JP4367523B2 - Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4367523B2 JP4367523B2 JP2007132364A JP2007132364A JP4367523B2 JP 4367523 B2 JP4367523 B2 JP 4367523B2 JP 2007132364 A JP2007132364 A JP 2007132364A JP 2007132364 A JP2007132364 A JP 2007132364A JP 4367523 B2 JP4367523 B2 JP 4367523B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gate electrode
- gate
- insulating film
- opening
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 75
- 238000002353 field-effect transistor method Methods 0.000 title 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 658
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 181
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 148
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 140
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 94
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 53
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 34
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 17
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 10
- TWRSDLOICOIGRH-UHFFFAOYSA-N [Si].[Si].[Hf] Chemical compound [Si].[Si].[Hf] TWRSDLOICOIGRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 137
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 68
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 68
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 description 46
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 30
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 25
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 24
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 description 21
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 20
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 20
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 12
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 12
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 11
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 11
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 9
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 7
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- -1 HfSiON Chemical compound 0.000 description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005881 NiSi 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910020177 SiOF Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001505 atmospheric-pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- PEUPIGGLJVUNEU-UHFFFAOYSA-N nickel silicon Chemical compound [Si].[Ni] PEUPIGGLJVUNEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008378 aryl ethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N metformin Chemical compound CN(C)C(=N)NC(N)=N XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000090 poly(aryl ether) Polymers 0.000 description 1
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000004335 scaling law Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66545—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using a dummy, i.e. replacement gate in a process wherein at least a part of the final gate is self aligned to the dummy gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4966—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a composite material, e.g. organic material, TiN, MoSi2
- H01L29/4975—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a composite material, e.g. organic material, TiN, MoSi2 being a silicide layer, e.g. TiSi2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/665—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using self aligned silicidation, i.e. salicide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
本発明は、絶縁ゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an insulated gate field effect transistor and a method for manufacturing the same.
現在、所謂スケーリング則に基づきトランジスタの微細化を図ることにより、半導体装置の高集積化や動作速度の向上が図られている。絶縁ゲート電界効果トランジスタ(MISFET:Metal Insulator Semiconductor FET)の微細化に際しては、所謂短チャネル効果の影響を抑制することが必要となる。ゲート電極を半導体材料から構成する限り、短チャネル効果の要因の1つであるゲート電極の空乏化を効果的に抑制することはできない。そのため、ゲート電極を、金属や金属化合物等の導電材料から構成することが提案されている。ゲート電極を導電材料から形成する手法として、多結晶シリコン膜の代わりに例えば金属膜を成膜し、この金属膜を従来と同様にパターニングしてゲート電極の形成を行う方法の他、ゲート電極形成用開口部内に導電材料を埋め込む所謂ダマシン・プロセスによりゲート電極を形成する方法も提案されている(例えば、Atsushi Yagishita et al.,“High Performance Metal Gate MOSFETs Fabricated by CMP for 0.lμm Regime”, International Electron Devices Meeting 1998 Technical Digest pp.785-788(1998) (非特許文献1)を参照)。ダマシン・プロセスによりゲート電極を形成する方法においては、ダミーゲート電極を除去することにより形成したゲート電極形成用開口部内に、例えば酸化シリコンよりも比誘電率が大きい絶縁材料(例えば、酸化ハフニウム等)から成るゲート絶縁膜を形成し、次いで、ゲート電極を形成する。そして、これによって、絶縁ゲート電界効果トランジスタの特性の向上を図ることができる。 At present, the miniaturization of transistors based on a so-called scaling law is aimed at higher integration of semiconductor devices and improvement in operation speed. In miniaturization of an insulated gate field effect transistor (MISFET: Metal Insulator Semiconductor FET), it is necessary to suppress the influence of the so-called short channel effect. As long as the gate electrode is made of a semiconductor material, depletion of the gate electrode, which is one of the causes of the short channel effect, cannot be effectively suppressed. Therefore, it has been proposed that the gate electrode is made of a conductive material such as a metal or a metal compound. As a method of forming the gate electrode from a conductive material, for example, a metal film is formed instead of the polycrystalline silicon film, and the gate electrode is formed by patterning the metal film in the same manner as in the prior art. There has also been proposed a method of forming a gate electrode by a so-called damascene process in which a conductive material is embedded in an opening for a work (eg, Atsushi Yagishita et al., “High Performance Metal Gate MOSFETs Fabricated by CMP for 0.1 μm Regime”, International Electron Devices Meeting 1998 Technical Digest pp.785-788 (1998) (see Non-Patent Document 1)). In the method of forming a gate electrode by a damascene process, an insulating material (for example, hafnium oxide, etc.) having a relative dielectric constant larger than that of silicon oxide, for example, is formed in the gate electrode forming opening formed by removing the dummy gate electrode. A gate insulating film is formed, and then a gate electrode is formed. As a result, the characteristics of the insulated gate field effect transistor can be improved.
また、ゲート電極の仕事関数の最適化と、ゲート電極の低抵抗化とを両立させるために、ダマシン・プロセスによりゲート電極を形成する際に、先ず、ゲート電極形成用開口部内に好適な仕事関数を有する導電材料から成る薄膜状の第1層(仕事関数制御層)を形成し、次いで、より抵抗率(比抵抗)の小さい他の導電材料から成る第2層を形成することで、ゲート電極を構成することも提案されている。 Further, in order to achieve both optimization of the work function of the gate electrode and reduction in resistance of the gate electrode, when forming the gate electrode by the damascene process, first, a work function suitable for the gate electrode forming opening is used. Forming a thin film-like first layer (work function control layer) made of a conductive material having a thickness of 2 and then forming a second layer made of another conductive material having a lower resistivity (specific resistance), Has also been proposed.
絶縁ゲート電界効果トランジスタの微細化に伴い、ゲート電極やソース/ドレイン領域を覆う層間絶縁層に、ゲート電極の頂面やソース/ドレイン領域に接続されるコンタクトプラグを形成する際の、位置合わせ裕度が減少する。そのため、これらのコンタクトプラグを一連のプロセスに基づき同時に形成することが好ましい。コンタクトプラグは、層間絶縁層に、底部にゲート電極の頂面が露出したコンタクトプラグ形成用開口部と、底部にソース/ドレイン領域が露出したコンタクトプラグ形成用開口部とを形成した後、これらのコンタクトプラグ形成用開口部内にタングステン等を埋め込むことにより形成される。コンタクトプラグ形成用開口部は、周知のリソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき形成される。 Along with the miniaturization of insulated gate field effect transistors, the alignment margin when forming a contact plug connected to the top surface of the gate electrode or the source / drain region in the interlayer insulating layer covering the gate electrode or the source / drain region is increased. The degree decreases. Therefore, it is preferable to form these contact plugs simultaneously based on a series of processes. The contact plug is formed by forming, in the interlayer insulating layer, a contact plug forming opening in which the top surface of the gate electrode is exposed at the bottom and a contact plug forming opening in which the source / drain regions are exposed at the bottom. It is formed by embedding tungsten or the like in the contact plug forming opening. The contact plug forming opening is formed based on a well-known lithography technique and etching technique.
以下、従来のダマシン・プロセスによりゲート電極を形成する方法の概要を、シリコン半導体基板等の模式的な一部端面図である、図2の(A)、図20の(A)、(B)、図21の(A)、(B)、図22の(A)、(B)、図23の(A)、(B)を参照して説明する。 In the following, an outline of a method for forming a gate electrode by a conventional damascene process is a schematic partial end view of a silicon semiconductor substrate or the like, which is shown in FIGS. 2A, 20A, and 20B. 21 (A) and (B), FIG. 22 (A) and (B), and FIG. 23 (A) and (B).
[工程−10]
先ず、チャネル形成領域12及びソース/ドレイン領域13、SiO2から成る下層絶縁層21、並びに、チャネル形成領域12の上方にゲート電極形成用開口部22を備えた基体10を準備する(図2の(A)参照)。
[Step-10]
First, a
尚、基体10の製造方法については、実施例1において詳しく説明する。また、参照番号11はシリコン半導体基板であり、参照番号13Aはソース/ドレイン領域13の上部の部分に形成されたシリサイド層であり、参照番号17はSiNから成るオフセットスペーサ、参照番号18はSiO2から成る第1サイドウオール、参照番号19はSiNから成る第2サイドウオール、参照番号20はSiNから成るストレスライナー層である。
The method for manufacturing the
[工程−20]
次いで、全面に、例えば、酸化ハフニウムから成るゲート絶縁膜630、ゲート電極の仕事関数を規定するための金属材料(ハフニウム・シリサイド)から成る薄膜状の第1層(仕事関数制御層)631、TiNから成るバリア層632Aを、順次、形成する(図20の(A)参照)。
[Step-20]
Next, on the entire surface, for example, a
[工程−30]
その後、所謂ブランケット・タングステンCVD法に基づき、全面にタングステンから成る第2層632を形成した後、CMP法に基づいた平坦化処理を行い、下層絶縁層21、並びに、オフセットスペーサ17、第1サイドウオール18及び第2サイドウオール19上の第2層632、バリア層632A、第1層631、ゲート絶縁膜630を除去する(図20の(B)参照)。こうして、ゲート電極623を得ることができる。ここで、ゲート電極623は、チャネル形成領域12の上方にゲート絶縁膜630を介して形成されており、第1層631、バリア層632A、及び、第2層632から構成されている。また、ゲート絶縁膜630は、半導体基板11の表面からゲート電極形成用開口部22の側壁に亙り形成されている。
[Step-30]
After that, a
[工程−40]
次に、全面に、層間絶縁層34を形成する(図21の(A)参照)。
[Step-40]
Next, an
[工程−50]
その後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、ゲート電極623の上方、及び、ソース/ドレイン領域13の上方の層間絶縁層34/下層絶縁層21の部分にコンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成する。尚、図21の(B)にコンタクトプラグ形成用開口部35Aの形成が完了した時点の状態、及び、コンタクトプラグ形成用開口部35Bの形成途中の状態を図示し、図22の(A)にコンタクトプラグ形成用開口部35Bの形成が完了した時点の状態を図示する。ここで、実際にはエッチング用のレジスト層が形成されているが、係るレジスト層の図示は省略している。
[Step-50]
Thereafter, contact
[工程−60]
次いで、コンタクトプラグを形成するために、自然酸化膜等を除去するための前処理を行う。前処理が完了した時点の状態を図22の(B)に図示する。
[Step-60]
Next, in order to form a contact plug, a pretreatment for removing a natural oxide film or the like is performed. The state when the preprocessing is completed is shown in FIG.
[工程−70]
その後、全面に、Ti(下層)/TiN(上層)から成る第2のバリア層36を形成し(図23の(A)参照)、ブランケット・タングステンCVD法に基づき全面にタングステン層を形成した後、CMP法に基づいた平坦化処理を行うことで、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35B内にコンタクトプラグ37A,37Bを得ることができる(図23の(B)参照)。
[Step-70]
Thereafter, a
ところで、このような製造方法によって得られる絶縁ゲート電界効果トランジスタにあっては、[工程−30](図20の(B)参照)において、ゲート絶縁膜630及び第1層631の上端面が露出した状態にある。従って、[工程−50]にあっては、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成するために、SiO2から成る層間絶縁層34をドライエッチングし(図21の(B)参照)、引き続き、SiO2から成る下層絶縁層21、及び、SiNから成るストレスライナー層20をドライエッチングするが(図22の(A)参照)、ドライエッチングの条件に依っては、ゲート電極623の頂面に露出したゲート絶縁膜630、あるいは、ゲート絶縁膜630及び第1層631がエッチングされてしまう。更には、[工程−60]における前処理の条件に依っては、第1層631がエッチングされてしまう。
By the way, in the insulated gate field effect transistor obtained by such a manufacturing method, the upper end surfaces of the
また、場合によっては、ストレスライナー層を再度形成するために、[工程−30](図20の(B)参照)に引き続き、SiO2から成る下層絶縁層21を希フッ酸を用いて除去する場合があるが、希フッ酸によって、ハフニウム・シリサイドから成る第1層631がエッチングされてしまう。尚、希フッ酸を用いたウェットエッチングにおいては、通常、酸化ハフニウムから成るゲート絶縁膜630はエッチングされない。
Further, in some cases, in order to form the stress liner layer again, following [Step-30] (see FIG. 20B), the lower
あるいは又、図示していない半導体素子領域において、形成すべき層間絶縁層の層構成として、下から、SiNから成る下層層間絶縁層、SiO2から成る層間絶縁層の積層構造を要求される場合がある。このような場合、ソース/ドレイン領域13の上方における絶縁層/層間絶縁層の構成は、下から、SiNから成るストレスライナー層20、SiO2から成る下層絶縁層21、SiNから成る下層層間絶縁層、SiO2から成る上層層間絶縁層の4層構成となる。一方、ゲート電極623の上方における層間絶縁層の構成は、下から、SiNから成る下層層間絶縁層、SiO2から成る上層層間絶縁層の2層構成となる。従って、上述した[工程−50]と同様の工程にあっては、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、ゲート電極623の上方、及び、ソース/ドレイン領域13の上方の絶縁層/層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成するとき、ゲート電極623の上方にあっては、SiO2から成る上層層間絶縁層、SiNから成る下層層間絶縁層の2層構成のエッチングを行う必要がある。一方、ソース/ドレイン領域13の上方にあっては、SiO2から成る上層層間絶縁層、SiNから成る下層層間絶縁層、SiO2から成る下層絶縁層21、SiNから成るストレスライナー層20の4層構成のエッチングを行わなければならない。それ故、エッチング条件が非常に複雑になったり、エッチング選択比を十分にとれないといった問題が生じる。
Alternatively, in the semiconductor element region (not shown), the layer structure of the interlayer insulating layer to be formed may require a laminated structure of a lower interlayer insulating layer made of SiN and an interlayer insulating layer made of SiO 2 from the bottom. is there. In such a case, the structure of the insulating layer / interlayer insulating layer above the source /
そこで、[工程−30](図20の(B)参照)に引き続き、SiO2から成る下層絶縁層21を希フッ酸を用いて除去した後、全面に、SiN及びSiO2から成る層間絶縁層を形成すれば、ゲート電極623の上方にあっても、ソース/ドレイン領域13の上方にあっても、SiO2から成る上層層間絶縁層、及び、SiNから成る下層層間絶縁層(ソース/ドレイン領域13の上方にあっては、更に、SiNから成るストレスライナー層20)の2層構成のエッチングを行えばよい。これによって、エッチング条件が非常に複雑になったり、エッチング選択比を十分にとれないといった問題を回避することができる。しかしながら、SiO2から成る下層絶縁層21を希フッ酸を用いて除去するので、希フッ酸によって、ハフニウム・シリサイドから成る第1層631がエッチングされてしまうといった、上述したと同様の問題が生じる。
Therefore, after [Step-30] (see FIG. 20B), the lower insulating
そして、以上の結果として、半導体基板11の表面近傍の第1層631やゲート絶縁膜630が薄くなったり(図22の(B)に円印で囲まれた領域を参照のこと)、消失するといった問題が生じ易い。そして、半導体基板11の表面近傍の第1層631が薄くなると、nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数と、pチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数との間の差異が無くなり、あるいは又、少なくなってしまう。また、このような状態になると、[工程−70]において、コンタクトプラグ37Aを形成したとき、コンタクトプラグ37Aにボイドが発生し、コンタクトプラグ37Aの電気抵抗値の増加が生じたり、あるいは又、ゲート絶縁膜630の厚さが薄くなる結果、耐圧劣化が生じ易い。更には、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成するためにエッチングすべきゲート電極623の上方の部分とソース/ドレイン領域13の上方の部分の構成材料が異なっているので、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bの形成条件の最適化を図り難いといった問題もある。
As a result of the above, the
従って、本発明の目的は、ゲート電極の上方にコンタクトプラグを形成するときに、ゲート絶縁膜やゲート電極を構成する材料がエッチングされることが無く、高い信頼性を有するゲート電極を有する絶縁ゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an insulating gate having a highly reliable gate electrode without forming a gate insulating film or a material constituting the gate electrode when a contact plug is formed above the gate electrode. A field effect transistor and a manufacturing method thereof are provided.
