be increased by adjusting film forming conditions such as a flow rate ratio (see Non-Patent Document 3).

しかしながら、流量比などの成膜条件の調整によって真性応力を高めることは、現在の技術ではほぼ限界に達しているという問題があった。   However, increasing the intrinsic stress by adjusting the film forming conditions such as the flow rate ratio has a problem that the current technology has almost reached its limit.

そこで本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、MOSトランジスタの構造を工夫することにより、ストレスライナー膜がチャネルに印加する応力を高め、電流駆動力が向上した半導体装置を得ることを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem. By devising the structure of the MOS transistor, the stress applied to the channel by the stress liner film is increased, and a semiconductor device with improved current driving capability is obtained. With the goal.

本発明の一実施形態における半導体装置では、半導体基板と、半導体基板に形成された素子分離絶縁膜と、半導体基板上から素子分離絶縁膜上にかけて形成されたゲート電極とを備えている。素子分離絶縁膜は、ゲート電極下以外の該素子分離絶縁膜の上部を掘り下げることによって上段部と下段部の段差構造を有している。この半導体装置は、ゲート電極の両側の半導体基板に形成されたソースあるいはドレインとなる半導体領域と、半導体領域、素子分離絶縁膜の下段部、およびゲート電極を覆って形成されたストレスライナー膜とをさらに備えている。   A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, an element isolation insulating film formed on the semiconductor substrate, and a gate electrode formed from the semiconductor substrate to the element isolation insulating film. The element isolation insulating film has a step structure of an upper stage and a lower stage by digging up the upper part of the element isolation insulating film except under the gate electrode. This semiconductor device includes a semiconductor region which is a source or drain formed on a semiconductor substrate on both sides of a gate electrode, and a stress liner film formed so as to cover the semiconductor region, the lower part of the element isolation insulating film, and the gate electrode. It has more.

本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法では、半導体基板に素子分離絶縁膜を形成されるとともに、この半導体基板および素子分離絶縁膜上にゲート電極が形成される。次に、異方性エッチングを行ってゲート電極下以外の素子分離絶縁膜の上部をエッチングして上段部と下段部の段差構造が形成される。次に、ゲート電極の両側の下に位置する半導体基板の領域にソースあるいはドレインとなる半導体領域が形成される。その後、半導体基板、素子分離絶縁膜の下段部、およびゲート電極の上にストレスライナー膜が形成される。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, an element isolation insulating film is formed on a semiconductor substrate, and a gate electrode is formed on the semiconductor substrate and the element isolation insulating film. Next, anisotropic etching is performed to etch the upper portion of the element isolation insulating film except under the gate electrode, thereby forming a step structure of the upper and lower steps. Next, a semiconductor region to be a source or a drain is formed in a region of the semiconductor substrate located under both sides of the gate electrode. Thereafter, a stress liner film is formed on the semiconductor substrate, the lower part of the element isolation insulating film, and the gate electrode.

本発明の一実施形態における半導体装置では、素子分離絶縁膜は上部を掘り下げることによって上段下段を有する段差構造を形成するため、素子分離絶縁膜上に堆積するストレスライナー膜は、この掘り下げられた深い位置に配置することができる。従って、従来よりもより大きい応力をMOSチャネルに印加できることになり、より高い電流駆動力を得ることができる。   In the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, the element isolation insulating film is formed by digging up the upper portion to form a step structure having an upper stage and a lower stage. Can be placed in position. Therefore, it is possible to apply a higher stress to the MOS channel than before, and a higher current driving force can be obtained.

本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法によれば、素子分離絶縁膜の上部をエッチングした部分に堆積したストレスライナー膜もMOSチャネルへの応力に寄与することになる。従って、従来よりもより大きい応力をMOSチャネルに印加できることになり、より高い電流駆動力を得ることができる。   According to the method of manufacturing a semiconductor device in one embodiment of the present invention, the stress liner film deposited on the portion where the upper portion of the element isolation insulating film is etched also contributes to the stress on the MOS channel. Therefore, it is possible to apply a higher stress to the MOS channel than before, and a higher current driving force can be obtained.

