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JP2012248651A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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JP2012248651A
JP2012248651A JP2011118688A JP2011118688A JP2012248651A JP 2012248651 A JP2012248651 A JP 2012248651A JP 2011118688 A JP2011118688 A JP 2011118688A JP 2011118688 A JP2011118688 A JP 2011118688A JP 2012248651 A JP2012248651 A JP 2012248651A
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Japan
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stress
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gate wiring
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JP2011118688A
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Kenji Ueda
健次 上田
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Panasonic Corp
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Panasonic Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】チャネル領域に歪みを導入して半導体装置の特性を向上するとともに、応力印加膜に覆われたゲート配線の断線を防止する。
【解決手段】半導体装置は、第1の素子形成領域101に形成された第1の活性領域104と、第2の素子形成領域102に形成された第2の活性領域105と、第1の活性領域104上から第2の活性領域105上に亘って延伸するゲート配線103と、第1の活性領域104のうちゲート配線103の直下領域に形成された第1のチャネル領域80と、第2の活性領域のうちゲート配線の直下領域に形成された第2のチャネル領域90とを備える。ゲート配線103は、第1の活性領域104上に形成され、引張り応力又は圧縮応力である第1の応力を有する第1の領域164と、第1の領域164よりも緩和された第1の応力を有する第2の領域162とを有している。
【選択図】図7
Distortion is introduced into a channel region to improve characteristics of a semiconductor device, and a gate wiring covered with a stress application film is prevented from being disconnected.
A semiconductor device includes a first active region 104 formed in a first element formation region 101, a second active region 105 formed in a second element formation region 102, and a first active region. A gate wiring 103 extending from the region 104 to the second active region 105; a first channel region 80 formed in a region immediately below the gate wiring 103 in the first active region 104; And a second channel region 90 formed in a region immediately below the gate wiring in the active region. The gate wiring 103 is formed on the first active region 104 and has a first region 164 having a first stress that is a tensile stress or a compressive stress, and a first stress that is more relaxed than the first region 164. And a second region 162 having.
[Selection] Figure 7

Description

本明細書に記載された技術は、正孔又は電子をキャリアとし、チャネル領域に応力が印加されたMISトランジスタを備えた半導体装置及びその製造方法に関する。   The technology described in this specification relates to a semiconductor device including a MIS transistor in which a hole or an electron is used as a carrier and stress is applied to a channel region, and a manufacturing method thereof.

近年、MISトランジスタのチャネル領域に歪みを導入し、キャリア移動度を向上させることにより、高速且つ低消費電力で動作する半導体装置を実現する歪みシリコン技術が研究されている。   In recent years, strained silicon technology for realizing a semiconductor device that operates at high speed and with low power consumption by introducing strain into the channel region of the MIS transistor and improving carrier mobility has been studied.

歪みシリコン技術としては様々な方法が提案されているが、例えばMISFET形成後に半導体基板の上面上に形成した応力印加膜により間接的にチャネル領域に歪みを導入する技術は、比較的プロセス上の難易度が低いため、広く用いられている。この歪み導入技術として、引張り応力膜と圧縮応力膜の二種類の応力印加膜を用いるDual Stress Liner(DSL)技術や、応力印加膜によりストレスを加えた状態で高温熱処理を行い、応力を基板上に記憶させるStress Memorization Technique(SMT)などが紹介されている(特許文献1〜2、非特許文献1〜4)。   Various methods have been proposed as strained silicon technology. For example, the technology that introduces strain into the channel region indirectly by the stress application film formed on the upper surface of the semiconductor substrate after MISFET formation is relatively difficult in terms of process. It is widely used due to its low degree. As the strain introduction technology, Dual Stress Liner (DSL) technology that uses two types of stress application films, tensile stress film and compression stress film, and high-temperature heat treatment with stress applied by stress application film, the stress is applied to the substrate. Stress Memorization Technique (SMT) and the like to be memorized are introduced (Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Documents 1 to 4).

この応力印加膜を用いた歪みシリコン技術については、例えば微細化が強く求められ、Nチャネル型トランジスタとPチャネル型トランジスタとが規則的に互いに隣接して配置されるStatic Random Access Memory(SRAM)についての適用例が開示されている(特許文献3)。以下、特許文献3に開示された従来の技術について図面を使用して説明する。   With respect to the strained silicon technology using this stress application film, for example, miniaturization is strongly demanded, and a static random access memory (SRAM) in which N-channel transistors and P-channel transistors are regularly arranged adjacent to each other. An application example is disclosed (Patent Document 3). Hereinafter, the conventional technique disclosed in Patent Document 3 will be described with reference to the drawings.

図16(a)は、第1の従来例に係るSRAMビットセル1300のパターンを示す平面図である。同図に示すように、2個のパスゲートトランジスタ1302(Nチャネル型FET)、2個のプルダウントランジスタ1304(Nチャネル型FET)、及び2個のプルアップトランジスタ1306(Pチャネル型FET)を有するSRAMビットセル1300が半導体基板上に形成されている。   FIG. 16A is a plan view showing a pattern of the SRAM bit cell 1300 according to the first conventional example. As shown in the figure, it has two pass gate transistors 1302 (N-channel FET), two pull-down transistors 1304 (N-channel FET), and two pull-up transistors 1306 (P-channel FET). An SRAM bit cell 1300 is formed on a semiconductor substrate.

ここでは、まずシリコン窒化膜1308が半導体基板上の全面に堆積され、その後、リソグラフィー及びエッチング工程が行なわれることにより、プルダウントランジスタ1304上にのみシリコン窒化膜1308が残るように当該シリコン窒化膜1308がパターニングされる。このシリコン窒化膜1308は引張り応力を有しており、その後高温アニール処理が行われることにより、シリコン窒化膜1308によって覆われた領域が再結晶化され、プルダウントランジスタ1304のチャネル領域に引張り歪みが導入される。その後、シリコン窒化膜1308は除去されるが、プルダウントランジスタ1304のチャネル領域に導入された引張り歪みはそのまま記憶される。なお、本明細書において、「膜が引張り応力を有する」とは、当該膜が引張り応力を受けている状態、又は引張り応力を受けた状態を記憶している状態であることを意味し、「膜が圧縮応力を有する」とは、当該膜が圧縮応力を受けている状態、又は圧縮応力を受けた状態を記憶している状態であることを意味するものとする。   Here, the silicon nitride film 1308 is first deposited on the entire surface of the semiconductor substrate, and then the lithography and etching processes are performed, so that the silicon nitride film 1308 remains only on the pull-down transistor 1304. Patterned. The silicon nitride film 1308 has a tensile stress, and is then subjected to a high-temperature annealing treatment, whereby the region covered with the silicon nitride film 1308 is recrystallized and tensile strain is introduced into the channel region of the pull-down transistor 1304. Is done. Thereafter, the silicon nitride film 1308 is removed, but the tensile strain introduced into the channel region of the pull-down transistor 1304 is stored as it is. In the present specification, “the film has a tensile stress” means that the film is subjected to a tensile stress or a state in which a state subjected to a tensile stress is stored, “The film has a compressive stress” means that the film is subjected to a compressive stress or a state in which a state subjected to the compressive stress is stored.

以上のように、図16(a)に示す第1の従来例では、一軸の引張り応力を増強するためにNチャネル型トランジスタに対してSMTが適用される。   As described above, in the first conventional example shown in FIG. 16A, SMT is applied to an N-channel transistor in order to enhance uniaxial tensile stress.

さらに、図16(b)は、第2の従来例に係るSRAMビットセル1600のパターンを示す平面図である。第2の従来例では、引張り応力膜と圧縮応力膜の二種類の応力印加膜を使用するDual Stress Liner(DSL)技術が用いられている。   Further, FIG. 16B is a plan view showing a pattern of the SRAM bit cell 1600 according to the second conventional example. In the second conventional example, a Dual Stress Liner (DSL) technique using two types of stress application films, a tensile stress film and a compressive stress film, is used.

第2の従来例に係るSRAMビットセル1600は、半導体基板上に形成され、2個のパスゲートトランジスタ1602(Nチャネル型FET)、2個のプルダウントランジスタ1604(Nチャネル型FET)、及び2個のプルアップトランジスタ1606(Pチャネル型FET)を有している。圧縮応力を与えるストレスライナ(stress liner)1608は、プルアップトランジスタ1606が形成された領域、及びパスゲートトランジスタ1602が形成された領域に設けられている。引張り応力を与えるストレスライナ1610は、プルダウントランジスタ1604が形成された領域に設けられる。圧縮応力は電子の移動度を下げ、ホールの移動度を上げることはよく知られている。従って、圧縮応力を与えるストレスライナ1608及び引張り応力を与えるストレスライナ1610とを使い分けることで、高いPD/PGベータ比を得ることができ、SRAMの安定性を増加させることができる。   An SRAM bit cell 1600 according to the second conventional example is formed on a semiconductor substrate, and includes two pass gate transistors 1602 (N-channel FET), two pull-down transistors 1604 (N-channel FET), and two A pull-up transistor 1606 (P-channel FET) is included. A stress liner 1608 for applying compressive stress is provided in a region where the pull-up transistor 1606 is formed and a region where the pass gate transistor 1602 is formed. A stress liner 1610 that applies tensile stress is provided in a region where the pull-down transistor 1604 is formed. It is well known that compressive stress decreases electron mobility and increases hole mobility. Therefore, by properly using the stress liner 1608 that applies compressive stress and the stress liner 1610 that applies tensile stress, a high PD / PG beta ratio can be obtained, and the stability of the SRAM can be increased.

以上のように、応力印加膜による歪みシリコン技術を用いると、トランジスタのサイズを変更することなくキャリアの移動度を向上させることができる。また、小さなサイズのトランジスタであってもこれより大きなサイズのトランジスタにおけるのと同等のキャリア移動度を得ることができるため、SRAMなど半導体装置の小型化に対して大きな効果がある。   As described above, when the strained silicon technique using the stress application film is used, carrier mobility can be improved without changing the size of the transistor. Further, even with a small-sized transistor, carrier mobility equivalent to that of a larger-sized transistor can be obtained, which has a great effect on miniaturization of a semiconductor device such as an SRAM.

特開2007−134718号公報JP 2007-134718 A 米国特許第6,573,172号明細書US Pat. No. 6,573,172 特開2009−177151号公報JP 2009-177151 A

"Stress memorization in High-Performance FDSOI devices with Ultra Thin Silicon and 25nm Gate lenghts" D.V. Singh, et al.,(20.5) 、IEDM 2005"Stress memorization in High-Performance FDSOI devices with Ultra Thin Silicon and 25nm Gate lenghts" D.V.Singh, et al., (20.5), IEDM 2005 "Dual Stress Liner Enhancement in Hybrid Orientation Technology" C.D.Sheraw, et al., (2-1) VLSI 2005"Dual Stress Liner Enhancement in Hybrid Orientation Technology" C.D.Sheraw, et al., (2-1) VLSI 2005 E. Leobandung et al.著 「High Performance 65nm SOI Technology with Dual Stress Liner and low capacitance SRAM cell」2005 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 8A-1 2005年E. Leobandung et al. “High Performance 65nm SOI Technology with Dual Stress Liner and low capacitance SRAM cell” 2005 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 8A-1 2005 C.Ortolland et al.,“Stress Memorization Technique(SMT)Optimization for 45nm CMOS”, VLSI Tech. Digest, 2006, p.96〜97C. Ortolland et al., “Stress Memorization Technique (SMT) Optimization for 45nm CMOS”, VLSI Tech. Digest, 2006, p.96-97.

しかしながら、応力印加膜を通してチャネル領域に歪みを導入するDSL技術やSMT等の方法を用いる場合、応力印加膜に覆われたゲート配線内部にも応力が発生する。ゲート配線内部の応力は必ずしも一定とはならず、特に導電型が相異なるトランジスタの形成領域にまたがって配置されるゲート配線については、その内部で大きさや正負の向きの異なる複数の応力領域が混在することとなる。そのため、それぞれの応力領域の境界で応力が局所的に急変することとなり、応力領域の境界部分でゲート配線にクラックが生じたり、最悪の場合ゲート配線自体が切断されるという不具合がある。   However, when a method such as DSL technology or SMT that introduces strain into the channel region through the stress application film is used, stress is also generated inside the gate wiring covered with the stress application film. The stress inside the gate wiring is not necessarily constant, especially for gate wirings that are placed across the transistor formation regions of different conductivity types, there are multiple stress regions with different sizes and positive / negative directions inside. Will be. For this reason, the stress locally changes suddenly at the boundary of each stress region, and there is a problem that the gate wiring is cracked at the boundary portion of the stress region or the gate wiring itself is cut in the worst case.

例えば、図16(a)に示す第1の従来例において、プルダウントランジスタ1304とプルアップトランジスタ1306に共通するゲート配線のうち、応力印加膜であるシリコン窒化膜1308に覆われている領域では、ゲート配線に対しても引張り応力が作用し、シリコン窒化膜1308に覆われていない領域では応力が発生しないため、その境界部分ではゲート配線内の応力が引張り応力から応力なしの状態へと局所的に急変することになる。   For example, in the first conventional example shown in FIG. 16A, in the gate wiring common to the pull-down transistor 1304 and the pull-up transistor 1306, in the region covered with the silicon nitride film 1308, which is a stress application film, Since tensile stress also acts on the wiring and no stress is generated in the region not covered with the silicon nitride film 1308, the stress in the gate wiring is locally changed from the tensile stress to the stress-free state at the boundary portion. It will change suddenly.

また、図16(b)に示す第2の従来例において、プルダウントランジスタ1604とプルアップトランジスタ1606に共通するゲート配線のうち、引張り応力を与えるストレスライナ1610に覆われている領域ではゲート配線内でも引張り応力が発生し、圧縮応力を与えるストレスライナ1608に覆われているゲート配線内では圧縮応力が発生する。従って、ストレスライナ1610とストレスライナ1608の境界部分下に位置するゲート配線内部では、内部応力が引張り応力から圧縮応力へと局所的に急変することになる。   Further, in the second conventional example shown in FIG. 16B, in the gate wiring common to the pull-down transistor 1604 and the pull-up transistor 1606, the region covered by the stress liner 1610 that applies tensile stress is also within the gate wiring. Tensile stress is generated, and compressive stress is generated in the gate wiring covered with the stress liner 1608 that applies compressive stress. Therefore, inside the gate wiring located below the boundary between the stress liner 1610 and the stress liner 1608, the internal stress suddenly changes locally from tensile stress to compressive stress.

通常、MOSFETではゲート配線としてポリシリコン膜を使用するが、上記のようにポリシリコン膜内部で応力が局所的に急変する場合、その箇所にクラックが発生し、最悪の場合ゲート配線が断線してしまう。さらに、近年ポリシリコンゲート配線の電気抵抗を低下させる目的で、ポリシリコンゲート配線の一部又は全部をシリサイド化することがあるが、シリサイドは機械的なストレスに対する耐性が低いため、ポリシリコンのみでゲート配線を構成した場合に比べ、応力の局所的な急変箇所でシリサイドにクラックが生じたり、断線したりする可能性がさらに高くなる。   Normally, a MOSFET uses a polysilicon film as a gate wiring. However, when the stress locally changes suddenly inside the polysilicon film as described above, a crack occurs at that location, and in the worst case, the gate wiring is disconnected. End up. Furthermore, in recent years, some or all of the polysilicon gate wiring may be silicided for the purpose of reducing the electrical resistance of the polysilicon gate wiring. However, since silicide has low resistance to mechanical stress, only polysilicon is used. Compared with the case where the gate wiring is configured, the possibility that the silicide is cracked or disconnected at a location where the stress is suddenly changed is further increased.

上記に鑑み、本発明はチャネル領域に歪みを導入して半導体装置の特性を向上するとともに、応力印加膜に覆われたゲート配線の断線を防止することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to improve the characteristics of a semiconductor device by introducing strain into a channel region and to prevent disconnection of a gate wiring covered with a stress application film.

前記の目的を達成するため、本発明の一例に係る半導体装置は、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域とを有する半導体基板と、前記第1の素子形成領域の上部に形成された第1の活性領域と、前記第2の素子形成領域の上部に形成され、前記第1の活性領域に隣接する第2の活性領域と、少なくとも前記第1の活性領域上から前記第2の活性領域上に亘って延伸するゲート配線と、前記第1の活性領域のうち前記ゲート配線の直下に位置する領域に形成された第1導電型の第1のチャネル領域と、前記第2の活性領域のうち前記ゲート配線の直下に位置する領域に形成された第2導電型の第2のチャネル領域とを備えている。また、前記ゲート配線は、少なくとも前記第1の活性領域上に形成され、引張り応力又は圧縮応力である第1の応力を有する第1の領域と、前記第1の領域よりも前記第2の活性領域に近い位置にあり、前記第1の領域に隣接し、前記第1の領域よりも緩和された前記第1の応力を有する第2の領域とを有しており、前記第1のチャネル領域には、前記第1の応力に応じた歪みが生じている。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to an example of the present invention is formed on a semiconductor substrate having a first element formation region and a second element formation region, and on the first element formation region. A first active region, a second active region formed on the second element formation region and adjacent to the first active region, and at least the second active region from above the first active region. A gate line extending over the active region; a first channel region of a first conductivity type formed in a region of the first active region located immediately below the gate line; and the second active region And a second channel region of a second conductivity type formed in a region located immediately below the gate wiring in the region. The gate wiring is formed on at least the first active region, has a first region having a first stress which is a tensile stress or a compressive stress, and the second active region more than the first region. A first region that is close to the region, is adjacent to the first region, and has a second region having the first stress that is more relaxed than the first region. Has a strain corresponding to the first stress.