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタは、
(A)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、
(B)チャネル形成領域の上方に形成されたゲート電極、並びに、
(C)ゲート絶縁膜、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタであって、
ゲート絶縁膜は、ゲート電極とチャネル形成領域との間に形成されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極の側面部の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されており、
チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHInsとすると、HIns<HGateを満足することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention comprises:
(A) a source / drain region and a channel formation region;
(B) a gate electrode formed above the channel formation region, and
(C) a gate insulating film,
An insulated gate field effect transistor comprising:
The gate insulating film includes a gate insulating film main body portion formed between the gate electrode and the channel formation region, and a gate insulating film extending portion extending from the gate insulating film main body portion to the middle of the side surface portion of the gate electrode. Configured,
When relative to the channel forming region the surface of the gate electrode height H Gate, and the height of the gate insulating film extending portion and H Ins, and satisfies the H Ins <H Gate.
本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、及び、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層から構成されており;第1層は、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成されており;第2層は、ゲート電極の残部を占めており;チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1とすると、HMt-1<HGateを満足する構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−Aの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタ』と呼ぶ。そして、この場合、HIns≒HMt-1であることが好ましい。ここで、金属材料には、金属、合金、金属窒化物等の金属化合物が含まれる。以下の説明においても同様である。 In the insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention, the gate electrode has a first layer made of the first metal material, and a second layer made of the second metal material different from the first metal material. The first layer is formed from the bottom surface of the gate electrode facing the channel formation region to the middle of the side surface of the gate electrode; the second layer occupies the remainder of the gate electrode When the height of the portion of the first layer formed halfway along the side surface of the gate electrode with respect to the surface of the channel formation region is defined as H Mt-1 , H Mt-1 <H Gate is satisfied. It can be configured. Such a configuration is referred to as “an insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect of the present invention” for convenience. In this case, it is preferable that H Ins ≈H Mt−1 . Here, the metal material includes metal compounds such as metals, alloys, and metal nitrides. The same applies to the following description.
本発明の第1−Aの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいては、ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグを更に備えており、このコンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には第2層が存在する形態とすることができる。あるいは又、第2層は外側層及び内側層の2層から構成されており、第2層の外側層は第1層上からゲート電極の側面部に亙り形成されており、第2層の内側層はゲート電極の残部を占めている構成とすることができ、この場合、ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグを更に備えており、このコンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には、少なくとも、内側層及び外側層のいずれか一方が存在する形態とすることができる。 The insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect of the present invention further includes a contact plug connected to the top surface of the gate electrode, and the bottom surface of the contact plug and the upper end of the gate insulating film extending portion. The second layer may exist between the two parts. Alternatively, the second layer is composed of two layers, an outer layer and an inner layer, and the outer layer of the second layer is formed on the side surface of the gate electrode from above the first layer. The layer may be configured to occupy the remaining portion of the gate electrode. In this case, the layer further includes a contact plug connected to the top surface of the gate electrode, and the bottom surface of the contact plug and the gate insulating film extending portion are provided. Between the upper end portion, at least one of the inner layer and the outer layer may be present.
あるいは又、本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており;第1層は、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成されており;第2層及び第3層は、積層状態にてゲート電極の残部を占めており;チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1、第2層と第3層との界面の高さをHMt-2とすると、HMt-1<HGate、HMt-1≒HMt-2を満足する構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−Bの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタ』と呼ぶ。そして、この場合、HIns≒HMt-1≒HMt-2であることが好ましい。 Alternatively, in the insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention, the gate electrode is a first layer made of the first metal material, and a second layer made of the second metal material different from the first metal material. The first layer is composed of two layers and a third layer made of a third metal material different from the first metal material; the first layer extends from the bottom surface of the gate electrode facing the channel formation region to the side surface of the gate electrode. The second layer and the third layer occupy the remaining part of the gate electrode in a stacked state; the middle of the side surface of the gate electrode when the channel formation region surface is used as a reference H Mt-1 the height of the portion of the first layer formed to, when the height of the interface between the second layer and the third layer and H Mt-2, H Mt- 1 <H Gate, H mt- 1 ≈H Mt-2 can be satisfied. Such a configuration is referred to as “an insulated gate field effect transistor according to the first-B aspect of the present invention” for convenience. In this case, it is preferable that H Ins ≈H Mt−1 ≈H Mt−2 .
本発明の第1−Bの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいては、ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグを更に備えており;このコンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には第3層が存在する形態とすることができる。 The insulated gate field effect transistor according to the first-B aspect of the present invention further includes a contact plug connected to the top surface of the gate electrode; the bottom surface of the contact plug and the upper end of the gate insulating film extending portion. A third layer may be present between the parts.
以上に説明した好ましい構成、態様を含む本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにあっては、
0.1≦HIns/HGate≦0.95
を満足し、且つ、
(HGate−HIns)≧5nmを満足することが好ましい。
In the insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention including the preferred configuration and aspect described above,
0.1 ≦ H Ins / H Gate ≦ 0.95
And satisfy
It is preferable that (H Gate −H Ins ) ≧ 5 nm is satisfied.
上記の好ましい構成を含む本発明の第1−Aの態様あるいは第1−Bの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、第1層はゲート電極の仕事関数を規定するための金属材料から成ることが好ましく(具体的には、第1層を構成する金属材料として、nチャネル型あるいはpチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのチャネル形成領域との関係で好ましい仕事関数を有する金属材料を適宜選択すればよく、以下の説明においても同様である)、より具体的には、第1層は、ハフニウム、タンタル、チタン、モリブデン、ルテニウム、ニッケル、白金から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物(例えば、金属窒化物や、金属と半導体材料との化合物である金属シリサイド)から成り、第2層は、タングステン(W)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)から成る群から構成された金属、該金属を含む合金から成ることが望ましい。また、第3層は、タングステン(W)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)から成る群から構成された金属、該金属を含む合金から成ることが望ましい。尚、第1層を構成する材料として、より具体的には、チャネル形成領域がn型である場合には、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物、チャネル形成領域がp型である場合には、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)等から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物を選択することができるが、これに限定するものではない。あるいは又、第1層は、ハフニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ルテニウム、ニッケル、白金から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物(例えば、金属窒化物や、金属と半導体材料との化合物である金属シリサイド)から成り、第2層はシリサイド(具体的には、例えば、トリ・ニッケル・シリサイド[Ni3Si])から成ることが望ましい。 In the insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect or the first-B aspect of the present invention including the above-mentioned preferred configuration, the first layer is made of a metal material for defining the work function of the gate electrode. (Specifically, as the metal material constituting the first layer, a metal material having a preferable work function in relation to the channel formation region of the n-channel or p-channel insulated gate field effect transistor is appropriately selected. More specifically, the same applies to the following description.) More specifically, the first layer is a metal composed of the group consisting of hafnium, tantalum, titanium, molybdenum, ruthenium, nickel, platinum, and an alloy containing the metal. Or a metal compound (for example, a metal nitride or a metal silicide which is a compound of a metal and a semiconductor material), and the second layer includes: Tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), copper (Cu), aluminum (Al) metal comprised from the group consisting of, desirably made of an alloy containing the metal. The third layer is preferably made of a metal composed of a group consisting of tungsten (W), copper (Cu), and aluminum (Al), and an alloy containing the metal. More specifically, as the material constituting the first layer, when the channel formation region is n-type, a metal composed of a group consisting of hafnium (Hf), tantalum (Ta), etc., the metal When the channel formation region is p-type, or an alloy containing metal, or a compound of the metal, it is made of titanium (Ti), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), nickel (Ni), platinum (Pt), or the like. Although the metal comprised from the group, the alloy containing this metal, or the compound of this metal can be selected, it is not limited to this. Alternatively, the first layer is made of a metal composed of the group consisting of hafnium, tantalum, titanium, tungsten, molybdenum, ruthenium, nickel, platinum, an alloy containing the metal, or a compound of the metal (for example, a metal nitride) It is desirable that the second layer be made of silicide (specifically, for example, tri-nickel silicide [Ni 3 Si]).
あるいは又、本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極はシリサイド(具体的には、例えば、nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタにあってはニッケル・ダイシリサイド[NiSi2]、ニッケル・シリサイド[NiSi]、pチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタにあってはトリ・ニッケル・シリサイド[Ni3Si])から成る構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−Cの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタ』と呼ぶ。 Alternatively, in the insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention, the gate electrode is silicide (specifically, for example, in the case of an n-channel insulated gate field effect transistor, nickel disilicide [NiSi 2 ], Nickel silicide [NiSi], and a p-channel insulated gate field effect transistor can be composed of tri-nickel silicide [Ni 3 Si]). Such a configuration is referred to as “an insulated gate field effect transistor according to the 1-C aspect of the present invention” for convenience.
上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタは、
(A)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、
(B)チャネル形成領域の上方に形成されたゲート電極、並びに、
(C)ゲート絶縁膜、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタであって、
ゲート絶縁膜は、ゲート電極とチャネル形成領域との間に形成されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極の頂面まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されており、
ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
第1層は、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成されており、
第2層及び第3層は、積層状態にてゲート電極の残部を占めており、
チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1、第2層と第3層との界面の高さをHMt-2とすると、HMt-1<HGate、HMt-2<HGate、HMt-1≒HMt-2を満足することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention provides:
(A) a source / drain region and a channel formation region;
(B) a gate electrode formed above the channel formation region, and
(C) a gate insulating film,
An insulated gate field effect transistor comprising:
The gate insulating film is composed of a gate insulating film main body formed between the gate electrode and the channel formation region, and a gate insulating film extending portion extending from the gate insulating film main body to the top surface of the gate electrode. And
The gate electrode includes a first layer made of a first metal material, a second layer made of a second metal material different from the first metal material, and a third metal material different from the first metal material. Consisting of a third layer consisting of:
The first layer is formed in the middle of the side surface of the gate electrode from the bottom surface of the gate electrode facing the channel formation region,
The second layer and the third layer occupy the remainder of the gate electrode in the stacked state,
The height of the gate electrode with reference to the surface of the channel formation region is H Gate , the height of the portion of the first layer formed partway along the side surface of the gate electrode is H Mt−1 , the second layer and the second layer Assuming that the height of the interface with the three layers is H Mt-2 , H Mt-1 <H Gate , H Mt-2 <H Gate , H Mt-1 ≈H Mt-2 is satisfied.
本発明の第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにあっては、ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグを更に備えており;このコンタクトプラグの底面と第1層の上端部との間には第3層が存在する形態とすることができる。 The insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention further includes a contact plug connected to the top surface of the gate electrode; the bottom surface of the contact plug and the upper end portion of the first layer. It can be set as the form which a 3rd layer exists in between.
上記の好ましい形態を含む本発明の第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにあっては、第1層はゲート電極の仕事関数を規定するための金属材料から成ることが好ましく、より具体的には、第1層は、ハフニウム、タンタル、チタン、モリブデン、ルテニウム、ニッケル、白金から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物(例えば、金属窒化物や、金属と半導体材料との化合物である金属シリサイド)から成り、第2層は、タングステン(W)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)から成る群から構成された金属、該金属を含む合金から成ることが望ましい。また、第3層は、タングステン(W)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)から成る群から構成された金属、該金属を含む合金から成ることが望ましい。尚、第1層を構成する材料として、より具体的には、チャネル形成領域がn型である場合には、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物を、チャネル形成領域がp型である場合には、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)等から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物を選択することができるが、これに限定するものではない。 In the insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention including the above preferred embodiment, the first layer is preferably made of a metal material for defining the work function of the gate electrode, more specifically. The first layer is made of a metal composed of a group consisting of hafnium, tantalum, titanium, molybdenum, ruthenium, nickel, platinum, an alloy containing the metal, or a compound of the metal (for example, a metal nitride, The second layer is composed of a group consisting of tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), copper (Cu), and aluminum (Al). It is desirable to be made of a metal or an alloy containing the metal. The third layer is preferably made of a metal composed of a group consisting of tungsten (W), copper (Cu), and aluminum (Al), and an alloy containing the metal. More specifically, as the material constituting the first layer, when the channel formation region is n-type, a metal composed of a group consisting of hafnium (Hf), tantalum (Ta), etc., the metal In the case where the channel formation region is p-type, an alloy containing metal or a compound of the metal is made of titanium (Ti), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), nickel (Ni), platinum (Pt), or the like. A metal composed of the group consisting of the above, an alloy containing the metal, or a compound of the metal can be selected, but is not limited thereto.
以上に説明した好ましい構成、態様を含む本発明の第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタにあっては、
0.1≦HMt-1/HGate≦0.95
を満足し、且つ、
(HGate−HMt-1)≧5nmを満足することが好ましい。
In the insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention including the preferred configuration and aspect described above,
0.1 ≦ H Mt-1 / H Gate ≦ 0.95
And satisfy
It is preferable that (H Gate −H Mt−1 ) ≧ 5 nm is satisfied.
上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、
(a)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、並びに、絶縁層、及び、チャネル形成領域の上方にゲート電極形成用開口部を備えた基体を準備し、
(b)ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜を形成し、次いで、
(c)ゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部の底部に残されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されたゲート絶縁膜を得た後、
(d)ゲート電極形成用開口部内を金属材料で埋め込むことでゲート電極を得る、
各工程を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention includes:
(A) A source / drain region, a channel formation region, an insulating layer, and a substrate having an opening for forming a gate electrode above the channel formation region are prepared.
(B) forming a gate insulating film on the channel formation region exposed at the bottom of the gate electrode formation opening and on the sidewall of the gate electrode formation opening;
(C) The gate insulating film formed on the sidewall of the opening for forming the gate electrode is selectively removed, so that the main body of the gate insulating film left at the bottom of the opening for forming the gate electrode, and the gate insulation After obtaining the gate insulating film composed of the gate insulating film extending portion extending from the film main body portion to the middle of the side wall of the gate electrode forming opening,
(D) obtaining a gate electrode by embedding the inside of the opening for forming the gate electrode with a metal material;
Each step is provided.
本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、前記工程(c)におけるゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜の選択的な除去は、全面にレジスト層を形成した後、レジスト層をエッチバックしてゲート電極形成用開口部の下部にレジスト層を残し、次いで、ゲート電極形成用開口部の側壁上部に露出したゲート絶縁膜の部分を除去した後、レジスト層を除去する工程から成る構成とすることができる。 In the method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention, the selective removal of the gate insulating film formed on the side wall of the gate electrode formation opening in the step (c) After forming the layer, the resist layer is etched back to leave the resist layer under the gate electrode formation opening, and then the gate insulating film portion exposed at the upper portion of the sidewall of the gate electrode formation opening is removed. The resist layer may be removed.
そして、上記の好ましい構成を含む本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHInsとすると、HIns<HGateを満足することが好ましい。 In the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention including the above-described preferred configuration, the height of the gate electrode when the channel formation region surface is used as a reference is H Gate , and the gate insulating film When the height of the extending portion is H Ins , it is preferable that H Ins <H Gate is satisfied.