<実施の形態1>
図1(a)は、本発明の実施の形態1におけるストレスライナー膜の付加方法を用いて形成したMOSトランジスタの構成を示した図である。図1(b)は、図1(a)のMOSトランジスタをC−Dに沿った断面図である。図1(c)は、図1(a)のMOSトランジスタをE−Fに沿った断面図である。このMOSトランジスタは、半導体基板(以下、シリコン基板1と記載)、シリコン基板1に形成された素子分離絶縁膜(以下、STI(Shallow Trench Isolation)2と記載)、シリコン基板1上からSTI2上にかけて形成されたゲート電極4、ゲート電極4の側面上であってシリコン基板1およびSTI2上に形成されたサイドウォール5、シリコン基板1、STI2、およびゲート電極4を覆って形成されたストレスライナー膜3を備えている。
<Embodiment 1>
FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a MOS transistor formed by using the stress liner film adding method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view of the MOS transistor of FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line E-F of the MOS transistor of FIG. This MOS transistor includes a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a silicon substrate 1), an element isolation insulating film (hereinafter referred to as STI (Shallow Trench Isolation) 2) formed on the silicon substrate 1, and from the top of the silicon substrate 1 to the top of STI2. Stress liner film 3 formed to cover gate electrode 4 formed, sidewall 5 formed on side surfaces of gate electrode 4 and on silicon substrate 1 and STI 2, silicon substrate 1, STI 2, and gate electrode 4. It has.

ここで、本発明の実施の形態1におけるMOSトランジスタの構造の特徴は、STI2がゲート電極4下以外の上部を掘り下げることによって上段部と下段部の段差を有した構造となっており、また、STI2上に堆積するストレスライナー膜3は、STI2の下段部上に堆積する構造となっている点である。ここで、寸法Lはゲート長、寸法Wはチャネル幅である。   Here, the feature of the structure of the MOS transistor in the first embodiment of the present invention is a structure in which the STI 2 has a step between the upper and lower steps by digging up the upper portion other than under the gate electrode 4, The stress liner film 3 deposited on the STI 2 is a structure that is deposited on the lower part of the STI 2. Here, the dimension L is the gate length, and the dimension W is the channel width.

図2,3は、このMOSトランジスタの製造方法を示したプロセスフローである。図2は、図1(a)のC−Dに沿った断面を表し、図3は、図1(a)のE−Fに沿った断面を表した図である。図を参照して、このMOSトランジスタの製造方法について説明する。はじめに、一般的なMOSトランジスタの製造方法を用いてSTI2を形成し、ウェル・チャネル注入、ゲート酸化、ポリシリコン堆積を経て、フォトリソグラフィ工程と異方性エッチングによってゲート電極4を形成する(図2(a),図3(a))。次に、ゲート電極4をマスクとして、ゲート電極4下以外のSTI2の上部を部分的にエッチングして除去する(図2(b),図3(b))。次に、ゲート電極4をマスクとしてextension注入およびhalo注入を行う(図2(c),図3(c))。次に、ゲート電極4の側面上であってシリコン基板1およびSTI2上にサイドウォール5を形成する(図2(d),図3(d))。次に、ゲート電極4およびサイドウォール5をマスクとしてイオン注入を行い、不純物活性化のためのアニールを行って、ゲート電極4の両側の下に位置するシリコン基板1の領域にソースあるいはドレインとなる半導体領域を形成する(図2(e),図3(e))。次に、ストレスライナー膜3を堆積する(図2(f),図3(f))。   2 and 3 are process flows showing the manufacturing method of this MOS transistor. 2 represents a cross section taken along the line CD in FIG. 1A, and FIG. 3 represents a cross section taken along the line E-F in FIG. A method for manufacturing the MOS transistor will be described with reference to the drawings. First, the STI 2 is formed by using a general MOS transistor manufacturing method, and the gate electrode 4 is formed by photolithography and anisotropic etching through well channel implantation, gate oxidation, and polysilicon deposition (FIG. 2). (A), FIG. 3 (a)). Next, using the gate electrode 4 as a mask, the upper part of the STI 2 except under the gate electrode 4 is partially etched and removed (FIGS. 2B and 3B). Next, extension implantation and halo implantation are performed using the gate electrode 4 as a mask (FIGS. 2C and 3C). Next, sidewalls 5 are formed on the side surfaces of the gate electrode 4 and on the silicon substrate 1 and the STI 2 (FIGS. 2D and 3D). Next, ion implantation is performed using the gate electrode 4 and the sidewalls 5 as a mask, and annealing for impurity activation is performed to form a source or drain in the region of the silicon substrate 1 located under both sides of the gate electrode 4. A semiconductor region is formed (FIGS. 2 (e) and 3 (e)). Next, the stress liner film 3 is deposited (FIGS. 2 (f) and 3 (f)).