この構成によれば、ゲート配線の第2の領域で第1の応力が緩和されているので、ゲート配線の各領域の境界に生じる応力変化を小さくすることができる。このため、ゲート配線の断線を効果的に防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。また、第1の領域とは異なる第2の領域での応力が緩和されているので、第1のチャネルには歪みが生じじており、素子の特性を向上させる効果に影響を与えることはない。   According to this configuration, since the first stress is relieved in the second region of the gate wiring, it is possible to reduce the stress change that occurs at the boundary of each region of the gate wiring. For this reason, disconnection of the gate wiring can be effectively prevented, and the reliability can be improved. In addition, since the stress in the second region different from the first region is relaxed, the first channel is distorted and does not affect the effect of improving the element characteristics. .

なお、DLS技術を使用した場合、SMT技術を使用した場合ともに、上述の効果が得られる。   In addition, when the DLS technique is used and the SMT technique is used, the above-described effects can be obtained.

また、本発明の一例に係る半導体装置の製造方法は、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域とを有する半導体基板の前記第1の素子形成領域内に第1の活性領域を形成するとともに、前記第2の素子形成領域内に前記第1の活性領域と隣接する第2の活性領域を形成する工程(a)と、少なくとも前記第1の活性領域上から前記第2の活性領域上に亘って延伸し、前記第1の活性領域上に位置する第1の領域と、前記第1の領域よりも前記第2の活性領域に近く、前記第1の領域に隣接する第2の領域とを前記第1の素子形成領域上に有するゲート配線を形成する工程(b)と、前記第1の活性領域を含む前記第1の素子形成領域上に前記第1の領域と前記第2の領域とを覆うように、引張り応力又は圧縮応力である第1の応力を印加する第1の応力印加膜を形成することで、前記第1の活性領域において前記ゲート配線の直下に位置する第1導電型の第1のチャネル領域に歪みを生じさせるとともに、前記第1の領域及び前記第2の領域に前記第1の応力を生じさせる工程(c)と、前記第1の応力印加膜のうち、前記第2の領域上に形成された部分を加工して、前記第2の領域に印加される前記第1の応力を低減させる工程(d)とを備えている。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first active region is formed in a first element formation region of a semiconductor substrate having a first element formation region and a second element formation region. And (a) forming a second active region adjacent to the first active region in the second element formation region, and at least the second active region from above the first active region. A first region extending over and located on the first active region; a second region closer to the second active region than the first region and adjacent to the first region; A step (b) of forming a gate wiring having a region on the first element formation region; and the first region and the second region on the first element formation region including the first active region. A first stress which is a tensile stress or a compressive stress is applied so as to cover the region of By forming the first stress application film, distortion is generated in the first channel region of the first conductivity type located immediately below the gate wiring in the first active region, and the first region and A step (c) of generating the first stress in the second region, and a portion of the first stress application film formed on the second region is processed to provide the second stress. And (d) reducing the first stress applied to the region.

この方法によれば、ゲート配線の第2の領域で第1の応力印加膜から印加される応力が緩和されるので、当該箇所での断線の発生を効果的に抑えることができる。   According to this method, since the stress applied from the first stress application film is relieved in the second region of the gate wiring, the occurrence of disconnection at the location can be effectively suppressed.

また、本発明の別の一例に係る半導体装置の製造方法は、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域とを有する半導体基板の前記第1の素子形成領域内に第1の活性領域を形成するとともに、前記第2の素子形成領域内に前記第1の活性領域と隣接する第2の活性領域を形成する工程(a)と、少なくとも前記第1の活性領域上から前記第2の活性領域上に亘って延伸し、前記第1の活性領域上に位置する第1の領域と、前記第1の領域よりも前記第2の活性領域に近く、前記第1の領域に隣接する第2の領域とを前記第1の素子形成領域上に有するシリコン膜を形成する工程(b)と、前記第1の活性領域を含む前記第1の素子形成領域上に前記第1の領域と前記第2の領域とを覆うように、引張り応力又は圧縮応力である第1の応力を印加する応力印加膜を形成することで、前記第1の活性領域において前記シリコン膜の直下に位置する第1導電型の第1のチャネル領域に歪みを生じさせるとともに、前記第1の領域及び前記第2の領域に前記第1の応力を生じさせる工程(c)と、前記応力印加膜のうち、前記第2の領域上に形成された部分を加工して、前記第2の領域に印加される前記第1の応力を低減させる工程(d)と、前記工程(d)の後に、前記半導体基板を熱アニールすることで、前記第1の領域に前記第1の応力を記憶させるとともに、前記第1の応力に応じて生じる歪みを前記第1のチャネル領域に記憶させる工程(e)と、前記応力印加膜を除去する工程(f)とを備えている。   According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first active region is formed in the first element formation region of a semiconductor substrate having a first element formation region and a second element formation region. And (a) forming a second active region adjacent to the first active region in the second element formation region, and at least the second active region from above the first active region. A first region extending over the active region, located on the first active region, and closer to the second active region than the first region and adjacent to the first region; A step (b) of forming a silicon film having two regions on the first element formation region, and the first region and the first region on the first element formation region including the first active region. A first stress that is a tensile stress or a compressive stress is applied so as to cover the second region. By forming the stress applying film to be distorted, the first channel region of the first conductivity type located immediately below the silicon film in the first active region is distorted, and the first region and the first region The step (c) of generating the first stress in the region 2 and the portion of the stress application film formed on the second region are processed and applied to the second region. After the step (d) of reducing the first stress and the step (d), the semiconductor substrate is thermally annealed to store the first stress in the first region and to store the first stress. A step (e) of storing a strain generated according to the stress of 1 in the first channel region, and a step (f) of removing the stress application film.

このように、応力印加膜の応力をチャネル領域に作用させ、そのときに生じる歪みを熱アニールにより記憶させるSMT技術を使用する際にも、応力印加膜の端部に生じるゲート配線(シリコン膜)内の応力を低減することができるので、ゲート配線の断線のおそれを低減することができる。   As described above, even when using the SMT technique in which the stress of the stress applying film is applied to the channel region and the strain generated at that time is stored by thermal annealing, the gate wiring (silicon film) generated at the end of the stress applying film is used. Since the internal stress can be reduced, the risk of disconnection of the gate wiring can be reduced.

本発明の一例に係る半導体装置及びその製造方法によると、チャネル領域に歪みを導入しつつ、ゲート配線に生じる応力を低減することができるので、ゲート配線内での応力変化を緩やかにし、ゲート配線の断線を抑えることができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to an example of the present invention, the stress generated in the gate wiring can be reduced while introducing strain in the channel region. Can be prevented.

図1(a)は、応力印加膜を形成する前の第1の実施形態に係る半導体装置を示す平面図であり、図1(b)は、図1(a)のIb−Ib線における半導体装置の断面図である。図1(c)は、図1(a)のIc−Ic線における半導体装置の断面図であり、図1(d)は、図1(a)のId−Id線における半導体装置の断面図である。FIG. 1A is a plan view showing the semiconductor device according to the first embodiment before the stress application film is formed, and FIG. 1B is a semiconductor taken along line Ib-Ib in FIG. It is sectional drawing of an apparatus. 1C is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along line Ic-Ic in FIG. 1A, and FIG. 1D is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along line Id-Id in FIG. is there. 図2(a)〜(c)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。2A to 2C are cross-sectional views illustrating steps after forming the stress applying film in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図3(a)〜(c)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。3A to 3C are cross-sectional views illustrating a process after the stress application film is formed in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図4(a)、(b)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。4A and 4B are cross-sectional views illustrating a process after the stress application film is formed in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図5(a)、(b)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views showing the steps after forming the stress applying film in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図6(a)、(b)は、参考例に係る半導体装置を示す断面図である。6A and 6B are cross-sectional views showing a semiconductor device according to a reference example. 図7は、第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment. 図8は、第1の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing the semiconductor device according to the first embodiment. 図9は、応力印加膜の膜厚と、ゲート配線内部に生じる応力との関係の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the relationship between the thickness of the stress application film and the stress generated in the gate wiring. 図10(a)〜(c)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。FIGS. 10A to 10C are cross-sectional views illustrating steps after the stress application film is formed in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. 図11(a)〜(c)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。FIGS. 11A to 11C are cross-sectional views illustrating steps after the stress application film is formed in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. 図12(a)〜(c)は、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。12A to 12C are cross-sectional views illustrating steps after the stress application film is formed in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment. 図13(a)、(b)は、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図であり、図13(c)は、図13(b)に示す工程における半導体装置を示す平面図である。FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing the steps after forming the stress applying film in the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, and FIG. It is a top view which shows the semiconductor device in the process shown to (b). 図14(a)〜(c)は、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。14A to 14C are cross-sectional views illustrating a process after the stress application film is formed in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment. 図15は、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a process after the stress applying film is formed in the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment. 図16(a)は、第1の従来例に係るSRAMビットセル1300のパターンを示す平面図であり、図16(b)は、第2の従来例に係るSRAMビットセル1600のパターンを示す平面図である。FIG. 16A is a plan view showing a pattern of the SRAM bit cell 1300 according to the first conventional example, and FIG. 16B is a plan view showing a pattern of the SRAM bit cell 1600 according to the second conventional example. is there.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を用いて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a)は、応力印加膜を形成する前の第1の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。また、図1(b)は、図1(a)のIb−Ib線における半導体装置の断面図である。図1(c)は、図1(a)のIc−Ic線における半導体装置の断面図であり、図1(d)は、図1(a)のId−Id線における半導体装置の断面図である。また、図2(a)〜(c)、図3(a)〜(c)、図4(a)、(b)、及び図5(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。   FIG. 1A is a plan view showing the semiconductor device according to the first embodiment before the stress application film is formed. FIG. 1B is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along line Ib-Ib in FIG. 1C is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along line Ic-Ic in FIG. 1A, and FIG. 1D is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along line Id-Id in FIG. is there. 2A to 2C, FIGS. 3A to 4C, FIGS. 4A and 4B, and FIGS. 5A and 5B are semiconductors according to this embodiment. It is sectional drawing which shows the process after forming the stress application film | membrane in the manufacturing method of an apparatus.

以下では、半導体装置のNチャネル型MISFETとPチャネル型MISFETに対して応力印加膜を適用する例を説明しているが、本実施形態の構成は、MISFETに限らず、ゲート配線を有する半導体素子に適用できる。以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。   In the following, an example in which a stress applying film is applied to an N-channel MISFET and a P-channel MISFET of a semiconductor device has been described. However, the configuration of the present embodiment is not limited to a MISFET, but a semiconductor element having a gate wiring Applicable to. Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.

まず、図1(a)〜(d)に示すように、イオン注入等により、半導体基板122のNチャネル型MISFET形成領域(第1の素子形成領域)101にP型不純物を導入してPウェル121を形成するとともに、Pチャネル型MISFET形成領域(第2の素子形成領域)102にN型不純物を導入してNウェル120を形成する。ここで、半導体基板122のうち、Nチャネル型MISFETを形成するための領域をNチャネル型MISFET形成領域101とし、Pチャネル型MISFETを形成するための領域をPチャネル型MISFET形成領域102とする。Nチャネル型MISFET形成領域101と、Pチャネル型MISFET形成領域102とは隣接している。   First, as shown in FIGS. 1A to 1D, a P-type impurity is introduced into an N-channel MISFET formation region (first element formation region) 101 of a semiconductor substrate 122 by ion implantation or the like. 121 is formed, and an N-type impurity is introduced into a P-channel MISFET formation region (second element formation region) 102 to form an N-well 120. Here, in the semiconductor substrate 122, a region for forming an N-channel MISFET is an N-channel MISFET formation region 101, and a region for forming a P-channel MISFET is a P-channel MISFET formation region 102. The N channel MISFET formation region 101 and the P channel MISFET formation region 102 are adjacent to each other.

次いで、シリコン等からなる半導体基板122の上部にShallow Trench Isolation(STI)構造等を有し、酸化シリコン等からなる素子分離領域106を形成する。これにより、Pウェル121のうちの素子分離領域106に囲まれた部分であるP型の活性領域104と、Nウェル120のうちの素子分離領域106に囲まれた部分であるN型の活性領域105とが形成される。   Next, an element isolation region 106 made of silicon oxide or the like is formed on the upper portion of the semiconductor substrate 122 made of silicon or the like, having a shallow trench isolation (STI) structure or the like. As a result, the P-type active region 104 that is a portion surrounded by the element isolation region 106 in the P well 121 and the N-type active region that is a portion surrounded by the element isolation region 106 in the N well 120. 105 is formed.

次に、公知の方法により、活性領域104、105上にシリコン酸化物等からなるゲート絶縁膜113a、113bをそれぞれ形成するとともに、ゲート絶縁膜113a(活性領域104)上から素子分離領域106をまたいでゲート絶縁膜113b(活性領域105)上に延伸し、例えば膜厚が100nmのポリシリコン膜(シリコン膜/導電膜)112を形成する。ポリシリコン膜112の幅(ゲート長)は、例えば50nmとする。   Next, gate insulating films 113a and 113b made of silicon oxide or the like are respectively formed on the active regions 104 and 105 by a known method, and the element isolation region 106 is straddled from the gate insulating film 113a (active region 104). Then, a polysilicon film (silicon film / conductive film) 112 having a thickness of, for example, 100 nm is formed on the gate insulating film 113b (active region 105). The width (gate length) of the polysilicon film 112 is, for example, 50 nm.

次に、MISFETの動作時にゲート電極の空乏化を防止するために、ポリシリコン膜112のうち、Nチャネル型MISFET形成領域101上に形成された部分にはN型不純物が注入され、Pチャネル型MISFET形成領域102上に形成された部分にはP型不純物が注入される。ここで、ゲート配線103のうちN型不純物が注入された領域とP型不純物が注入された領域との境界をドーピング境界109と称する。ドーピング境界109は、平面視において、Nチャネル型MISFET形成領域101とPチャネル型MISFET形成領域102との境界に一致させる。   Next, in order to prevent depletion of the gate electrode during the operation of the MISFET, an N-type impurity is implanted into a portion of the polysilicon film 112 formed on the N-channel type MISFET formation region 101 to form a P-channel type. P-type impurities are implanted into the portion formed on the MISFET formation region 102. Here, a boundary between the region into which the N-type impurity is implanted and the region into which the P-type impurity is implanted in the gate wiring 103 is referred to as a doping boundary 109. The doping boundary 109 coincides with the boundary between the N channel MISFET formation region 101 and the P channel MISFET formation region 102 in plan view.

次に、ポリシリコン膜112をマスクとして活性領域104に選択的にN型不純物をイオン注入することで、活性領域104のうちポリシリコン膜112の両側方に位置する領域にN型エクステンション領域135を形成する。また、ポリシリコン膜112をマスクとして活性領域105に選択的にP型不純物をイオン注入することで、活性領域105のうちポリシリコン膜112の両側方に位置する領域にP型エクステンション領域145を形成する。   Next, by selectively implanting N-type impurities into the active region 104 using the polysilicon film 112 as a mask, N-type extension regions 135 are formed in regions of the active region 104 located on both sides of the polysilicon film 112. Form. In addition, by selectively implanting P-type impurities into the active region 105 using the polysilicon film 112 as a mask, P-type extension regions 145 are formed in regions of the active region 105 located on both sides of the polysilicon film 112. To do.

続いて、ポリシリコン膜112の側面上に酸化シリコンからなるサイドウォールスペーサを形成する。このサイドウォールスペーサのうち、Nチャネル型MISFET形成領域101上に形成された部分をサイドウォールスペーサ131aとし、Pチャネル型MISFET形成領域102上に形成された部分をサイドウォールスペーサ131bと称する。   Subsequently, sidewall spacers made of silicon oxide are formed on the side surfaces of the polysilicon film 112. Of the sidewall spacers, a portion formed on the N channel MISFET formation region 101 is referred to as a sidewall spacer 131a, and a portion formed on the P channel MISFET formation region 102 is referred to as a sidewall spacer 131b.

次いで、ポリシリコン膜112及びサイドウォールスペーサ131aをマスクとして活性領域104に選択的にN型不純物をイオン注入することで、活性領域104のうちポリシリコン膜112及びサイドウォールスペーサ131aの両側方であって、N型エクステンション領域135の外側に位置する領域にN型ソース/ドレイン領域132を形成する。また、ポリシリコン膜112及びサイドウォールスペーサ131bをマスクとして活性領域105に選択的にP型不純物をイオン注入することで、活性領域105のうちポリシリコン膜112及びサイドウォールスペーサ131bの両側方であって、P型エクステンション領域145の外側に位置する領域にP型ソース/ドレイン領域142を形成する。本工程においても、ドーピング境界109が不純物導入の境界となっている。   Next, N-type impurities are selectively ion-implanted into the active region 104 using the polysilicon film 112 and the sidewall spacer 131a as a mask, so that both sides of the polysilicon film 112 and the sidewall spacer 131a in the active region 104 can be obtained. Thus, an N-type source / drain region 132 is formed in a region located outside the N-type extension region 135. Further, by selectively implanting P-type impurities into the active region 105 using the polysilicon film 112 and the sidewall spacer 131b as a mask, both sides of the polysilicon film 112 and the sidewall spacer 131b in the active region 105 can be obtained. Thus, a P-type source / drain region 142 is formed in a region located outside the P-type extension region 145. Also in this step, the doping boundary 109 serves as an impurity introduction boundary.

次に、N型ソース/ドレイン領域132の上面部、P型ソース/ドレイン領域142の上面部、及びポリシリコン膜112の上面部を選択的にシリサイド化し、シリサイド膜134、144、111を形成する。ここで、ポリシリコン膜112とその上に形成されたシリサイド膜111とを合わせたものがゲート配線103となる。   Next, the upper surface portion of the N-type source / drain region 132, the upper surface portion of the P-type source / drain region 142, and the upper surface portion of the polysilicon film 112 are selectively silicided to form silicide films 134, 144, and 111. . Here, the gate wiring 103 is a combination of the polysilicon film 112 and the silicide film 111 formed thereon.