あるいは又、本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、及び、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層から構成されており;前記工程(b)において、ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜及び第1層を、順次、形成し;前記工程(c)において、ゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜及び第1層を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部の底部に残されたゲート絶縁膜本体部、及び、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されたゲート絶縁膜、並びに、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成された第1層を得る構成とすることが望ましい。尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−Aの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法』と呼ぶ。 Alternatively, in the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention, the gate electrode includes a first layer made of the first metal material and a second layer different from the first metal material. In the step (b), the gate is formed on the channel formation region exposed at the bottom of the gate electrode formation opening and on the sidewall of the gate electrode formation opening in the step (b). An insulating film and a first layer are sequentially formed; in the step (c), the gate insulating film and the first layer formed on the side wall of the gate electrode forming opening are selectively removed; Gate insulating film main body left at bottom of electrode forming opening, and gate insulating film extending from gate insulating film main body to the middle of side wall of gate electrode forming opening Insulating film, and It is desirable to adopt a configuration for obtaining a first layer formed over the middle of the side surface portion of the gate electrode from the bottom portion of the gate electrode facing the Yaneru formation region. Such a configuration is referred to as “a manufacturing method of an insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect of the present invention” for convenience.
そして、本発明の第1−Aの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、前記工程(c)におけるゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜及び第1層の選択的な除去は、全面にレジスト層を形成した後、レジスト層をエッチバックしてゲート電極形成用開口部の下部にレジスト層を残し、次いで、ゲート電極形成用開口部の側壁上部に露出した第1層の部分及びゲート絶縁膜の部分を除去した後、レジスト層を除去する工程から成ることが好ましい。 In the method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect of the present invention, the selection of the gate insulating film and the first layer formed on the side wall of the gate electrode formation opening in the step (c) After the resist layer is formed on the entire surface, the resist layer is etched back to leave the resist layer under the gate electrode forming opening, and then exposed to the upper part of the sidewall of the gate electrode forming opening. It is preferable to comprise a step of removing the resist layer after removing the one layer portion and the gate insulating film portion.
あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の第1−Aの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法においては、前記工程(d)において、ゲート電極形成用開口部の残部を第2の金属材料で埋め込むことで、第1層及び第2層から構成されたゲート電極を得ることが好ましい。尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−A−1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法』と呼ぶ。そして、この場合、前記工程(d)に引き続き、全面に層間絶縁層を形成した後、ゲート電極の上方の層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、次いで、コンタクトプラグ形成用開口部内にコンタクトプラグを設ける工程を更に含み、このコンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には第2層が存在する形態とすることができる。 Alternatively, in the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect of the present invention including the above preferable configuration, the remaining part of the opening for forming the gate electrode is a second portion in the step (d). It is preferable to obtain a gate electrode composed of a first layer and a second layer by embedding with a metal material. Such a configuration is referred to as “a manufacturing method of an insulated gate field effect transistor according to the first-A-1 aspect of the present invention” for convenience. In this case, following the step (d), an interlayer insulating layer is formed on the entire surface, and then an opening for forming a contact plug is formed in the portion of the interlayer insulating layer above the gate electrode. The method may further include a step of providing a contact plug in the opening, and the second layer may exist between the bottom surface of the contact plug and the upper end portion of the gate insulating film extension.
あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の第1−Aの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、第2層は外側層及び内側層の2層から構成されており、第2層の外側層は第1層上からゲート電極の側面部に亙り形成されており、第2層の内側層はゲート電極の残部を占めており、前記工程(d)において、ゲート電極形成用開口部内に形成された第1層の上及びゲート電極形成用開口部の側壁に亙り外側層を形成した後、残部を内側層で埋め込む形態とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−A−2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法』と呼ぶ。そして、この場合、前記工程(d)に引き続き、全面に層間絶縁層を形成した後、ゲート電極の上方の層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、次いで、コンタクトプラグ形成用開口部内にコンタクトプラグを設ける工程を更に含み、このコンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には、少なくとも、内側層及び外側層のいずれか一方が存在する形態とすることができる。 Alternatively, in the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect of the present invention including the above preferable configuration, the second layer is composed of two layers, an outer layer and an inner layer. The outer layer of the second layer is formed on the side surface of the gate electrode from above the first layer, and the inner layer of the second layer occupies the remaining part of the gate electrode. In the step (d), the gate electrode After the outer layer is formed over the first layer formed in the forming opening and on the sidewall of the gate electrode forming opening, the remaining portion can be embedded in the inner layer. Such a configuration is referred to as “a manufacturing method of an insulated gate field effect transistor according to the first-A-2 mode of the present invention” for convenience. In this case, following the step (d), an interlayer insulating layer is formed on the entire surface, and then an opening for forming a contact plug is formed in the portion of the interlayer insulating layer above the gate electrode. The method further includes a step of providing a contact plug in the opening, and at least one of the inner layer and the outer layer exists between the bottom surface of the contact plug and the upper end of the gate insulating film extension. be able to.
あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の第1−Aの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、前記工程(d)におけるゲート電極形成用開口部の残部への金属材料の埋め込みは、ゲート電極形成用開口部の下部に導電材料層を形成した後、全面に金属材料層を形成し、次いで、導電材料層と金属材料層とを化学的に反応させた後、未反応の金属材料層を除去する工程から成り、以て、導電材料層と金属材料層との化学的な反応によって第2の金属材料から成る第2層を得ることが好ましく(尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−A−3の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法』と呼ぶ)、更には、第1層は、ハフニウム、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン、ルテニウム、ニッケル、白金から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物(例えば、金属窒化物や、金属と半導体材料との化合物である金属シリサイド)から成り、第2層はシリサイド(具体的には、例えば、トリ・ニッケル・シリサイド[Ni3Si])から成ることが望ましい。 Alternatively, in the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect of the present invention including the above preferable configuration, the metal in the remainder of the gate electrode forming opening in the step (d) For the embedding of the material, after forming a conductive material layer below the opening for forming the gate electrode, a metal material layer is formed on the entire surface, and then the conductive material layer and the metal material layer are chemically reacted, It is preferable to obtain a second layer made of the second metal material by a chemical reaction between the conductive material layer and the metal material layer. This structure is referred to as “a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first-A-3 aspect of the present invention” for convenience), and the first layer is made of hafnium, tantalum, titanium, tungsten, molybdenum. , Lute A metal composed of a group consisting of aluminum, nickel, platinum, an alloy containing the metal, or a compound of the metal (for example, a metal nitride or a metal silicide that is a compound of a metal and a semiconductor material) The two layers are preferably made of silicide (specifically, for example, tri-nickel-silicide [Ni 3 Si]).
以上に説明した各種の好ましい構成、態様を含む本発明の第1−Aの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHIns、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1とすると、HIns<HGate及びHIns≒HMt-1を満足することが望ましい。 In the manufacturing method of the insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect of the present invention including the various preferable configurations and aspects described above, the gate electrode is formed on the basis of the surface of the channel formation region. Assuming that the height is H Gate , the height of the gate insulating film extension is H Ins , and the height of the portion of the first layer formed partway along the side surface of the gate electrode is H Mt−1 , H Ins <H It is desirable to satisfy Gate and H Ins ≈H Mt−1 .
あるいは又、本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、前記工程(d)におけるゲート電極形成用開口部内への金属材料の埋め込みは、ゲート電極形成用開口部の下部に導電材料層を形成した後、全面に金属材料層を形成し、次いで、導電材料層と金属材料層とを化学的に反応させた後、未反応の金属材料層を除去する工程から成り、以て、導電材料層と金属材料層との化学的な反応によってゲート電極を得ることが望ましい。尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−Bの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法』と呼ぶ。そして、この場合、ゲート電極はシリサイド(具体的には、例えば、nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタにあってはニッケル・ダイシリサイド[NiSi2]、ニッケル・シリサイド[NiSi]、pチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタにあってはトリ・ニッケル・シリサイド[Ni3Si])から成ることが望ましい。 Alternatively, in the method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention, the embedding of the metal material into the gate electrode formation opening in the step (d) is performed by using the gate electrode formation opening. Forming a conductive material layer at the bottom of the part, forming a metal material layer on the entire surface, then chemically reacting the conductive material layer and the metal material layer, and then removing the unreacted metal material layer Therefore, it is desirable to obtain the gate electrode by a chemical reaction between the conductive material layer and the metal material layer. Such a configuration is referred to as “a manufacturing method of an insulated gate field effect transistor according to the first-B aspect of the present invention” for convenience. In this case, the gate electrode is silicide (specifically, for example, in the case of an n-channel insulated gate field effect transistor, nickel disilicide [NiSi 2 ], nickel silicide [NiSi], p-channel insulated gate) The field effect transistor is preferably made of tri-nickel-silicide [Ni 3 Si].
あるいは又、本発明の第1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、
ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
前記工程(b)において、ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜、第1層及び第2層を、順次、形成し、
前記工程(c)において、ゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜、第1層及び第2層の一部を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部の底部に残されたゲート絶縁膜本体部、ゲート絶縁膜本体部からゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されたゲート絶縁膜、及び、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成された第1層、並びに、ゲート電極形成用開口部内の第1層が形成された部分を埋める第2層を得る構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『本発明の第1−Cの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法』と呼ぶ。
Alternatively, in the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first aspect of the present invention,
The gate electrode includes a first layer made of a first metal material, a second layer made of a second metal material different from the first metal material, and a third metal material different from the first metal material. Consisting of a third layer consisting of:
In the step (b), the gate insulating film, the first layer, and the second layer are sequentially formed on the channel formation region exposed at the bottom of the gate electrode formation opening and on the sidewall of the gate electrode formation opening. Forming,
In the step (c), a part of the gate insulating film, the first layer, and the second layer formed on the side wall of the gate electrode formation opening is selectively removed, thereby forming the gate electrode formation opening. The gate insulating film main body portion left on the bottom, the gate insulating film extending from the gate insulating film main body portion to the middle of the side wall of the gate electrode forming opening, and the channel forming region Of the first layer formed in the middle of the side surface portion of the gate electrode from the bottom surface portion of the gate electrode opposed to the gate electrode, and the second layer filling the portion where the first layer in the gate electrode forming opening is formed It can be. Such a configuration is referred to as “a manufacturing method of an insulated gate field effect transistor according to the first-C aspect of the present invention” for convenience.
そして、本発明の第1−Cの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、前記工程(c)におけるゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜、第1層及び第2層の選択的な除去は、全面にレジスト層を形成した後、エッチバック法にてゲート電極形成用開口部の側壁上部のゲート絶縁膜の部分、第1層の部分及び第2層の部分を除去した後、レジスト層を除去する工程から成る構成とすることができる。また、前記工程(d)において、ゲート電極形成用開口部の残部を第3の金属材料で埋め込むことで、第1層、第2層及び第3層から構成されたゲート電極を得る構成とすることができ、この場合、更には、前記工程(d)に引き続き、全面に層間絶縁層を形成した後、ゲート電極の上方の層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、次いで、コンタクトプラグ形成用開口部内にコンタクトプラグを設ける工程を更に含み;このコンタクトプラグの底面とゲート絶縁膜延在部の上端部との間には第3層が存在する形態とすることができる。 In the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the 1-C aspect of the present invention, the gate insulating film formed on the side wall of the gate electrode formation opening in the step (c), The selective removal of the layer and the second layer is performed by forming a resist layer on the entire surface and then etching the gate electrode film portion, the first layer portion and the second layer on the side wall of the gate electrode formation opening by an etch back method. After removing the layer portion, the resist layer may be removed. Further, in the step (d), the remaining portion of the opening for forming the gate electrode is filled with a third metal material, whereby a gate electrode composed of the first layer, the second layer, and the third layer is obtained. In this case, further, following the step (d), after forming an interlayer insulating layer on the entire surface, an opening for forming a contact plug is formed in the portion of the interlayer insulating layer above the gate electrode, And a step of providing a contact plug in the contact plug formation opening; a third layer may be present between the bottom surface of the contact plug and the upper end of the gate insulating film extension.
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第1−Cの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHIns、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1、第2層と第3層との界面の高さをHMt-2とすると、HIns<HGate、HIns≒HMt-1≒HMt-2を満足することが好ましい。 In the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the 1-C aspect of the present invention including the preferable configuration and configuration described above, the height of the gate electrode with respect to the surface of the channel formation region H Gate , the height of the gate insulating film extension H Ins , the height of the first layer formed partway along the side surface of the gate electrode is H Mt−1 , and the second and third layers When the interfacial height and H Mt-2, H Ins < H Gate, it is preferable to satisfy the H Ins ≒ H Mt-1 ≒ H Mt-2.
上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、
(a)ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、並びに、絶縁層、及び、チャネル形成領域の上方にゲート電極形成用開口部を備えた基体を準備し、
(b)ゲート電極形成用開口部の底部に露出したチャネル形成領域の上、及び、ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜を形成し、次いで、
(c)ゲート電極形成用開口部内を金属材料で埋め込むことでゲート電極を得る、
各工程を具備する絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層から構成されており、
前記工程(c)において、チャネル形成領域に対向するゲート電極の底面部からゲート電極の側面部の途中に亙り形成された第1層、並びに、ゲート電極形成用開口部内の第1層が形成された部分を埋める第2層を得た後、ゲート電極形成用開口部の残部を第3の金属材料で埋め込むことで、第1層、第2層及び第3層から構成されたゲート電極を得ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention includes:
(A) A source / drain region, a channel formation region, an insulating layer, and a substrate having an opening for forming a gate electrode above the channel formation region are prepared.
(B) forming a gate insulating film on the channel formation region exposed at the bottom of the gate electrode formation opening and on the sidewall of the gate electrode formation opening;
(C) A gate electrode is obtained by embedding a gate electrode forming opening with a metal material.
A method for producing an insulated gate field effect transistor comprising each step,
The gate electrode includes a first layer made of a first metal material, a second layer made of a second metal material different from the first metal material, and a third metal material different from the first metal material. Consisting of a third layer consisting of:
In the step (c), the first layer formed from the bottom surface of the gate electrode facing the channel formation region to the middle of the side surface of the gate electrode, and the first layer in the gate electrode formation opening are formed. After obtaining the second layer that fills the portion, the remaining portion of the gate electrode forming opening is filled with the third metal material to obtain a gate electrode composed of the first layer, the second layer, and the third layer. It is characterized by that.
本発明の第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、前記工程(c)に引き続き、全面に層間絶縁層を形成した後、ゲート電極の上方の層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、次いで、コンタクトプラグ形成用開口部内にコンタクトプラグを設ける工程を更に含み;このコンタクトプラグの底面と第1層の上端部との間には第3層が存在する形態とすることができる。 In the method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention, following the step (c), an interlayer insulating layer is formed on the entire surface, and then the portion of the interlayer insulating layer above the gate electrode. Forming a contact plug forming opening, and then providing a contact plug in the contact plug forming opening; a third layer is formed between the bottom surface of the contact plug and the upper end of the first layer. It can be an existing form.
また、上記の好ましい形態を含む本発明の第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、チャネル形成領域表面を基準としたときの、ゲート電極の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部の高さをHIns、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さをHMt-1、第2層と第3層との界面の高さをHMt-2とすると、HIns<HGate、HIns≒HMt-1≒HMt-2を満足することが好ましい。 In the method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention including the preferred embodiment described above, the height of the gate electrode when the channel formation region surface is used as a reference is H Gate , The height of the gate insulating film extension is H Ins , the height of the portion of the first layer formed partway along the side surface of the gate electrode is H Mt-1 , and the height of the interface between the second layer and the third layer. the When H Mt-2, H Ins < H Gate, to satisfy the H Ins ≒ H Mt-1 ≒ H Mt-2 preferably is.