図4は、図2,3に示した工程をプロセスシミュレーションを用いて計算した結果を示した図である。図4は、図1の点線で囲まれた部分に相当し、ゲート長Lは0.06μm、チャネル幅Wは0.25μmの場合である。図4では、簡単のため、STI2側壁に付着したサイドウォール5は示していない。図4(a)は、異方性エッチングによってゲート電極4を形成した後の形状である。図4(b)は、STI2上部をエッチングによって除去した形状である。図4(c)は、ストレスライナー膜3を堆積した後の形状である。以上のような工程によりMOSトランジスタを製造することにより、STI2は、ゲート電極4下以外の上部を掘り下げた上段部と下段部の段差を有した構造となる。また、STI2上に堆積するストレスライナー膜3は、STI2の下段部上に堆積する構造となる。   FIG. 4 is a diagram showing the results of calculating the steps shown in FIGS. 2 and 3 using process simulation. FIG. 4 corresponds to the portion surrounded by the dotted line in FIG. 1, and the gate length L is 0.06 μm and the channel width W is 0.25 μm. In FIG. 4, the side wall 5 attached to the side wall of the STI 2 is not shown for simplicity. FIG. 4A shows a shape after the gate electrode 4 is formed by anisotropic etching. FIG. 4B shows a shape obtained by removing the upper part of the STI 2 by etching. FIG. 4C shows the shape after the stress liner film 3 is deposited. By manufacturing the MOS transistor through the above-described process, the STI 2 has a structure having a step between an upper stage and a lower stage where the upper part other than the area under the gate electrode 4 is dug down. In addition, the stress liner film 3 deposited on the STI 2 has a structure deposited on the lower part of the STI 2.

図5は、MOSトランジスタのMOSチャネル6分布を示した図である。図5は、図1の点線で囲まれた部分のゲート電極に対し対角の位置に相当し、ゲート電極側から見た図である。本実施の形態の製造方法により形成されるMOSトランジスタは、STI2上部の酸化膜をエッチングし、STI2の下段部分にストレスライナー膜3が埋め込まれる構造である。よって、この掘り下げられた下段部分に堆積するストレスライナー膜3もMOSチャネルへの応力に寄与することになるので、MOSチャネル6に印加される応力が増加する。   FIG. 5 is a diagram showing the MOS channel 6 distribution of the MOS transistor. FIG. 5 corresponds to a diagonal position with respect to the gate electrode surrounded by the dotted line in FIG. 1, and is a view seen from the gate electrode side. The MOS transistor formed by the manufacturing method of the present embodiment has a structure in which the stress liner film 3 is embedded in the lower portion of the STI 2 by etching the oxide film above the STI 2. Therefore, since the stress liner film 3 deposited on the dug-down lower portion also contributes to the stress on the MOS channel, the stress applied to the MOS channel 6 increases.

図6は、プロセスシミュレーションによって計算したMOSチャネル6中の応力分布を示した図である。図6(a)のA−Bに沿った応力分布が図6(b)および図6(c)である。図6(b)がチャネル方向の応力成分であり、図6(c)がウエハ垂直方向の応力成分である。正の応力値は引っ張り応力を、負の応力値は圧縮応力を表す。これらの計算結果から分かるように、いずれの成分も従来の技術におけるストレスライナー膜3の付加方法よりも、本発明の方法におけるストレスライナー膜3の付加方法の方が、応力が大きくなっていることが分かる。   FIG. 6 is a diagram showing the stress distribution in the MOS channel 6 calculated by the process simulation. The stress distribution along A-B in FIG. 6A is shown in FIGS. 6B and 6C. FIG. 6B shows the stress component in the channel direction, and FIG. 6C shows the stress component in the wafer vertical direction. A positive stress value represents tensile stress, and a negative stress value represents compressive stress. As can be seen from these calculation results, the stress of each component is greater in the method of adding the stress liner film 3 in the method of the present invention than in the method of adding the stress liner film 3 in the prior art. I understand.