以上の工程により、活性領域104上にはNチャネル型MISFETが形成され、活性領域105上にはPチャネル型MISFETが形成される。なお、活性領域104のうち2つのN型ソース/ドレイン領域132の間であって、ゲート配線103の直下に位置する領域は、Nチャネル型MISFETのチャネル領域80となっており、活性領域105のうち2つのP型ソース/ドレイン領域142の間であって、ゲート配線103の直下に位置する領域は、Pチャネル型MISFETのチャネル領域90となっている。   Through the above steps, an N channel MISFET is formed on the active region 104 and a P channel MISFET is formed on the active region 105. Note that a region located between the two N-type source / drain regions 132 in the active region 104 and immediately below the gate wiring 103 is a channel region 80 of the N-channel MISFET. Of these, the region located between the two P-type source / drain regions 142 and immediately below the gate wiring 103 is the channel region 90 of the P-channel MISFET.

また、上述のシリサイド形成工程においては、ポリシリコン膜112の上面部を一部シリサイド化しているが、ポリシリコン膜112の上面部以外や、ポリシリコン膜112の全体をシリサイド化してもよい。   In the above-described silicide formation step, the upper surface portion of the polysilicon film 112 is partially silicided. However, the entire polysilicon film 112 other than the upper surface portion of the polysilicon film 112 may be silicided.

次に、応力印加膜を形成する工程を説明する。   Next, a process for forming the stress application film will be described.

まず、図2(a)に示すように、半導体基板122上の全面に例えばシリコン窒化物からなる引張り応力膜151を、50nm程度の厚さで形成する。引張り応力膜151を形成する方法としては、例えばシリコン窒化膜を熱化学気相成長法(Thermal Chemical Vapor Deposition;熱CVD法)で形成する方法が用いられる。また、別の方法としては、Low Pressure CVD(LPCVD)法によりシリコン窒化膜を形成する方法があり、さらにPlasma Enhanced CVD(PECVD)法によりシリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成した後にアニーリングを行う方法や、引張り応力を印加するシリコン酸化膜を引張り応力膜として形成する方法もある。なお、本工程で形成される引張り応力膜151は、応力印加膜であり、これと接触する部材に対して引張り応力を印加する膜である。   First, as shown in FIG. 2A, a tensile stress film 151 made of, for example, silicon nitride is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 122 with a thickness of about 50 nm. As a method of forming the tensile stress film 151, for example, a method of forming a silicon nitride film by a thermal chemical vapor deposition (thermal CVD method) is used. As another method, there is a method of forming a silicon nitride film by a Low Pressure CVD (LPCVD) method, and further annealing is performed after a silicon oxynitride film (SiON film) is formed by a Plasma Enhanced CVD (PECVD) method. There are also a method and a method of forming a silicon oxide film to which a tensile stress is applied as a tensile stress film. Note that the tensile stress film 151 formed in this step is a stress application film, and is a film that applies a tensile stress to a member in contact therewith.

次に、フォトレジスト152を引張り応力膜151のうちNチャネル型MISFET形成領域101上に形成された部分を覆うように形成する。ここで、フォトレジスト152は、ゲート配線103におけるドーピング境界109から平面距離にして所定の距離(例えば0.1μm程度)だけPチャネル型MISFET形成領域102側に入った領域上まで形成される。ドーピング境界109の位置は、平面視において、Nチャネル型MISFET形成領域101とPチャネル型MISFET形成領域102との境界位置と重なる。   Next, a photoresist 152 is formed so as to cover a portion of the tensile stress film 151 formed on the N channel MISFET formation region 101. Here, the photoresist 152 is formed up to a region on the P-channel MISFET formation region 102 side by a predetermined distance (for example, about 0.1 μm) as a planar distance from the doping boundary 109 in the gate wiring 103. The position of the doping boundary 109 overlaps with the boundary position between the N channel MISFET formation region 101 and the P channel MISFET formation region 102 in plan view.

次に、図2(b)に示すように、フォトレジスト152をマスクとして公知の選択的エッチング技術を用いて引張り応力膜151をパターニングし、Nチャネル型MISFET形成領域101を覆う引張り応力膜151aを形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, the tensile stress film 151 is patterned by using a known selective etching technique using the photoresist 152 as a mask, and the tensile stress film 151a covering the N-channel MISFET formation region 101 is formed. Form.

次に、図2(c)に示すように、フォトレジスト152の表面部分をアッシングすることによりフォトレジスト152を後退させ、フォトレジスト152よりもサイズが小さいフォトレジスト152aを形成する。本工程により、フォトレジスト152aのゲート幅方向(ゲート配線103の延伸方向に平行な方向)の端部位置はドーピング境界109よりもNチャネル型MISFET形成領域101側に入り込むこととなる。このため、フォトレジスト152に覆われていた引張り応力膜151aにおける周辺部分は、フォトレジスト152aから露出することとなる。なお、フォトレジスト152のゲート幅方向の後退量(縮小幅)はアッシング条件の変更により容易に調節できる。   Next, as shown in FIG. 2C, the surface portion of the photoresist 152 is ashed to retract the photoresist 152, thereby forming a photoresist 152 a having a smaller size than the photoresist 152. With this step, the end position of the photoresist 152a in the gate width direction (the direction parallel to the extending direction of the gate wiring 103) enters the N channel MISFET formation region 101 side from the doping boundary 109. For this reason, the peripheral portion of the tensile stress film 151a covered with the photoresist 152 is exposed from the photoresist 152a. Note that the retraction amount (reduction width) of the photoresist 152 in the gate width direction can be easily adjusted by changing the ashing conditions.

次に、図3(a)に示すように、フォトレジスト152aをマスクとして、公知の選択的エッチング技術を用いて、図2(c)に示す工程で一部露出させた引張り応力膜151aを膜厚方向に一部のみエッチングし、露出部分の膜厚を薄くする。ここで、図3(a)では、引張り応力膜151のうち薄膜化された部分を引張り応力膜151bとして示し、フォトレジスト152aに覆われた残りの部分を引張り応力膜151aとして示す。   Next, as shown in FIG. 3A, the tensile stress film 151a partially exposed in the process shown in FIG. 2C is formed by using a known selective etching technique using the photoresist 152a as a mask. Only part of the film is etched in the thickness direction to reduce the film thickness of the exposed part. Here, in FIG. 3A, the thinned portion of the tensile stress film 151 is shown as a tensile stress film 151b, and the remaining portion covered with the photoresist 152a is shown as a tensile stress film 151a.

このように、引張り応力膜151bは、フォトレジスト152の後退(縮小)による自己整合技術により形成されるので、後退量(縮小幅)を精度良くコントロール可能であり、さらに加工のための追加工程数も少なくなるため、後述の応力緩和領域を低コストで形成することができる。   As described above, since the tensile stress film 151b is formed by the self-alignment technique by the retraction (reduction) of the photoresist 152, the retraction amount (reduction width) can be accurately controlled, and the number of additional steps for processing is further increased. Therefore, a stress relaxation region described later can be formed at a low cost.

引張り応力膜151aにより、活性領域104の上面近傍には引張り応力が加えられる。この引張り応力に応じてゲート配線103下のチャネル領域80に引張り歪みが生じ、この引張り歪みによってNチャネル型MISFETのチャネル領域での電子の移動度が向上する。また、ゲート配線103のうち引張り応力膜151a、151bに覆われた部分にも引張り応力が加えられることになる。   A tensile stress is applied in the vicinity of the upper surface of the active region 104 by the tensile stress film 151a. In accordance with the tensile stress, tensile strain is generated in the channel region 80 under the gate wiring 103, and the mobility of electrons in the channel region of the N-channel type MISFET is improved by the tensile strain. Further, tensile stress is also applied to portions of the gate wiring 103 covered with the tensile stress films 151a and 151b.

ここで、図9は、応力印加膜の膜厚と、ゲート配線内部に生じる応力との関係の一例を示す図である。同図に示すように、一般に、応力印加膜がその下部構造に応力を及ぼす場合、下部構造内部に発生する応力は応力印加膜の膜厚の増加に応じて増加するが、応力印加膜の膜厚の増加に対して飽和していく傾向にある。本実施形態に係る製造方法では、引張り応力膜151bに覆われたゲート配線103内部の応力を、引張り応力膜151aに覆われたゲート配線103内部の応力の約半分に緩和するために、引張り応力膜151bの厚さを30nmとなるように加工する。また、応力緩和をより効果的に行うため、フォトレジスト152からフォトレジスト152aへのレジスト後退量を、例えばゲート配線103の幅(すなわちゲート長)50nmの1〜2倍程度とすることが好ましい。   Here, FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the relationship between the thickness of the stress application film and the stress generated in the gate wiring. As shown in the figure, generally, when the stress application film exerts stress on the lower structure, the stress generated in the lower structure increases as the thickness of the stress application film increases. It tends to saturate as the thickness increases. In the manufacturing method according to the present embodiment, the stress in the gate wiring 103 covered with the tensile stress film 151b is relaxed to about half of the stress in the gate wiring 103 covered with the tensile stress film 151a. The film 151b is processed to have a thickness of 30 nm. In order to more effectively relieve stress, it is preferable that the resist receding amount from the photoresist 152 to the photoresist 152a is, for example, about 1 to 2 times the width (ie, gate length) 50 nm of the gate wiring 103.

次に、図3(b)に示すように、フォトレジスト152aを除去した後、例えば酸化シリコンからなるエッチングストップ膜153を半導体基板122上の全面に形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, after removing the photoresist 152 a, an etching stop film 153 made of, for example, silicon oxide is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 122.

続いて、図3(c)に示すように、圧縮応力膜155を例えば50nmの厚さで半導体基板122上の全面に形成後、フォトレジスト156をPチャネル型MISFET形成領域102を覆うように形成する。フォトレジスト156は、ドーピング境界109から所定の距離(例えば0.1μm程度)だけNチャネル型MISFET形成領域101側に入った領域上まで形成される。本工程で形成される圧縮応力膜155は、応力印加膜であり、これと接触する部材に対して圧縮応力を印加する膜である。   Subsequently, as shown in FIG. 3C, a compressive stress film 155 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 122 with a thickness of 50 nm, for example, and then a photoresist 156 is formed so as to cover the P-channel type MISFET formation region 102. To do. The photoresist 156 is formed up to a region entering the N channel MISFET formation region 101 side by a predetermined distance (for example, about 0.1 μm) from the doping boundary 109. The compressive stress film 155 formed in this step is a stress applying film, and is a film that applies compressive stress to a member in contact therewith.

なお、圧縮応力膜155として、例えばPECVD法により形成されたシリコン窒化膜や、200〜400℃程度の低温で形成されたシリコン窒化膜、又は圧縮応力を有するシリコン酸化膜などを用いてもよい。本実施形態では、シリコン窒化膜を用いた例を説明する。   As the compressive stress film 155, for example, a silicon nitride film formed by PECVD, a silicon nitride film formed at a low temperature of about 200 to 400 ° C., or a silicon oxide film having a compressive stress may be used. In this embodiment, an example using a silicon nitride film will be described.

次に、図4(a)に示すように、フォトレジスト156をマスクとして、エッチングストップ膜153に対して十分な選択比を持った公知の選択的エッチング技術を使用して、Nチャネル型MISFET形成領域101上の圧縮応力膜155を選択的に除去し、圧縮応力膜155aをPチャネル型MISFET形成領域102上に形成する。このとき、圧縮応力膜155aの一部は引張り応力膜151bに乗り上げた形とする。   Next, as shown in FIG. 4A, an N channel MISFET is formed by using a known selective etching technique having a sufficient selection ratio with respect to the etching stop film 153 using the photoresist 156 as a mask. The compressive stress film 155 on the region 101 is selectively removed, and a compressive stress film 155a is formed on the P-channel type MISFET formation region 102. At this time, it is assumed that a part of the compressive stress film 155a rides on the tensile stress film 151b.

次に、図4(b)に示すように、フォトレジスト156の表面部分をアッシングすることによりフォトレジスト156を後退させ、フォトレジスト156よりもサイズが小さいフォトレジスト156aを形成する。本工程により、フォトレジスト156aのゲート幅方向の端部位置はドーピング境界109よりもPチャネル型MISFET形成領域102側に入ることとなる。このため、フォトレジスト156に覆われていた圧縮応力膜155aにおける周辺部分は、フォトレジスト156aから露出することとなる。なお、フォトレジスト156のゲート幅方向の後退量(縮小幅)はゲート配線幅の1〜3倍程度とすることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 4B, the photoresist 156 is retracted by ashing the surface portion of the photoresist 156, and a photoresist 156a having a size smaller than that of the photoresist 156 is formed. By this step, the end position of the photoresist 156a in the gate width direction enters the P channel MISFET formation region 102 side from the doping boundary 109. For this reason, the peripheral portion of the compressive stress film 155a covered with the photoresist 156 is exposed from the photoresist 156a. The receding amount (reduction width) of the photoresist 156 in the gate width direction is preferably about 1 to 3 times the gate wiring width.

次に、図5(a)に示すように、フォトレジスト156aをマスクとして、公知の選択的エッチング技術を用いて、図4(b)に示す工程で一部露出させた圧縮応力膜155aを膜厚方向に一部のみエッチングし、露出部分の膜厚を薄くする。ここで、図5(a)では、圧縮応力膜155のうち薄膜化された部分を圧縮応力膜155bとして示し、フォトレジスト156aに覆われた残りの部分を圧縮応力膜155aとして示す。圧縮応力膜155bの厚さは例えば30nmとし、圧縮応力膜155bに覆われるゲート配線103内部の応力を、圧縮応力膜155aに覆われたゲート配線103内部の応力の約半分となるよう調整する。   Next, as shown in FIG. 5A, using the photoresist 156a as a mask, the compression stress film 155a partially exposed in the step shown in FIG. 4B is formed using a known selective etching technique. Only part of the film is etched in the thickness direction to reduce the film thickness of the exposed part. Here, in FIG. 5A, the thinned portion of the compressive stress film 155 is shown as a compressive stress film 155b, and the remaining portion covered with the photoresist 156a is shown as a compressive stress film 155a. The thickness of the compressive stress film 155b is, for example, 30 nm, and the stress inside the gate wiring 103 covered with the compressive stress film 155b is adjusted to be about half of the stress inside the gate wiring 103 covered with the compressive stress film 155a.

このように、圧縮応力膜155aにより、活性領域105の上面近傍には圧縮応力が加えられる。この圧縮応力に応じてチャネル領域90に圧縮歪みが生じ、この圧縮歪みによってPチャネル型MISFETのチャネル領域90での正孔の移動度が向上する。また、ゲート配線103のうち圧縮応力膜155a、155bに覆われた部分にも圧縮応力が加えられることになる。   Thus, compressive stress is applied to the vicinity of the upper surface of the active region 105 by the compressive stress film 155a. The compressive stress causes compressive strain in the channel region 90, and the compressive strain improves the hole mobility in the channel region 90 of the P-channel type MISFET. Further, compressive stress is also applied to portions of the gate wiring 103 covered with the compressive stress films 155a and 155b.

次に、図5(b)に示すように、フォトレジスト156aを除去し、半導体基板122上の全面にシリコン酸化物又はシリコン酸窒化物からなるパッシベーション膜250を形成した後、マスク260を用いてパッシベーション膜250を部分的にエッチングし、ゲート配線103のシリサイド膜111ならびにP型ソース/ドレイン領域上のシリサイド膜及びN型ソース/ドレイン領域上のシリサイド膜に達するコンタクトホール252を形成する。コンタクトホール252の形成位置は、引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bとが重なった位置に限られない。次に、マスク260を除去してから、公知の方法によりコンタクトホール252を埋めるコンタクトプラグの形成や配線の形成等を行う。以上の工程により、本実施形態の半導体装置が作製できる。   Next, as shown in FIG. 5B, the photoresist 156a is removed, a passivation film 250 made of silicon oxide or silicon oxynitride is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 122, and then a mask 260 is used. The passivation film 250 is partially etched to form contact holes 252 that reach the silicide film 111 of the gate wiring 103 and the silicide film on the P-type source / drain region and the silicide film on the N-type source / drain region. The position where the contact hole 252 is formed is not limited to the position where the tensile stress film 151b and the compressive stress film 155b overlap. Next, after removing the mask 260, a contact plug for filling the contact hole 252 or a wiring is formed by a known method. Through the above steps, the semiconductor device of this embodiment can be manufactured.

本実施形態の製造方法では、図5(a)に示すように、薄膜化された引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bとは互いに重なり合うように形成されている。このような形状にすることにより、両応力印加膜が重なる領域下に加わる応力が緩和される効果に加え、以下二点の効果がある。図6(a)、(b)は、参考例に係る半導体装置を示す断面図であり、上記形状の効果を説明するための図である。   In the manufacturing method of this embodiment, as shown in FIG. 5A, the thinned tensile stress film 151b and the compressive stress film 155b are formed so as to overlap each other. By adopting such a shape, in addition to the effect of relieving the stress applied under the region where the two stress applying films overlap, there are the following two effects. FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views showing a semiconductor device according to a reference example, and are diagrams for explaining the effect of the above shape.

まず、一つ目の効果は、ゲート配線103上部のシリサイド膜111の加工ダメージの軽減である。   First, the first effect is reduction of processing damage to the silicide film 111 on the gate wiring 103.

もし、図6(a)に示す参考例に係る半導体装置のように、引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155とが重ならず、両者が間隔を開けて設けられている場合、引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155との間に位置するポリシリコン膜112上のシリサイド膜111は、引張り応力膜151のパターン加工時のエッチングダメージと、圧縮応力膜155のパターン加工時のエッチングダメージとを重複して受ける。さらに、この参考例では、引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155との間に位置するシリサイド膜111は層間絶縁膜又はパッシベーション膜を形成するまで露出した状態となるため、その後に洗浄工程を行う場合には洗浄液に晒されてしまう。そのため、シリサイド膜111が浸食などを受け、当該浸食部分で断線しやすくなるという不具合が発生する。しかしながら、本実施形態の半導体装置のように、引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bとが重なり合う構造とすることにより上記不具合の発生を回避することができる。   If the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155 do not overlap with each other and are spaced from each other as in the semiconductor device according to the reference example shown in FIG. 6A, the tensile stress film 1151 is provided. And the compressive stress film 1155 on the polysilicon film 112 overlap the etching damage at the time of pattern processing of the tensile stress film 151 and the etching damage at the time of pattern processing of the compressive stress film 155. Receive. Further, in this reference example, since the silicide film 111 located between the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155 is exposed until the interlayer insulating film or the passivation film is formed, a cleaning process is performed thereafter. Will be exposed to the cleaning solution. For this reason, the silicide film 111 is subjected to erosion and the like, and a problem that the erosion part easily breaks occurs. However, the occurrence of the above-described problem can be avoided by adopting a structure in which the tensile stress film 151b and the compressive stress film 155b overlap as in the semiconductor device of the present embodiment.