上記の好ましい構成を含む本発明の第1−Aの態様、第1−Bの態様、第1−Cの態様、あるいは、第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、第1層は、ゲート電極の仕事関数を規定するための金属材料から成ることが好ましい。あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の第1−Aの態様、第1−Cの態様、あるいは、第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、更には、第1層は、ハフニウム、タンタル、チタン、モリブデン、ルテニウム、ニッケル、白金から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物(例えば、金属窒化物や、金属と半導体材料との化合物である金属シリサイド)から成り、第2層は、タングステン(W)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)から成る群から構成された金属、該金属を含む合金から成ることが望ましい。また、第3層は、タングステン(W)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)から成る群から構成された金属、該金属を含む合金から成ることが望ましい。尚、第1層を構成する材料として、より具体的には、チャネル形成領域がn型である場合には、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物を、チャネル形成領域がp型である場合には、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)等から成る群から構成された金属、該金属を含む合金、又は、該金属の化合物を選択することができるが、これに限定するものではない。 In the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect, the first-B aspect, the first-C aspect, or the second aspect of the present invention including the above-described preferable configuration, The layer is preferably made of a metal material for defining the work function of the gate electrode. Alternatively, in the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the 1st-A aspect, the 1st-C aspect, or the second aspect of the present invention including the above preferable configuration, The first layer is a metal composed of a group consisting of hafnium, tantalum, titanium, molybdenum, ruthenium, nickel, platinum, an alloy containing the metal, or a compound of the metal (for example, a metal nitride, a metal and a semiconductor) The second layer is a metal composed of a group consisting of tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), copper (Cu), and aluminum (Al). It is desirable to be made of an alloy containing the metal. The third layer is preferably made of a metal composed of a group consisting of tungsten (W), copper (Cu), and aluminum (Al), and an alloy containing the metal. More specifically, as the material constituting the first layer, when the channel formation region is n-type, a metal composed of a group consisting of hafnium (Hf), tantalum (Ta), etc., the metal In the case where the channel formation region is p-type, an alloy containing metal or a compound of the metal is made of titanium (Ti), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), nickel (Ni), platinum (Pt), or the like. A metal composed of the group consisting of the above, an alloy containing the metal, or a compound of the metal can be selected, but is not limited thereto.
また、本発明の第1−A−1の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、ゲート電極形成用開口部の残部を第2の金属材料で埋め込む方法として、あるいは又、本発明の第1−A−2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、ゲート電極形成用開口部の残部を内側層で埋め込む方法として、あるいは又、本発明の第1−Cの態様若しくは第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、ゲート電極形成用開口部の残部を第3の金属材料で埋め込む方法として、各種の化学的気相成長(CVD)法;電子ビーム蒸着法や熱フィラメント蒸着法といった蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法といった各種の物理的気相成長法(PVD法);電解メッキ法や無電解メッキ法といったメッキ法を挙げることができ、これらの方法を単独で行うか、あるいは又、適宜組み合わせて行えばよい。そして、その後、化学的・機械的研磨法(CMP法)やエッチバック法等により平坦化処理を行うことが望ましい。 Further, in the method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the 1-A-1 aspect of the present invention, as a method of burying the remaining part of the opening for forming the gate electrode with the second metal material, In the method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the 1st-A-2 aspect, as a method of burying the remaining part of the opening for forming the gate electrode with the inner layer, or as the 1st-C aspect or the 1st aspect of the present invention, In the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the second aspect, various chemical vapor deposition (CVD) methods; electron beam evaporation methods are used as a method of embedding the remainder of the gate electrode forming opening with the third metal material. Various physical vapor deposition methods (P) such as vapor deposition methods such as thermal filament deposition, sputtering, ion plating, and laser ablation Method D); plating method can be cited such as electrolytic plating or electroless plating method, or perform these methods alone, or alternatively, may be performed in combination. After that, it is desirable to perform a planarization process by a chemical / mechanical polishing method (CMP method), an etch back method, or the like.
ここで、上述した本発明の第1−A−3の態様あるいは第1−Bの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、導電材料層の形成方法として、例えば、CVD法やPVD法とエッチバック法との組合せを挙げることができるし、全面に金属材料層を形成する方法として、CVD法やPVD法を挙げることができるし、導電材料層と金属材料層とを化学的に反応させる方法として加熱処理を挙げることができる。また、未反応の金属材料層を除去する方法として、ウェットエッチング法を挙げることができる。 Here, in the manufacturing method of the insulated gate field effect transistor according to the first-A-3 aspect or the first-B aspect of the present invention described above, as a method for forming the conductive material layer, for example, a CVD method is used. And a combination of the PVD method and the etch back method, and as a method of forming the metal material layer on the entire surface, the CVD method and the PVD method can be mentioned, and the conductive material layer and the metal material layer can be chemically combined. A heat treatment can be given as an example of a reaction method. An example of a method for removing the unreacted metal material layer is a wet etching method.
以上に説明した各種の好ましい構成、態様を含む本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタにあっては、上述したように、全面に層間絶縁層が形成され、チャネル形成領域の上方に位置する層間絶縁層の部分には、ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグが設けられていることが望ましい。また、ゲート電極の側面部はサイドウオールに面していることが好ましく、このサイドウオールの少なくとも一部を構成する材料は、層間絶縁層を構成する材料と異なっていることが望ましい。ゲート電極の側面部と接するサイドウオールの部分を構成する材料として、具体的には、SiNを例示することができる。また、層間絶縁層として、SiO2系材料、SiN系材料とSiO2系材料の積層構造を挙げることができる。ソース/ドレイン領域の頂面は、コンタクト抵抗値の低減のためにシリサイド層から構成されていることが望ましい。また、ソース/ドレイン領域の上には、例えばSiNから成るストレスライナー層を形成することが好ましく、これによって、チャネル形成領域に応力を加えることができる結果、絶縁ゲート電界効果トランジスタの駆動能力の向上を図ることができる。 In the insulated gate field effect transistor of the present invention including the various preferred configurations and embodiments described above, as described above, the interlayer insulating layer is formed on the entire surface and is located above the channel formation region. It is desirable that a contact plug connected to the top surface of the gate electrode is provided in this part. Further, the side surface portion of the gate electrode preferably faces the side wall, and the material constituting at least a part of the side wall is preferably different from the material constituting the interlayer insulating layer. Specifically, SiN can be exemplified as a material constituting the portion of the sidewall that is in contact with the side surface portion of the gate electrode. Examples of the interlayer insulating layer include a SiO 2 material, a laminated structure of a SiN material and a SiO 2 material. The top surface of the source / drain region is preferably composed of a silicide layer in order to reduce the contact resistance value. In addition, it is preferable to form a stress liner layer made of, for example, SiN on the source / drain region, and as a result, stress can be applied to the channel forming region, thereby improving the driving capability of the insulated gate field effect transistor. Can be achieved.
また、以上に説明した各種の好ましい構成、態様を含む本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法にあっては、上述したように、例えば、プラズマCVD法、高密度プラズマCVD法、常圧CVD法といった各種のCVD法にて全面に層間絶縁層を形成した後、チャネル形成領域の上方に位置する層間絶縁層の部分に、例えば、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づきコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、係るコンタクトプラグ形成用開口部内に、例えばCVD法やPVD法に基づき導電材料を埋め込むことで、ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグを得る工程を更に備えていることが望ましい。また、絶縁層に設けられたゲート電極形成用開口部の側壁はサイドウオールから構成されていることが好ましく、このサイドウオールの少なくとも一部を構成する材料は、層間絶縁層を構成する材料と異なっていることが望ましい。ゲート電極の側面部と接するサイドウオールの部分を構成する材料として、具体的には、SiNを例示することができる。ソース/ドレイン領域の頂面には、コンタクト抵抗値の低減のためにシリサイド層を周知の方法に基づき形成することが望ましい。また、ソース/ドレイン領域の上には、例えばSiNから成るストレスライナー層を、例えばCVD法に基づき形成することが好ましく、これによって、チャネル形成領域に応力を加えることができる結果、絶縁ゲート電界効果トランジスタの駆動能力の向上を図ることができる。 Moreover, in the manufacturing method of the insulated gate field effect transistor of the present invention including the various preferable configurations and aspects described above, for example, as described above, for example, plasma CVD method, high density plasma CVD method, atmospheric pressure CVD After forming an interlayer insulating layer on the entire surface by various CVD methods such as the method, an opening for forming a contact plug is formed in the portion of the interlayer insulating layer located above the channel formation region based on, for example, photolithography technology and dry etching technology It is desirable to further include a step of obtaining a contact plug connected to the top surface of the gate electrode by embedding a conductive material in the contact plug forming opening based on, for example, a CVD method or a PVD method. . Further, the side wall of the gate electrode forming opening provided in the insulating layer is preferably made of a side wall, and the material constituting at least a part of the side wall is different from the material constituting the interlayer insulating layer. It is desirable that Specifically, SiN can be exemplified as a material constituting the portion of the sidewall that is in contact with the side surface portion of the gate electrode. It is desirable to form a silicide layer on the top surface of the source / drain region based on a well-known method in order to reduce the contact resistance value. Further, on the source / drain regions, it is preferable to form a stress liner layer made of, for example, SiN based on, for example, the CVD method. As a result, stress can be applied to the channel forming region. The driving ability of the transistor can be improved.
ここで、チャネル形成領域の上方に位置する層間絶縁層の部分に、例えば、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づきコンタクトプラグ形成用開口部を形成した後において、コンタクトプラグ形成用開口部の底部に、ゲート絶縁膜や第1層(仕事関数制御層)が露出しないように、ゲート絶縁膜延在部の高さHIns、ゲート電極の側面部の途中まで形成された第1層の部分の高さHMt-1を決定することが重要である。 Here, after the contact plug formation opening is formed in the portion of the interlayer insulating layer located above the channel formation region, for example, based on the photolithography technique and the dry etching technique, the bottom of the contact plug formation opening is formed. In order to prevent the gate insulating film and the first layer (work function control layer) from being exposed, the height H Ins of the gate insulating film extending portion and the height of the portion of the first layer formed partway along the side surface of the gate electrode It is important to determine the length H Mt-1 .
以上に説明した各種の好ましい構成、態様を含む本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタあるいはその製造方法(以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある)において、ソース/ドレイン領域及びチャネル形成領域、並びに、絶縁層、及び、チャネル形成領域の上方にゲート電極形成用開口部を備えた基体を準備する方法、即ち、係る基体を作製する方法は、周知の方法とすればよい。また、ゲート電極形成用開口部の側壁に形成されたゲート絶縁膜を除去する方法として、具体的には、ドライエッチング法やウェットエッチング法を挙げることができる。 The insulated gate field effect transistor according to the first aspect or the second aspect of the present invention including the various preferred configurations and aspects described above or the method for manufacturing the same (hereinafter, these are collectively referred to simply as the present invention). In some cases, a method of preparing a substrate including a source / drain region and a channel formation region, an insulating layer, and a gate electrode formation opening above the channel formation region, that is, producing such a substrate The method may be a known method. Specific examples of a method for removing the gate insulating film formed on the side wall of the gate electrode formation opening include a dry etching method and a wet etching method.
本発明で用いられるソース/ドレイン領域やチャネル形成領域等を備えた基体として、シリコン半導体基板等の半導体基板の他、表面に半導体層が形成された支持体(例えば、ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン半導体基板、プラスチック基板、プラスチックフィルム等)を例示することができる。絶縁ゲート電界効果トランジスタは、例えば、半導体基板や半導体層のウェル領域等に形成される。絶縁ゲート電界効果トランジスタと絶縁ゲート電界効果トランジスタとの間には、例えば、トレンチ構造、LOCOS構造、トレンチ構造とLOCOS構造の組合せから構成された素子分離領域が形成されていてもよい。更には、SIMOX法や基板貼合せ法によって得られたSOI構造を有する基体を用いてもよく、この場合には、素子分離領域の形成は不要である。 In addition to a semiconductor substrate such as a silicon semiconductor substrate, a substrate having a semiconductor layer formed on the surface thereof (for example, a glass substrate, a quartz substrate, a surface) Examples thereof include a silicon semiconductor substrate, a plastic substrate, a plastic film, and the like on which an insulating layer is formed. The insulated gate field effect transistor is formed in, for example, a semiconductor substrate or a well region of a semiconductor layer. Between the insulated gate field effect transistor and the insulated gate field effect transistor, for example, an element isolation region composed of a trench structure, a LOCOS structure, or a combination of a trench structure and a LOCOS structure may be formed. Furthermore, a substrate having an SOI structure obtained by a SIMOX method or a substrate bonding method may be used. In this case, it is not necessary to form an element isolation region.
ゲート絶縁膜を構成する材料として、従来から一般的に用いられているSiO2系材料、SiOF系材料あるいはSiN系材料(例えば、SiNやSiON)の他、比誘電率k(=ε/ε0)が概ね4.0以上の所謂高比誘電率材料を挙げることができる。高比誘電率材料としては、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、HfSiON、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ランタン(La2O)といった金属酸化膜や、金属窒化膜を例示することができる。ゲート絶縁膜は1種類の材料から形成されていてもよいし、複数種類の材料から形成されていてもよい。また、ゲート絶縁膜は単一膜(複数の材料から成る複合膜を含む)であってもよいし、積層膜であってもよい。nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート絶縁膜とpチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート絶縁膜とは、同一材料から成る構成とすることもできるし、それぞれ異なる材料から成る構成とすることもできる。ゲート絶縁膜は広く周知の方法により形成することができる。特に、上述した高比誘電率材料から成るゲート絶縁膜を形成する方法として、ALD(Atomic Layer Deposition)法、有機金属化学的気相成長法(MOCVD法)、スパッタリング法等を例示することができる。 As a material constituting the gate insulating film, a relative dielectric constant k (= ε / ε 0 ) in addition to a conventionally used SiO 2 -based material, SiOF-based material, or SiN-based material (for example, SiN or SiON). ) Is generally a so-called high relative dielectric constant material of 4.0 or more. Examples of high dielectric constant materials include zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), HfSiON, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and lanthanum oxide (La 2 O). A metal oxide film and a metal nitride film can be exemplified. The gate insulating film may be formed from one type of material or may be formed from a plurality of types of materials. The gate insulating film may be a single film (including a composite film made of a plurality of materials) or a laminated film. The gate insulating film of the n-channel type insulated gate field effect transistor and the gate insulating film of the p-channel type insulated gate field effect transistor can be made of the same material, or can be made of different materials. it can. The gate insulating film can be formed by a widely known method. In particular, ALD (Atomic Layer Deposition) method, metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), sputtering method and the like can be exemplified as a method for forming the gate insulating film made of the above-mentioned high relative dielectric constant material. .
第1層(仕事関数制御層)の形成方法として、材料にも依るが、ALD法、MOCVD法を含む各種のCVD法、PVD法を挙げることができる。また、第2層をシリサイドから構成する場合、シリサイド中に含まれる不純物の種類及び量を制御することで、あるいは又、例えば、シリサイドにアルミニウムイオンを適切にイオン注入することで、nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタとpチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極の仕事関数の値の最適化を図ることができる。 As a method for forming the first layer (work function control layer), although depending on the material, various CVD methods including ALD method and MOCVD method, and PVD method can be exemplified. In the case where the second layer is made of silicide, n-channel type insulation is achieved by controlling the type and amount of impurities contained in the silicide, or by appropriately implanting aluminum ions into the silicide, for example. It is possible to optimize the work function values of the gate electrodes of the gate field effect transistor and the p-channel insulated gate field effect transistor.