図7は、応力の増加によるMOS電流の変化をデバイスシミュレーションによって計算した結果を示した図である。本発明の方法におけるストレスライナー膜3の付加方法を用いることによって、MOS駆動電流が約3%増加することが分かる。   FIG. 7 is a diagram showing a result of calculating a change in MOS current due to an increase in stress by device simulation. It can be seen that the MOS drive current is increased by about 3% by using the method of adding the stress liner film 3 in the method of the present invention.

以上より、本発明におけるMOSトランジスタの製造方法によれば、STI2の上部をエッチングした部分(下段部分)に堆積したストレスライナー膜3もMOSチャネル6への応力に寄与することになる。従って、従来よりもより大きい応力をMOSチャネル6に印加できることになり、より高い電流駆動力を得ることができる。   As described above, according to the MOS transistor manufacturing method of the present invention, the stress liner film 3 deposited on the portion where the upper portion of the STI 2 is etched (lower portion) also contributes to the stress on the MOS channel 6. Therefore, it is possible to apply a larger stress to the MOS channel 6 than in the conventional case, and a higher current driving force can be obtained.

<実施の形態2>
実施の形態1では、ソース・ドレインのシリコン上に直接ストレスライナー膜3を付加したが、シリコン表面にはシリサイドを形成してもよい。すなわち、図2(e),図3(e)の工程後に、ソース・ドレイン領域の表面にシリサイド層を形成する。また、シリサイド層の代わりに、熱酸化によって薄く酸化膜を形成してもよい。また、薄く酸化膜を堆積してもよい。このような構造であっても、実施の形態1と同様に、STI2の上部をエッチングした部分(下段部分)に堆積したストレスライナー膜3もMOSチャネル6への応力に寄与することになる。従って、従来よりもより大きい応力をMOSチャネル6に印加できることになり、より高い電流駆動力を得ることができる。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the stress liner film 3 is added directly on the silicon of the source / drain, but silicide may be formed on the silicon surface. That is, after the steps of FIGS. 2E and 3E, a silicide layer is formed on the surface of the source / drain region. Further, a thin oxide film may be formed by thermal oxidation instead of the silicide layer. Further, a thin oxide film may be deposited. Even with such a structure, as in the first embodiment, the stress liner film 3 deposited on the etched portion (lower portion) of the STI 2 also contributes to the stress on the MOS channel 6. Accordingly, it is possible to apply a larger stress to the MOS channel 6 than in the prior art, and a higher current driving force can be obtained.

また、実施の形態1では、NMOSを想定して引っ張り応力を持ったストレスライナー膜3を堆積しているが、PMOSも場合には、圧縮応力を持ったストレスライナー膜3を堆積する。   In the first embodiment, the stress liner film 3 having a tensile stress is deposited on the assumption of NMOS, but in the case of the PMOS, the stress liner film 3 having a compressive stress is deposited.

また、図2,3に示すプロセス・フローにおいて、工程(b)のSTI2上部のエッチングと工程(c)のextension/halo注入の順序は逆にしてもよい。   In the process flow shown in FIGS. 2 and 3, the order of the etching of the upper part of STI 2 in step (b) and the extension / halo implantation in step (c) may be reversed.

本発明は、STIを用いて素子分離を行い、ストレスライナー膜を用いてMOS電流駆動力を向上させている半導体集積回路全般に適用できる。   The present invention can be applied to all semiconductor integrated circuits in which element isolation is performed using STI and MOS current driving capability is improved using a stress liner film.

本発明の実施の形態1におけるMOSトランジスタの構造を示した図である。It is the figure which showed the structure of the MOS transistor in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるMOSトランジスタの製造方法を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing method of the MOS transistor in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるMOSトランジスタの製造方法を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing method of the MOS transistor in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるMOSトランジスタのストレスライナー膜の付加方法を示した図である。It is the figure which showed the addition method of the stress liner film | membrane of the MOS transistor in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるMOSトランジスタのチャネル分布を示した図である。It is the figure which showed the channel distribution of the MOS transistor in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるMOSトランジスタと従来技術におけるMOSトランジスタとのチャネル表面の応力分布を比較した図である。It is the figure which compared the stress distribution of the channel surface of the MOS transistor in Embodiment 1 of this invention, and the MOS transistor in a prior art. 本発明の実施の形態1におけるMOSトランジスタと従来技術におけるMOSトランジスタとの駆動電流を比較した図である。It is the figure which compared the drive current of the MOS transistor in Embodiment 1 of this invention, and the MOS transistor in a prior art. 従来技術におけるMOSトランジスタの構造を示した図である。It is the figure which showed the structure of the MOS transistor in a prior art. 従来技術におけるMOSトランジスタの製造方法を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing method of the MOS transistor in a prior art. 従来技術におけるMOSトランジスタの製造方法を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing method of the MOS transistor in a prior art. 従来技術におけるMOSトランジスタのストレスライナー膜の付加方法を示した図である。It is the figure which showed the addition method of the stress liner film | membrane of the MOS transistor in a prior art. 実際のシリコン基板とSTIの形状を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the shape of an actual silicon substrate and STI.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板、2 STI、3 ストレスライナー膜、4 ゲート電極、5 サイドウォール、6 MOSチャネル。   1 Silicon substrate, 2 STI, 3 Stress liner film, 4 Gate electrode, 5 Side wall, 6 MOS channel.