二つ目の効果は、薄膜化された引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bとを互いに重なり合うように形成することにより、引張り応力膜151と圧縮応力膜155bとが互いに重なった領域で、両応力印加膜を薄膜化しないで重ねた場合と比べて応力印加膜の膜厚の合計を低減させることができることである。すなわち、図5(a)に示す本実施形態の半導体装置において、引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bとが重なった部分の応力印加膜の合計膜厚は、図6(b)に示す参考例に係る半導体装置において、引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155とが重なった部分の応力印加膜の合計膜厚の例えば半分程度になっている。   The second effect is that by forming the thinned tensile stress film 151b and the compressive stress film 155b so as to overlap each other, both stresses are applied in the region where the tensile stress film 151 and the compressive stress film 155b overlap each other. The total thickness of the stress application film can be reduced as compared with the case where the application films are stacked without being thinned. That is, in the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 5A, the total thickness of the stress application films where the tensile stress film 151b and the compressive stress film 155b overlap is the reference example shown in FIG. In the semiconductor device according to the above, the total thickness of the stress application films in the portion where the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155 overlap is, for example, about half.

また、応力印加膜の形成後、図5(b)に示すコンタクトホール252の形成工程では、公知のリソグラフィー技術とドライエッチング技術を使用して、まずパッシベーション膜250のみをエッチングする。この際使用するドライエッチングは、パッシベーション膜250の下にある引張り応力膜151a、151b及び圧縮応力膜155a、155bに対して十分な選択比を持った条件で行われるので、引張り応力膜151a、151b及び圧縮応力膜155a、155bをエッチングストッパーとして用いることができる。従って、適切なオーバーエッチング条件を設定することで、たとえ半導体基板122上でパッシベーション膜250の厚みが場所ごとに異なっても、パッシベーション膜250のエッチング残りを生じることなくエッチングすることができる。その次に、下地の引張り応力膜151a、151b及び圧縮応力膜155a、155bをエッチングして、コンタクトホール252を半導体基板122上面又はゲート配線103上面まで開口する。   In addition, after the stress application film is formed, in the formation process of the contact hole 252 shown in FIG. 5B, only the passivation film 250 is first etched using a known lithography technique and dry etching technique. The dry etching used at this time is performed under a condition having a sufficient selection ratio with respect to the tensile stress films 151a and 151b and the compressive stress films 155a and 155b under the passivation film 250. Therefore, the tensile stress films 151a and 151b are used. The compressive stress films 155a and 155b can be used as etching stoppers. Therefore, by setting appropriate over-etching conditions, even if the thickness of the passivation film 250 on the semiconductor substrate 122 varies from place to place, etching can be performed without causing an etching residue of the passivation film 250. Next, the underlying tensile stress films 151 a and 151 b and the compressive stress films 155 a and 155 b are etched to open the contact hole 252 to the upper surface of the semiconductor substrate 122 or the upper surface of the gate wiring 103.

しかしながら、図6(a)に示す参考例のように、半導体基板122及びゲート配線103でパッシベーション膜のエッチング時に引張り応力膜1151又は圧縮応力膜1155に覆われていない部分があると、パッシベーション膜のエッチング時にその部分でエッチングをストップできない。そのため、オーバーエッチングをする際に、半導体基板122やゲート配線103をエッチングしてしまう。従って、図6(a)に示す参考例に係る半導体装置では、引張り応力膜1151又は圧縮応力膜1155に覆われていない部分にはコンタクトホールを配置することができず、回路レイアウトが制約を受ける。その結果、チップサイズが大きくなり、半導体装置のコスト上昇を招いてしまう。   However, as in the reference example shown in FIG. 6A, if there is a portion of the semiconductor substrate 122 and the gate wiring 103 that is not covered with the tensile stress film 1151 or the compressive stress film 1155 when the passivation film is etched, Etching cannot be stopped at that portion during etching. Therefore, when overetching, the semiconductor substrate 122 and the gate wiring 103 are etched. Therefore, in the semiconductor device according to the reference example shown in FIG. 6A, a contact hole cannot be arranged in a portion not covered with the tensile stress film 1151 or the compressive stress film 1155, and the circuit layout is restricted. . As a result, the chip size increases and the cost of the semiconductor device increases.

これに対し、図6(b)に示す参考例では、DSL技術を適用した半導体装置において、エッチングストッパーとして用いられる引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155とが、その端部において互いに重なり合うように形成されることで、オーバーエッチングの際にゲート配線等にダメージが生じるのを防いでいる。しかし、引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155とが重なり合った部分では、エッチングストッパーの厚みが他の部分よりも厚くなるので、この場所にコンタクトホールを配置した場合、マスク1200を用いたパッシベーション膜1250のエッチング完了後に引張り応力膜1151及び圧縮応力膜1155をエッチングする際にエッチングが不十分となる。そのため、図6(b)に示す参考例に係る半導体装置においても引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155とが重なった領域では良好なコンタクトホールを形成できず、回路レイアウトが制約を受ける。   On the other hand, in the reference example shown in FIG. 6B, in the semiconductor device to which the DSL technology is applied, the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155 used as an etching stopper are formed so as to overlap each other at the end portions. This prevents damage to the gate wiring and the like during overetching. However, in the portion where the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155 overlap with each other, the thickness of the etching stopper becomes thicker than the other portions. Therefore, when a contact hole is arranged in this place, the passivation film 1250 using the mask 1200 is used. When the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155 are etched after the etching is completed, the etching becomes insufficient. Therefore, even in the semiconductor device according to the reference example shown in FIG. 6B, a good contact hole cannot be formed in the region where the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155 overlap with each other, and the circuit layout is restricted.

これに対し、本実施形態に係る半導体装置においては、図5(b)に示すように、薄膜化した引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bとを互いに重なり合うように形成しているので、エッチングストッパーとして機能する膜の厚みを薄膜化されない引張り応力膜151aや圧縮応力膜155a単層の場合とほぼ同じ厚みとすることができる。従って、引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bとが重ね合わされた領域にコンタクトホール252を配置しても、エッチングストッパーとして機能する引張り応力膜151b及び圧縮応力膜155bのエッチング時にエッチング不足が生じることがなく、良好なコンタクトホール252を形成することができる。   On the other hand, in the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 5B, the thinned tensile stress film 151b and the compressive stress film 155b are formed so as to overlap each other. The thickness of the functioning film can be made substantially the same as that of the single layer of the tensile stress film 151a or the compressive stress film 155a that is not thinned. Therefore, even if the contact hole 252 is disposed in the region where the tensile stress film 151b and the compressive stress film 155b are overlapped, insufficient etching may occur when the tensile stress film 151b and the compressive stress film 155b functioning as an etching stopper are etched. Therefore, a good contact hole 252 can be formed.

上記二つの効果により、本実施形態に係る半導体装置のように、引張り応力膜の周辺部と圧縮応力膜の周辺部とを、それぞれ薄膜化した状態で重ね合わせることにより、ゲート配線上のシリサイド膜にダメージが生じるのを回避できるとともに、コンタクトホールを引張り応力膜と圧縮応力膜の重ねあわせ領域にも配置することができるようになる。   Due to the above two effects, as in the semiconductor device according to the present embodiment, the peripheral portion of the tensile stress film and the peripheral portion of the compressive stress film are overlapped in a thinned state, thereby forming a silicide film on the gate wiring. Damage can be avoided, and the contact hole can also be arranged in the overlap region of the tensile stress film and the compressive stress film.

図7は、以上の工程を経て得られる本実施形態の半導体装置を示す断面図であり、図8は、本実施形態の半導体装置を示す平面図である。なお図7、図8は、図5(b)に示す半導体装置からフォトレジスト156aを除去した状態を示している。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of this embodiment obtained through the above steps, and FIG. 8 is a plan view showing the semiconductor device of this embodiment. 7 and 8 show a state in which the photoresist 156a is removed from the semiconductor device shown in FIG. 5B.

以下、図7を用いて、本実施形態に係る半導体装置において、応力緩和領域がいかに形成されているかを説明する。   Hereinafter, how the stress relaxation region is formed in the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図7に示すように、本実施形態の半導体装置においては、Nチャネル型MISFET形成領域101とPチャネル型MISFET形成領域102との境界近傍に、薄膜化された引張り応力膜151bと薄膜化された圧縮応力膜155bとが重なる領域161が存在する。この領域161のゲート幅方向の両側には、半導体基板122及びゲート配線103が引張り応力膜151bのみに覆われている領域162と、半導体基板122及びゲート配線103が圧縮応力膜155bのみに覆われている領域163とが形成されている。   As shown in FIG. 7, in the semiconductor device of this embodiment, the thinned tensile stress film 151b is thinned near the boundary between the N-channel MISFET formation region 101 and the P-channel MISFET formation region 102. There is a region 161 where the compressive stress film 155b overlaps. On both sides of the region 161 in the gate width direction, the region 162 where the semiconductor substrate 122 and the gate wiring 103 are covered only with the tensile stress film 151b, and the semiconductor substrate 122 and the gate wiring 103 are covered only with the compressive stress film 155b. Region 163 is formed.

まず、領域162内では、膜厚の小さい引張り応力膜151bのみがゲート配線103を覆っているので、ゲート配線103内部に発生する応力は、引張り応力膜151aに覆われている領域164内でゲート配線103内部に発生する応力と同じ方向の応力であり、且つ約半分の大きさとなっている。すなわち、ゲート配線103の領域162が有する引張り応力は、領域164が有する引張り応力の約半分である。   First, in the region 162, only the tensile stress film 151b having a small thickness covers the gate wiring 103, so that the stress generated inside the gate wiring 103 is gated in the region 164 covered by the tensile stress film 151a. The stress is in the same direction as the stress generated in the wiring 103 and is about half the magnitude. That is, the tensile stress that the region 162 of the gate wiring 103 has is about half of the tensile stress that the region 164 has.

次に、領域161内では、ゲート配線103が引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bの両方に覆われているため、応力がほぼキャンセルしあい、ゲート配線103内部の応力はほぼ0となる。   Next, in the region 161, since the gate wiring 103 is covered with both the tensile stress film 151b and the compressive stress film 155b, the stress is almost canceled and the stress inside the gate wiring 103 becomes almost zero.

そして、領域163内では、ゲート配線103は圧縮応力膜155bにのみ覆われているので、ゲート配線103内部に発生する応力は、圧縮応力膜155aに覆われている領域165の約半分となる。言い換えれば、領域163が有する圧縮応力は、領域165の有する圧縮応力の約半分である。   In the region 163, since the gate wiring 103 is covered only by the compressive stress film 155b, the stress generated inside the gate wiring 103 is about half that of the region 165 covered by the compressive stress film 155a. In other words, the compressive stress that the region 163 has is about half of the compressive stress that the region 165 has.

このように、ゲート配線103内では、引張り応力方向を+と定義した場合、領域164、162、161、163、165での応力比は概ね1:0.5:0:−0.5:−1となり、応力が領域162、161、及び163の三段階で緩和されていることが分かる。すなわち、それぞれ応力が緩和されている領域162と、領域161と、領域163とを合わせた領域160を応力緩和領域とみなすことができる。   As described above, in the gate wiring 103, when the tensile stress direction is defined as +, the stress ratio in the regions 164, 162, 161, 163, 165 is approximately 1: 0.5: 0: -0.5:-. It can be seen that the stress is relaxed in three stages of regions 162, 161, and 163. That is, the region 160 where the region 162 where the stress is alleviated, the region 161, and the region 163 are combined can be regarded as the stress relaxation region.

また、ゲート配線103におけるドーピング境界109は、必ずしも応力緩和領域である領域160内にある必要はないが、領域160内にあればより好ましい。さらに、ゲート配線103におけるドーピング境界109が、ゲート配線103内の応力がほぼ0となっている領域161内にあれば特に好ましい。これは、ドーピング境界109においては、ポリシリコン膜112の膜質と、ポリシリコン膜112上に形成されたシリサイド膜111の膜質が不連続に変化するため、この部分でゲート配線103が断線する危険性が最も高くなるからである。よって、ドーピング境界109を最もストレスの低い領域161内に置くことにより、ゲート配線103の断線を最も効果的に防止することができる。   Further, the doping boundary 109 in the gate wiring 103 is not necessarily in the region 160 which is a stress relaxation region, but it is more preferable if it is in the region 160. Further, it is particularly preferable that the doping boundary 109 in the gate wiring 103 is in the region 161 where the stress in the gate wiring 103 is almost zero. This is because the film quality of the polysilicon film 112 and the film quality of the silicide film 111 formed on the polysilicon film 112 change discontinuously at the doping boundary 109, and there is a risk that the gate wiring 103 is disconnected at this portion. Is the highest. Therefore, by placing the doping boundary 109 in the region 161 with the lowest stress, the disconnection of the gate wiring 103 can be most effectively prevented.

なお、図6(b)に示すように、引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155とを部分的に薄膜化せずに各端部を重ね合わせた場合、その重なり領域ではゲート配線103に加わる応力を相殺してゲート配線103内の応力をほぼゼロにしうる。しかし、上述したように応力印加膜を薄膜化せず重ね合わせると、重ね合わせ部分ではコンタクトホールが良好に形成できなくなる。さらにこの場合、ゲート配線103内部での応力比は、重なり領域でのみ応力をほぼキャンセルできるだけなので、引張り応力膜1151のみが設けられた領域、応力印加膜が重ね合わされた領域、及び圧縮応力膜1155のみが設けられた領域でそれぞれゲート配線103内での応力比は1:0:−1となる。従って、各領域での応力変化が十分に小さくなっていない。   As shown in FIG. 6B, when the ends are overlapped without partially reducing the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155, the stress applied to the gate wiring 103 in the overlap region. And the stress in the gate wiring 103 can be made substantially zero. However, as described above, if the stress application films are overlapped without being thinned, contact holes cannot be formed satisfactorily in the overlapped portion. Further, in this case, since the stress ratio in the gate wiring 103 can almost cancel the stress only in the overlapping region, the region where only the tensile stress film 1151 is provided, the region where the stress application film is overlapped, and the compressive stress film 1155. The stress ratio in the gate wiring 103 is 1: 0: −1 in the region where only the gate electrode is provided. Therefore, the stress change in each region is not sufficiently small.

また、図6(a)に示す参考例のように、引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155とを間隔を空けて配置しても、引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155との間に位置する領域下のゲート配線103内の応力はほぼ0とすることができるため、応力緩和としての効果はある。しかしながら、上述したように引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155とを間隔を空けて配置すると、引張り応力膜1151と圧縮応力膜1155との間に位置する領域下では、コンタクトホール形成時に応力印加膜によるエッチングストップができない上、ポリシリコン膜112上のシリサイド膜111が後工程で露出されたままとなることでダメージを受けるおそれがある。さらにこの場合、空隙部分で応力を0にすることができるだけなので、引張り応力膜1151のみが設けられた領域、応力印加膜が重ね合わされた領域、及び圧縮応力膜1155のみが設けられた領域において、ゲート配線103内部の応力比は1:0:−1となる。従って、各領域の境界で応力変化を十分に小さくすることができない。   Further, as in the reference example shown in FIG. 6A, even if the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155 are arranged with a space therebetween, they are positioned between the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155. Since the stress in the gate wiring 103 under the region can be substantially zero, there is an effect as stress relaxation. However, if the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155 are arranged with a space therebetween as described above, the stress application film is formed when the contact hole is formed under the region located between the tensile stress film 1151 and the compressive stress film 1155. Etching cannot be stopped by the above process, and the silicide film 111 on the polysilicon film 112 may be exposed in a subsequent process, and thus may be damaged. Further, in this case, since the stress can only be reduced to 0 in the void portion, in the region where only the tensile stress film 1151 is provided, the region where the stress application film is overlapped, and the region where only the compressive stress film 1155 is provided, The stress ratio inside the gate wiring 103 is 1: 0: -1. Therefore, the stress change cannot be sufficiently reduced at the boundary between the regions.

以上のように本実施形態に係る方法によれば、二種類の応力印加膜を自己整合技術によってそれぞれ一部薄膜化することにより、ゲート配線103内部に発生する応力を三段階で緩和する応力緩和領域を形成できるので、ゲート配線103の断線を効果的に防止でき、低コストで高歩留り、且つ信頼性の高い半導体装置を提供することができる。   As described above, according to the method according to the present embodiment, the two types of stress application films are partially thinned by the self-alignment technique, thereby reducing the stress generated in the gate wiring 103 in three stages. Since the region can be formed, disconnection of the gate wiring 103 can be effectively prevented, and a semiconductor device with high yield and high reliability can be provided at low cost.

なお、応力緩和領域である領域160には、素子分離領域106が設けられており、Nチャネル型MISFETのチャネル領域80及びPチャネル型MISFETのチャネル領域90の両方から十分に離れているので、引張り応力膜151aによるNチャネル型MISFETにおけるキャリア移動度の向上効果、及び圧縮応力膜155aによるPチャネル型MISFETにおけるキャリア移動度の向上効果は応力緩和領域を形成しない場合と同等である。   In the region 160 which is a stress relaxation region, an element isolation region 106 is provided and is sufficiently separated from both the channel region 80 of the N-channel MISFET and the channel region 90 of the P-channel MISFET. The effect of improving the carrier mobility in the N-channel type MISFET by the stress film 151a and the effect of improving the carrier mobility in the P-channel type MISFET by the compressive stress film 155a are the same as when the stress relaxation region is not formed.