絶縁層や層間絶縁層を構成する材料として、上述したSiO2系材料やSiN系材料以外にも、SiOF系材料、SiC、誘電率k(=ε/ε0)が例えば3.5以下の有機SOG、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂といった低誘電率絶縁材料(例えば、フルオロカーボン、アモルファス・テトラフルオロエチレン、ポリアリールエーテル、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、パリレン、ベンゾシクロブテン、アモルファス・カーボン、シクロパーフルオロカーボンポリマー、フッ化フラーレン)を挙げることができ、あるいは又、絶縁層や層間絶縁層をこれらの材料の積層構造から構成することもできる。絶縁層や層間絶縁層の形成方法として、材料にも依るが、CVD法やPVD法を挙げることができる。尚、絶縁層には上述したサイドウオールが包含される。 As a material constituting the insulating layer or the interlayer insulating layer, in addition to the above-described SiO 2 -based material and SiN-based material, an SiOF-based material, SiC, and an organic material having a dielectric constant k (= ε / ε 0 ) of 3.5 or less Low dielectric constant insulating materials such as SOG, polyimide resin, fluorine resin (for example, fluorocarbon, amorphous tetrafluoroethylene, polyaryl ether, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, parylene, benzocyclobutene, amorphous carbon, cyclohexane Perfluorocarbon polymer and fullerene fluoride), or the insulating layer and the interlayer insulating layer may be formed of a laminated structure of these materials. As a method for forming the insulating layer and the interlayer insulating layer, although depending on the material, a CVD method and a PVD method can be given. The insulating layer includes the above-described sidewall.
層間絶縁層に設けられるコンタクトプラグを構成する材料として、不純物がドーピングされた多結晶シリコンやタングステン(W)等の高融点金属材料を挙げることができる。コンタクトプラグは、層間絶縁層にコンタクトプラグ形成用開口部をRIE法といったドライエッチング法等により形成した後、周知の方法によりコンタクトプラグ形成用開口部内を上述した材料で埋め込むことにより形成することができる。具体的には、例えば、ブランケット・タングステンCVD法によりコンタクトプラグ形成用開口部内にタングステンを埋め込み、次いで、層間絶縁層上の余剰のタングステン層を除去することによりコンタクトプラグを形成することができる。尚、密着層としてのTi層及びTiN層をコンタクトプラグ形成用開口部内に形成した後、ブランケット・タングステンCVD法によりコンタクトプラグ形成用開口部内にタングステンを埋め込むことが好ましい。 Examples of the material constituting the contact plug provided in the interlayer insulating layer include refractory metal materials such as polycrystalline silicon doped with impurities and tungsten (W). The contact plug can be formed by forming a contact plug formation opening in the interlayer insulating layer by a dry etching method such as RIE, and then filling the contact plug formation opening with the above-described material by a known method. . Specifically, for example, the contact plug can be formed by burying tungsten in the contact plug formation opening by blanket tungsten CVD, and then removing the excess tungsten layer on the interlayer insulating layer. Note that it is preferable to bury tungsten in the contact plug forming opening by blanket-tungsten CVD after forming a Ti layer and a TiN layer as adhesion layers in the contact plug forming opening.
本発明において、「チャネル形成領域」とは、チャネルが形成され得る領域を意味し、現実にチャネルが形成されている領域のみを示すものではない。例えば、ゲート電極に対向して位置する半導体層や半導体基板の部分は、「チャネル形成領域」に該当する。本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタが組み込まれた半導体装置として、例えばNMOSとPMOSとから構成されたCMOS半導体装置を挙げることができるし、NMOSとPMOSに加えてバイポーラトランジスタを含むBiCMOS半導体装置を挙げることもできる。 In the present invention, the “channel formation region” means a region where a channel can be formed, and does not indicate only a region where a channel is actually formed. For example, a portion of a semiconductor layer or a semiconductor substrate that faces the gate electrode corresponds to a “channel formation region”. As a semiconductor device incorporating the insulated gate field effect transistor of the present invention, for example, a CMOS semiconductor device composed of NMOS and PMOS can be cited, and a BiCMOS semiconductor device including a bipolar transistor in addition to NMOS and PMOS can be cited. You can also.
本発明にあっては、所謂ダマシン・プロセスによってゲート電極が完成した時点で、ゲート電極の頂面は、ゲート絶縁膜や、ゲート電極の仕事関数を規定するための第1層(仕事関数制御層)の上端面が露出した状態とはなっていない。従って、ゲート電極及びソース/ドレイン領域へのコンタクトプラグの形成のために層間絶縁層及び絶縁層をドライエッチングしてコンタクトプラグ形成用開口部を設け、また、コンタクトプラグ形成のための前処理を行うとき、あるいは又、下層絶縁層を除去する際、ゲート絶縁膜、あるいは、第1層、あるいは、ゲート絶縁膜及び第1層が、エッチングされてしまうといった現象の発生を確実に防止することができる。その結果、高い信頼性を有する絶縁ゲート電界効果トランジスタを提供することができるし、例えば、nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタにおけるゲート電極の仕事関数を、所望の値に確実に保持することができる。また、ゲート電極の幅の広狭に依存すること無く、高い信頼性を有するゲート電極を形成することができる。 In the present invention, when the gate electrode is completed by a so-called damascene process, the top surface of the gate electrode is a gate insulating film or a first layer for defining the work function of the gate electrode (work function control layer). ) Is not exposed. Therefore, in order to form contact plugs to the gate electrode and the source / drain regions, the interlayer insulating layer and the insulating layer are dry-etched to provide contact plug forming openings, and pre-processing for contact plug formation is performed. Or when removing the lower insulating layer, it is possible to reliably prevent the occurrence of a phenomenon that the gate insulating film, the first layer, or the gate insulating film and the first layer are etched. . As a result, an insulated gate field effect transistor having high reliability can be provided, and for example, the work function of the gate electrode in an n-channel insulated gate field effect transistor can be reliably maintained at a desired value. . In addition, a highly reliable gate electrode can be formed without depending on the width of the gate electrode.
また、場合によっては、nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極の頂面を構成する材料と、pチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極の頂面を構成する材料とを、同じとすることが可能であるので、安定したエッチング条件で、確実に、コンタクトプラグ形成用開口部を層間絶縁層に形成することができる。 In some cases, the material constituting the top surface of the gate electrode of the n-channel insulated gate field effect transistor is the same as the material constituting the top surface of the gate electrode of the p-channel insulated gate field effect transistor. Therefore, the contact plug forming opening can be reliably formed in the interlayer insulating layer under stable etching conditions.
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
実施例1は、本発明の絶縁ゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法に関し、より具体的には、本発明の第1−Aの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタ、及び、本発明の第1−A−1の態様及び第1−A−2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法に関する。 Example 1 relates to an insulated gate field effect transistor and a method of manufacturing the same according to the present invention, and more specifically, an insulated gate field effect transistor according to the first-A aspect of the present invention, and a first 1 The present invention relates to a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the A-1 aspect and the 1-A-2 aspect.
実施例1の絶縁ゲート電界効果トランジスタは、図8の(A)に模式的な一部端面図を示すように、
(A)ソース/ドレイン領域13及びチャネル形成領域12、
(B)チャネル形成領域12の上方に形成されたゲート電極23、並びに、
(C)ゲート絶縁膜30、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタである。尚、実施例1にあっては、絶縁ゲート電界効果トランジスタを、nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタとした。
The insulated gate field effect transistor of Example 1 has a partial end view schematically shown in FIG.
(A) source /
(B) a
(C) the
Is an insulated gate field effect transistor. In Example 1, the insulated gate field effect transistor was an n-channel insulated gate field effect transistor.
ゲート電極23等の拡大された模式図を図8の(B)に示すように、酸化ハフニウムから成るゲート絶縁膜30は、ゲート電極23とチャネル形成領域12との間に形成されたゲート絶縁膜本体部30A、及び、ゲート絶縁膜本体部30Aからゲート電極23の側面部23Aの途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bから構成されている。そして、図8の(B)に示すように、チャネル形成領域12の表面を基準としたゲート電極23の高さをHGate、ゲート絶縁膜延在部30Bの高さをHInsとしたとき、HIns<HGateを満足する。
As shown in an enlarged schematic diagram of the
実施例1の絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極23は、第1の金属材料(具体的には、ゲート電極23の仕事関数を規定するための金属材料であり、より具体的には、ハフニウム・シリサイド[HfSiX])から成る第1層(仕事関数制御層)31、及び、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層32から構成されている。そして、第1層31は、チャネル形成領域12に対向するゲート電極23の底面部からゲート電極23の側面部23Aの途中に亙り薄膜状に形成されており、第2層32は、ゲート電極23の残部を占めている。また、チャネル形成領域12の表面を基準としたときの、ゲート電極23の側面部23Aの途中まで形成された第1層31の部分31Bの高さをHMt-1とすると、HMt-1<HGateを満足する。HIns≒HMt-1である。尚、ゲート電極23の底面部に形成された第1層の部分を参照番号31Aで示し、ゲート電極23の側面部23Aの途中に亙り形成された第1層31の部分を参照番号31Bで示す。より具体的には、
HGate≒100nm
HIns ≒ 50nm
HMt-1≒ 50nm
とした。後述する実施例2〜実施例3においても同様である。尚、実施例1にあっては、第2層32は、薄膜状の外側層32A、及び、内側層32Bの2層から構成されており、第2層32の外側層32Aは、第1層31上からゲート電極23の側面部に亙り形成されており、第2層32の内側層32Bは、ゲート電極23の残部を占めている。外側層32AはTiNから成り、内側層32Bはタングステン(W)から成る。ここで、外側層32Aは、バリア層及び密着向上層として機能し、併せて、PMOSにおけるゲート電極の仕事関数を規定するための金属材料層(仕事関数制御層)としての機能を有する。但し、外側層32Aの形成は必須ではなく、第2層32を1層から構成することもできる。
In the insulated gate field effect transistor of Example 1, the
H Gate ≒ 100nm
H Ins ≒ 50nm
H Mt-1 ≒ 50nm
It was. The same applies to Examples 2 to 3 described later. In the first embodiment, the
実施例1の絶縁ゲート電界効果トランジスタにあっては、ゲート電極23の側面部23Aはサイドウオールと接している。ここで、サイドウオールは、ゲート電極23の側面部23Aに隣接して設けられたオフセットスペーサ17、オフセットスペーサ17の外側に位置する第1サイドウオール18及び第2サイドウオール19から構成されている。また、ソース/ドレイン領域13の表面には、シリサイド層(具体的には、ニッケル・白金・シリサイド層)13Aが形成されている。更には、ソース/ドレイン領域13の上方には、SiNから成るストレスライナー層20が形成されており、ストレスライナー層20の上には下層絶縁層21が形成されている。下層絶縁層21、ストレスライナー層20、及び、サイドウオールによって絶縁層が構成されている。
In the insulated gate field effect transistor of Example 1, the
また、下層絶縁層21等の上には層間絶縁層34が形成されており、チャネル形成領域12の上方に位置する層間絶縁層34の部分にはコンタクトプラグ形成用開口部35Aが設けられ、このコンタクトプラグ形成用開口部35A内にはタングステンから成り、ゲート電極23の頂面に接続されたコンタクトプラグ37Aが設けられている。そして、このコンタクトプラグ37Aの底面とゲート絶縁膜延在部30Bの上端部との間には、少なくとも、内側層32B及び外側層32Aのいずれか一方が存在する。尚、第2層32を1層から構成する場合には、コンタクトプラグ37Aの底面とゲート絶縁膜延在部30Bの上端部との間には第2層32が存在する。一方、ソース/ドレイン領域13の上方に位置する層間絶縁層34の部分にはコンタクトプラグ形成用開口部35Bが設けられ、このコンタクトプラグ形成用開口部35B内にはタングステンから成り、ソース/ドレイン領域13を構成するシリサイド層13Aに接続されたコンタクトプラグ37Bが設けられている。尚、参照番号11はシリコン半導体基板であり、参照番号36は、コンタクトプラグ37A,37Bを形成するための第2のバリア層である。
Further, an
シリコン半導体基板等の模式的な一部端面図である図1の(A)、(B)、図2の(A)、(B)、図3の(A)、(B)、図4の(A)、(B)、図5の(A)、(B)、図6の(A)、(B)、図7の(A)、(B)、図8の(A)、(B)を参照して、以下、実施例1の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法を説明する。 1A and 1B which are schematic partial end views of a silicon semiconductor substrate and the like, FIG. 2A and FIG. 2B, FIG. 3A and FIG. (A), (B), (A), (B) in FIG. 5, (A), (B) in FIG. 6, (A), (B) in FIG. 7, (A), (B in FIG. In the following, a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor of Example 1 will be described.
[工程−100]
先ず、チャネル形成領域12及びソース/ドレイン領域13、並びに、SiO2から成る下層絶縁層21、並びに、チャネル形成領域12の上方にゲート電極形成用開口部22を備えた基体10を準備する。
[Step-100]
First, the base 10 provided with the
具体的には、シリコン半導体基板11に素子分離領域(図示せず)を形成した後、シリコン半導体基板11の表面にダミーゲート絶縁膜14を形成し、次いで、ダミーポリシリコン層15、SiNから成るハードマスク層を、順次、形成した後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づきダミーゲート電極15’を形成する。ダミーゲート電極15’は、ダミーポリシリコン層15及びハードマスク16の積層構造を有する。次いで、LDD構造を形成するための不純物の浅いイオン注入を行った後、ダミーゲート電極15’の側面にSiNから成るオフセットスペーサ17を形成し、更に、第1サイドウオール18を形成するためのSiO2層、及び、第2サイドウオール19を形成するためのSiN層を順次形成し、これらのSiN層及びSiO2層をエッチバックすることによって、オフセットスペーサ17の外側に位置する第1サイドウオール18及び第2サイドウオール19を得ることができる。その後、不純物の深いイオン注入を行うことでソース/ドレイン領域13を形成する。次に、全面にニッケル・白金層を形成し、加熱処理を施すことで、ソース/ドレイン領域13の上部をシリサイド化することで、シリサイド層13Aを得ることができる。その後、未反応のニッケル・白金層を除去し、再度、加熱処理を行うことで、シリサイド層13Aの安定化を図る。以上によって、エクステンション領域とシリサイド層13A(低抵抗層)を備えたソース/ドレイン領域13を得ることができる。ソース/ドレイン領域13のエクステンション領域で挟まれた領域が、チャネル形成領域12となる。その後、全面に、SiNから成るストレスライナー層20を形成する。こうして、図1の(A)に示す状態を得ることができる。
Specifically, after an element isolation region (not shown) is formed in the
その後、全面にSiO2から成る下層絶縁層21を形成した後、CMP法に基づき平坦化処理を施すことで、下層絶縁層21の一部及びハードマスク16(場合によっては、更に、ダミーポリシリコン層15の一部及びサイドウオールの一部)を除去する。こうして、図1の(B)に示す状態を得ることができる。
Thereafter, a lower insulating
次いで、露出したダミーゲート電極15’を、フッ素等のラジカルを使用するエッチング法によって除去し、更に、ダミーゲート絶縁膜14を、例えば希フッ酸等のウェットエッチング法により除去する。こうして、図2の(A)に示す状態を得ることができる。
Next, the exposed dummy gate electrode 15 'is removed by an etching method using radicals such as fluorine, and the dummy
[工程−110]
次いで、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜30を形成する。ところで、実施例1にあっては、ゲート電極23は、第1の金属材料から成る第1層(仕事関数制御層)31、及び、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層32から構成されている。従って、実施例1にあっては、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜30、及び、第1の金属材料から成る第1層31を、順次、形成する。
[Step-110]
Next, the
具体的には、全面に、酸化ハフニウムから成り、厚さ3.0nmのゲート絶縁膜30を形成する(図2の(B)参照)。このゲート絶縁膜30は、例えば、HfCl2とNH3を原料ガスとして用いたCVD法に基づき形成することができるし、あるいは又、有機系のHfガスを原料ガスとして用いたCVD法に基づき形成することができるし、あるいは又、ハフニウム窒化物をターゲットとして用いたスパッタリング法に基づき窒化ハフニウム膜を形成した後、窒化ハフニウム膜を酸化することで形成することができるし、ALD法に基づき形成することができる。
Specifically, a
[工程−120]
次に、実施例1にあっては、スパッタリング法に基づき、全面に(具体的には、ゲート絶縁膜30の上に)、ハフニウム・シリサイド(HfSiX)から成り、厚さ15nmの第1層31を形成する(図3の(A)参照)。
[Step-120]
Next, in Example 1, the first layer of hafnium silicide (HfSi x ) and having a thickness of 15 nm is formed on the entire surface (specifically, on the gate insulating film 30) based on the sputtering method. 31 is formed (see FIG. 3A).