Claims (8)

半導体基板と、
前記半導体基板に形成された素子分離絶縁膜と、
前記半導体基板上から前記素子分離絶縁膜上にかけて形成されたゲート電極と、を備え、
前記素子分離絶縁膜は、前記ゲート電極下以外の該素子分離絶縁膜の上部を掘り下げることによって上段部と下段部の段差構造を有し、
前記ゲート電極の両側の前記半導体基板に形成されたソースあるいはドレインとなる半導体領域と、
前記半導体領域、前記素子分離絶縁膜の下段部、および前記ゲート電極を覆って形成されたストレスライナー膜と、をさらに備える半導体装置。
A semiconductor substrate;
An element isolation insulating film formed on the semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the element isolation insulating film from the semiconductor substrate,
The element isolation insulating film has a step structure of an upper stage part and a lower stage part by digging up the upper part of the element isolation insulating film except under the gate electrode,
A semiconductor region to be a source or drain formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
A semiconductor device further comprising: a stress liner film formed to cover the semiconductor region, a lower part of the element isolation insulating film, and the gate electrode.
前記ゲート電極の側面上であって前記半導体基板上および素子分離絶縁膜上に形成されたサイドウォールをさらに備える請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a sidewall formed on a side surface of the gate electrode and on the semiconductor substrate and the element isolation insulating film. 前記半導体領域の上部に形成されたシリサイド層をさらに備える請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a silicide layer formed on an upper portion of the semiconductor region. 前記半導体領域上に形成された絶縁膜をさらに備える請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising an insulating film formed on the semiconductor region. (a)半導体基板に素子分離絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記半導体基板および前記素子分離絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
(c)異方性エッチングを行って前記ゲート電極下以外の前記素子分離絶縁膜の上部をエッチングして上段部と下段部の段差構造を形成する工程と、
(d)前記ゲート電極の両側の下に位置する前記半導体基板の領域にソースあるいはドレインとなる半導体領域を形成する工程と、
(e)前記半導体基板、前記素子分離絶縁膜の下段部、および前記ゲート電極の上にストレスライナー膜を形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法。
(A) forming an element isolation insulating film on a semiconductor substrate;
(B) forming a gate electrode on the semiconductor substrate and the element isolation insulating film;
(C) performing an anisotropic etching to etch the upper portion of the element isolation insulating film other than under the gate electrode to form a step structure of an upper step portion and a lower step portion;
(D) forming a semiconductor region serving as a source or drain in a region of the semiconductor substrate located under both sides of the gate electrode;
(E) forming a stress liner film on the semiconductor substrate, the lower part of the element isolation insulating film, and the gate electrode; and a method of manufacturing a semiconductor device.
(f)前記工程(c)の後に、前記ゲート電極の側面上であって前記半導体基板上および前記素子分離絶縁膜上にサイドウォールを形成する工程をさらに備える請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of forming a sidewall on the side surface of the gate electrode on the semiconductor substrate and on the element isolation insulating film after the step (c). Production method. (g)前記工程(d)の後に、前記半導体領域の上部にシリサイド層を形成する工程をさらに備える請求項5または6に記載の半導体装置の製造方法。   (G) After the said process (d), the manufacturing method of the semiconductor device of Claim 5 or 6 further equipped with the process of forming a silicide layer on the said semiconductor region. (h)前記工程(d)の後に、前記半導体領域上に絶縁膜を形成する工程をさらに備える請求項5または6に記載の半導体装置の製造方法。   (H) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of forming an insulating film on the semiconductor region after the step (d).
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