なお、本実施形態では、引張り応力膜151を圧縮応力膜155の前に形成したが、この順番は逆でも同等の効果を得ることができる。   In this embodiment, the tensile stress film 151 is formed in front of the compressive stress film 155, but the same effect can be obtained even if this order is reversed.

以上の方法によって製造される本実施形態の半導体装置は、Nチャネル型MISFET形成領域101とPチャネル型MISFET形成領域102とが互いに隣接して形成された半導体基板122と、半導体基板122の上部に形成された素子分離領域106と、半導体基板122のNチャネル型MISFET形成領域101内に形成されたPウェル121と、半導体基板122のPチャネル型MISFET形成領域102内に形成されたNウェル120と、Nウェル120の上部であって素子分離領域106に囲まれた領域に形成されたP型の活性領域104と、半導体基板122(Pチャネル型MISFET形成領域102)の上部であって素子分離領域106に囲まれるとともに、素子分離領域106を間に挟んで活性領域104に隣接する領域に形成されたN型の活性領域105と、活性領域104上に形成されたゲート絶縁膜113aと、活性領域105上に形成されたゲート絶縁膜113bと、少なくともゲート絶縁膜113a上から素子分離領域106上を越えてゲート絶縁膜113b上にまで延伸するゲート配線103と、ゲート配線103の側面上に形成されたサイドウォールスペーサとを備えている。活性領域104のうちゲート配線103の両側方に位置する領域にはN型ソース/ドレイン領域(図示せず)が形成されており、活性領域105のうちゲート配線103の両側方に位置する領域にはP型ソース/ドレイン領域が形成されている。   The semiconductor device of this embodiment manufactured by the above method includes a semiconductor substrate 122 in which an N-channel MISFET formation region 101 and a P-channel MISFET formation region 102 are formed adjacent to each other, and an upper portion of the semiconductor substrate 122. The formed element isolation region 106, a P well 121 formed in the N channel MISFET formation region 101 of the semiconductor substrate 122, and an N well 120 formed in the P channel MISFET formation region 102 of the semiconductor substrate 122 The P-type active region 104 formed in the region surrounded by the element isolation region 106 above the N well 120 and the element isolation region above the semiconductor substrate 122 (P-channel MISFET formation region 102). 106 and adjacent to the active region 104 with the element isolation region 106 interposed therebetween. An N-type active region 105 formed in the region to be formed, a gate insulating film 113a formed on the active region 104, a gate insulating film 113b formed on the active region 105, and an element from at least the gate insulating film 113a A gate wiring 103 extending over the isolation region 106 to the gate insulating film 113 b and a sidewall spacer formed on the side surface of the gate wiring 103 are provided. N-type source / drain regions (not shown) are formed in regions on both sides of the gate wiring 103 in the active region 104, and in regions on the both sides of the gate wiring 103 in the active region 105. P-type source / drain regions are formed.

図7では、サイドウォールスペーサのうちNチャネル型MISFET形成領域101上に形成された部分を便宜的にサイドウォールスペーサ131aとして示し、サイドウォールスペーサのうちPチャネル型MISFET形成領域102上に形成された部分をサイドウォールスペーサ131bとして示している。   In FIG. 7, a portion of the sidewall spacer formed on the N channel MISFET formation region 101 is shown as a sidewall spacer 131a for convenience, and the portion of the sidewall spacer formed on the P channel MISFET formation region 102 is shown. This portion is shown as a sidewall spacer 131b.

ゲート配線103は、活性領域104、105上及び素子分離領域106上に形成されたポリシリコン膜112と、ポリシリコン膜112上に形成されたシリサイド膜111とで構成されている。ゲート配線103のうち活性領域104上に位置する部分は、Nチャネル型MISFETのゲート電極となっており、ゲート配線103のうち活性領域105上に位置する部分は、Pチャネル型MISFETのゲート電極となっている。また、ゲート配線103のうちNチャネル型MISFET形成領域101上に形成された部分にはN型不純物が導入され、ゲート配線103のうちPチャネル型MISFET形成領域102上に形成された部分にはP型不純物が導入されている。図7等では、ゲート配線103において、異なる導電型の不純物が導入された部分同士の境界を、ドーピング境界109として図示している。   The gate wiring 103 includes a polysilicon film 112 formed on the active regions 104 and 105 and the element isolation region 106, and a silicide film 111 formed on the polysilicon film 112. A portion of the gate wiring 103 positioned on the active region 104 serves as a gate electrode of the N channel MISFET, and a portion of the gate wiring 103 positioned on the active region 105 includes a gate electrode of the P channel MISFET. It has become. Further, an N-type impurity is introduced into a portion of the gate wiring 103 formed on the N-channel MISFET formation region 101, and a portion of the gate wiring 103 formed on the P-channel MISFET formation region 102 is P Type impurities have been introduced. In FIG. 7 and the like, a boundary between portions where impurities of different conductivity types are introduced in the gate wiring 103 is illustrated as a doping boundary 109.

また、活性領域104のうちゲート配線103の両側方に位置する領域にはN型エクステンション領域及びN型ソース/ドレイン領域(図示せず)が形成されており、活性領域104のうち2つのN型ソース/ドレイン領域に挟まれ、ゲート配線103の直下に位置する領域にはNチャネル型MISFETのチャネル領域80が形成されている。   In addition, an N-type extension region and an N-type source / drain region (not shown) are formed in regions of the active region 104 located on both sides of the gate wiring 103, and two N-types of the active region 104 are formed. A channel region 80 of an N-channel type MISFET is formed in a region located between the source / drain regions and immediately below the gate wiring 103.

活性領域105のうちゲート配線103の両側方に位置する領域にはP型エクステンション領域及びP型ソース/ドレイン領域(図示せず)が形成されており、活性領域105のうち2つのP型ソース/ドレイン領域に挟まれ、ゲート配線103の直下に位置する領域にはPチャネル型MISFETのチャネル領域90が形成されている。   P-type extension regions and P-type source / drain regions (not shown) are formed in regions of the active region 105 located on both sides of the gate wiring 103, and two P-type source / drain regions in the active region 105 are formed. A channel region 90 of a P-channel type MISFET is formed in a region sandwiched between the drain regions and located immediately below the gate wiring 103.

また、活性領域104を含むNチャネル型MISFET形成領域101上には、ゲート配線103の一部及びサイドウォールスペーサ131aを少なくとも覆う引張り応力膜151が形成されており、活性領域105を含むPチャネル型MISFET形成領域102上には、ゲート配線103の一部及びサイドウォールスペーサ131bを少なくとも覆う圧縮応力膜155が形成されている。   Further, a tensile stress film 151 covering at least a part of the gate wiring 103 and the sidewall spacer 131a is formed on the N channel MISFET formation region 101 including the active region 104, and a P channel type including the active region 105 is formed. On the MISFET formation region 102, a compressive stress film 155 that covers at least a part of the gate wiring 103 and the sidewall spacer 131b is formed.

引張り応力膜151のうち周辺部分は他の部分に比べて薄膜化されており、この薄膜化された部分(すなわち引張り応力膜151b)は、例えばNチャネル型MISFET形成領域101とPチャネル型MISFET形成領域102との境界(ドーピング境界109)上を少なくとも覆っている。引張り応力膜151のうち薄膜化されていない部分(すなわち引張り応力膜151a)は、少なくとも活性領域104及びその上のゲート配線103を覆っている。チャネル領域80には、ゲート配線103の一部であるゲート電極を介して引張り応力膜151aから印加された応力が印加されるので、チャネル領域80内には引張り歪みが生じる。   The peripheral portion of the tensile stress film 151 is thinner than the other portions, and this thinned portion (that is, the tensile stress film 151b) is formed, for example, in the N channel MISFET formation region 101 and the P channel MISFET formation. At least the boundary with the region 102 (doping boundary 109) is covered. A portion of the tensile stress film 151 that is not thinned (that is, the tensile stress film 151 a) covers at least the active region 104 and the gate wiring 103 thereon. Since the stress applied from the tensile stress film 151 a is applied to the channel region 80 through the gate electrode that is a part of the gate wiring 103, tensile strain is generated in the channel region 80.

圧縮応力膜155のうち周辺部分は他の部分に比べて薄膜化されており、この薄膜化された部分(すなわち圧縮応力膜155b)は、例えばドーピング境界109と同じ位置にあるNチャネル型MISFET形成領域101とPチャネル型MISFET形成領域102との境界上を少なくとも覆っている。圧縮応力膜155のうち薄膜化されていない部分(すなわち圧縮応力膜155a)は、少なくとも活性領域105及びその上のゲート配線103を覆っている。チャネル領域90には、ゲート配線103の一部であるゲート電極を介して圧縮応力膜155aから印加された応力が印加されるので、チャネル領域90内には圧縮歪みが生じる。   The peripheral portion of the compressive stress film 155 is thinner than the other portions, and this thinned portion (that is, the compressive stress film 155b) forms, for example, an N-channel MISFET at the same position as the doping boundary 109. At least the boundary between the region 101 and the P-channel type MISFET formation region 102 is covered. A portion of the compressive stress film 155 that is not thinned (that is, the compressive stress film 155a) covers at least the active region 105 and the gate wiring 103 thereon. Since the stress applied from the compressive stress film 155 a is applied to the channel region 90 through the gate electrode which is a part of the gate wiring 103, compressive strain is generated in the channel region 90.

さらに、上述のように、引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bとは、引張り応力膜151上のエッチングストップ膜153を介して一部が重ね合わされている。上述のように、ゲート配線103は、応力印加膜のうち引張り応力膜151bのみに覆われた領域162、引張り応力膜151bと圧縮応力膜155bとが重なった領域161、及び応力印加膜のうち圧縮応力膜155bのみに覆われた領域163で構成された領域160を有している。この領域160は、両応力印加膜から受ける合計の応力が緩和された応力緩和領域となっている。ゲート配線103におけるドーピング境界109がこの領域160内にあれば、図6(a)、(b)に示す参考例に係る半導体装置に比べてドーピング境界109付近におけるゲート配線103内部の応力を効果的に低減することができるので、シリサイド膜111の破損、ゲート配線103の断線等の不具合の発生頻度を大幅に低減することが可能となる。   Further, as described above, the tensile stress film 151 b and the compressive stress film 155 b are partially overlapped with the etching stop film 153 on the tensile stress film 151 interposed therebetween. As described above, the gate wiring 103 includes the region 162 covered only by the tensile stress film 151b of the stress application film, the region 161 where the tensile stress film 151b and the compression stress film 155b overlap, and the compression of the stress application film. It has the area | region 160 comprised by the area | region 163 covered only by the stress film | membrane 155b. This region 160 is a stress relaxation region in which the total stress received from both stress application films is relaxed. If the doping boundary 109 in the gate wiring 103 is within this region 160, the stress inside the gate wiring 103 in the vicinity of the doping boundary 109 is more effective than in the semiconductor device according to the reference example shown in FIGS. Therefore, the frequency of occurrence of problems such as damage to the silicide film 111 and disconnection of the gate wiring 103 can be greatly reduced.

また、領域161では、上述のようにコンタクトホールを形成することが可能となっているので、設計の自由度を向上させることもできる。   In the region 161, since a contact hole can be formed as described above, the degree of design freedom can be improved.

なお、本実施形態では、領域161においてゲート配線103が有する応力はほぼゼロである例について説明したが、引張り応力膜151bの膜厚と圧縮応力膜155bの膜厚によっては、領域162及び領域163よりも低減された範囲内で領域161が引張り応力又は圧縮応力を有することがある。   In the present embodiment, an example in which the stress of the gate wiring 103 in the region 161 is almost zero has been described. However, depending on the thickness of the tensile stress film 151b and the thickness of the compressive stress film 155b, the region 162 and the region 163 may be used. The region 161 may have a tensile stress or a compressive stress within a reduced range.

(第2の実施形態)
図10(a)〜(c)、図11(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
(Second Embodiment)
10 (a) to 10 (c) and FIGS. 11 (a) to 11 (c) are cross-sectional views showing steps after forming a stress applying film in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.

まず、図10(a)に示す工程で、引張り応力膜151を約50nmの厚さで形成する工程までは第1の実施形態と共通である(図2(a)参照)。この引張り応力膜151の形成後、例えばシリコン酸化物からなるエッチングストップ膜170を引張り応力膜151上に形成する。次いで、Nチャネル型MISFET形成領域101を覆うようにフォトレジスト171をパターニングする。   First, in the process shown in FIG. 10A, the process up to the process of forming the tensile stress film 151 with a thickness of about 50 nm is common to the first embodiment (see FIG. 2A). After the formation of the tensile stress film 151, an etching stop film 170 made of, for example, silicon oxide is formed on the tensile stress film 151. Next, a photoresist 171 is patterned so as to cover the N channel MISFET formation region 101.

次に、図10(b)に示すように、フォトレジスト171をマスクとする公知のエッチング技術を用いて、エッチングストップ膜170及び引張り応力膜151を部分的に除去し、Nチャネル型MISFET形成領域101を覆う引張り応力膜151cと、その上のエッチングストップ膜170aを形成する。   Next, as shown in FIG. 10B, the etching stop film 170 and the tensile stress film 151 are partially removed using a known etching technique using the photoresist 171 as a mask, and an N channel MISFET formation region is formed. A tensile stress film 151c covering 101 and an etching stop film 170a thereon are formed.

次に、図10(c)に示すように、フォトレジスト171を除去した後、半導体基板122上の全面に圧縮応力膜172を約50nmの厚さで形成する。次いで、Pチャネル型MISFET形成領域102を覆うようにフォトレジスト173をパターニングする。   Next, as shown in FIG. 10C, after the photoresist 171 is removed, a compressive stress film 172 having a thickness of about 50 nm is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 122. Next, a photoresist 173 is patterned so as to cover the P-channel type MISFET formation region 102.

次に、図11(a)に示すように、フォトレジスト173をマスクとして、エッチングストップ膜170に対して十分な選択比を持った条件でエッチングを行って、圧縮応力膜172を部分的に除去し、圧縮応力膜172aを形成する。ここで、圧縮応力膜172aは、活性領域104と活性領域105との間に位置する素子分離領域106の上方で、引張り応力膜151cと一部重なるように形成される。その後、フォトレジスト173を除去する。なお、本工程で、引張り応力膜151cと圧縮応力膜172aとが重ね合わされた領域のゲート幅方向の長さは、デザインルールに応じて適宜設定される。   Next, as shown in FIG. 11A, etching is performed under conditions having a sufficient selection ratio with respect to the etching stop film 170 using the photoresist 173 as a mask, and the compressive stress film 172 is partially removed. Then, the compressive stress film 172a is formed. Here, the compressive stress film 172a is formed so as to partially overlap the tensile stress film 151c above the element isolation region 106 located between the active region 104 and the active region 105. Thereafter, the photoresist 173 is removed. In this step, the length in the gate width direction of the region where the tensile stress film 151c and the compressive stress film 172a are overlapped is appropriately set according to the design rule.

次に、図11(b)に示すように、フォトレジスト174を形成後、半導体装置において応力緩和領域となる領域176を開口するようにフォトレジスト174をパターニングする。領域176は、引張り応力膜151cと圧縮応力膜172aとが重なった領域と、そのゲート幅方向の両側にある引張り応力膜151cのみが設けられた領域及び圧縮応力膜172aのみが設けられた領域とを含む。本実施形態の方法ではゲート配線103の幅を50nmとしているが、領域176のゲート幅方向の長さはゲート配線幅の2〜4倍程度とするのが好ましい。   Next, as shown in FIG. 11B, after the photoresist 174 is formed, the photoresist 174 is patterned so as to open a region 176 serving as a stress relaxation region in the semiconductor device. The region 176 includes a region where the tensile stress film 151c and the compressive stress film 172a overlap, a region where only the tensile stress film 151c is provided on both sides in the gate width direction, and a region where only the compressive stress film 172a is provided. including. In the method of this embodiment, the width of the gate wiring 103 is 50 nm, but the length of the region 176 in the gate width direction is preferably about 2 to 4 times the gate wiring width.

その後、フォトレジスト174をマスクにして、応力緩和元素イオン175を注入する。応力緩和元素としては、Siよりも原子半径が大きいものが望ましく、例えばGe 、Si 、As 、In 、Sbなどが好ましく用いられる。ただし、応力緩和元素としてSiを用いてもよい。また、本工程でイオン注入の条件としては、引張り応力膜151cと圧縮応力膜172aの厚みを考慮し、両応力印加膜下のゲート配線103内のシリサイド膜111や、Nチャネル型MISFETのN型ソース/ドレイン領域上のシリサイド膜(図示せず)及びPチャネル型MISFETのP型ソース/ドレイン領域上のシリサイド膜に、注入されたイオンが達しない条件とする。具体的には、イオン注入エネルギーを5KeV〜100KeV、ドーズ量を0.5×1014〜1.0×1015/cm程度の範囲に設定する。 このイオン注入の結果、例えば引張り応力膜151cと圧縮応力膜172aとしてシリコン窒化膜(SiN)を用いた場合、注入された応力緩和元素イオン175がSi−N結合を切断し、応力緩和元素イオン175が注入された領域の引張り応力膜151cと圧縮応力膜172aの応力を局所的に緩和又は解消できる。 Thereafter, stress relaxation element ions 175 are implanted using the photoresist 174 as a mask. As the stress relaxation element, an element having an atomic radius larger than that of Si is desirable. However, Si may be used as the stress relaxation element. Further, as the ion implantation conditions in this step, the thickness of the tensile stress film 151c and the compressive stress film 172a is taken into consideration, and the silicide film 111 in the gate wiring 103 under both stress application films or the N-type of the N-channel type MISFET. The conditions are such that the implanted ions do not reach the silicide film (not shown) on the source / drain region and the silicide film on the P-type source / drain region of the P-channel MISFET. Specifically, the ion implantation energy is set to a range of about 5 KeV to 100 KeV, and the dose is set to a range of about 0.5 × 10 14 to 1.0 × 10 15 / cm 2 . As a result of this ion implantation, for example, when a silicon nitride film (SiN) is used as the tensile stress film 151c and the compressive stress film 172a, the implanted stress relaxation element ions 175 break the Si-N bond, and the stress relaxation element ions 175 The stress of the tensile stress film 151c and the compressive stress film 172a in the region into which is injected can be locally relaxed or eliminated.