[工程−130]
その後、ゲート電極形成用開口部22の側壁に形成されたゲート絶縁膜30を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部22の底部に残されたゲート絶縁膜本体部30A、及び、ゲート絶縁膜本体部30Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bから構成されたゲート絶縁膜30を得る。具体的には、ゲート電極形成用開口部22の側壁に形成されたゲート絶縁膜30の選択的な除去を、全面にレジスト層40を形成した後、レジスト層40をエッチバックしてゲート電極形成用開口部22の下部にレジスト層40を残し、次いで、ゲート電極形成用開口部22の側壁上部に露出したゲート絶縁膜30の部分を除去した後、レジスト層40を除去する工程に基づき行う。
[Step-130]
Thereafter, the
ところで、上述したとおり、ゲート電極23は第1層31及び第2層32から構成されている。従って、ゲート電極形成用開口部22の側壁に形成されたゲート絶縁膜30及び第1層31を選択的に除去することで、ゲート電極形成用開口部22の底部に残されたゲート絶縁膜本体部30A、及び、ゲート絶縁膜本体部30Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bから構成されたゲート絶縁膜30、並びに、チャネル形成領域12に対向するゲート電極23の底面部からゲート電極23の側面部23Aの途中に亙り形成された第1層31を得る。ここで、ゲート電極23の底面部に形成された第1層の部分を参照番号31Aで示し、ゲート電極23の側面部23Aの途中に亙り形成された第1層31の部分を参照番号31Bで示している。
As described above, the
より具体的には、全面にレジスト層40を形成した後、レジスト層40をエッチバックしてゲート電極形成用開口部22の下部にレジスト層40を残す(図3の(B)参照)。レジスト層40のエッチバックは、例えば、以下の条件で行えばよい。次いで、ゲート電極形成用開口部22の側壁上部に露出した第1層31の部分及びゲート絶縁膜30の部分を、以下の条件に基づくドライエッチング法にて除去した後(図4の(A)参照)、アッシング法に基づきレジスト層40を除去する(図4の(B)参照)。
More specifically, after the resist
[レジスト層40のエッチバック]
使用ガス:O2/S2Cl2/N2=30sccm/10sccm/10sccm
[Etch back of resist layer 40]
Gas used: O 2 / S 2 Cl 2 / N 2 = 30 sccm / 10 sccm / 10 sccm
[第1層31の部分及びゲート絶縁膜30のドライエッチング]
使用ガス :Cl2/BCl3=35sccm/10sccm
ソースパワー :1000W
バイアスパワー:150W
圧力 :1.3Pa(10ミリトル)
基板温度 :40゜C
[Dry etching of the portion of the
Gas used: Cl 2 / BCl 3 = 35 sccm / 10 sccm
Source power: 1000W
Bias power: 150W
Pressure: 1.3 Pa (10 millitorr)
Substrate temperature: 40 ° C
[工程−140]
次に、ゲート電極形成用開口部22内を金属材料で埋め込むことでゲート電極23を得る。具体的には、ゲート電極形成用開口部22の残部を第2の金属材料で埋め込むことで、第1層31及び第2層32から構成されたゲート電極23を得る。
[Step-140]
Next, the
より具体的には、先ず、スパッタリング法に基づき、全面にTiNから成り、バリア層として機能する薄膜状の外側層32Aを形成する(図5の(A)参照)。厚さ10nmの外側層32Aは、CVD法、あるいは、スパッタリング法、あるいは、ALD法(NH3ガス及びTiCl4ガスを交互に使用)に基づき、形成することができる。尚、この前に、PMOSを形成すべき領域のハフニウム・シリサイド(HfSiX)から成る第1層を除去し、PMOSを形成すべき領域上に、直接、TiNから成る外側層32Aを形成すれば、この外側層32Aは、PMOSにおける仕事関数制御層、即ち、第1層として機能する。
More specifically, first, a thin film
その後、所謂ブランケット・タングステンCVD法に基づき、全面にタングステンから成り、厚さ0.2μmの内側層32Bを形成した後、CMP法に基づいた平坦化処理を行い、下層絶縁層21、並びに、オフセットスペーサ17、第1サイドウオール18及び第2サイドウオール19上の内側層32B及び外側層32Aを除去する(図5の(B)参照)。こうして、外側層32A及び内側層32Bの2層から成る第2層32から構成されたゲート電極23を得ることができる。ここで、ゲート電極23は、チャネル形成領域12の上方にゲート絶縁膜30を介して形成されており、第1層31、並びに、第2層32(外側層32A及び内側層32B)から構成されている。ゲート電極23の頂面は、第2層32(外側層32A及び内側層32B)から構成されているだけであり、第1層31及びゲート絶縁膜30は露出していない。尚、ゲート電極23の頂面から、ゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bの上端部までの距離は、5nm以上あることが望ましい。従って、[工程−130]において、ゲート絶縁膜本体部30Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bから構成されたゲート絶縁膜30を得るとき、ゲート電極23の頂面から、ゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bの上端部までの距離が5nm以上となるように、ゲート絶縁膜30のエッチングを行う。
Thereafter, an
[工程−150]
次に、全面に、プラズマCVD法、高密度プラズマCVD法、あるいは、常圧CVD法といったCVD法に基づき、SiO2から成る層間絶縁層34を形成する(図6の(A)参照)。
[Step-150]
Next, an
[工程−160]
その後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、ゲート電極23の上方、及び、ソース/ドレイン領域13の上方の層間絶縁層34にコンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成する。尚、図6の(B)にコンタクトプラグ形成用開口部35Aの形成が完了した時点の状態、及び、コンタクトプラグ形成用開口部35Bの形成途中の状態を図示し、図7の(A)にコンタクトプラグ形成用開口部35Bの形成が完了した時点の状態を図示する。ここで、実際にはエッチング用のレジスト層が形成されているが、係るレジスト層の図示は省略している。
[Step-160]
Thereafter, contact
[工程−170]
次いで、コンタクトプラグを形成するために、自然酸化膜等を除去するための前処理を行う。前処理として、例えば、希フッ酸を用いた薬液処理、アルゴンガスを用いたスパッタリング処理、フッ素のラジカルを用いたエッチング処理を挙げることができる。
[Step-170]
Next, in order to form a contact plug, a pretreatment for removing a natural oxide film or the like is performed. Examples of the pretreatment include chemical treatment using dilute hydrofluoric acid, sputtering treatment using argon gas, and etching treatment using fluorine radicals.
[工程−180]
その後、全面に、Ti(下層)/TiN(上層)の積層構造から成る第2のバリア層36をスパッタリング法に基づき形成し(図7の(B)参照)、WF6ガス、H2ガス、SiH4ガスを用いたブランケット・タングステンCVD法(成膜温度:350゜C)に基づき全面にタングステン層を形成した後、CMP法に基づいた平坦化処理を行うことで、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35B内にコンタクトプラグ37A,37Bを得ることができる(図8の(A)及び(B)参照)。その後、必要に応じて層間絶縁層34の上に図示しない配線等を形成して、実施例1の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる。
[Step-180]
Thereafter, a
実施例1にあっては、所謂ダマシン・プロセスによってゲート電極が完成した時点で、即ち、[工程−140](図5の(B)参照)において、ゲート絶縁膜30及び第1層31の上端面が露出した状態にはない。従って、[工程−160]にあっては、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成するために、SiO2から成る層間絶縁層34をドライエッチングし(図6の(B)参照)、引き続き、SiO2から成る下層絶縁層21、及び、SiNから成るストレスライナー層20をドライエッチングするが(図7の(A)参照)、ゲート絶縁膜30及び第1層31が露出することがなく、従って、ゲート絶縁膜30及び第1層31がエッチングされてしまうといった現象が発生することはない。更には、[工程−170]における前処理によって、第1層31がエッチングされてしまうこともない。それ故、得られたゲート電極23の信頼性が低下することがない。また、[工程−180]において、コンタクトプラグ37Aを形成したとき、コンタクトプラグ37Aにボイドが発生することもない。更には、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成するためにエッチングすべきゲート電極23の上方の部分とソース/ドレイン領域13の上方の部分の構成材料が異なっているが、ゲート絶縁膜30及び第1層31の上端面が露出した状態にはないので、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bの形成条件の最適化を図り易い。
In Example 1, when the gate electrode is completed by a so-called damascene process, that is, in [Step-140] (see FIG. 5B), the
実施例2は、実施例1の変形であり、具体的には、実施例2は、本発明の第1−A−3の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法に関する。 Example 2 is a modification of Example 1, and specifically Example 2 relates to a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the first-A-3 aspect of the present invention.
実施例2においては、第1層31がハフニウム・シリサイド(HfSiX)から成る点は実施例1と同じであるが、第2層232がニッケル・シリサイドから構成されている点が実施例1と相違している。また、第2層232の形成方法が実施例1と異なる。以下、図9の(A)、(B)、図10を参照して、実施例2の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
The second embodiment is the same as the first embodiment in that the
[工程−200]
先ず、実施例1の[工程−100]〜[工程−130]と同様の工程を実行する。
[Step-200]
First, the same steps as [Step-100] to [Step-130] of Example 1 are performed.
[工程−210]
その後、ゲート電極形成用開口部22の残部への金属材料の埋め込みを、以下の方法に基づき行う。即ち、ゲート電極形成用開口部22の下部に導電材料層50を形成する。具体的には、全面にCVD法に基づきアモルファスシリコンから成る導電材料層50を形成した後、エッチバック法にて導電材料層50を厚さ方向にエッチングし、ゲート電極形成用開口部22の下部に導電材料層50を残す(図9の(A)参照)。次に、スパッタリング法やCVD法に基づき、全面に、厚さ20nmのニッケルから成る金属材料層51を形成する(図9の(B)参照)。その後、常圧において580゜C、60秒の加熱処理を行うことで、導電材料層50と金属材料層51とを化学的に反応させ、ニッケル・シリサイド層を形成する。次いで、未反応の金属材料層51を、HCl/H2O2/H2Oを1:1:2の割合で混合した混合液に15分、浸漬することで除去した後、再度、加熱処理を行うことで、ニッケル・シリサイド層の安定化を図る。こうして、導電材料層50と金属材料層51との化学的な反応によって第2の金属材料から成る第2層232を得ることができる(図10参照)。
[Step-210]
Thereafter, the metal material is embedded in the remaining portion of the gate
[アモルファスシリコンから成る導電材料層50の形成条件]
使用ガス:SiH4/He/N2=100sccm/400sccm/200sccm
圧力 :70Pa
基板温度:490゜C
[Conditions for Forming
Gas used: SiH 4 / He / N 2 = 100 sccm / 400 sccm / 200 sccm
Pressure: 70Pa
Substrate temperature: 490 ° C
[工程−220]
次いで、実施例1の[工程−150]〜[工程−180]と同様の工程を実行することで、実施例2の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる。
[Step-220]
Subsequently, the insulated gate field effect transistor of Example 2 can be completed by performing the same processes as [Step-150] to [Step-180] of Example 1.
実施例3も、実施例1の変形であり、具体的には、実施例3は、本発明の第1−Cの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタ、及び、本発明の第1−Bの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法に関する。 The third embodiment is also a modification of the first embodiment. Specifically, the third embodiment includes the insulated gate field effect transistor according to the first-C aspect of the present invention and the first-B of the first embodiment. The present invention relates to a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to an aspect.
実施例3においては、ゲート電極323の全体がニッケル・シリサイド332から構成されている点が実施例1と相違している。また、ゲート電極323の形成方法が実施例1と異なる。以下、図11の(A)、(B)、図12の(A)、(B)を参照して、実施例3の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
The third embodiment is different from the first embodiment in that the
[工程−300]
先ず、実施例1の[工程−100]〜[工程−110]と同様の工程を実行する。
[Step-300]
First, the same steps as [Step-100] to [Step-110] of the first embodiment are performed.
[工程−310]
その後、ゲート電極形成用開口部22の側壁に形成されたゲート絶縁膜30を選択的に除去し、以て、ゲート電極形成用開口部22の底部に残されたゲート絶縁膜本体部30A、及び、ゲート絶縁膜本体部30Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部30Bから構成されたゲート絶縁膜30を得る。具体的には、実施例1の[工程−130]と同様にして、全面にレジスト層を形成した後、レジスト層をエッチバックしてゲート電極形成用開口部22の下部にレジスト層を残し、次いで、ゲート電極形成用開口部22の側壁上部に露出したゲート絶縁膜30の部分を除去した後、レジスト層を除去する。こうして、図11の(A)に示す状態を得ることができる。
[Step-310]
Thereafter, the
[工程−320]
次いで、ゲート電極形成用開口部22内への金属材料の埋め込みを以下の方法で行う、即ち、ゲート電極形成用開口部22の下部に導電材料層50を形成した後、全面に金属材料層51を形成し、次いで、導電材料層50と金属材料層51とを化学的に反応させた後、未反応の金属材料層51を除去する。具体的には、実施例2の[工程−210]と同様の工程を実行すればよい(図11の(B)、図12の(A)及び図12の(B)参照)。
[Step-320]
Next, the metal material is embedded in the gate electrode formation opening 22 by the following method, that is, after the
[工程−330]
次いで、実施例1の[工程−150]〜[工程−180]と同様の工程を実行することで、実施例3の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる。
[Step-330]
Subsequently, the insulated gate field effect transistor of Example 3 can be completed by performing the same processes as [Step-150] to [Step-180] of Example 1.
実施例4も、実施例1の変形であり、具体的には、実施例4は、本発明の第1−Bの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタ、及び、本発明の第1−Cの態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法に関する。 The fourth embodiment is also a modification of the first embodiment. Specifically, the fourth embodiment includes the insulated gate field effect transistor according to the first-B aspect of the present invention and the first-C of the first embodiment. The present invention relates to a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to an aspect.