次に、図11(c)に示すように、フォトレジスト174を除去することで、本実施形態の半導体装置を作製できる。   Next, as shown in FIG. 11C, by removing the photoresist 174, the semiconductor device of this embodiment can be manufactured.

以上の方法で作製された本実施形態の半導体装置は、引張り応力膜151cと圧縮応力膜172aの構成が異なっており、それ以外の構成は図7(a)に示す第1の実施形態と同じである。   The semiconductor device of this embodiment manufactured by the above method is different in the configuration of the tensile stress film 151c and the compressive stress film 172a, and the other configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. It is.

図11(c)に示すように、ゲート配線103は、引張り応力膜151cのうち引張り応力が緩和されていない部分のみに覆われた領域180と、引張り応力膜151cのうち応力緩和元素イオン175の注入により引張り応力が緩和された部分のみに覆われた領域177と、引張り応力膜151cと圧縮応力膜172aのうち応力緩和元素イオン175の注入により圧縮応力が緩和された部分とに重ねて覆われた領域178と、圧縮応力膜172aのうち圧縮応力が緩和された部分のみに覆われた領域179と、圧縮応力膜172aのうち圧縮応力が緩和されていない部分のみに覆われた領域181とを有することになる。   As shown in FIG. 11C, the gate wiring 103 includes a region 180 covered only by a portion of the tensile stress film 151c where the tensile stress is not relaxed, and a stress relaxation element ion 175 of the tensile stress film 151c. The region 177 covered only by the portion where the tensile stress is relaxed by the implantation and the portion where the compressive stress is relaxed by the implantation of the stress relaxation element ions 175 of the tensile stress film 151c and the compressive stress film 172a are overlapped. A region 179 covered only by a portion of the compressive stress film 172a where the compressive stress is relieved, and a region 181 covered only by a portion of the compressive stress film 172a where the compressive stress is not relieved. Will have.

領域177、179ではゲート配線103内の応力が、領域180、181でのゲート配線103内の応力に比べて大きく低減されている。また、領域178では、引張り応力膜151cから印加される応力から、圧縮応力膜172aの緩和後の応力を引いた分の応力がゲート配線103に加わるが、領域180、181に比べるとゲート配線103が受ける応力は小さくなっている。   In the regions 177 and 179, the stress in the gate wiring 103 is greatly reduced as compared with the stress in the gate wiring 103 in the regions 180 and 181. In the region 178, a stress obtained by subtracting the stress after the relaxation of the compressive stress film 172a from the stress applied from the tensile stress film 151c is applied to the gate wiring 103, but the gate wiring 103 is compared with the regions 180 and 181. The stress that is subjected to is small.

以上のように、本実施形態では領域177、領域178、領域179を合わせた領域176を応力緩和領域として形成することができる。このため、応力緩和領域でのゲート配線103の断線の発生を抑えることができる。また、ゲート配線103におけるドーピング境界109は、応力緩和領域である領域176内にあることが好ましい。これはポリシリコン膜112の膜質と、ポリシリコン膜112上に形成したシリサイド膜111の膜質がドーピング境界109付近で不連続に変化するため、この部分でゲート配線103の断線が発生しやすくなっているからである。   As described above, in this embodiment, the region 176 including the region 177, the region 178, and the region 179 can be formed as a stress relaxation region. For this reason, occurrence of disconnection of the gate wiring 103 in the stress relaxation region can be suppressed. The doping boundary 109 in the gate wiring 103 is preferably in the region 176 that is a stress relaxation region. This is because the film quality of the polysilicon film 112 and the film quality of the silicide film 111 formed on the polysilicon film 112 change discontinuously in the vicinity of the doping boundary 109, so that the disconnection of the gate wiring 103 is likely to occur at this portion. Because.

なお、本実施形態の半導体装置では、引張り応力膜151cと圧縮応力膜172aとが第1の実施形態の半導体装置と異なり、薄膜化されることなく重ねあわされている。このため、本実施形態の半導体装置では、コンタクトホールを形成する際のレイアウト上の自由度は低下する。しかしながら、応力緩和の度合を応力緩和元素イオン175の注入条件によってきめ細かくコントロールすることができ、なおかつフォトレジストを使用したイオン注入法を用いることで局所的な応力緩和ができるので、応力緩和領域自体のレイアウト自由度は高くなる。   In the semiconductor device of this embodiment, the tensile stress film 151c and the compressive stress film 172a are overlapped without being thinned unlike the semiconductor device of the first embodiment. For this reason, in the semiconductor device of this embodiment, the degree of freedom in layout when forming the contact hole is lowered. However, the degree of stress relaxation can be finely controlled by the implantation conditions of the stress relaxation element ions 175, and local stress relaxation can be achieved by using an ion implantation method using a photoresist. Layout flexibility is high.

なお、本実施形態に係る製造方法では、引張り応力膜151を圧縮応力膜172の前に形成したが、この順番は逆でも同等の効果が得られる。   In the manufacturing method according to this embodiment, the tensile stress film 151 is formed before the compressive stress film 172, but the same effect can be obtained even if this order is reversed.

また、図11(c)に示す工程以降では、コンタクトホール及びコンタクトプラグの形成、配線形成等のプロセスを経て半導体装置を完成させる。   Further, after the step shown in FIG. 11C, the semiconductor device is completed through processes such as formation of contact holes and contact plugs and formation of wirings.

以上のように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、応力緩和元素イオン175の注入により応力印加膜から加わる応力を、ゲート配線103内で局所的に解消又は緩和できるため、ゲート配線103内に自由度の高い応力緩和領域を設定でき、高歩留りで、且つ信頼性高い半導体装置を実現できる。   As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, the stress applied from the stress application film by the implantation of the stress relaxation element ions 175 can be locally eliminated or relaxed in the gate wiring 103. A stress relaxation region with a high degree of freedom can be set in 103, and a semiconductor device with high yield and high reliability can be realized.

(第3の実施形態)
図12(a)〜(c)、図13(a)、(b)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。また、図13(c)は、図13(b)に示す工程における半導体装置を示す平面図である。以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
(Third embodiment)
12 (a) to 12 (c), 13 (a), and 13 (b) are cross-sectional views showing steps after forming a stress applying film in the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. FIG. 13C is a plan view showing the semiconductor device in the step shown in FIG. Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.

まず、図12(a)に示す工程は、半導体基板122上にNチャネル型MISFET形成領域101とPチャネル型MISFET形成領域102とを形成し、その上にそれぞれNチャネル型MISFET又はPチャネル型MISFETを形成するところまでは第1の実施形態に係る方法と同一である。ただし、N型ソース/ドレイン領域132上、P型ソース/ドレイン領域142上、及びポリシリコン膜112上にシリサイド膜134、144、111を形成する工程はまだ行っていない。   First, in the process shown in FIG. 12A, an N channel MISFET formation region 101 and a P channel MISFET formation region 102 are formed on a semiconductor substrate 122, and an N channel MISFET or a P channel MISFET is formed thereon, respectively. The process up to forming is the same as the method according to the first embodiment. However, the process of forming the silicide films 134, 144, and 111 on the N-type source / drain region 132, the P-type source / drain region 142, and the polysilicon film 112 has not been performed yet.

次に、Nチャネル型MISFET及びPチャネル型MISFETを形成後、半導体基板122上の全面に引張り応力膜201を、例えば50nmの厚さで形成する。引張り応力膜201としては、例えば熱化学気相成長法又はLPCVD法により形成されたシリコン窒化膜を用いてもよい。あるいは、PECVD法によりシリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成した後にアニーリングを行う方法で引張り応力膜201を形成してもよい。また、引張り応力膜201は、引張り応力を印加するシリコン酸化膜であってもよい。   Next, after forming an N channel MISFET and a P channel MISFET, a tensile stress film 201 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 122 to a thickness of, for example, 50 nm. As the tensile stress film 201, for example, a silicon nitride film formed by thermal chemical vapor deposition or LPCVD may be used. Alternatively, the tensile stress film 201 may be formed by a method of annealing after forming a silicon oxynitride film (SiON film) by PECVD. The tensile stress film 201 may be a silicon oxide film that applies a tensile stress.

引張り応力膜201を形成後、フォトレジスト202を少なくともNチャネル型MISFET形成領域101を覆うようにパターニングする。なお、Pチャネル型MISFET形成領域102上には、Nチャネル型MISFET形成領域101との境界付近を除きフォトレジスト202は形成されない。すなわち、フォトレジスト202は、ゲート配線103におけるドーピング境界109から平面距離にして所定の距離(例えばポリシリコン膜112の幅(ゲート長)の1〜3倍程度)だけPチャネル型MISFET形成領域102側に入った領域上まで形成される。   After the formation of the tensile stress film 201, the photoresist 202 is patterned so as to cover at least the N channel MISFET formation region 101. Note that the photoresist 202 is not formed on the P-channel MISFET formation region 102 except near the boundary with the N-channel MISFET formation region 101. That is, the photoresist 202 is formed on the side of the P channel MISFET formation region 102 by a predetermined distance (for example, about 1 to 3 times the width (gate length) of the polysilicon film 112) from the doping boundary 109 in the gate wiring 103. It is formed up to the area where it enters.

次に、図12(b)に示すように、フォトレジスト202をマスクとする公知のエッチング技術を用いて、Nチャネル型MISFET形成領域101上及びPチャネル型MISFET形成領域102のうちNチャネル型MISFET形成領域101との境界からの距離が例えばゲート長の1〜3倍以内の領域上に、パターニングされた引張り応力膜201aを形成する。   Next, as shown in FIG. 12B, the N channel MISFET is formed on the N channel MISFET formation region 101 and the P channel MISFET formation region 102 by using a known etching technique using the photoresist 202 as a mask. A patterned tensile stress film 201a is formed on a region whose distance from the boundary with the formation region 101 is, for example, within 1 to 3 times the gate length.

次に、図12(c)に示すように、フォトレジスト202の表面部分をアッシングすることによりフォトレジスト202を後退させ、フォトレジスト202よりもサイズが小さいフォトレジスト202aを形成する。   Next, as shown in FIG. 12C, the photoresist 202 is moved backward by ashing the surface portion of the photoresist 202, and a photoresist 202a having a size smaller than that of the photoresist 202 is formed.

次に、図13(a)に示すように、引張り応力膜201aのうちフォトレジスト202aに覆われず、露出した部分を膜厚方向に一部のみエッチングし、当該露出部分の膜厚を薄くする。ここで、図13(a)では、引張り応力膜201aにおいて薄膜化された部分を引張り応力膜201bとして示す。本工程でエッチングされずに残された引張り応力膜201bの厚さは、例えば30nmとする。   Next, as shown in FIG. 13A, the exposed portion of the tensile stress film 201a that is not covered with the photoresist 202a is etched in the film thickness direction to reduce the thickness of the exposed portion. . Here, in FIG. 13A, the thinned portion of the tensile stress film 201a is shown as a tensile stress film 201b. The thickness of the tensile stress film 201b left without being etched in this step is, for example, 30 nm.

このような構成とすることにより、引張り応力膜201bがその下のポリシリコン膜112に及ぼす応力を、引張り応力膜201aがその下のポリシリコン膜112に及ぼす応力の約半分程度に緩和することができる。また、引張り応力膜201bの長さはゲート電極であるポリシリコン膜112の幅(ゲート長)の1〜3倍程度が好ましい。   With this configuration, the stress exerted on the polysilicon film 112 under the tensile stress film 201b can be relaxed to about half of the stress exerted on the polysilicon film 112 under the tensile stress film 201a. it can. The length of the tensile stress film 201b is preferably about 1 to 3 times the width (gate length) of the polysilicon film 112 which is a gate electrode.

このように、引張り応力膜201bは、フォトレジスト202の後退による自己整合技術により形成されるので、後退量を精度良くコントロールすることが可能である。さらに、加工のための追加工程数も少なくて済むため、応力緩和領域を低コストで形成することができる。   As described above, since the tensile stress film 201b is formed by the self-alignment technique by the receding of the photoresist 202, the receding amount can be controlled with high accuracy. Furthermore, since the number of additional steps for processing can be reduced, the stress relaxation region can be formed at low cost.

続いて、図13(b)、(c)に示すように、フォトレジスト202aを除去する。   Subsequently, as shown in FIGS. 13B and 13C, the photoresist 202a is removed.

この後、Rapid Thermal Anneal(RTA)により、半導体基板122全体を、例えば1000℃で熱処理する。このとき、引張り応力膜201aと引張り応力膜201bから印加される引張り応力が、ポリシリコン膜112の領域204、203にそれぞれ記憶され、さらにNチャネル型MISFETのチャネル領域80に、引張り応力膜201aから印加された応力により生じた歪みが記憶される。   Thereafter, the entire semiconductor substrate 122 is heat-treated at, for example, 1000 ° C. by rapid thermal annealing (RTA). At this time, the tensile stress applied from the tensile stress film 201a and the tensile stress film 201b is stored in the regions 204 and 203 of the polysilicon film 112, respectively, and further from the tensile stress film 201a to the channel region 80 of the N channel MISFET. The strain caused by the applied stress is stored.

次に、図示しないが、引張り応力膜201aと引張り応力膜201bとを除去してから、公知の方法でポリシリコン膜112の上面部分と、N型ソース/ドレイン領域及びP型ソース/ドレイン領域の上面部分とをシリサイド化することで、シリサイド膜を形成する。その後、公知の方法によりコンタクトホールの形成、コンタクトプラグの形成、配線形成等のプロセスを経て半導体装置を完成させる。コンタクトホールを形成する際には、別途エッチングストッパーを設けてもよい。なお、以上の工程で形成されるゲート配線は、ポリシリコン膜112とその上に形成されたシリサイド膜とで構成されるが、シリサイド膜が形成されず、ゲート配線がポリシリコン膜のみで構成されてもよい。   Next, although not shown, after removing the tensile stress film 201a and the tensile stress film 201b, the upper surface portion of the polysilicon film 112, the N-type source / drain region and the P-type source / drain region are formed by a known method. A silicide film is formed by siliciding the upper surface portion. Thereafter, the semiconductor device is completed through processes such as contact hole formation, contact plug formation, and wiring formation by a known method. When forming the contact hole, an etching stopper may be separately provided. Note that the gate wiring formed in the above steps is composed of the polysilicon film 112 and the silicide film formed thereon, but the silicide film is not formed, and the gate wiring is composed only of the polysilicon film. May be.

ここで、図13(b)に示す工程において、ゲート配線を構成するポリシリコン膜112は、図13(b)に示すように、引張り応力膜201aに覆われた領域204、引張り応力膜201bに覆われ、引張り応力が緩和された領域203、及び引張り応力膜201aにも引張り応力膜201bにも覆われていない領域205の3つの領域に分けられる。領域204、203、205においてポリシリコン膜112に加わる引張り応力の大きさの比は概ね1:0.5:0となり、引張り応力膜201bに覆われて応力緩和された領域203を設けない場合に比べると、ゲート配線の各領域の境界での応力変化量が大幅に低減されていることが分かる。   Here, in the step shown in FIG. 13B, the polysilicon film 112 constituting the gate wiring is formed into the region 204 covered with the tensile stress film 201a and the tensile stress film 201b as shown in FIG. 13B. It is divided into three regions: a region 203 where the tensile stress is covered and a region 205 where the tensile stress film 201a and the tensile stress film 201b are not covered. The ratio of the magnitude of the tensile stress applied to the polysilicon film 112 in the regions 204, 203, and 205 is approximately 1: 0.5: 0, and the region 203 that is covered with the tensile stress film 201b and is subjected to stress relaxation is not provided. In comparison, it can be seen that the amount of stress change at the boundary of each region of the gate wiring is greatly reduced.

領域204、203、205においてポリシリコン膜112に加わる引張り応力は、上述の方法で作製された半導体装置のゲート配線に記憶される。   The tensile stress applied to the polysilicon film 112 in the regions 204, 203, and 205 is stored in the gate wiring of the semiconductor device manufactured by the above method.

なお、ゲート配線(ポリシリコン膜112)におけるドーピング境界109は、応力緩和領域である領域203内にあることが好ましい。これは、ポリシリコン膜112と、ポリシリコン膜112上のシリサイド膜の膜質が、ドーピング境界109において不連続に変化するため、この部分でゲート配線が断線する危険性が最も高くなるからである。よって、ドーピング境界109を最もストレスの低い領域203内に設けることにより、ゲート配線103の断線を最も効果的に防止することができる。   The doping boundary 109 in the gate wiring (polysilicon film 112) is preferably in the region 203 which is a stress relaxation region. This is because the film quality of the polysilicon film 112 and the silicide film on the polysilicon film 112 changes discontinuously at the doping boundary 109, so that the risk of disconnection of the gate wiring is highest at this portion. Therefore, by providing the doping boundary 109 in the region 203 with the lowest stress, the disconnection of the gate wiring 103 can be most effectively prevented.

以上のように、本実施形態の半導体装置によれば、SMTを歪み印加技術として使用する際にも、応力印加膜の端部を自己整合技術を用いて薄膜化することにより、ゲート配線内に応力緩和領域を形成することができるので、ゲート配線内部の応力急変によるゲート配線の断線を効果的に防止することができ、低コストで高歩留り且つ信頼性の高い半導体装置を実現できる。   As described above, according to the semiconductor device of this embodiment, even when the SMT is used as a strain applying technique, the end portion of the stress applying film is thinned by using the self-alignment technique. Since the stress relaxation region can be formed, it is possible to effectively prevent disconnection of the gate wiring due to a sudden change in stress inside the gate wiring, and to realize a semiconductor device with high yield and high reliability at low cost.

なお、本実施例形態に係る半導体装置では、Nチャネル型MISFETのチャネル領域80に引張り応力膜201a、201bを使用して引張り応力を記憶させる例を示したが、この引張り応力膜201a、201bに代えて圧縮応力膜を形成し、Pチャネル型MISFETのチャネル領域90に圧縮応力膜を利用して圧縮応力を記憶させてもよい。また、図7に示すような、端部が薄膜化された形状の引張り応力膜と、端部が薄膜化された形状の圧縮応力膜とを当該端部同士で重ねて形成した後に約1000℃で熱アニールしてこれらの応力印加膜から印加される応力をチャネル領域80、90及びゲート配線に記憶させてもよい。   In the semiconductor device according to the present embodiment, an example in which the tensile stress is stored in the channel region 80 of the N-channel MISFET using the tensile stress films 201a and 201b is shown. However, in the tensile stress films 201a and 201b, Alternatively, a compressive stress film may be formed, and the compressive stress may be stored in the channel region 90 of the P channel MISFET by using the compressive stress film. Also, as shown in FIG. 7, after forming a tensile stress film having a shape with a thin end portion and a compressive stress film having a shape having a thin end portion, the end portions are overlapped with each other, and then about 1000 ° C. The stress applied from these stress application films may be stored in the channel regions 80 and 90 and the gate wiring by thermal annealing.

なお、本実施形態では図13(b)に示す工程の後、引張り応力膜201a、201bを除去し、シリサイド膜の形成を行っているが、図12(a)に示す工程で引張り応力膜201を形成する前にあらかじめシリサイド膜を形成しておき、且つ図13(b)に示す工程の後に引張り応力膜201a、201bの除去を行わない場合でも、Nチャネル型MISFETの移動度の向上を図りつつ、ゲート配線における各領域間での応力変化を緩和することができる。   In this embodiment, after the step shown in FIG. 13B, the tensile stress films 201a and 201b are removed and a silicide film is formed. However, in the step shown in FIG. Even if the silicide film is formed in advance before forming the n-type MISFET and the tensile stress films 201a and 201b are not removed after the step shown in FIG. 13B, the mobility of the N-channel MISFET is improved. However, the stress change between the regions in the gate wiring can be alleviated.

(第4の実施形態)
図14(a)〜(c)、図15は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、応力印加膜を形成した後の工程を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
FIGS. 14A to 14C and 15 are cross-sectional views showing a process after the stress application film is formed in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

まず、図14(a)に示す工程では、第3の実施形態の方法における図12(a)に示す工程と同様に、活性領域104上にNチャネル型MISFETを形成し、活性領域105上にPチャネル型MISFETを形成する。なお、N型ソース/ドレイン領域上、P型ソース/ドレイン領域上、及びポリシリコン膜112上にシリサイド膜を形成する工程はまだ行っていない。   First, in the step shown in FIG. 14A, an N-channel MISFET is formed on the active region 104 and formed on the active region 105, as in the step shown in FIG. 12A in the method of the third embodiment. A P-channel MISFET is formed. Note that the step of forming a silicide film on the N-type source / drain region, the P-type source / drain region, and the polysilicon film 112 has not been performed yet.

次に、半導体基板122上の全面に引張り応力膜400を、例えば50nmの厚さで成膜する。引張り応力膜400としては、例えば熱化学気相成長法又はLPCVD法により形成されたシリコン窒化膜を用いてもよい。あるいは、PECVD法によりシリコン酸化窒化膜を形成した後にアニーリングを行う方法で引張り応力膜201を形成してもよい。また、引張り応力膜201は、引張り応力を印加するシリコン酸化膜であってもよい。本実施形態では、引張り応力膜400としてシリコン窒化膜を用いる。   Next, a tensile stress film 400 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 122 to a thickness of, for example, 50 nm. As the tensile stress film 400, for example, a silicon nitride film formed by thermal chemical vapor deposition or LPCVD may be used. Alternatively, the tensile stress film 201 may be formed by a method of annealing after forming a silicon oxynitride film by PECVD. The tensile stress film 201 may be a silicon oxide film that applies a tensile stress. In this embodiment, a silicon nitride film is used as the tensile stress film 400.

引張り応力膜400の形成後、半導体装置において応力緩和領域となる領域403に開口が設けられたフォトレジスト401を引張り応力膜400上に形成する。   After the formation of the tensile stress film 400, a photoresist 401 having an opening in a region 403 serving as a stress relaxation region in the semiconductor device is formed on the tensile stress film 400.

続いて、フォトレジスト401をマスクとして、応力緩和元素イオン402を引張り応力膜400に注入する。応力緩和元素としては、Siよりも原子半径が大きいものが望ましく、例えばGe 、Si 、As 、In 、Sbなどが好ましく用いられる。ただし、応力緩和元素としてSiを用いてもよい。ここで、イオン注入の条件は、引張り応力膜400の厚みを考慮し、活性領域104、105の上面及びポリシリコン膜112の上面にまで注入されたイオンが達しないように設定する。具体的には、イオン注入エネルギーを5Kev〜100Kev、ドーズ量を0.5×1014〜1.0×1015/cm2程度の範囲にする。 Subsequently, stress relaxation element ions 402 are implanted into the tensile stress film 400 using the photoresist 401 as a mask. As the stress relaxation element, an element having an atomic radius larger than that of Si is desirable. However, Si may be used as the stress relaxation element. Here, the ion implantation conditions are set so that the implanted ions do not reach the upper surfaces of the active regions 104 and 105 and the polysilicon film 112 in consideration of the thickness of the tensile stress film 400. Specifically, the ion implantation energy is set to a range of 5 Kev to 100 Kev, and the dose is set to a range of about 0.5 × 10 14 to 1.0 × 10 15 / cm 2 .

このイオン注入の結果、注入された応力緩和元素イオン402が引張り応力膜400中のSi−N結合を切断し、引張り応力膜の応力を局所的に緩和又は解消する。本実施形態では、領域403内の引張り応力膜400の引張り応力が、それ以外の領域の引張り応力に対して約半分となるよう応力緩和元素イオン402の注入条件を調整する。   As a result of this ion implantation, the implanted stress relaxation element ions 402 break the Si—N bond in the tensile stress film 400 and locally relieve or eliminate the stress of the tensile stress film. In this embodiment, the implantation conditions of the stress relaxation element ions 402 are adjusted so that the tensile stress of the tensile stress film 400 in the region 403 is about half of the tensile stress in the other regions.

次に、図14(b)に示すように、フォトレジスト401を除去した後、引張り応力膜400上にフォトレジスト404を形成した後、当該フォトレジスト404をパターニングする。フォトレジスト404は、少なくともNチャネル型MISFET形成領域101を覆うよう形成する。   Next, as shown in FIG. 14B, after the photoresist 401 is removed, a photoresist 404 is formed on the tensile stress film 400, and then the photoresist 404 is patterned. The photoresist 404 is formed so as to cover at least the N-channel MISFET formation region 101.

次に、図14(c)に示すように、フォトレジスト404をマスクとして引張り応力膜400を公知のエッチング技術を用いて選択的に除去し、活性領域104を含むNチャネル型MISFET形成領域101を覆う引張り応力膜400aを形成する。   Next, as shown in FIG. 14C, the tensile stress film 400 is selectively removed using a known etching technique using the photoresist 404 as a mask, and the N channel MISFET formation region 101 including the active region 104 is removed. A covering tensile stress film 400a is formed.

次に、フォトレジスト404を除去して図15に示す状態の半導体装置を得る。ゲート電極を構成するポリシリコン膜112は、引張り応力膜400aのうち応力緩和元素が注入されていない部分に覆われた領域406と、引張り応力膜400aのうち応力緩和元素が注入された部分に覆われた領域405と、引張り応力膜400aに覆われていない領域407との3つの領域に分けられる。この領域406、405、407でポリシリコン膜112に加わる引張り応力の大きさはおおよそ1:0.5:0となり、応力緩和元素が注入された引張り応力膜400aに覆われた領域405を設けない場合に比べると、ポリシリコン膜112における領域境界での応力変化量が大幅に緩和されていることが分かる。   Next, the photoresist 404 is removed to obtain the semiconductor device shown in FIG. The polysilicon film 112 constituting the gate electrode covers the region 406 covered with the portion where the stress relaxation element is not implanted in the tensile stress film 400a and the portion where the stress relaxation element is implanted in the tensile stress film 400a. The region 405 is divided into three regions: a region 405 that is broken and a region 407 that is not covered with the tensile stress film 400a. In these regions 406, 405, and 407, the magnitude of the tensile stress applied to the polysilicon film 112 is approximately 1: 0.5: 0, and the region 405 covered with the tensile stress film 400a into which the stress relaxation element is implanted is not provided. Compared to the case, it can be seen that the amount of change in stress at the region boundary in the polysilicon film 112 is greatly relaxed.

この後、RTAにより半導体基板122全体を例えば1000℃で熱処理する。このとき、引張り応力膜400aにより加えられる引張り応力が、ポリシリコン膜112の領域406、405にそれぞれ記憶され、さらにNチャネル型MISFETのチャネル領域80にも引張り応力膜400aにより加えられる引張り応力が記憶される。   Thereafter, the entire semiconductor substrate 122 is heat-treated at, for example, 1000 ° C. by RTA. At this time, the tensile stress applied by the tensile stress film 400a is stored in the regions 406 and 405 of the polysilicon film 112, respectively, and the tensile stress applied by the tensile stress film 400a is also stored in the channel region 80 of the N channel MISFET. Is done.

次に、引張り応力膜400aを除去してから、ポリシリコン膜112の上面部分と、N型ソース/ドレイン領域及びP型ソース/ドレイン領域の上面部分とをシリサイド化することで、シリサイド膜を形成する(図示せず)。その後、公知の方法によりコンタクトホールの形成、コンタクトプラグの形成、配線形成等のプロセスを経て半導体装置を完成させる。ポリシリコン膜112と、その上に形成されたシリサイド膜とでゲート配線が構成される。   Next, after removing the tensile stress film 400a, a silicide film is formed by siliciding the upper surface portion of the polysilicon film 112 and the upper surface portions of the N-type source / drain region and the P-type source / drain region. (Not shown). Thereafter, the semiconductor device is completed through processes such as contact hole formation, contact plug formation, and wiring formation by a known method. The polysilicon film 112 and the silicide film formed thereon constitute a gate wiring.

ここで、ゲート配線(ポリシリコン膜112)におけるドーピング境界109は、応力緩和領域である領域405内にあることが好ましい。これは、ポリシリコン膜112と、ポリシリコン膜112上のシリサイド膜111の膜質が、ドーピング境界109において不連続に変化するため、この部分でゲート配線が断線する危険性が最も高くなるからである。よって、ドーピング境界109を最もストレスの低い領域405内に設けることにより、ゲート配線103の断線を最も効果的に防止することができる。   Here, the doping boundary 109 in the gate wiring (polysilicon film 112) is preferably in the region 405 which is a stress relaxation region. This is because the film quality of the polysilicon film 112 and the silicide film 111 on the polysilicon film 112 changes discontinuously at the doping boundary 109, so that there is the highest risk of disconnection of the gate wiring at this portion. . Therefore, by providing the doping boundary 109 in the region 405 with the lowest stress, disconnection of the gate wiring 103 can be most effectively prevented.

以上のように本実施形態の半導体装置によれば、SMTを歪み印加技術として使用する際にも、応力印加膜の端部に応力緩和元素イオンを注入することにより、ゲート配線内に応力緩和領域を形成することができるので、ゲート配線内部で応力が急激に変化することによるゲート配線の断線を効果的に防止することができる。このため、本実施形態の製造方法によれば、歩留りが高く、且つ信頼性の高い半導体装置を実現することができる。   As described above, according to the semiconductor device of this embodiment, even when the SMT is used as a strain application technique, the stress relaxation region ions are implanted into the end portion of the stress application film, so that the stress relaxation region is formed in the gate wiring. Therefore, it is possible to effectively prevent disconnection of the gate wiring due to a sudden change in stress inside the gate wiring. For this reason, according to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to realize a semiconductor device with high yield and high reliability.

また、応力緩和領域を形成するために応力緩和元素イオンを使用する本実施形態のような方法によると、応力緩和元素イオンの注入条件により、応力緩和の程度を容易にコントロールすることができる。さらに、フォトレジスト401により微細な注入領域を設定できるため、レイアウト自由度の高い、微細な応力緩和領域を形成することができるので、歩留りが高く、且つ信頼性の高い半導体装置を実現できる。   In addition, according to the method of the present embodiment that uses stress relaxation element ions to form the stress relaxation region, the degree of stress relaxation can be easily controlled by the implantation conditions of the stress relaxation element ions. Further, since a fine implantation region can be set by the photoresist 401, a fine stress relaxation region with a high degree of layout freedom can be formed, so that a semiconductor device with high yield and high reliability can be realized.

なお、本実施形態の方法では、Nチャネル型MISFETのチャネル領域80に引張り応力膜を使用して引張り応力を記憶させる例を示したが、同様の方法によりPチャネル型MISFETのチャネル領域90に圧縮応力膜を使用して歪みを記憶させる場合でも、圧縮応力膜の端部に応力緩和元素イオンを注入することにより同様の効果を得られる。   In the method of the present embodiment, an example in which a tensile stress film is stored in the channel region 80 of the N-channel type MISFET using the tensile stress film is shown. However, the channel region 90 of the P-channel type MISFET is compressed by the same method. Even when the stress is memorized using the stress film, the same effect can be obtained by implanting stress relaxation element ions at the end of the compressive stress film.

また、本実施形態では図15に示す工程の後、引張り応力膜201a、201bを除去し、シリサイド膜の形成を行っているが、図14(a)に示す工程で引張り応力膜400を形成する前にあらかじめシリサイド膜を形成しておき、且つ図15に示す工程の後に引張り応力膜201a、201bの除去を行わない場合でも、Nチャネル型MISFETの移動度の向上を図りつつ、ゲート配線における各領域間での応力変化を緩和することができる。   In this embodiment, after the step shown in FIG. 15, the tensile stress films 201a and 201b are removed and the silicide film is formed. However, the tensile stress film 400 is formed in the step shown in FIG. Even in the case where a silicide film is formed in advance and the tensile stress films 201a and 201b are not removed after the process shown in FIG. 15, the mobility of the N-channel MISFET is improved, The stress change between the regions can be relaxed.

なお、以上で説明した半導体装置の構成及び製造方法において、各部材の構成材料やサイズ、形状、部材の形成順序などは本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。   In the configuration and manufacturing method of the semiconductor device described above, the constituent material, size, shape, order of forming the members, and the like can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

例えば、第1の実施形態に係る半導体装置において、ゲート配線103はポリシリコン膜112及びシリサイド膜111とで構成されているが、ゲート配線103は、いわゆるゲートファーストプロセスで製造される金属材料等で構成されていても、第1の実施形態の半導体装置と同様の断線防止効果が得られる。また、以上では半導体装置がMISFETを有する場合について説明したが、MISFETに代えてゲート配線(ゲート電極)を有する他の半導体素子を有している場合にも、各実施形態に係る構造は適用できる。   For example, in the semiconductor device according to the first embodiment, the gate wiring 103 is composed of the polysilicon film 112 and the silicide film 111, but the gate wiring 103 is made of a metal material or the like manufactured by a so-called gate first process. Even if configured, the same disconnection preventing effect as that of the semiconductor device of the first embodiment can be obtained. Further, the case where the semiconductor device includes a MISFET has been described above, but the structure according to each embodiment can be applied to a case where the semiconductor device includes another semiconductor element having a gate wiring (gate electrode) instead of the MISFET. .

以上説明したように本発明は、ゲート配線を有する半導体装置に広く適用でき、一例としてはComplementary MOS(CMOS)やSRAM等種々の半導体装置に利用可能である。   As described above, the present invention can be widely applied to semiconductor devices having gate wirings, and can be applied to various semiconductor devices such as complementary MOS (CMOS) and SRAM as an example.

80、90 チャネル領域
101 Nチャネル型MISFET形成領域
102 Pチャネル型MISFET形成領域
103 ゲート配線
104、105 活性領域
106 素子分離領域
109 ドーピング境界
111、134、144 シリサイド膜
112 ポリシリコン膜
113a、113b ゲート絶縁膜
120 Nウェル
121 Pウェル
122 半導体基板
131a、131b サイドウォールスペーサ
132 N型ソース/ドレイン領域
135 N型エクステンション領域
142 P型ソース/ドレイン領域
145 P型エクステンション領域
151、151a、151b、151c 引張り応力膜
152、152a、156、156a、171、173、174 フォトレジスト
153、170、170a エッチングストップ膜
155、155a、155b 圧縮応力膜
160、161、162、163、164、162、161、163、165 領域
172、172a 圧縮応力膜
175、402 応力緩和元素イオン
176、177、178、179、180、181、203、204、205 領域
201、201a、201b 引張り応力膜
202、202a、401、404 フォトレジスト
250 パッシベーション膜
252 コンタクトホール
260 マスク
400、400a 引張り応力膜
403、405、406、407 領域
80, 90 channel region 101 N channel MISFET formation region 102 P channel MISFET formation region 103 Gate wiring 104, 105 Active region 106 Element isolation region 109 Doping boundary 111, 134, 144 Silicide film 112 Polysilicon film 113a, 113b Gate insulation Film 120 N well 121 P well 122 Semiconductor substrate 131a, 131b Side wall spacer
132 N-type source / drain region 135 N-type extension region 142 P-type source / drain region 145 P-type extension regions 151, 151a, 151b, 151c Tensile stress films 152, 152a, 156, 156a, 171, 173, 174 Photoresist 153 , 170, 170a Etching stop film 155, 155a, 155b Compressive stress film 160, 161, 162, 163, 164, 162, 161, 163, 165 Region 172, 172a Compressive stress film 175, 402 Stress relaxation element ions 176, 177, 178, 179, 180, 181, 203, 204, 205 Regions 201, 201a, 201b Tensile stress films 202, 202a, 401, 404 Photoresist 250 Passivation film 252 Contact hole 260 Mask 400, 400a Tensile stress film 403, 405, 406, 407 region

Claims (21)

第1の素子形成領域と第2の素子形成領域とを有する半導体基板と、前記第1の素子形成領域の上部に形成された第1の活性領域と、前記第2の素子形成領域の上部に形成され、前記第1の活性領域に隣接する第2の活性領域と、少なくとも前記第1の活性領域上から前記第2の活性領域上に亘って延伸するゲート配線と、前記第1の活性領域のうち前記ゲート配線の直下に位置する領域に形成された第1導電型の第1のチャネル領域と、前記第2の活性領域のうち前記ゲート配線の直下に位置する領域に形成された第2導電型の第2のチャネル領域とを備え、
前記ゲート配線は、
少なくとも前記第1の活性領域上に形成され、引張り応力又は圧縮応力である第1の応力を有する第1の領域と、
前記第1の領域よりも前記第2の活性領域に近い位置にあり、前記第1の領域に隣接し、前記第1の領域よりも緩和された前記第1の応力を有する第2の領域とを有しており、
前記第1のチャネル領域には、前記第1の応力に応じた歪みが生じている半導体装置。
A semiconductor substrate having a first element formation region and a second element formation region, a first active region formed above the first element formation region, and an upper portion of the second element formation region A second active region formed adjacent to the first active region, a gate wiring extending from at least the first active region to the second active region, and the first active region First channel region of the first conductivity type formed in a region located immediately below the gate wiring, and a second channel formed in a region located immediately below the gate wiring in the second active region. A second channel region of conductivity type,
The gate wiring is
A first region formed on at least the first active region and having a first stress that is a tensile stress or a compressive stress;
A second region having a first stress that is closer to the second active region than the first region, is adjacent to the first region, and is more relaxed than the first region; Have
A semiconductor device in which a strain corresponding to the first stress is generated in the first channel region.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記ゲート配線は、
少なくとも前記第2の活性領域上に形成され、引張り応力又は圧縮応力であって前記第1の応力とは逆の第2の応力を有する第3の領域と、
前記第3の領域よりも前記第1の活性領域に近い位置にあり、前記第3の領域に隣接し、前記第3の領域よりも緩和された前記第2の応力を有する第4の領域とをさらに有し、
前記ゲート配線のうち前記第1の領域と前記第3の領域との間には、前記第2の領域及び前記第4の領域を含む応力緩和領域が形成されており、
前記第2のチャネル領域には、前記第2の応力に応じた歪みが生じていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The gate wiring is
A third region formed on at least the second active region and having a second stress that is tensile stress or compressive stress opposite to the first stress;
A fourth region having a second stress that is located closer to the first active region than the third region, is adjacent to the third region, and is more relaxed than the third region; Further comprising
A stress relaxation region including the second region and the fourth region is formed between the first region and the third region of the gate wiring.
The semiconductor device, wherein the second channel region is distorted according to the second stress.
請求項2に記載の半導体装置において、
前記第1の素子形成領域上に、少なくとも前記第1の領域、前記第2の領域、及び前記第1の活性領域を覆うように形成され、前記第1の応力を印加する第1の応力印加膜と、
前記第2の素子形成領域上に、少なくとも前記第3の領域、前記第4の領域、及び前記第2の活性領域を覆うように形成され、前記第2の応力を印加する第2の応力印加膜とをさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
A first stress application for applying the first stress is formed on the first element formation region so as to cover at least the first region, the second region, and the first active region. A membrane,
A second stress application for applying the second stress is formed on the second element formation region so as to cover at least the third region, the fourth region, and the second active region. A semiconductor device, further comprising a film.
請求項3に記載の半導体装置において、
前記応力緩和領域は、前記第2の領域と前記第4の領域の間に形成され、前記第2の領域及び前記第4の領域よりも小さい応力を有する第5の領域をさらに含んでおり、
前記第1の応力印加膜は、前記応力緩和領域上で薄膜化されており、
前記第2の応力印加膜は、前記応力緩和領域上で薄膜化されており、
前記第1の応力印加膜の薄膜化された部分と、前記第2の応力印加膜の薄膜化された部分とは、前記前記第5の領域上で重ね合わされていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3.
The stress relaxation region further includes a fifth region formed between the second region and the fourth region and having a stress smaller than that of the second region and the fourth region,
The first stress application film is thinned on the stress relaxation region,
The second stress applying film is thinned on the stress relaxation region,
The thinned portion of the first stress applying film and the thinned portion of the second stress applying film are overlapped on the fifth region. .
請求項3に記載の半導体装置において、
前記応力緩和領域は、前記第2の領域と前記第4の領域の間に形成された第6の領域をさらに含んでおり、
前記第1の応力印加膜と前記第2の応力印加膜とは、前記第6の領域上で重ね合わされており、
前記第1の応力印加膜のうち前記応力緩和領域上に形成された部分の少なくとも一部が有する前記第1の応力は、前記第1の応力印加膜のうち前記第1の活性領域上に形成された部分が有する前記第1の応力よりも緩和されており、
前記第2の応力印加膜のうち前記応力緩和領域上に形成された部分の少なくとも一部が有する前記第2の応力は、前記第2の応力緩和膜のうち前記第2の活性領域上に形成された部分が有する前記第2の応力よりも緩和されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3.
The stress relaxation region further includes a sixth region formed between the second region and the fourth region,
The first stress applying film and the second stress applying film are overlapped on the sixth region,
The first stress included in at least a part of the first stress application film formed on the stress relaxation region is formed on the first active region of the first stress application film. Is relaxed from the first stress of the portion formed
The second stress included in at least a part of the second stress application film formed on the stress relaxation region is formed on the second active region of the second stress relaxation film. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device is more relaxed than the second stress of the formed portion.
請求項3〜5のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
前記ゲート配線のうち前記第1の素子形成領域上に形成された部分には第2導電型の不純物が導入されており、前記ゲート配線のうち前記第2の素子形成領域上に形成された部分には第1導電型の不純物が導入されており、前記ゲート配線のうち前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域の境界上に位置する領域はドーピング境界となっており、
前記ドーピング境界は、前記応力緩和領域内に形成されていることを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to any one of claims 3 to 5,
A portion of the gate wiring formed on the first element formation region is doped with a second conductivity type impurity, and a portion of the gate wiring formed on the second element formation region. Is doped with a first conductivity type impurity, and a region of the gate wiring located on the boundary between the first element formation region and the second element formation region is a doping boundary,
The semiconductor device, wherein the doping boundary is formed in the stress relaxation region.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記第1の領域には前記第1の応力が記憶されており、
前記第2の領域には緩和された前記第1の応力が記憶されており、
前記第1のチャネル領域には、前記第1の応力に応じた歪みが記憶されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The first stress is stored in the first region,
The relaxed first stress is stored in the second region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a strain corresponding to the first stress is stored in the first channel region.
請求項7に記載の半導体装置において、
前記ゲート配線のうち前記第1の素子形成領域上に形成された部分には第2導電型の不純物が導入されており、前記ゲート配線のうち前記第2の素子形成領域上に形成された部分には第1導電型の不純物が導入されており、前記ゲート配線のうち前記第1の素子形成領域と前記第2の素子形成領域の境界上に位置する領域はドーピング境界となっており、
前記ドーピング境界は、前記第2の領域内に形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
A portion of the gate wiring formed on the first element formation region is doped with a second conductivity type impurity, and a portion of the gate wiring formed on the second element formation region. Is doped with a first conductivity type impurity, and a region of the gate wiring located on the boundary between the first element formation region and the second element formation region is a doping boundary,
The semiconductor device, wherein the doping boundary is formed in the second region.
請求項1〜8のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
前記第1の活性領域と前記第2の活性領域との間に設けられ、前記第1の活性領域と前記第2の活性領域とを電気的に分離する素子分離領域をさらに備えており、
少なくとも前記第2の領域は前記素子分離領域上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to claim 1,
An element isolation region that is provided between the first active region and the second active region and electrically isolates the first active region and the second active region;
At least the second region is formed on the element isolation region.
請求項1〜9のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
前記第1の応力印加膜は、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物、又はシリコン窒化物で構成されていることを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first stress applying film is made of silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride.
請求項1〜10のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
前記第1のチャネル領域はP型であり、
前記第1の応力は引張り応力であり、
前記第1のチャネル領域には引張り歪みが生じており、
前記第1の活性領域上には、前記第1のゲート配線の一部をゲート電極として有するNチャネル型MISFETが形成されていることを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to claim 1,
The first channel region is P-type;
The first stress is a tensile stress;
Tensile strain has occurred in the first channel region,
An N-channel MISFET having a part of the first gate wiring as a gate electrode is formed on the first active region.
請求項1〜10のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
前記第1のチャネル領域はN型であり、
前記第1の応力は圧縮応力であり、
前記第1のチャネル領域には圧縮歪みが生じており、
前記第1の活性領域上には、前記第1のゲート配線の一部をゲート電極として有するPチャネル型MISFETが形成されていることを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to claim 1,
The first channel region is N-type;
The first stress is a compressive stress;
The first channel region has a compressive strain;
A P-channel MISFET having a part of the first gate wiring as a gate electrode is formed on the first active region.
請求項1〜12のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
前記ゲート配線は、シリコン膜と、前記シリコン膜上に形成された金属シリサイド膜とで構成されていることを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 12,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate wiring includes a silicon film and a metal silicide film formed on the silicon film.
第1の素子形成領域と第2の素子形成領域とを有する半導体基板の前記第1の素子形成領域内に第1の活性領域を形成するとともに、前記第2の素子形成領域内に前記第1の活性領域と隣接する第2の活性領域を形成する工程(a)と、
少なくとも前記第1の活性領域上から前記第2の活性領域上に亘って延伸し、前記第1の活性領域上に位置する第1の領域と、前記第1の領域よりも前記第2の活性領域に近く、前記第1の領域に隣接する第2の領域とを前記第1の素子形成領域上に有するゲート配線を形成する工程(b)と、
前記第1の活性領域を含む前記第1の素子形成領域上に前記第1の領域と前記第2の領域とを覆うように、引張り応力又は圧縮応力である第1の応力を印加する第1の応力印加膜を形成することで、前記第1の活性領域において前記ゲート配線の直下に位置する第1導電型の第1のチャネル領域に歪みを生じさせるとともに、前記第1の領域及び前記第2の領域に前記第1の応力を生じさせる工程(c)と、
前記第1の応力印加膜のうち、前記第2の領域上に形成された部分を加工して、前記第2の領域に印加される前記第1の応力を低減させる工程(d)とを備えている半導体装置の製造方法。
A first active region is formed in the first element formation region of the semiconductor substrate having the first element formation region and the second element formation region, and the first element is formed in the second element formation region. Forming a second active region adjacent to the active region of (a),
A first region that extends from at least the first active region to the second active region and is located on the first active region; and the second active than the first region. Forming a gate wiring having a second region close to the region and adjacent to the first region on the first element formation region;
A first stress that is a tensile stress or a compressive stress is applied so as to cover the first region and the second region on the first element formation region including the first active region. By forming the stress applying film, distortion is generated in the first channel region of the first conductivity type located immediately below the gate wiring in the first active region, and the first region and the first region Generating the first stress in the region of 2 (c);
A step (d) of processing a portion of the first stress application film formed on the second region to reduce the first stress applied to the second region. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート配線は、前記第2の活性領域上に位置する第3の領域と、前記第3の領域よりも前記第1の活性領域に近く、前記第3の領域に隣接する第4の領域とをさらに有しており、
前記工程(d)の後、前記第2の活性領域を含む前記第2の素子形成領域上に前記第3の領域と前記第4の領域とを覆うように、前記第1の応力とは逆の第2の応力を印加する第2の応力印加膜を形成することで、前記第2の活性領域において前記ゲート配線の直下に位置する第2導電型の第2のチャネル領域に歪みを生じさせるとともに、前記第3の領域及び前記第4の領域に前記第2の応力を生じさせる工程(e)と、
前記第2の応力印加膜のうち、前記第4の領域上に形成された部分を加工して、前記第4の領域に印加される前記第2の応力を低減させる工程(f)とをさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 14,
The gate line includes a third region located on the second active region, a fourth region closer to the first active region than the third region, and adjacent to the third region, In addition,
After the step (d), opposite to the first stress so as to cover the third region and the fourth region on the second element formation region including the second active region. By forming the second stress applying film for applying the second stress, distortion is generated in the second channel region of the second conductivity type located immediately below the gate wiring in the second active region. And (e) generating the second stress in the third region and the fourth region;
A step (f) of processing a portion of the second stress applying film formed on the fourth region to reduce the second stress applied to the fourth region; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項15に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート配線は、前記第1の領域と前記第3の領域の間に、前記第2の領域と前記第4の領域とを含む応力緩和領域を有しており、
前記応力緩和領域は、前記第2の領域と前記第4の領域との間に形成された第5の領域をさらに含んでおり、
前記工程(d)では、前記第1の応力印加膜のうち前記応力緩和領域上に形成された部分を薄膜化し、
前記工程(f)では、前記第2の応力印加膜のうち前記応力緩和領域上に形成された部分を薄膜化し、
前記第1の応力印加膜の薄膜化された部分と前記第2の応力印加膜の薄膜化された部分とは、前記第5の領域上で重ねられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 15,
The gate wiring has a stress relaxation region including the second region and the fourth region between the first region and the third region,
The stress relaxation region further includes a fifth region formed between the second region and the fourth region,
In the step (d), a portion of the first stress application film formed on the stress relaxation region is thinned,
In the step (f), a portion of the second stress application film formed on the stress relaxation region is thinned,
The thinned portion of the first stress applying film and the thinned portion of the second stress applying film overlap each other on the fifth region. Method.
請求項15に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート配線は、前記第1の領域と前記第3の領域の間に、前記第2の領域と前記第4の領域とを含む応力緩和領域を有しており、
前記応力緩和領域は、前記第2の領域と前記第4の領域との間に形成された第6の領域をさらに含んでおり、
前記工程(d)は、前記工程(e)の後、前記工程(f)と同時に行い、
前記工程(d)、(f)では、前記第1の応力印加膜及び前記第2の応力印加膜のうち前記応力緩和領域上に形成された部分に応力緩和元素イオンの注入を行い、
前記第1の応力印加膜と前記第2の応力印加膜とは、前記第6の領域上で重ねられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 15,
The gate wiring has a stress relaxation region including the second region and the fourth region between the first region and the third region,
The stress relaxation region further includes a sixth region formed between the second region and the fourth region;
The step (d) is performed simultaneously with the step (f) after the step (e),
In the steps (d) and (f), stress relaxation element ions are implanted into a portion of the first stress application film and the second stress application film formed on the stress relaxation region,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first stress applying film and the second stress applying film are overlapped on the sixth region.
第1の素子形成領域と第2の素子形成領域とを有する半導体基板の前記第1の素子形成領域内に第1の活性領域を形成するとともに、前記第2の素子形成領域内に前記第1の活性領域と隣接する第2の活性領域を形成する工程(a)と、
少なくとも前記第1の活性領域上から前記第2の活性領域上に亘って延伸し、前記第1の活性領域上に位置する第1の領域と、前記第1の領域よりも前記第2の活性領域に近く、前記第1の領域に隣接する第2の領域とを前記第1の素子形成領域上に有するシリコン膜を形成する工程(b)と、
前記第1の活性領域を含む前記第1の素子形成領域上に前記第1の領域と前記第2の領域とを覆うように、引張り応力又は圧縮応力である第1の応力を印加する応力印加膜を形成することで、前記第1の活性領域において前記シリコン膜の直下に位置する第1導電型のチャネル領域に歪みを生じさせるとともに、前記第1の領域及び前記第2の領域に前記第1の応力を生じさせる工程(c)と、
前記応力印加膜のうち、前記第2の領域上に形成された部分を加工して、前記第2の領域に印加される前記第1の応力を低減させる工程(d)と、
前記工程(d)の後に、前記半導体基板を熱アニールすることで、前記第1の領域に前記第1の応力を記憶させるとともに、前記第1の応力に応じて生じる歪みを前記チャネル領域に記憶させる工程(e)と、
前記応力印加膜を除去する工程(f)とを備えている半導体装置の製造方法。
A first active region is formed in the first element formation region of the semiconductor substrate having the first element formation region and the second element formation region, and the first element is formed in the second element formation region. Forming a second active region adjacent to the active region of (a),
A first region that extends from at least the first active region to the second active region and is located on the first active region; and the second active than the first region. Forming a silicon film having a second region close to the region and adjacent to the first region on the first element formation region;
Stress application for applying a first stress that is a tensile stress or a compressive stress so as to cover the first region and the second region on the first element formation region including the first active region. By forming the film, distortion is generated in the channel region of the first conductivity type located immediately below the silicon film in the first active region, and the first region and the second region are in the first region. (C) producing a stress of 1;
A step (d) of processing a portion of the stress application film formed on the second region to reduce the first stress applied to the second region;
After the step (d), the semiconductor substrate is thermally annealed so that the first stress is stored in the first region, and strain generated according to the first stress is stored in the channel region. Step (e), and
And a step (f) of removing the stress applying film.
請求項18に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(f)の後に、前記シリコン膜の上部又は全体をシリサイド化することで、金属シリサイド膜を有するゲート配線を形成する工程(g)をさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 18,
After the step (f), there is further provided a step (g) of forming a gate wiring having a metal silicide film by siliciding the upper part or the whole of the silicon film. Method.
請求項17又は18に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(d)では、前記応力印加膜のうち前記第2の領域上に形成された部分を薄膜化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 17 or 18,
In the step (d), a portion of the stress application film formed on the second region is thinned.
請求項17又は18に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(d)では、前記応力印加膜のうち前記第2の領域上に形成された部分に応力緩和元素イオンを注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 17 or 18,
In the step (d), a stress relaxation element ion is implanted into a portion of the stress application film formed on the second region.
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