実施例4の絶縁ゲート電界効果トランジスタにおいて、図16の(A)に模式的な一部端面図を示し、ゲート電極423等の拡大された模式図を図16の(B)に示すように、ゲート電極423は、第1の金属材料から成る第1層431、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層432、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層433から構成されている。具体的には、第1層(仕事関数制御層)431は、実施例1と同様に、第1の金属材料(具体的には、ハフニウム・シリサイド[HfSiX])から成る。また、第2層432は、実施例1と同様に、TiNから成る薄膜状の外側層432A、及び、タングステン(W)から成る内側層432Bの2層から構成されている。ここで、実施例1と同様に、外側層432Aは、バリア層及び密着向上層として機能し、併せて、PMOSにおけるゲート電極の仕事関数を規定するための金属材料層(仕事関数制御層)としての機能を有する。但し、外側層432Aの形成は必須ではなく、第2層432を1層から構成することもできる。更には、第3層433も、TiNから成り、バリア層及び密着向上層として機能する外側層433A、及び、タングステン(W)から成る内側層433Bの2層から構成されている。
In the insulated gate field effect transistor of Example 4, a schematic partial end view is shown in FIG. 16A, and an enlarged schematic view of the
そして、第2層432の外側層432Aは、実施例1と同様に、チャネル形成領域12に対向するゲート電極423の底面部からゲート電極423の側面部423Aの途中に亙り薄膜状に形成されている。また、第2層432及び第3層433は、積層状態にてゲート電極423の残部を占めている。尚、チャネル形成領域12の表面を基準としたときの、ゲート電極423の側面部423Aの途中まで形成された第1層431の部分の高さをHMt-1、第2層432と第3層433との界面の高さをHMt-2とすると、HMt-1<HGate、HMt-1≒HMt-2を満足する。更には、HIns≒HMt-1≒HMt-2である。尚、ゲート電極423の底面部に形成された第1層の部分を参照番号431Aで示し、ゲート電極423の側面部423Aの途中に亙り形成された第1層431の部分を参照番号431Bで示す。より具体的には、
HGate≒100nm
HIns ≒ 50nm
HMt-1≒ 50nm
HMt-2≒ 50nm
とした。
The
H Gate ≒ 100nm
H Ins ≒ 50nm
H Mt-1 ≒ 50nm
H Mt-2 ≒ 50nm
It was.
更には、実施例4においては、実施例1と同様に、ゲート電極423の頂面に接続されたコンタクトプラグ37Aを更に備えており、このコンタクトプラグ37Aの底面とゲート絶縁膜延在部430Bの上端部との間には第3層433が存在する。
Further, in the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, a
以下、図13の(A)、(B)、図14の(A)、(B)、図15、図16の(A)、(B)を参照して、実施例4の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法を説明する。 Hereinafter, with reference to FIGS. 13A and 13B, FIGS. 14A and 14B, FIGS. 15A and 15B, and FIG. 16A and FIG. A method for manufacturing the transistor will be described.
[工程−400]
先ず、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜430、第1層431及び第2層432を、順次、形成する。具体的には、実施例1の[工程−100]〜[工程−120]と同様の工程を実行する。次いで、実施例1の[工程−140]と同様にして、先ず、全面に、厚さ10nmのTiNから成り、バリア層として機能する第2層における外側層432Aを形成する(図13の(A)参照)。次いで、実施例1の[工程−140]と同様にして、ブランケット・タングステンCVD法に基づき、全面にタングステンから成り、厚さ0.2μmの第2層における内側層432Bを形成する(図13の(B)参照)。
[Step-400]
First, the
[工程−410]
その後、全面にレジスト層を形成した後、エッチバック法にてゲート電極形成用開口部22の側壁上部のゲート絶縁膜430の部分、第1層431の部分及び第2層432の部分を除去した後、レジスト層を除去する。具体的には、全面にレジスト層を形成し、エッチバック法に基づき、下層絶縁層21上の内側層432B及び外側層432Aを除去し、更には、ゲート電極形成用開口部22の内部において、第2層における内側層432B及び外側層432A、並びに、第1層431、ゲート絶縁膜延在部430Bのそれぞれの一部分を選択的に除去した後、レジスト層を除去する。RIE装置を用いたエッチバックは、以下の条件で行えばよい。こうして、ゲート電極形成用開口部22の底部に残されたゲート絶縁膜本体部430A、ゲート絶縁膜本体部430Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部430Bから構成されたゲート絶縁膜430、及び、チャネル形成領域12に対向するゲート電極423の底面部からゲート電極423の側面部423Aの途中に亙り形成された第1層431、並びに、ゲート電極形成用開口部22内の第1層431が形成された部分を埋める第2層432(内側層432B及び外側層432A)を得ることができる(図14の(A)参照)。
[Step-410]
Thereafter, a resist layer is formed on the entire surface, and then the portion of the
[第2層における内側層432Bのエッチバック条件]
使用ガス:SF6=100sccm
圧力 :1.3Pa(10ミリトル)
パワー :上部電極/下部電極=800W/20W
[第2層における外側層432A、第1層431、ゲート絶縁膜延在部430Bのエッチバック条件]
使用ガス:Cl2/BCl3/Ar=70sccm/30sccm/100sccm
圧力 :0.8Pa(6ミリトル)
パワー :上部電極/下部電極=800W/100W
[Etch-back condition of
Gas used: SF 6 = 100 sccm
Pressure: 1.3 Pa (10 millitorr)
Power: Upper electrode / lower electrode = 800W / 20W
[Etch-back condition of
Gas used: Cl 2 / BCl 3 / Ar = 70 sccm / 30 sccm / 100 sccm
Pressure: 0.8 Pa (6 mTorr)
Power: Upper electrode / lower electrode = 800W / 100W
[工程−420]
その後、ゲート電極形成用開口部22の残部を第3の金属材料で埋め込む。具体的には、実施例1の[工程−140]と同様にして、全面に、TiNから成り、バリア層として機能する外側層433Aを形成する(図14の(B)参照)。厚さ10nmの第3層における外側層433Aは、CVD法、あるいは、スパッタリング法、あるいは、ALD法(NH3ガス及びTiCl4ガスを交互に使用)に基づき、形成することができる。
[Step-420]
Thereafter, the remaining part of the gate
次に、実施例1の[工程−140]と同様にして、ブランケット・タングステンCVD法に基づき、全面にタングステンから成り、厚さ0.2μmの第3層における内側層433Bを形成した後、CMP法に基づいた平坦化処理を行い、下層絶縁層21、並びに、オフセットスペーサ17、第1サイドウオール18及び第2サイドウオール19上の内側層433B及び外側層433Aを除去する(図15参照)。こうして、外側層433A及び内側層433Bの2層から成る第3層433、外側層432A及び内側層432Bの2層から成る第2層432、及び、第1層431から構成されたゲート電極423を得ることができる。ここで、ゲート電極423の頂面には、第1層431及びゲート絶縁膜430は露出していない。
Next, in the same manner as in [Step-140] in Example 1, an
[工程−430]
次いで、実施例1の[工程−150]〜[工程−180]と同様の工程を実行することで、実施例4の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる(図16の(A)及び(B)参照)。ここで、コンタクトプラグ37Aの底面とゲート絶縁膜延在部430Bの上端部との間には第3層433が存在する。
[Step-430]
Next, by performing the same steps as [Step-150] to [Step-180] of Example 1, the insulated gate field effect transistor of Example 4 can be completed (FIG. 16A and FIG. 16). (See (B)). Here, the
実施例5は、本発明の第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタ、及び、本発明の第2の態様に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法に関する。 Example 5 relates to an insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention and a method for manufacturing the insulated gate field effect transistor according to the second aspect of the present invention.
実施例5の絶縁ゲート電界効果トランジスタは、図19の(A)に模式的な一部端面図を示し、ゲート電極523等の拡大された模式図を図19の(B)に示すように、
(A)ソース/ドレイン領域13及びチャネル形成領域12、
(B)チャネル形成領域12の上方に形成されたゲート電極523、並びに、
(C)ゲート絶縁膜530、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタである。
The insulated gate field effect transistor of Example 5 shows a schematic partial end view in FIG. 19A, and an enlarged schematic view of the
(A) source /
(B) a
(C) a
Is an insulated gate field effect transistor.
そして、ゲート絶縁膜530は、ゲート電極523とチャネル形成領域12との間に形成されたゲート絶縁膜本体部530A、及び、ゲート絶縁膜本体部530Aからゲート電極523の頂面まで延在するゲート絶縁膜延在部530Bから構成されており、ゲート電極523は、第1の金属材料から成る薄膜状の第1層531、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層532、及び、第1の金属材料とは異なる第3の金属材料から成る第3層533から構成されている。尚、第2層532は、外側層532A及び内側層532Bから構成されており、第3層533は、外側層533A及び内側層533Bから構成されている。実施例5の絶縁ゲート電界効果トランジスタにおける以上の構成要素は、実質的に、実施例4の絶縁ゲート電界効果トランジスタと同様とすることができる。
The
実施例5にあっては、第1層531は、チャネル形成領域12に対向するゲート電極523の底面部からゲート電極523の側面部523Aの途中に亙り形成されており、第2層532及び第3層533は、積層状態にてゲート電極523の残部を占めている。また、図19の(B)に示すように、チャネル形成領域12の表面を基準としたときの、ゲート電極523の高さをHGate、ゲート電極523の側面部523Aの途中まで形成された第1層531の部分の高さをHMt-1、第2層532と第3層533との界面の高さをHMt-2とすると、HMt-1<HGate、HMt-2<HGate、HMt-1≒HMt-2を満足する。より具体的には、
0.1≦HMt-1/HGate≦0.95
を満足し、且つ、
(HGate−HMt-1)≧5nmを満足する。
In the fifth embodiment, the
0.1 ≦ H Mt-1 / H Gate ≦ 0.95
And satisfy
(H Gate −H Mt−1 ) ≧ 5 nm is satisfied.
また、ゲート電極523の頂面に接続されたコンタクトプラグ37Aを更に備えており、このコンタクトプラグ37Aの底面と第1層531の上端部との間には第3層533が存在する。
Further, a
以下、図17の(A)、(B)、図18、図19の(A)、(B)を参照して、実施例5の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor of Example 5 will be described with reference to FIGS. 17A, 17B, 18A, and 19B.
[工程−500]
先ず、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜530を形成する。具体的には、実施例4の[工程−400]と同様の工程を実行する。即ち、ゲート電極形成用開口部22の底部に露出したチャネル形成領域12の上、及び、ゲート電極形成用開口部22の側壁に、ゲート絶縁膜530、第1層531及び第2層532を、順次、形成する。
[Step-500]
First, the
[工程−510]
その後、ゲート電極形成用開口部22内を金属材料で埋め込むことでゲート電極523を得る。具体的には、全面にレジスト層を形成した後、エッチバック法にてゲート電極形成用開口部22の側壁上部の第1層531の部分及び第2層532の部分を除去した後、レジスト層を除去する。より具体的には、全面にレジスト層を形成し、エッチバック法に基づき、下層絶縁層21上の内側層532B及び外側層532Aを除去し、更には、ゲート電極形成用開口部22の内部において、第2層における内側層532B及び外側層532A、並びに、第1層531のそれぞれの一部分を選択的に除去した後、レジスト層を除去する。尚、実施例4と異なり、ゲート絶縁膜530はエッチングしない。エッチバックの条件、例えば、エッチングに用いるガス、圧力、RIE装置における上部電極や下部電極に加える電力、エッチング時間等を適切に選択することで、ゲート絶縁膜530をエッチングしない状態を達成することができる。こうして、ゲート電極形成用開口部22の底部に残されたゲート絶縁膜本体部530A、ゲート絶縁膜本体部530Aからゲート電極形成用開口部22の側壁の上端まで延在するゲート絶縁膜延在部530Bから構成されたゲート絶縁膜530、及び、チャネル形成領域12に対向するゲート電極523の底面部からゲート電極523の側面部523Aの途中に亙り形成された第1層531、並びに、ゲート電極形成用開口部22内の第1層531が形成された部分を埋める第2層532(内側層532B及び外側層532A)を得ることができる(図17の(A)参照)。
[Step-510]
Thereafter, the
次いで、実施例4の[工程−420]と同様にして、ゲート電極形成用開口部22の残部を第3の金属材料で埋め込む。こうして、外側層533A及び内側層533Bの2層から成る第3層533、外側層532A及び内側層532Bの2層から成る第2層532、及び、第1層531から構成されたゲート電極523を得ることができる(図17の(B)及び図18参照)。ここで、ゲート電極523の頂面には、第1層531は露出していない。
Next, in the same manner as in [Step-420] in Example 4, the remaining part of the gate
[工程−520]
その後、希フッ酸を用いたウェットエッチング法に基づき下層絶縁層21を除去する。
[Step-520]
Thereafter, the lower insulating
[工程−530]
次いで、全面に、SiNから成るストレスライナー層20’を再び形成した後、更に、全面にSiO2から成る層間絶縁層34’を形成する。
[Step-530]
Next, after a
[工程−540]
その後、実施例1の[工程−150]〜[工程−180]と同様の工程を実行することで、実施例5の絶縁ゲート電界効果トランジスタを完成させることができる(図19の(A)及び(B)参照)。ここで、コンタクトプラグ37Aの底面と第1層531の上端部との間には第3層533が存在する。
[Step-540]
Thereafter, the same steps as [Step-150] to [Step-180] of Example 1 are performed, whereby the insulated gate field effect transistor of Example 5 can be completed (FIG. 19A and FIG. 19). (See (B)). Here, the
実施例5にあっては、[工程−510]が完了した時点で、ゲート電極523の頂面には第1層531は露出していない。従って、[工程−520]において、希フッ酸を用いたウェットエッチング法に基づき下層絶縁層21を除去したとき、第1層531に損傷が発生することはない。また、[工程−540]において、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成する際、ゲート電極523の頂面の上方には、下から、SiNから成るストレスライナー層20’、及び、SiO2から成る層間絶縁層34が形成されている。従って、[工程−540]にあっては、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成するために、SiO2から成る層間絶縁層34をドライエッチングし、引き続き、SiNから成るストレスライナー層20’をエッチングするが、このとき、ゲート絶縁膜530に損傷が生じることはない。それ故、得られたゲート電極523の信頼性が低下することがない。また、[工程−540]において、コンタクトプラグ37Aを形成したとき、コンタクトプラグ37Aにボイドが発生することもない。更には、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bを形成するためにエッチングすべきゲート電極523の上方の部分とソース/ドレイン領域13の上方の部分の構成材料が異なっているが、第1層531の上端面が露出した状態にはないので、コンタクトプラグ形成用開口部35A,35Bの形成条件の最適化を図り易い。
In Example 5, the
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した絶縁ゲート電界効果トランジスタの構造、構成は例示であり、適宜、変更することができるし、実施例において説明した絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造工程等も例示であり、適宜、変更することができる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The structure and configuration of the insulated gate field effect transistor described in the embodiment are examples, and can be appropriately changed. The manufacturing process of the insulated gate field effect transistor described in the embodiment is also an example, and can be appropriately changed. can do.
実施例1にあっては、絶縁ゲート電界効果トランジスタをnチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタとしたが、pチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタとする場合には、例えば、第1層をルテニウム(Ru)から構成すればよい。あるいは又、ゲート電極の構成材料を変えることによりゲート電極の仕事関数を好適な値とする代わりに、ゲート絶縁膜の構成材料を変えることにより、仕事関数の値を調整する方法も提案されており(例えば、特開2006−24594号公報)、係る方法を本発明に適用することもできる。 In the first embodiment, the insulated gate field effect transistor is an n-channel insulated gate field effect transistor. However, when the p-channel insulated gate field effect transistor is used, for example, the first layer is made of ruthenium (Ru). May be configured. Alternatively, a method of adjusting the work function value by changing the constituent material of the gate insulating film instead of making the work function of the gate electrode a suitable value by changing the constituent material of the gate electrode has been proposed. (For example, JP-A-2006-24594) and such a method can also be applied to the present invention.
また、実施例2あるいは実施例3にあっては、実施例1の[工程−130]と同様の工程において、レジスト層40を形成する代わりに、ポリシリコン層50をゲート電極形成用開口部22の下部に形成し、次いで、第1層31及びゲート絶縁膜30をエッチングして(このとき、ポリシリコン層50が一種のレジストとして機能する)、その後、金属材料層51を形成し、シリサイド化するといった工程を採用してもよい。また、実施例1〜実施例4においても、ゲート電極を形成した後、フッ酸を用いたウェットエッチング法に基づき下層絶縁層を除去し、次いで、全面に、SiNから成るストレスライナー層を再び形成した後、更に、全面にSiO2から成る層間絶縁層を形成するといった工程を採用してもよい。
Further, in Example 2 or Example 3, instead of forming the resist
10・・・基体、11・・・シリコン半導体基板、12・・・チャネル形成領域、13・・・ソース/ドレイン領域、13A・・・シリサイド層、14・・・ダミーゲート絶縁膜、15・・・ダミーポリシリコン層、15’・・・ダミーゲート電極、16・・・ハードマスク、17・・・オフセットスペーサ、18・・・第1サイドウオール、19・・・第2サイドウオール、20,20’・・・ストレスライナー層、21・・・下層絶縁層、22・・・ゲート電極形成用開口部、23,323,423,523・・・ゲート電極、23A,423A,523A・・・ゲート電極の側面部、30,430,530・・・ゲート絶縁膜、30A,430A,530A・・・ゲート絶縁膜本体部、30B,430B,530B・・・ゲート絶縁膜延在部、31,31A,31B,431,431A,431B,531,531A,531B・・・第1層、32,232,432,532・・・第2層、32A,432A,532A・・・第2層の外側層、32B,432B,532B・・・第2層の内側層、332・・・ニッケル・シリサイド、433,533・・・第3層、433A,533A・・・第3層の外側層、433B,533B・・・第3層の内側層、34,34’・・・層間絶縁層、35A,35B・・・コンタクトプラグ形成用開口部、36・・・第2のバリア層、37A,37B・・・コンタクトプラグ、40・・・レジスト層、50・・・導電材料層、51・・・金属材料層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
(B)前記ソース/ドレイン領域上に形成され、前記チャネル形成領域の上方にゲート電極形成用開口部が形成された絶縁層、
(C)前記ゲート電極形成用開口部内を金属材料で埋め込むことで形成されたゲート電極、
(D)ゲート絶縁膜、並びに、
(E)前記ゲート電極の頂面に接続されたコンタクトプラグ、
を備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極形成用開口部の底部に形成され、前記ゲート電極と前記チャネル形成領域との間に形成されたゲート絶縁膜本体部、及び、前記ゲート絶縁膜本体部から前記ゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在し、且つ、前記ゲート電極の側面部の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されており、
前記ゲート電極は、第1層及び第2層から構成されており、
前記第1層は、前記チャネル形成領域に対向する前記ゲート電極の底面部から、前記ゲート電極の側面部に沿って前記ゲート電極の側面部の途中まで、薄膜状に形成されており、
前記第2層は、外側層及び内側層の2層から構成されており、
前記第2層の外側層は、前記ゲート電極形成用開口部内に形成された前記第1層の上、及び、前記ゲート電極形成用開口部の側壁に亙り形成され、且つ、前記ゲート電極の側面部に沿って前記ゲート電極の頂面まで、薄膜状に形成され、それにより、前記第1層及び前記ゲート絶縁膜延在部を覆っており、
前記第2層の内側層は、前記ゲート電極形成用開口部の残部を埋め込むことにより形成され、前記ゲート電極の残部を占めており、
前記コンタクトプラグの底面と前記ゲート絶縁膜延在部の上端部との間には、少なくとも、前記第2層の内側層及び外側層のいずれか一方が存在しており、
前記ゲート絶縁膜は、酸化ハフニウムから成り、
前記第1層は、ハフニウム・シリサイドから成り、
前記第2層の外側層は、窒化チタンから成り、
前記第2層の内側層は、タングステンから成ることを特徴とする絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 (A) a source / drain region and a channel formation region;
(B) an insulating layer formed on the source / drain region and having an opening for forming a gate electrode above the channel formation region;
(C) a gate electrode formed by filling the opening for forming the gate electrode with a metal material;
(D) a gate insulating film, and
(E) a contact plug connected to the top surface of the gate electrode;
An insulated gate field effect transistor comprising:
The gate insulating film, the formed at the bottom of the gate electrode formation openings, the gate insulating film body portion formed between the gate electrode and the channel formation region, and wherein from said gate insulating film main body The gate electrode forming opening extends to the middle of the side wall and includes a gate insulating film extending portion extending to the middle of the side surface of the gate electrode.
The gate electrode is composed of a first layer and a second layer,
The first layer is formed in a thin film shape from the bottom surface of the gate electrode facing the channel formation region to the middle of the side surface of the gate electrode along the side surface of the gate electrode.
The second layer is composed of two layers, an outer layer and an inner layer,
The outer layer of the second layer is formed on the first layer formed in the opening for forming the gate electrode and on the side wall of the opening for forming the gate electrode, and on the side surface of the gate electrode. Is formed in a thin film shape along the portion to the top surface of the gate electrode, thereby covering the first layer and the gate insulating film extending portion,
The inner layer of the second layer is formed by embedding the remainder of the gate electrode formation opening, and occupies the remainder of the gate electrode,
Between the bottom surface of the contact plug and the upper end portion of the gate insulating film extending portion, at least one of the inner layer and the outer layer of the second layer exists,
The gate insulating film is made of hafnium oxide,
The first layer is made of hafnium silicide,
The outer layer of the second layer is made of titanium nitride,
2. The insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein an inner layer of the second layer is made of tungsten .
0.1≦HIns/HGate≦0.95
を満足し、且つ、
(HGate−HIns)≧5nmを満足することを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタ。 When the height of the gate electrode with respect to the surface of the channel formation region is H Gate and the height of the gate insulating film extension is H Ins ,
0.1 ≦ H Ins / H Gate ≦ 0.95
And satisfy
The insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein (H Gate −H Ins ) ≧ 5 nm is satisfied.
(b)前記ゲート電極形成用開口部の底部に露出した前記チャネル形成領域の上、及び、前記ゲート電極形成用開口部の側壁に、ゲート絶縁膜を形成し、次いで、
(c)前記ゲート電極形成用開口部の側壁に形成された前記ゲート絶縁膜を選択的に除去し、以て、前記ゲート電極形成用開口部の底部に残されたゲート絶縁膜本体部、及び、前記ゲート絶縁膜本体部から前記ゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在するゲート絶縁膜延在部から構成されたゲート絶縁膜を得た後、
(d)前記ゲート電極形成用開口部内を金属材料で埋め込むことでゲート電極を形成し、その後、
(e)全面に層間絶縁層を形成した後、前記ゲート電極の上方の層間絶縁層の部分にコンタクトプラグ形成用開口部を形成し、次いで、前記コンタクトプラグ形成用開口部内にコンタクトプラグを設ける、
各工程を具備する絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、
前記ゲート電極は、第1の金属材料から成る第1層、及び、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料から成る第2層から構成されており、
前記第2層は、外側層、及び、内側層の2層から構成されており、
前記第2層の外側層は、前記第1層上から前記ゲート電極の側面部に亙り形成されており、
前記第2層の内側層は、前記ゲート電極の残部を占めており、
前記コンタクトプラグの底面と前記ゲート絶縁膜延在部の上端部との間には、少なくとも、前記第2層の内側層及び外側層のいずれか一方が存在しており、
前記ゲート絶縁膜は、酸化ハフニウムから成り、
前記第1層は、ハフニウム・シリサイドから成り、
前記第2層の外側層は、窒化チタンから成り、
前記第2層の内側層は、タングステンから成り、
前記工程(b)において、前記ゲート電極形成用開口部の底部に露出した前記チャネル形成領域の上、及び、前記ゲート電極形成用開口部の側壁に、前記ゲート絶縁膜及び薄膜状の前記第1層を、順次、形成し、
前記工程(c)において、前記ゲート電極形成用開口部の側壁に形成された前記ゲート絶縁膜及び前記第1層を選択的に除去し、以て、前記ゲート電極形成用開口部の底部に残された前記ゲート絶縁膜本体部、及び、前記ゲート絶縁膜本体部から前記ゲート電極形成用開口部の側壁の途中まで延在し、且つ、前記ゲート電極の側面部の途中まで延在する前記ゲート絶縁膜延在部から構成された前記ゲート絶縁膜、並びに、前記チャネル形成領域に対向する前記ゲート電極の底面部から、前記ゲート電極の側面部に沿って前記ゲート電極の側面部の途中まで形成された前記薄膜状の第1層を得た後、
前記工程(d)において、前記ゲート電極形成用開口部内に形成された前記第1層の上、及び、前記ゲート電極形成用開口部の側壁に亙り、且つ、前記ゲート電極の側面部に沿って前記ゲート電極の頂面まで、薄膜状の前記外側層を形成した後、前記残部を前記内側層で埋め込むことを特徴とする絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。 (A) A substrate including a source / drain region and a channel formation region, and an insulating layer formed on the source / drain region and having a gate electrode formation opening formed above the channel formation region is prepared. ,
(B) over said channel forming region exposed in the bottom portion of the gate electrode formation opening, and, on the sidewalls of the gate electrode formation openings, to form a gate insulating film, then,
(C) the selectively removing the gate insulating film formed on the side wall of the gate electrode formation openings, than Te, the gate insulating film main body left on the bottom of the gate electrode formation opening, and after obtaining a gate insulating film composed of the gate insulating film extending portion extending from the gate insulating film main body portion to the middle of the side walls of the gate electrode formation openings,
; (D) a gate electrode formation opening portion to form a gate electrode by filling a metal material, then,
(E) After forming an interlayer insulating layer on the entire surface, forming an opening for forming a contact plug in a portion of the interlayer insulating layer above the gate electrode, and then providing a contact plug in the opening for forming the contact plug.
In the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor comprising each step ,
The gate electrode is composed of a first layer made of a first metal material and a second layer made of a second metal material different from the first metal material,
The second layer is composed of two layers, an outer layer and an inner layer,
The outer layer of the second layer is formed over the side surface of the gate electrode from above the first layer,
The inner layer of the second layer occupies the remainder of the gate electrode;
Between the bottom surface of the contact plug and the upper end portion of the gate insulating film extending portion, at least one of the inner layer and the outer layer of the second layer exists,
The gate insulating film is made of hafnium oxide,
The first layer is made of hafnium silicide,
The outer layer of the second layer is made of titanium nitride,
The inner layer of the second layer is made of tungsten,
In the step (b), the gate insulating film and the first thin film are formed on the channel formation region exposed at the bottom of the gate electrode formation opening and on the sidewall of the gate electrode formation opening. Forming layers sequentially,
In the step (c), the gate insulating film and the first layer formed on the side wall of the gate electrode formation opening are selectively removed, so that they remain at the bottom of the gate electrode formation opening. The gate insulating film main body and the gate extending from the gate insulating film main body to the middle of the side wall of the gate electrode forming opening and to the middle of the side surface of the gate electrode Formed from the bottom surface portion of the gate electrode facing the channel formation region to the middle of the side surface portion of the gate electrode along the side surface portion of the gate electrode. After obtaining the first thin film layer,
In the step (d), on the first layer formed in the opening for forming the gate electrode, on the side wall of the opening for forming the gate electrode, and along the side surface of the gate electrode. A method of manufacturing an insulated gate field effect transistor, wherein the thin film-shaped outer layer is formed up to a top surface of the gate electrode, and then the remaining portion is embedded with the inner layer .
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007132364A JP4367523B2 (en) | 2007-02-06 | 2007-05-18 | Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof |
US12/025,965 US7977751B2 (en) | 2007-02-06 | 2008-02-05 | Insulated gate field effect transistor and a method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007026918 | 2007-02-06 | ||
JP2007132364A JP4367523B2 (en) | 2007-02-06 | 2007-05-18 | Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009158385A Division JP5212278B2 (en) | 2007-02-06 | 2009-07-03 | Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008218962A JP2008218962A (en) | 2008-09-18 |
JP4367523B2 true JP4367523B2 (en) | 2009-11-18 |
Family
ID=39838592
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007132364A Expired - Fee Related JP4367523B2 (en) | 2007-02-06 | 2007-05-18 | Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof |
JP2009158385A Expired - Fee Related JP5212278B2 (en) | 2007-02-06 | 2009-07-03 | Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009158385A Expired - Fee Related JP5212278B2 (en) | 2007-02-06 | 2009-07-03 | Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP4367523B2 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8779530B2 (en) | 2009-12-21 | 2014-07-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Metal gate structure of a field effect transistor |
US8436404B2 (en) | 2009-12-30 | 2013-05-07 | Intel Corporation | Self-aligned contacts |
KR101781620B1 (en) * | 2010-09-01 | 2017-09-25 | 삼성전자주식회사 | method for manufacturing MOS transistor |
WO2016028266A1 (en) | 2014-08-19 | 2016-02-25 | Intel Corporation | Mos antifuse with void-accelerated breakdown |
US9269718B1 (en) | 2014-09-05 | 2016-02-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Manufacturing method of semiconductor memory device |
KR102286112B1 (en) * | 2015-10-21 | 2021-08-04 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device and method for fabricating the same |
US9812535B1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-11-07 | Infineon Technologies Austria Ag | Method for manufacturing a semiconductor device and power semiconductor device |
JP7514463B2 (en) | 2019-02-14 | 2024-07-11 | 太平洋セメント株式会社 | Carbon dioxide fixation method |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3847940B2 (en) * | 1998-02-24 | 2006-11-22 | 株式会社東芝 | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2000332237A (en) * | 1999-05-17 | 2000-11-30 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of semiconductor device |
JP2001085677A (en) * | 1999-09-09 | 2001-03-30 | Mitsubishi Electric Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2001127288A (en) * | 1999-10-28 | 2001-05-11 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacturing method of gate structure |
WO2001071807A1 (en) * | 2000-03-24 | 2001-09-27 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
JP3851752B2 (en) * | 2000-03-27 | 2006-11-29 | 株式会社東芝 | Manufacturing method of semiconductor device |
JP4567969B2 (en) * | 2003-10-28 | 2010-10-27 | 東部エレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device transistor manufacturing method |
-
2007
- 2007-05-18 JP JP2007132364A patent/JP4367523B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-07-03 JP JP2009158385A patent/JP5212278B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008218962A (en) | 2008-09-18 |
JP2009290221A (en) | 2009-12-10 |
JP5212278B2 (en) | 2013-06-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4501965B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
US11289581B2 (en) | Method for manufacturing insulated gate field effect transistor | |
US7977751B2 (en) | Insulated gate field effect transistor and a method of manufacturing the same | |
JP5434360B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5212278B2 (en) | Insulated gate field effect transistor and manufacturing method thereof | |
JP4770885B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5326274B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
US7449733B2 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
JP5002891B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
TWI756416B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP6076584B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2007288096A (en) | Semiconductor device, and its manufacturing method | |
JP4771024B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
TWI761980B (en) | Semiconductor device structure and methods for forming the same | |
JP2008288329A (en) | Semiconductor device | |
TWI852111B (en) | Semiconductor device and methods of forming the same | |
TWI854525B (en) | Semiconductor device, fabrication method of the same, and method of forming continuous metal cap over metal gate structure | |
JP6869875B2 (en) | Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices | |
JP2011181781A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
TW202420440A (en) | Semiconductor structure and forming method thereof | |
CN118841372A (en) | Complementary field effect transistor device and method of forming the same | |
JP2004289072A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090427 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090507 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090703 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090804 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090817 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4367523 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120904 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130904 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |