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JP2012089779A - Semiconductor module and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP2012089779A
JP2012089779A JP2010237180A JP2010237180A JP2012089779A JP 2012089779 A JP2012089779 A JP 2012089779A JP 2010237180 A JP2010237180 A JP 2010237180A JP 2010237180 A JP2010237180 A JP 2010237180A JP 2012089779 A JP2012089779 A JP 2012089779A
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semiconductor
semiconductor device
gate electrode
silicon
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JP2010237180A
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Sunao Yamaguchi
直 山口
Yasutoshi Okuno
泰利 奥野
Tomoe Kutouchi
知恵 久都内
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Panasonic Corp
Renesas Electronics Corp
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Panasonic Corp
Renesas Electronics Corp
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Abstract

【課題】半導体装置の特性を向上させる。
【解決手段】本発明の半導体装置は、面方位が(110)のシリコン基板1と、pMIS領域1Bに形成されたpチャネル型電界効果トランジスタを有する。このpチャネル型電界効果トランジスタは、ゲート絶縁膜3を介して配置されたゲート電極GE2と、ゲート電極GE2の両側のシリコン基板1中に設けられた溝g2の内部に配置され、Siより格子定数が大きいSiGeよりなるソース・ドレイン領域と、を有する。上記溝g2は、ゲート電極GE2側に位置する側壁部において、第1の斜面と、第1の斜面と交差する第2の斜面と、を有する。このように、溝g2の形状をΣ形状とすることで、pチャネル型電界効果トランジスタのチャネル領域に加わる圧縮歪みを大きくすることができる。
【選択図】図11
The characteristics of a semiconductor device are improved.
A semiconductor device of the present invention includes a silicon substrate having a (110) plane orientation and a p-channel field effect transistor formed in a pMIS region 1B. This p-channel field effect transistor is arranged inside a gate electrode GE2 arranged through a gate insulating film 3 and a groove g2 provided in the silicon substrate 1 on both sides of the gate electrode GE2, and is made of a lattice constant from Si. And a source / drain region made of SiGe. The groove g2 has a first slope and a second slope that intersects the first slope at the side wall portion located on the gate electrode GE2 side. Thus, the compressive strain applied to the channel region of the p-channel field effect transistor can be increased by setting the shape of the groove g2 to the Σ shape.
[Selection] Figure 11

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、MISFETを有する半導体装置およびその製造に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having a MISFET and a technique effective when applied to the manufacture thereof.

現在、トランジスタを微細化させ、その性能向上を図ることが幅広く行われている。しかしながら、微細化のみによるトランジスタの性能の向上は、対性能比で見た場合のコストの上昇といった問題がある。   At present, miniaturization of transistors and improvement of performance are widely performed. However, the improvement in the performance of a transistor only by miniaturization has a problem of an increase in cost when viewed in terms of performance ratio.

そこで、微細化のみによるトランジスタの性能向上ばかりでなく、応力を制御してトランジスタの性能を向上させる手法が現れてきている。   Therefore, not only the performance improvement of the transistor only by miniaturization but also a technique for improving the performance of the transistor by controlling the stress has appeared.

応力膜を用いてトランジスタの性能向上を図る手法の一つとして、例えば、Si基板上に形成されたpチャネル型MISFETのソース・ドレイン領域にSiGeを適用して性能向上を図る技術が検討されている。かかる技術は、例えば、下記特許文献1および2に開示されている。   As a technique for improving the performance of a transistor using a stress film, for example, a technique for improving the performance by applying SiGe to the source / drain region of a p-channel MISFET formed on a Si substrate has been studied. Yes. Such techniques are disclosed in, for example, Patent Documents 1 and 2 below.

また、pチャネル型MISFET上に圧縮応力膜を形成し、nチャネル型MISFET上に引張応力膜を形成し、両方のMISFETのチャネルに応力を印加して性能向上を図る、いわゆるDSL(Dual Stress Liner)と呼ばれる技術が検討されている。   Also, a compressive stress film is formed on the p-channel MISFET, a tensile stress film is formed on the n-channel MISFET, and stress is applied to the channels of both MISFETs to improve performance, so-called DSL (Dual Stress Liner) ) Is being studied.

特開2009−26795号公報JP 2009-26795 A 特開2008−78347号公報JP 2008-78347 A

本発明者は、Si基板上に形成されたpチャネル型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ)のソース・ドレイン領域にSiGeを適用することにより、トランジスタ性能の向上を図ることを検討している。   The present inventor considers improving the transistor performance by applying SiGe to the source / drain region of a p-channel MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) formed on a Si substrate. is doing.

かかるトランジスタ性能の向上に際しては、より効果的にチャネルに応力を与えることができる装置構造の改良が望まれる。また、その装置構成を実現するための製造方法の検討が望まれる。   In order to improve the transistor performance, it is desired to improve the device structure that can apply stress to the channel more effectively. In addition, it is desired to study a manufacturing method for realizing the device configuration.

そこで、本発明の目的は、半導体装置の特性を向上させることができる技術を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the characteristics of a semiconductor device.

また、本発明の他の目的は、良好な特性の半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor device having good characteristics.

本発明の上記目的およびその他の目的と新規な特徴は、本願明細書の記載および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、(a)面方位が(110)であり、第1半導体よりなる基板と、(b)基板の第1領域に形成されたpチャネル型電界効果トランジスタを有する。このpチャネル型電界効果トランジスタは、(b1)第1領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、(b2)ゲート電極の両側の基板中に設けられた溝の内部に配置され、第1半導体より格子定数が大きい第2半導体よりなるソース・ドレイン領域と、を有する。上記溝は、ゲート電極側に位置する側壁部において、第1の斜面と、第1の斜面と交差する第2の斜面と、を有する。   Among the inventions disclosed in the present application, a semiconductor device shown in a typical embodiment includes (a) a plane orientation of (110), a substrate made of a first semiconductor, and (b) a first region of the substrate. A p-channel field effect transistor. The p-channel field effect transistor is disposed in (b1) a gate electrode disposed on the first region via a gate insulating film, and (b2) in a groove provided in the substrate on both sides of the gate electrode. And a source / drain region made of a second semiconductor having a lattice constant larger than that of the first semiconductor. The trench has a first slope and a second slope that intersects the first slope at the side wall located on the gate electrode side.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法は、(a)面方位が(110)であり、第1半導体よりなる基板を準備する工程と、(b)基板の第1領域上に第1ゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程と、を有する。さらに、(c)第1ゲート電極の両側に側壁膜を形成する工程と、(d)側壁膜をマスクとして第1ゲート電極の両側の基板をドライエッチングすることにより、第1ゲート電極の両側の基板中に第1溝を形成する工程と、を有する。さらに、(e)第1溝に対し異方的なウエットエッチングを施すことにより、ゲート電極側に位置する側壁部において、第1の斜面と第1の斜面と交差する第2の斜面とを有する第2溝を形成する工程、を有する。さらに、(f)第1半導体より格子定数が大きい第2半導体を第1の斜面および第2の斜面からエピタキシャル成長させることにより、第2溝内に第2半導体よりなる半導体領域を形成する工程、を有する。   Among the inventions disclosed in the present application, a method for manufacturing a semiconductor device shown in a representative embodiment includes: (a) a step of preparing a substrate having a (110) plane orientation and made of a first semiconductor; b) forming a first gate electrode on the first region of the substrate via the first gate insulating film. Further, (c) a step of forming sidewall films on both sides of the first gate electrode, and (d) dry etching of the substrates on both sides of the first gate electrode using the sidewall film as a mask, thereby forming both sides of the first gate electrode. Forming a first groove in the substrate. Further, (e) by performing anisotropic wet etching on the first groove, the side wall located on the gate electrode side has a first slope and a second slope that intersects the first slope. Forming a second groove. And (f) forming a semiconductor region made of the second semiconductor in the second groove by epitaxially growing a second semiconductor having a lattice constant larger than that of the first semiconductor from the first and second slopes. Have.

本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。   Among the inventions disclosed in the present application, according to the semiconductor device described in the following representative embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be improved.

また、本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法によれば、特性の良好な半導体装置を製造することができる。   In addition, among the inventions disclosed in the present application, according to the method for manufacturing a semiconductor device shown in the following representative embodiment, a semiconductor device with good characteristics can be manufactured.

実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of embodiment. 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図1に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 3 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 1 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図2に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 3 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 2 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図3に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 4 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 3 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図4に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 5 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 4 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図5に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 6 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 5 during the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程におけるエッチング工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the etching process in the manufacturing process of the semiconductor device of embodiment. 実施の形態の半導体装置の製造工程におけるエッチング工程を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the etching process in the manufacturing process of the semiconductor device of embodiment. シリコン基板の面方位およびゲート電極の配置方向を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the surface orientation of a silicon substrate, and the arrangement direction of a gate electrode. 実施の形態の半導体装置の製造工程におけるエッチング工程を説明するための断面図であって、図7に続く第1エッチング後の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining an etching step in the manufacturing process of the semiconductor device of the embodiment, and is a cross-sectional view after the first etching following FIG. 7. 実施の形態の半導体装置の製造工程におけるエッチング工程を説明するための断面図であって、図10に続く第2エッチング後の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining an etching step in the manufacturing process of the semiconductor device of the embodiment, and is a cross-sectional view after the second etching following FIG. 10. 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of embodiment. 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図12に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 13 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 12 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図13に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 14 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 13 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図14に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 15 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, following the process shown in FIG. 14 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図15に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 16 is a main-portion cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 15; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図16に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 17 is a main-portion cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 16 during the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図17に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 18 is a main-portion cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 17 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図18に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 19 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 18 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図19に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 20 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 19 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図20に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 21 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in the embodiment, which is subsequent to FIG. 20 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態の半導体装置を用いた半導体チップの構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the semiconductor chip using the semiconductor device of embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明を示す実施の形態について詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments illustrating the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. Are partly or entirely modified, application examples, detailed explanations, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。   Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numbers and the like (including the number, numerical value, quantity, range, etc.).

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same or related reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

(実施の形態)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の構成と製造方法について詳細に説明する。図1〜図6、図12〜図21は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。図7、図10および図11は、本実施の形態の半導体装置の製造工程におけるエッチング工程を説明するための断面図である。図8は、本実施の形態の半導体装置の製造工程におけるエッチング工程を説明するための平面図(上面図)である。図7は、例えば、図8のA−A断面と対応する。図9は、シリコン基板1の面方位およびゲート電極GE2の配置方向を模式的に示す平面図である。図22は、本実施の形態の半導体装置を用いた半導体チップの構成例を示す平面図である。
(Embodiment)
Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 6 and FIGS. 12 to 21 are cross-sectional views of relevant parts showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 7, 10 and 11 are cross-sectional views for explaining the etching process in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 8 is a plan view (top view) for explaining an etching process in the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 7 corresponds to, for example, the AA cross section of FIG. FIG. 9 is a plan view schematically showing the surface orientation of the silicon substrate 1 and the arrangement direction of the gate electrode GE2. FIG. 22 is a plan view showing a configuration example of a semiconductor chip using the semiconductor device of the present embodiment.

[構造説明]
まず、本実施の形態における半導体装置の製造工程の最終工程断面図である図21を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の特徴的な構成について説明する。
[Description of structure]
First, a characteristic configuration of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIG. 21 which is a final process cross-sectional view of the semiconductor device manufacturing process of the present embodiment.

図21に示すように、本実施の形態の半導体装置は、シリコン基板(半導体基板)1のnMIS領域1Aに配置されたnチャネル型のMISFETQn1と、シリコン基板1のpMIS領域1Bに配置されたpチャネル型のMISFETQp1とを有している。nMIS領域1AおよびpMIS領域1Bは、それぞれ素子分離領域2により区画された活性領域(アクティブ)である。   As shown in FIG. 21, the semiconductor device according to the present embodiment includes an n-channel MISFET Qn1 disposed in an nMIS region 1A of a silicon substrate (semiconductor substrate) 1 and a p-region disposed in a pMIS region 1B of the silicon substrate 1. A channel-type MISFET Qp1. The nMIS region 1A and the pMIS region 1B are active regions (active) partitioned by the element isolation region 2, respectively.

nチャネル型のMISFETQn1は、シリコン基板1上にゲート絶縁膜3を介して配置されたゲート電極GE1と、このゲート電極GE1の両側のシリコン基板1中に配置されたソース・ドレイン領域とを有する。このソース・ドレイン領域は、n型半導体領域SD1およびn型半導体領域EX1により構成される。 The n-channel type MISFET Qn1 has a gate electrode GE1 disposed on the silicon substrate 1 via a gate insulating film 3, and source / drain regions disposed in the silicon substrate 1 on both sides of the gate electrode GE1. This source / drain region is constituted by an n + type semiconductor region SD1 and an n type semiconductor region EX1.

pチャネル型のMISFETQp1は、シリコン基板1上にゲート絶縁膜3を介して配置されたゲート電極GE2と、このゲート電極GE2の両側のシリコン基板1中に配置されたソース・ドレイン領域とを有する。このソース・ドレイン領域は、p型半導体領域SD2(10)およびp型半導体領域EX2により構成される。 The p-channel type MISFET Qp1 has a gate electrode GE2 disposed on the silicon substrate 1 via a gate insulating film 3, and source / drain regions disposed in the silicon substrate 1 on both sides of the gate electrode GE2. This source / drain region is constituted by a p + type semiconductor region SD2 (10) and a p type semiconductor region EX2.

上記シリコン基板1の面方位は(110)である。また、上記pチャネル型MISFETQp1のソース・ドレイン領域を構成するp型半導体領域SD2は、シリコンゲルマニウム領域10中に配置されている。 The plane orientation of the silicon substrate 1 is (110). The p + type semiconductor region SD2 constituting the source / drain region of the p channel MISFET Qp1 is arranged in the silicon germanium region 10.

このシリコンゲルマニウム領域10は、溝g2内に配置されている。この溝g2は、そのゲート電極GE2側の側面において、2つの斜面を有する。この2つの斜面のうち一方の第1斜面は、シリコン基板1の表面から下方であってゲート電極GE2側の方向に斜めに延在する斜面である。また、他方の第2斜面は、上記第1斜面の端部からさらに下方であって、ゲート電極GE2側の方向とは逆側の方向(素子分離領域2側の方向)に斜めに延在する斜面である。この2つの斜面は、サイドウォールSW2の下方に位置する。このような、第1斜面と第2斜面とを有する溝g2の形状をΣ(シグマ)形状という。   The silicon germanium region 10 is disposed in the groove g2. The groove g2 has two inclined surfaces on the side surface on the gate electrode GE2 side. One of the two slopes is a slope extending obliquely in the direction below the surface of the silicon substrate 1 and toward the gate electrode GE2. In addition, the other second slope is further below the end of the first slope and extends obliquely in a direction opposite to the direction on the gate electrode GE2 side (direction on the element isolation region 2 side). It is a slope. These two slopes are located below the sidewall SW2. Such a shape of the groove g2 having the first slope and the second slope is referred to as a Σ (sigma) shape.

なお、溝g2の底面は、略水平である。また、溝g2のゲート電極GE2側と逆側の側面においては、素子分離領域2の側面が露出している。   Note that the bottom surface of the groove g2 is substantially horizontal. Further, the side surface of the element isolation region 2 is exposed on the side surface of the groove g2 opposite to the gate electrode GE2 side.

上記シリコンゲルマニウム領域10は、上記溝g2の内部において結晶成長された領域である。   The silicon germanium region 10 is a region in which crystals are grown inside the groove g2.

また、シリコンゲルマニウム領域10の上部には、金属シリサイド層23が配置されている。   A metal silicide layer 23 is disposed on the silicon germanium region 10.

このように、本実施の形態によれば、面方位(110)のシリコン基板1を用いたので、pチャネル型MISFETQp1において、正孔の移動度が大きい<110>をチャネルとすることができ、pチャネル型MISFETQp1の特性を向上させることができる。   Thus, according to the present embodiment, since the silicon substrate 1 having the plane orientation (110) is used, in the p-channel type MISFET Qp1, <110> having a high hole mobility can be used as a channel. The characteristics of the p-channel type MISFET Qp1 can be improved.

また、シリコン基板1よりも格子定数が大きいシリコンゲルマニウム領域10をソース・ドレイン領域として用いたので、追って詳細に説明するように、pチャネル型のMISFETQp1のチャネル領域に圧縮歪みを印加することができ、pチャネル型MISFETQp1の特性を向上させることができる。ここで、格子定数とは、結晶の単位格子を形づくる辺の長さをいう。   Further, since the silicon germanium region 10 having a lattice constant larger than that of the silicon substrate 1 is used as the source / drain region, compressive strain can be applied to the channel region of the p-channel type MISFET Qp1, as will be described in detail later. The characteristics of the p-channel type MISFET Qp1 can be improved. Here, the lattice constant means the length of the side forming the unit cell of the crystal.

また、溝g2の形状をΣ形状とすることで、pチャネル型のMISFETQp1のチャネル領域に加わる圧縮歪みを大きくすることができる。   Further, by forming the groove g2 in the Σ shape, it is possible to increase the compressive strain applied to the channel region of the p-channel type MISFET Qp1.

[製造方法説明]
次いで、図1〜図21を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。
[Production method explanation]
Next, the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 21 and the configuration of the semiconductor device will be clarified.

まず、図1に示すように、半導体基板(半導体ウエハ)として、シリコン基板1を準備する。具体的には、例えばp型の単結晶シリコンからなるシリコン基板1を準備する。シリコン基板1の面方位は(110)である。面方位(110)とは、基板1の表面が(110)面であることを意味する。なお、(hkl)は、ミラー指数を表す。(hkl)は、面を示し、<hkl>は、(hkl)面に対する法線ベクトルを表す。   First, as shown in FIG. 1, a silicon substrate 1 is prepared as a semiconductor substrate (semiconductor wafer). Specifically, for example, a silicon substrate 1 made of p-type single crystal silicon is prepared. The plane orientation of the silicon substrate 1 is (110). The plane orientation (110) means that the surface of the substrate 1 is the (110) plane. Note that (hkl) represents a Miller index. (Hkl) represents a surface, and <hkl> represents a normal vector with respect to the (hkl) surface.

上記シリコン基板1は、nチャネル型のMISFETが形成される領域であるnMIS領域(第2領域)1Aと、pチャネル型のMISFETが形成される領域であるpMIS領域(第1領域)1Bと、を有している。   The silicon substrate 1 includes an nMIS region (second region) 1A in which an n-channel type MISFET is formed, a pMIS region (first region) 1B in which a p-channel type MISFET is formed, have.

次いで、上記シリコン基板1の主面に素子分離領域2を形成する。例えば、シリコン基板1に、上記nMIS領域1AおよびpMIS領域1Bを囲む素子分離溝を形成し、この素子分離溝の内部に絶縁膜を埋め込むことにより、素子分離領域2を形成する(図8参照)。このような素子分離法は、STI(Shallow Trench Isolation)法と呼ばれる。この他、LOCOS(Local Oxidization of Silicon)法などを用いて素子分離領域2を形成してもよい。   Next, an element isolation region 2 is formed on the main surface of the silicon substrate 1. For example, element isolation trenches are formed in the silicon substrate 1 so as to surround the nMIS region 1A and the pMIS region 1B, and an element isolation region 2 is formed by embedding an insulating film in the element isolation trench (see FIG. 8). . Such an element isolation method is called an STI (Shallow Trench Isolation) method. In addition, the element isolation region 2 may be formed using a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method or the like.

次いで、例えばフッ酸(HF)水溶液を用いたウエットエッチングなどによりシリコン基板1の表面を清浄化(洗浄)した後、図2に示すように、シリコン基板1の表面にゲート絶縁膜3として、例えば薄い酸化シリコン膜を熱酸化法によって形成する。次いで、ゲート絶縁膜3上に、導電膜としてシリコン膜4を、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法を用いて50〜150nm程度の膜厚で形成する。このシリコン膜4としては、例えば、不純物を含有した多結晶シリコン膜(ドープトポリシリコン膜)を用いることができる。また、成膜時において非晶質シリコン膜を形成し、熱処理により多結晶化してもよい。この熱処理としては、例えばソース・ドレイン領域形成用に導入した不純物の活性化アニールなどを利用することができる。また、不純物を含有しないシリコン膜を形成した後、イオン注入法により不純物を注入してもよい。   Next, after the surface of the silicon substrate 1 is cleaned (washed) by wet etching using a hydrofluoric acid (HF) aqueous solution, for example, as shown in FIG. A thin silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method. Next, a silicon film 4 is formed as a conductive film on the gate insulating film 3 with a film thickness of about 50 to 150 nm by using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. As this silicon film 4, for example, a polycrystalline silicon film containing impurities (a doped polysilicon film) can be used. Further, an amorphous silicon film may be formed at the time of film formation and polycrystallized by heat treatment. As this heat treatment, for example, activation annealing of impurities introduced for forming the source / drain regions can be used. Further, after forming a silicon film not containing impurities, impurities may be implanted by an ion implantation method.

次に、シリコン膜4上に、絶縁膜として酸化シリコン膜5を形成し、酸化シリコン膜5上に絶縁膜として窒化シリコン膜6を形成する。酸化シリコン膜5および窒化シリコン膜6は、例えばCVD法などを用いて形成することができ、酸化シリコン膜5の膜厚(堆積膜厚)は、例えば2〜8nm程度、窒化シリコン膜6の膜厚(堆積膜厚)は、例えば10〜60nm程度とすることができる。   Next, a silicon oxide film 5 is formed as an insulating film on the silicon film 4, and a silicon nitride film 6 is formed as an insulating film on the silicon oxide film 5. The silicon oxide film 5 and the silicon nitride film 6 can be formed using, for example, a CVD method. The film thickness (deposition film thickness) of the silicon oxide film 5 is, for example, about 2 to 8 nm. The thickness (deposited film thickness) can be about 10 to 60 nm, for example.

次いで、図3に示すように、シリコン膜4、酸化シリコン膜5および窒化シリコン膜6の積層膜上に図示しないフォトレジスト膜を形成し、露光・現像する(フォトリスグラフィ)ことにより、所定の領域(ここでは、ゲート電極GE1およびGE2の形成領域)にフォトレジスト膜を残存させる。次いで、残存するフォトレジスト膜をマスクに、上記積層膜をエッチングし、フォトレジスト膜を除去する。以下このような、所定の平面形状の膜を形成し、当該膜をマスクとしてエッチング(選択的に除去)することにより所望の平面形状の膜(パターン)を形成する工程をパターニングという。このパターニング工程により、nMIS領域1Aにシリコン膜4からなるゲート電極GE1が形成され、pMIS領域1Bにシリコン膜4からなるゲート電極GE2が形成される。このゲート電極GE1、GE2上には、それぞれ酸化シリコン膜5および窒化シリコン膜6の積層膜からなるキャップ絶縁膜CPが配置される。   Next, as shown in FIG. 3, a photoresist film (not shown) is formed on the laminated film of the silicon film 4, the silicon oxide film 5 and the silicon nitride film 6, and is exposed and developed (photolithography). The photoresist film is left in the region (here, the formation region of the gate electrodes GE1 and GE2). Next, the laminated film is etched using the remaining photoresist film as a mask, and the photoresist film is removed. Hereinafter, a process of forming a film having a desired planar shape by forming a film having a predetermined planar shape and performing etching (selective removal) using the film as a mask will be referred to as patterning. By this patterning step, the gate electrode GE1 made of the silicon film 4 is formed in the nMIS region 1A, and the gate electrode GE2 made of the silicon film 4 is formed in the pMIS region 1B. On the gate electrodes GE1 and GE2, a cap insulating film CP made of a laminated film of a silicon oxide film 5 and a silicon nitride film 6 is disposed, respectively.

次いで、図4に示すように、ゲート電極GE1、GE2の側壁上を含むシリコン基板1の主面上に、絶縁膜として例えば酸化シリコン膜7を形成する。この酸化シリコン膜7は、例えば熱酸化法などを用いて4〜20nm程度の膜厚で形成する。この酸化シリコン膜7をCVD法で形成してもよい。この場合には、酸化シリコン膜7は窒化シリコン膜6上にも形成される。   Next, as shown in FIG. 4, for example, a silicon oxide film 7 is formed as an insulating film on the main surface of the silicon substrate 1 including the sidewalls of the gate electrodes GE <b> 1 and GE <b> 2. The silicon oxide film 7 is formed with a film thickness of about 4 to 20 nm using, for example, a thermal oxidation method. The silicon oxide film 7 may be formed by a CVD method. In this case, the silicon oxide film 7 is also formed on the silicon nitride film 6.

次いで、酸化シリコン膜7および窒化シリコン膜6上に、絶縁膜として窒化シリコン膜8を形成する。この窒化シリコン膜8は、例えば、CVD法を用いて、後述のサイドウォールを形成するのに必要な膜厚、例えば50nm程度の膜厚で積層する。   Next, a silicon nitride film 8 is formed as an insulating film on the silicon oxide film 7 and the silicon nitride film 6. The silicon nitride film 8 is laminated with a film thickness necessary for forming a side wall to be described later, for example, a film thickness of about 50 nm by using, for example, a CVD method.

次いで、図5に示すように、窒化シリコン膜8上に、フォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することで、nMIS領域1Aを覆うようにフォトレジスト膜PR1を残存させる。   Next, as shown in FIG. 5, a photoresist film is applied onto the silicon nitride film 8, and this photoresist film is exposed and developed to leave the photoresist film PR1 so as to cover the nMIS region 1A.

次いで、pMIS領域1Bの窒化シリコン膜8および酸化シリコン膜7を異方的にエッチング(エッチバック)する。これにより、pMIS領域1Bのゲート電極GE2の側壁部に酸化シリコン膜7および窒化シリコン膜8からなるサイドウォール(側壁絶縁膜、サイドウォールスペーサ)SW1を形成する。その後、フォトレジスト膜PR1を除去する。   Next, the silicon nitride film 8 and the silicon oxide film 7 in the pMIS region 1B are anisotropically etched (etched back). As a result, a sidewall (sidewall insulating film, sidewall spacer) SW1 made of the silicon oxide film 7 and the silicon nitride film 8 is formed on the sidewall portion of the gate electrode GE2 in the pMIS region 1B. Thereafter, the photoresist film PR1 is removed.

次いで、図6に示すように、pMIS領域1Bにおいて、ゲート電極GE2上の窒化シリコン膜6およびサイドウォールSW1をマスクにエッチングを行い、ゲート電極GE2とサイドウォールSW1との合成パターンの両側のシリコン基板1中に溝g2を形成する。このエッチングは、2工程のエッチングにより行われ、第1エッチングにより溝g1を形成した後、さらに、第2エッチングを行い溝g2を形成する。   Next, as shown in FIG. 6, in the pMIS region 1B, etching is performed using the silicon nitride film 6 on the gate electrode GE2 and the sidewall SW1 as a mask, and silicon substrates on both sides of the combined pattern of the gate electrode GE2 and the sidewall SW1. A groove g2 is formed in 1. This etching is performed by two-step etching. After the groove g1 is formed by the first etching, the second etching is further performed to form the groove g2.

<第1、第2エッチング工程の説明>
以下、図7〜図11を参照しながら、第1エッチング工程および第2エッチング工程について説明する。なお、図6等においては、素子分離領域2の表面とシリコン基板1の表面とを同程度の位置に記載したが、各種処理によりこれらの高さに違いが生じる。図7等においては、この高さの差を明確に示してある。
<Description of the first and second etching steps>
Hereinafter, the first etching step and the second etching step will be described with reference to FIGS. In FIG. 6 and the like, the surface of the element isolation region 2 and the surface of the silicon substrate 1 are described at the same position. However, the heights of these elements vary depending on various processes. In FIG. 7 and the like, this difference in height is clearly shown.

<1>第1エッチング前の各構成部位の形状説明
まず、図7および図8を参照しながら、本エッチングのマスクとなるサイドウォール(酸化シリコン膜7、窒化シリコン膜8)SW1およびゲート電極GE2上のキャップ絶縁膜(酸化シリコン膜5および窒化シリコン膜6からなる積層膜)CPの形状について説明する。
<1> Description of Shape of Each Component before First Etching First, referring to FIGS. 7 and 8, sidewalls (silicon oxide film 7, silicon nitride film 8) SW1 and gate electrode GE2 serving as a mask for this etching are used. The shape of the upper cap insulating film (laminated film composed of the silicon oxide film 5 and the silicon nitride film 6) CP will be described.

図7(断面図)に示すように、ゲート電極GE2の側壁部には、サイドウォールSW1が位置し、ゲート電極GE2の上部には、キャップ絶縁膜CPが位置する。よって、ゲート電極GE2は、サイドウォールSW1およびキャップ絶縁膜CPにより覆われている。このサイドウォールSW1およびキャップ絶縁膜CPをマスクにエッチングを行うことにより、サイドウォールSW1の端部から露出したシリコン基板1がエッチングされ、溝(g1、g2)が形成される。   As shown in FIG. 7 (sectional view), the sidewall SW1 is located on the sidewall of the gate electrode GE2, and the cap insulating film CP is located on the gate electrode GE2. Therefore, the gate electrode GE2 is covered with the sidewall SW1 and the cap insulating film CP. Etching is performed using the sidewall SW1 and the cap insulating film CP as a mask, thereby etching the silicon substrate 1 exposed from the end portion of the sidewall SW1, thereby forming grooves (g1, g2).

また、図8(平面図)に示すように、pチャネル型MISFET(Qp1)が形成されるpMIS領域(1B)は、素子分離領域2に囲まれたシリコン基板1の露出領域(活性領域)である。ここでは、その平面形状(上面から見た形状、パターン)を、略第1矩形の領域aとして示してある。この第1矩形の長辺は、x方向に延在し、短辺は、y方向に延在している。図9からも明らかなとおり、ここではx方向は、<110>方向であり、y方向は、<100>方向である。   Further, as shown in FIG. 8 (plan view), the pMIS region (1B) where the p-channel MISFET (Qp1) is formed is an exposed region (active region) of the silicon substrate 1 surrounded by the element isolation region 2. is there. Here, the planar shape (the shape and pattern seen from the upper surface) is shown as a substantially first rectangular region a. The long side of the first rectangle extends in the x direction, and the short side extends in the y direction. As is apparent from FIG. 9, the x direction is the <110> direction and the y direction is the <100> direction.

ゲート電極GE2の平面形状は、略第2矩形状であり、上記領域aの略中央部に配置される。この第2矩形の短辺は、x方向(<110>方向)に延在し、長辺は、y方向(<100>方向)に延在している。この第2矩形の長辺は、領域aを横切るように延在するが、短辺は、素子分離領域2上に延在する。また、ゲート電極GE2の上部のキャップ絶縁膜CPの平面形状も略第2矩形である。   The planar shape of the gate electrode GE2 is a substantially second rectangular shape, and is arranged at the substantially central portion of the region a. The short side of the second rectangle extends in the x direction (<110> direction), and the long side extends in the y direction (<100> direction). The long side of the second rectangle extends across the region a, but the short side extends on the element isolation region 2. The planar shape of the cap insulating film CP above the gate electrode GE2 is also approximately the second rectangle.

キャップ絶縁膜CPとサイドウォールSW1との合成平面形状は、第2矩形より一回り大きい略第3矩形状である。この第3矩形の短辺は、x方向(<110>方向)に延在し、長辺は、y方向(<100>方向)に延在している。この第3矩形の長辺は、領域aを横切るように延在するが、短辺は、素子分離領域2上に延在する。   The combined planar shape of the cap insulating film CP and the sidewall SW1 is a substantially third rectangular shape that is slightly larger than the second rectangular shape. The short side of the third rectangle extends in the x direction (<110> direction), and the long side extends in the y direction (<100> direction). The long side of the third rectangle extends across the region a, but the short side extends on the element isolation region 2.

この第3矩形状の両側には、シリコン基板1の露出領域として、それぞれ略第4矩形の領域e1およびe2が配置される。この領域e1に溝(g1、g2)が形成される。この領域e2に溝(g1、g2)が形成される。領域e1およびe2のゲート電極GE2側の長辺(端部)は、y方向(<100>方向)に延在している。追って詳細に説明するように、溝g2の第1斜面は、領域e1およびe2のゲート電極GE2側の長辺(端部)から、下方であってゲート電極GE2側の方向に斜めに延在することとなる。   On both sides of the third rectangular shape, substantially fourth rectangular regions e1 and e2 are arranged as exposed regions of the silicon substrate 1, respectively. Grooves (g1, g2) are formed in this region e1. Grooves (g1, g2) are formed in this region e2. The long sides (end portions) of the regions e1 and e2 on the gate electrode GE2 side extend in the y direction (<100> direction). As will be described in detail later, the first inclined surface of the groove g2 extends obliquely downward from the long side (end portion) on the gate electrode GE2 side of the regions e1 and e2 in the direction toward the gate electrode GE2. It will be.

なお、図9は、シリコン基板1の面方位およびゲート電極GE2の配置方向を模式的示すもので、シリコン基板1の大きさに対し、ゲート電極GE2等は極めて微細な形状に配置されることは言うまでもない。また、上記図8に示す平面図は一例であり、活性領域の形状やゲート電極GE2のレイアウトには種々の変更が可能である。例えば、活性領域の形状をL字状などとしてもよい。また、他のMISFETのゲート電極と接続するためにゲート電極GE2を引き回す場合には、ゲート電極GE2の平面形状において、<100>方向以外の方向に延在する箇所があってもよい。   FIG. 9 schematically shows the plane orientation of the silicon substrate 1 and the arrangement direction of the gate electrode GE2. The gate electrode GE2 and the like are arranged in a very fine shape with respect to the size of the silicon substrate 1. Needless to say. The plan view shown in FIG. 8 is an example, and various changes can be made to the shape of the active region and the layout of the gate electrode GE2. For example, the shape of the active region may be L-shaped. Further, when the gate electrode GE2 is routed to connect to the gate electrode of another MISFET, there may be a portion extending in a direction other than the <100> direction in the planar shape of the gate electrode GE2.

次いで、上記形状のサイドウォールSW1およびキャップ絶縁膜CPをマスクに、ゲート電極GE2とサイドウォールSW1との合成パターンの両側のシリコン基板1(領域e1、e2)をエッチングする工程について説明する。   Next, a process of etching the silicon substrate 1 (regions e1 and e2) on both sides of the combined pattern of the gate electrode GE2 and the sidewall SW1 using the sidewall SW1 and the cap insulating film CP having the above shape as a mask will be described.

<2>第1エッチング工程説明
まず、第1エッチングを行う。具体的には、図10に示すように、pMIS領域1Bにおいて、ゲート電極GE2とサイドウォールSW1との合成パターンの両側のシリコン基板1をその表面から所定の深さまでエッチングして溝(基板リセス部、基板後退部)g1を形成する。この第1エッチングは、異方性のドライエッチングによって行い、溝形状を、略ボックス形状とする。例えば、溝の深さは、30nm〜50nm程度とする。この第1エッチングにより、溝g1のゲート電極GE2側には、第1側面が露出し、素子分離領域2側には、第2側面が露出する。ここでは、第2側面として、素子分離領域2の側壁が露出している。
<2> Description of First Etching Step First, the first etching is performed. Specifically, as shown in FIG. 10, in the pMIS region 1B, the silicon substrate 1 on both sides of the combined pattern of the gate electrode GE2 and the sidewall SW1 is etched from the surface to a predetermined depth to form a groove (substrate recess portion). , Substrate receding portion) g1 is formed. This first etching is performed by anisotropic dry etching, and the groove shape is substantially box-shaped. For example, the depth of the groove is about 30 nm to 50 nm. By the first etching, the first side surface is exposed on the gate electrode GE2 side of the groove g1, and the second side surface is exposed on the element isolation region 2 side. Here, the side wall of the element isolation region 2 is exposed as the second side surface.

<3>第2エッチング工程説明
次いで、第2エッチングを行う。具体的には、図11に示すように、溝g1の底面から露出するシリコン基板1をさらに30nm〜50nm程度、後退させる。
<3> Explanation of Second Etching Step Next, the second etching is performed. Specifically, as shown in FIG. 11, the silicon substrate 1 exposed from the bottom surface of the groove g1 is further retreated by about 30 nm to 50 nm.

この第2エッチングは、異方性のウエットエッチングによって行う。この異方性のウエットエッチング液としては、例えば、TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide;水酸化テトラメチルアンモニウム;N(CHOH)系のエッチング液を用いることができる。例えば、TMAHを2.38重量%で含有する超純水希釈液を用いて、23℃で、異方性のウエットエッチングを行う。 This second etching is performed by anisotropic wet etching. As the anisotropic wet etching solution, for example, a TMAH (Tetramethyl ammonium hydroxide; N (CH 3 ) 4 OH) etching solution can be used. For example, anisotropic wet etching is performed at 23 ° C. using an ultrapure water diluted solution containing 2.38% by weight of TMAH.

このような、異方性のウエットエッチングを第2エッチングとして用いれば、溝g1の第1側面からは、斜め方向にエッチングが進み、図11に示すように、ゲート電極GE2側に位置する側壁部において、第1の斜面と、第1の斜面と交差する第2の斜面と、を有するΣ(シグマ)形状の溝g2を形成することができる。   If such anisotropic wet etching is used as the second etching, etching proceeds in an oblique direction from the first side surface of the groove g1, and as shown in FIG. 11, the side wall portion located on the gate electrode GE2 side. , A Σ (sigma) -shaped groove g2 having a first slope and a second slope that intersects the first slope can be formed.

この2つの斜面の面方位についてさらに詳細に説明する。この2つの斜面のうち一方の第1斜面は、シリコン基板1の表面から下方であってゲート電極GE2側の方向に斜めに延在する斜面であり、また、他方の第2斜面は、上記第1斜面の端部からさらに下方であって、ゲート電極GE2側の方向とは逆側の方向(素子分離領域2側の方向)に斜めに延在する斜面である。言い換えれば、図11に示すように、2つの斜面のうち、一方は、(110)面に対し、上側になす角(α1)で交差し、他方は、(110)面に対し、下側になす角(α2)で交差する。なす角α1およびα2は、それぞれ90°未満の角度であり、ほぼ等しいことが望ましい。また、この2つの斜面は、サイドウォールSW1の下方に位置する。   The plane orientations of these two slopes will be described in more detail. One of the two slopes is a slope extending downward from the surface of the silicon substrate 1 and obliquely extending in the direction of the gate electrode GE2, and the other second slope is the first slope. It is a slope that extends further downward from the end of one slope and extends obliquely in a direction opposite to the direction on the gate electrode GE2 side (direction on the element isolation region 2 side). In other words, as shown in FIG. 11, one of the two slopes intersects the (110) plane at an angle (α1) on the upper side, and the other is on the lower side with respect to the (110) plane. Cross at an angle (α2). The formed angles α1 and α2 are each less than 90 °, and are preferably substantially equal. The two slopes are located below the sidewall SW1.

以上詳細に説明したように、Σ(シグマ)形状の溝g2を構成する第1斜面および第2斜面が、サイドウォールSW1の下側まで入り込むため、pチャネル型のMISFETQp1のチャネル領域に加わる圧縮歪みを大きくすることができる。   As described above in detail, since the first slope and the second slope constituting the Σ (sigma) -shaped groove g2 enter below the sidewall SW1, the compressive strain applied to the channel region of the p-channel type MISFET Qp1 Can be increased.

一方、溝g2の底面は、溝g1の底面から後退するものの、その底面は、略水平である。   On the other hand, the bottom surface of the groove g2 recedes from the bottom surface of the groove g1, but the bottom surface is substantially horizontal.

このように、本実施の形態によれば、Σ形状の溝g2を形成することができる。よって、追って詳細に説明する溝g2の内部におけるシリコンゲルマニウムのエピタキシャル成長により、pチャネル型のMISFETのチャネル領域に圧縮歪みを印加することができ、その動作特性を向上させることができる。   Thus, according to the present embodiment, the Σ-shaped groove g2 can be formed. Therefore, compressive strain can be applied to the channel region of the p-channel type MISFET by epitaxial growth of silicon germanium inside the groove g2, which will be described in detail later, and its operating characteristics can be improved.

<4>SiGe歪み技術の効果説明
即ち、シリコンゲルマニウム領域10によって、pチャネル型MISFETQp1のチャネル領域(ゲート電極GE2の直下の基板領域)に圧縮応力を作用させ(印加し)、それによって、正孔の移動度(チャネル領域における正孔の移動度)を増加させることができる(この技術をSiGe歪み技術と称する)。これにより、pチャネル型MISFETQp1のチャネルを流れるオン電流を増加させることができ、高速動作化を図ることができる。
<4> Explanation of Effect of SiGe Strain Technology That is, compressive stress is applied (applied) to the channel region of the p-channel type MISFET Qp1 (substrate region immediately below the gate electrode GE2) by the silicon germanium region 10, thereby (The mobility of holes in the channel region) can be increased (this technique is called the SiGe strain technique). As a result, the on-current flowing through the channel of the p-channel type MISFET Qp1 can be increased, and high-speed operation can be achieved.

シリコンゲルマニウム領域10がチャネル領域に圧縮応力を作用させるのは、シリコンゲルマニウム(シリコンゲルマニウム領域10)の格子定数がシリコン(シリコン基板1)の格子定数よりも大きいことに主に起因している。   The reason why the silicon germanium region 10 exerts compressive stress on the channel region is mainly due to the fact that the lattice constant of silicon germanium (silicon germanium region 10) is larger than the lattice constant of silicon (silicon substrate 1).

また、上述のようなSiGe歪み技術を用いる場合には、歪みに対する移動度(正孔の移動度)の感度が高い<110>チャネルを用いることが好ましい。すなわち、チャネル領域が圧縮応力によって歪んだときの正孔の移動度の変化量は、<110>方向が他の方向に比べて高い。よって、SiGe歪み技術によって移動度の向上およびそれに起因したオン電流の向上を図るには、<110>チャネルを用いることが好ましい。   Further, when the SiGe strain technique as described above is used, it is preferable to use a <110> channel having a high sensitivity to mobility (hole mobility) against strain. That is, the amount of change in hole mobility when the channel region is distorted by compressive stress is higher in the <110> direction than in other directions. Therefore, it is preferable to use the <110> channel in order to improve the mobility and the on-current due to the SiGe strain technique.

ここで、<110>チャネルとは、チャネル領域のゲート長方向がシリコン基板1の<110>方向であることに対応する(図9参照)。このように、pチャネル型MISFETのチャネル領域を<110>チャネルとすることで、正孔の移動度の向上効果を高めることができ、オン電流の向上効果を高めることができる。   Here, the <110> channel corresponds to the gate length direction of the channel region being the <110> direction of the silicon substrate 1 (see FIG. 9). Thus, by making the channel region of the p-channel type MISFET a <110> channel, the effect of improving the hole mobility can be enhanced, and the effect of improving the on-current can be enhanced.

一方、nチャネル型MISFETQn1に対しては、上述のようなSiGe歪み技術を適用しないことが好ましい。これは、nチャネル型MISFETQn1においては、チャネル領域に圧縮応力が作用すると、キャリアである電子の移動度が却って低下してしまうためである。このため、nMIS領域1Aは窒化シリコン膜8で覆い(図6参照)、溝g2を形成せず、後述するように、シリコンで構成されたソース・ドレイン領域(n型半導体領域SD1)を形成する(図15参照)。 On the other hand, it is preferable not to apply the SiGe strain technique as described above to the n-channel MISFET Qn1. This is because, in the n-channel MISFET Qn1, when compressive stress acts on the channel region, the mobility of electrons as carriers decreases. For this reason, the nMIS region 1A is covered with the silicon nitride film 8 (see FIG. 6), the groove g2 is not formed, and a source / drain region (n + type semiconductor region SD1) made of silicon is formed as will be described later. (See FIG. 15).

このように、pチャネル型MISFETQp1に対して上述のようなSiGe歪み技術を適用し、かつnチャネル型MISFETQn1に対して上述のようなSiGe歪み技術を適用しないことで、nチャネル型MISFETQn1のチャネル領域における電子の移動度を低下させることなく、pチャネル型MISFETQp1のチャネル領域における正孔の移動度を向上させることができる。したがって、nチャネル型MISFETのオン電流を低下させることなく、pチャネル型MISFETQp1のオン電流を向上させることができるようになる。   Thus, by applying the SiGe strain technique as described above to the p-channel type MISFET Qp1 and not applying the SiGe strain technique as described above to the n-channel type MISFET Qn1, the channel region of the n-channel type MISFET Qn1 The mobility of holes in the channel region of the p-channel type MISFET Qp1 can be improved without reducing the mobility of electrons in. Accordingly, the on-current of the p-channel MISFET Qp1 can be improved without reducing the on-current of the n-channel MISFET.

<SiGeの成長工程の説明>
次に、図12に示すように、pMIS領域1Bの溝g2内に、シリコンゲルマニウム(SiGe)をエピタキシャル成長(結晶成長)させる。Si(シリコン基板1)と、SiGeは、格子定数が近似しており、気相エピタキシー法において原料ガスを調整するだけで、連続した結晶として成膜することが可能である。このシリコンゲルマニウムは、溝g2内を埋め込むまで成長させる。このようにして、シリコンゲルマニウム領域(SiGe領域、シリコンゲルマニウム層、エピタキシャルシリコンゲルマニウム層)10を形成する。さらに、連続してシリコンゲルマニウム領域10上にシリコン(Si)をエピタキシャル成長させ、シリコン領域(シリコン層、エピタキシャルシリコン層)11を形成する。このシリコンゲルマニウム領域10は、例えば40〜100nm程度の厚みに形成することができ、シリコン領域11は、例えば5〜20nm程度の厚みに形成することができる。
<Explanation of SiGe growth process>
Next, as shown in FIG. 12, silicon germanium (SiGe) is epitaxially grown (crystal growth) in the groove g2 of the pMIS region 1B. Si (silicon substrate 1) and SiGe have approximate lattice constants, and can be formed as continuous crystals only by adjusting the source gas in the vapor phase epitaxy method. This silicon germanium is grown until the groove g2 is filled. In this way, a silicon germanium region (SiGe region, silicon germanium layer, epitaxial silicon germanium layer) 10 is formed. Further, silicon (Si) is epitaxially grown continuously on the silicon germanium region 10 to form a silicon region (silicon layer, epitaxial silicon layer) 11. The silicon germanium region 10 can be formed to a thickness of about 40 to 100 nm, for example, and the silicon region 11 can be formed to a thickness of about 5 to 20 nm, for example.

シリコンゲルマニウム領域10は、例えば、シラン系ガスとゲルマン系ガスを原料ガスとしたエピタキシャル成長により形成することができる。シラン系ガスとしては、例えばモノシランガス(SiH)やジクロロシラン(SiHCl)などを用いることができる。また、ゲルマン系ガスとしては、モノゲルマンガス(GeH)などを用いることができる。ここでは、上記原料ガス中に、例えば、水素化ホウ素(B)などのp型のドーピングガス(p型の不純物添加用のガス)を含ませた状態で成膜することにより、p型のシリコンゲルマニウム領域10を形成する。なお、ノンドープのシリコンゲルマニウム領域10を成膜した後、p型の不純物イオンをイオン注入法により注入してもよい。このイオン注入工程については、後述する。 The silicon germanium region 10 can be formed, for example, by epitaxial growth using silane-based gas and germane-based gas as source gases. For example, monosilane gas (SiH 4 ) or dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) can be used as the silane-based gas. Moreover, monogermane gas (GeH 4 ) or the like can be used as the germane gas. Here, by forming a film in a state where the source gas contains a p-type doping gas (p-type impurity addition gas) such as borohydride (B 2 H 6 ), for example, p A silicon germanium region 10 of the mold is formed. Note that after forming the non-doped silicon germanium region 10, p-type impurity ions may be implanted by an ion implantation method. This ion implantation step will be described later.

なお、このシリコンゲルマニウムおよびシリコンのエピタキシャル成長工程においては、溝g2以外の領域は、窒化シリコン膜6、サイドウォールSW1あるいは窒化シリコン膜8で覆われているため、シリコンゲルマニウム領域10(およびその上のシリコン領域11)は形成されない。したがって、シリコンゲルマニウム領域10(およびその上のシリコン領域11)は、pMIS領域1Bに形成されるが、nMIS領域1Aには形成されない。   In this silicon germanium and silicon epitaxial growth step, the region other than the groove g2 is covered with the silicon nitride film 6, the sidewall SW1, or the silicon nitride film 8, so that the silicon germanium region 10 (and the silicon on it) Region 11) is not formed. Accordingly, the silicon germanium region 10 (and the silicon region 11 thereon) is formed in the pMIS region 1B, but not in the nMIS region 1A.

次に、熱酸化法などによりシリコン領域11の表層部を酸化させることで、シリコン領域11の表面上に酸化シリコン膜(図示せず)を形成する。この酸化シリコン膜は、後述の窒化シリコン膜8の除去の際に、シリコン領域11やシリコンゲルマニウム領域10がエッチングされないようにするためのエッチング保護膜としての役割を有する。   Next, a silicon oxide film (not shown) is formed on the surface of the silicon region 11 by oxidizing the surface layer portion of the silicon region 11 by a thermal oxidation method or the like. This silicon oxide film serves as an etching protective film for preventing the silicon region 11 and the silicon germanium region 10 from being etched when the silicon nitride film 8 described later is removed.

次いで、熱燐酸(熱リン酸)などを用いて、nMIS領域1Aの窒化シリコン膜8と、pMIS領域1BのサイドウォールSW1の窒化シリコン膜8とを、エッチングして除去する。この際、ゲート電極GE1、GE2上の窒化シリコン膜6も除去され得る。   Next, the silicon nitride film 8 in the nMIS region 1A and the silicon nitride film 8 in the sidewall SW1 in the pMIS region 1B are removed by etching using hot phosphoric acid (hot phosphoric acid) or the like. At this time, the silicon nitride film 6 on the gate electrodes GE1 and GE2 can also be removed.

次いで、酸化シリコン膜7を、エッチングによって除去する。ここでは、異方性エッチングを行い、ゲート電極GE1、GE2の側壁に酸化シリコン膜7を残存させる。このエッチングの際、ゲート電極GE1、GE2上の酸化シリコン膜5も除去される。また、シリコン領域11表面の上述した酸化シリコン膜も除去される。なお、ウエットエッチングを用いて酸化シリコン膜7を全て除去してもよいが、ゲート電極GE1、GE2の側壁に酸化シリコン膜7を残存させることで、後述のイオン注入の際に、ゲート電極GE1、GE2を保護することができる。なお、酸化シリコン膜7の除去工程を省略し、酸化シリコン膜7をスルーして後述のイオン注入を行ってもよい。   Next, the silicon oxide film 7 is removed by etching. Here, anisotropic etching is performed to leave the silicon oxide film 7 on the side walls of the gate electrodes GE1 and GE2. During this etching, the silicon oxide film 5 on the gate electrodes GE1 and GE2 is also removed. Further, the above-described silicon oxide film on the surface of the silicon region 11 is also removed. Although all of the silicon oxide film 7 may be removed by wet etching, the gate oxide GE1 and the gate electrode GE1 and GE2 are left on the side walls of the gate electrodes GE1 and GE2, so that the gate electrodes GE1 and GE1 and GE2 can be protected. Alternatively, the step of removing the silicon oxide film 7 may be omitted, and ion implantation described later may be performed through the silicon oxide film 7.

次いで、図13に示すように、nMIS領域1Aのゲート電極GE1の両側のシリコン基板1中にn型半導体領域(n型エクステンション領域)EX1を形成する。また、pMIS領域1Bのゲート電極GE2の両側のシリコン基板1中にp型半導体領域(p型エクステンション領域)EX2を形成する。 Next, as shown in FIG. 13, an n type semiconductor region (n type extension region) EX1 is formed in the silicon substrate 1 on both sides of the gate electrode GE1 in the nMIS region 1A. Further, a p type semiconductor region (p type extension region) EX2 is formed in the silicon substrate 1 on both sides of the gate electrode GE2 in the pMIS region 1B.

型半導体領域EX1は、例えば、ゲート電極GE1をマスクとしてnMIS領域1Aにn型不純物(例えばリンまたはヒ素)をイオン注入することにより形成する。この工程により、n型半導体領域EX1が、ゲート電極GE1に整合して形成される。また、p型半導体領域EX2は、例えば、ゲート電極GE2をマスクとしてpMIS領域1Bにp型不純物(例えばホウ素)をイオン注入することにより形成する。この工程により、p型半導体領域EX2が、ゲート電極GE2に整合して形成される。 The n type semiconductor region EX1 is formed, for example, by ion-implanting n-type impurities (for example, phosphorus or arsenic) into the nMIS region 1A using the gate electrode GE1 as a mask. By this step, the n type semiconductor region EX1 is formed in alignment with the gate electrode GE1. Further, the p type semiconductor region EX2 is formed, for example, by ion-implanting a p-type impurity (for example, boron) into the pMIS region 1B using the gate electrode GE2 as a mask. By this step, the p type semiconductor region EX2 is formed in alignment with the gate electrode GE2.

次いで、図14に示すように、シリコン基板1の主面上に、絶縁膜として、例えば窒化シリコン膜13をCVD法で10〜40nm程度の膜厚で堆積する。この工程により、ゲート電極GE1、GE2が、窒化シリコン膜13で覆われる。   Next, as shown in FIG. 14, for example, a silicon nitride film 13 is deposited as an insulating film on the main surface of the silicon substrate 1 with a thickness of about 10 to 40 nm by a CVD method. Through this step, the gate electrodes GE 1 and GE 2 are covered with the silicon nitride film 13.

次いで、窒化シリコン膜13を異方性エッチング(エッチバック)することにより、ゲート電極GE1、GE2の側壁に、窒化シリコン膜13からなるサイドウォール(側壁絶縁膜、サイドウォールスペーサ)SW2を形成する(図15)。この異方性エッチング(エッチバック)によって、ゲート電極GE1、GE2の側壁にサイドウォールSW2として残った部分以外の窒化シリコン膜13は除去される。また、前述の窒化シリコン膜6が、ゲート電極GE1、GE2の上部に残存していた場合も、その窒化シリコン膜6は、上記サイドウォールSW2を形成するための異方性エッチング工程により除去される。   Next, the silicon nitride film 13 is anisotropically etched (etched back) to form sidewalls (sidewall insulating films, sidewall spacers) SW2 made of the silicon nitride film 13 on the sidewalls of the gate electrodes GE1 and GE2 (see FIG. FIG. 15). By this anisotropic etching (etchback), the silicon nitride film 13 other than the portion remaining as the sidewall SW2 on the sidewalls of the gate electrodes GE1 and GE2 is removed. Further, even when the silicon nitride film 6 described above remains on the gate electrodes GE1 and GE2, the silicon nitride film 6 is removed by an anisotropic etching process for forming the sidewall SW2. .

次いで、図16に示すように、ゲート電極GE1およびサイドウォールSW2の両側のシリコン基板1中にn型半導体領域SD1を形成する。n型半導体領域SD1は、nMIS領域1Aにn型不純物(例えばリンまたはヒ素)をイオン注入することにより形成する。 Next, as shown in FIG. 16, an n + type semiconductor region SD1 is formed in the silicon substrate 1 on both sides of the gate electrode GE1 and the sidewall SW2. The n + type semiconductor region SD1 is formed by ion-implanting an n-type impurity (for example, phosphorus or arsenic) into the nMIS region 1A.

この際、ゲート電極GE1およびその側壁のサイドウォールSW2は、イオン注入阻止マスクとして機能するため、n型半導体領域SD1は、ゲート電極GE1およびサイドウォールSW2に整合して形成される。 At this time, since the gate electrode GE1 and the sidewall SW2 on the sidewall function as an ion implantation blocking mask, the n + type semiconductor region SD1 is formed in alignment with the gate electrode GE1 and the sidewall SW2.

なお、前述したように、シリコンゲルマニウム領域10として、ノンドープのシリコンゲルマニウム領域10を成膜した場合には、シリコンゲルマニウム領域10およびその上部のシリコン領域11中にp型半導体領域を形成する。このp型半導体領域は、pMIS領域1Bにp型不純物(例えばホウ素)をイオン注入することにより形成する。 As described above, when the non-doped silicon germanium region 10 is formed as the silicon germanium region 10, ap + type semiconductor region is formed in the silicon germanium region 10 and the silicon region 11 on the silicon germanium region 10. This p + type semiconductor region is formed by ion-implanting a p-type impurity (for example, boron) into the pMIS region 1B.

この際、ゲート電極GE2およびその側壁上のサイドウォールSW2は、イオン注入阻止マスクとして機能するため、p型半導体領域は、ゲート電極GE2およびサイドウォールSW2に整合して形成される。なお、前述のように、シリコンゲルマニウム領域10として、p型の不純物を導入しながらシリコンゲルマニウム領域10を形成した場合、この領域(10)が、p型半導体領域SD2となる。また、シリコンゲルマニウム領域10およびその上部のシリコン領域11中に、p型不純物(例えばホウ素)をイオン注入した場合には、シリコンゲルマニウム領域10に、p型半導体領域SD2とその下層のノンドープの領域との境界が生じる。 At this time, since the gate electrode GE2 and the sidewall SW2 on the sidewall function as an ion implantation blocking mask, the p + type semiconductor region is formed in alignment with the gate electrode GE2 and the sidewall SW2. As described above, when the silicon germanium region 10 is formed as the silicon germanium region 10 while introducing p-type impurities, this region (10) becomes the p + type semiconductor region SD2. In addition, when a p-type impurity (for example, boron) is ion-implanted into the silicon germanium region 10 and the silicon region 11 thereabove, the p + -type semiconductor region SD2 and the non-doped region below the silicon germanium region 10 are used. And a boundary occurs.

上記イオン注入後、導入した不純物の活性化のためのアニール処理(活性化アニール、熱処理)を行う。例えば900〜1100℃程度のスパイクアニールを行う。これにより、n型半導体領域EX1、p型半導体領域EX2、n型半導体領域SD1およびシリコンゲルマニウム領域10(p型半導体領域SD2)中の不純物を活性化することができる。 After the ion implantation, annealing treatment (activation annealing, heat treatment) for activating the introduced impurities is performed. For example, spike annealing at about 900 to 1100 ° C. is performed. Thereby, impurities in the n type semiconductor region EX1, the p type semiconductor region EX2, the n + type semiconductor region SD1, and the silicon germanium region 10 (p + type semiconductor region SD2) can be activated.

以上の工程により、LDD(Lightly doped Drain)構造のソース・ドレイン領域が形成される。即ち、n型半導体領域SD1およびn型半導体領域EX1は、nチャネル型MISFETQn1のソースまたはドレインとして機能するn型の半導体領域(不純物拡散層)であり、n型半導体領域SD1は、n型半導体領域EX1よりも不純物濃度が高くかつ接合深さが深く形成されいる。また、シリコンゲルマニウム領域10(p型半導体領域SD2)およびp型半導体領域EX2は、pチャネル型MISFETQp1のソースまたはドレインとして機能するp型の半導体領域(不純物拡散層)であり、シリコンゲルマニウム領域10(p型半導体領域SD2)は、p型半導体領域EX2よりも不純物濃度が高くかつ接合深さが深く形成されている。 Through the above steps, a source / drain region having an LDD (Lightly doped Drain) structure is formed. That is, the n + -type semiconductor region SD1 and the n -type semiconductor region EX1 are n-type semiconductor regions (impurity diffusion layers) that function as the source or drain of the n-channel type MISFET Qn1, and the n + -type semiconductor region SD1 is n The impurity concentration is higher and the junction depth is deeper than that of the type semiconductor region EX1. The silicon germanium region 10 (p + type semiconductor region SD2) and the p type semiconductor region EX2 are p-type semiconductor regions (impurity diffusion layers) that function as the source or drain of the p-channel MISFET Qp1, and the silicon germanium region 10 (p + -type semiconductor region SD2) has a higher impurity concentration and a deeper junction depth than the p -type semiconductor region EX2.

以上の工程により、nMIS領域1Aに、nチャネル型MISFETQn1が形成される。また、pMIS領域1Bに、pチャネル型MISFETQp1が形成される。   Through the above steps, the n-channel MISFET Qn1 is formed in the nMIS region 1A. In addition, a p-channel type MISFET Qp1 is formed in the pMIS region 1B.

次いで、RCA洗浄などを用いてシリコン基板1の表面の清浄化を行う。このRCA洗浄とは、フッ酸洗浄、アンモニアと過酸化水素の混合液洗浄および塩酸と過酸化水素の混合液洗浄を順に行った後、超純水で洗浄を行う一連の洗浄工程という。さらに、RCA洗浄の後、フッ酸などを用いて、シリコン基板1の表面の自然酸化膜の除去を行う。この自然酸化膜の除去工程によってゲート電極GE1、GE2、n型半導体領域SD1およびシリコン領域11の表面が露出する。 Next, the surface of the silicon substrate 1 is cleaned using RCA cleaning or the like. This RCA cleaning is a series of cleaning steps in which cleaning with hydropure acid, cleaning with a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide, and cleaning with a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide are sequentially performed, followed by cleaning with ultrapure water. Further, after the RCA cleaning, the natural oxide film on the surface of the silicon substrate 1 is removed using hydrofluoric acid or the like. The surface of the gate electrodes GE1, GE2, the n + type semiconductor region SD1 and the silicon region 11 is exposed by this natural oxide film removal step.

次いで、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術により、ゲート電極GE1、GE2およびソース・ドレイン領域(n型半導体領域SD1およびシリコン領域11)の表面に、金属シリサイド層(23a、23)を形成する。以下この金属シリサイド層(23a、23)の形成工程について説明する。 Next, metal silicide layers (23a, 23) are formed on the surfaces of the gate electrodes GE1, GE2 and the source / drain regions (n + type semiconductor region SD1 and silicon region 11) by salicide (Salicide: Self Aligned Silicide) technology. . Hereinafter, the formation process of the metal silicide layers (23a, 23) will be described.

まず、図16に示すように、ゲート電極GE1、GE2、n型半導体領域SD1およびシリコン領域11上を含むシリコン基板1の主面上に、金属膜として例えば、ニッケル合金膜21をスパッタリング法を用いて堆積する。次いで、シリコン基板1に第1の熱処理(アニール処理)を施す。この第1の熱処理により、ゲート電極GE1、GE2を構成するシリコン膜(4)とニッケル合金膜21とを反応させる。また、n型半導体領域SD1およびシリコン領域11を構成する単結晶シリコンとニッケル合金膜21とを反応させる。これにより、図17に示すように、金属と半導体との反応層である金属シリサイド層23aを形成する。この金属シリサイド層23aは、メタルリッチなシリサイド層となっている。 First, as shown in FIG. 16, for example, a nickel alloy film 21 is sputtered as a metal film on the main surface of the silicon substrate 1 including the gate electrodes GE < b> 1, GE < b> 2 , the n + type semiconductor region SD < b> 1 and the silicon region 11. Use to deposit. Next, a first heat treatment (annealing process) is performed on the silicon substrate 1. By this first heat treatment, the silicon film (4) constituting the gate electrodes GE1 and GE2 and the nickel alloy film 21 are reacted. In addition, the single crystal silicon constituting the n + type semiconductor region SD1 and the silicon region 11 and the nickel alloy film 21 are reacted. As a result, as shown in FIG. 17, a metal silicide layer 23a, which is a reaction layer of metal and semiconductor, is formed. The metal silicide layer 23a is a metal-rich silicide layer.

次いで、例えば硫酸過水などを用いたウエットエッチングにより、未反応のニッケル合金膜21を除去する。エッチング処理時間は、例えば30〜60分程度である。その結果、図17に示すように、ゲート電極GE1、GE2、n型半導体領域SD1およびシリコン領域11の表面上のみに金属シリサイド層23aが残存する。 Next, the unreacted nickel alloy film 21 is removed by wet etching using, for example, sulfuric acid / hydrogen peroxide. The etching processing time is, for example, about 30 to 60 minutes. As a result, as shown in FIG. 17, the metal silicide layer 23a remains only on the surfaces of the gate electrodes GE1, GE2, the n + type semiconductor region SD1 and the silicon region 11.

次いで、シリコン基板1に第2の熱処理(アニール処理)を施す。この第2の熱処理を行うことにより、シリサイド化反応がさらに進み、図18に示すように、金属シリサイド層23aは、金属元素とSiとの組成比が1:1の化学量論比に近い、安定な金属シリサイド層23となる。   Next, a second heat treatment (annealing process) is performed on the silicon substrate 1. By performing this second heat treatment, the silicidation reaction further proceeds, and as shown in FIG. 18, the metal silicide layer 23a is close to the stoichiometric ratio in which the composition ratio of the metal element to Si is 1: 1. A stable metal silicide layer 23 is obtained.

なお、pチャネル型MISFETQp1のソース・ドレイン領域(すなわちp型半導体領域SD2)上に形成された金属シリサイド層23においては、下層のシリコンゲルマニウム領域10もシリサイド化反応に寄与し、金属シリサイド層23中にGeを含有する場合がある。また、シリコン領域11の表層部のみが、シリサイド化反応に寄与し、シリコンゲルマニウム領域10と金属シリサイド層23との間に薄いシリコン領域11が残る場合もある。この金属シリサイド層23により後述するプラグPGとの接続抵抗の低減を図ることができる。なお、上記においては、2回の熱処理でシリサイド化を行ったが、例えば、第1の熱処理を450℃程度の温度行い、第2の熱処理を省略してもよい。 In the metal silicide layer 23 formed on the source / drain region (that is, the p + -type semiconductor region SD2) of the p-channel type MISFET Qp1, the lower silicon germanium region 10 also contributes to the silicidation reaction, and the metal silicide layer 23 In some cases, Ge may be contained. In addition, only the surface layer portion of the silicon region 11 may contribute to the silicidation reaction, and the thin silicon region 11 may remain between the silicon germanium region 10 and the metal silicide layer 23. The metal silicide layer 23 can reduce the connection resistance with the plug PG described later. In the above description, silicidation is performed by two heat treatments. However, for example, the first heat treatment may be performed at a temperature of about 450 ° C. and the second heat treatment may be omitted.

次いで、図19に示すように、シリコン基板1の主面全面上に、層間絶縁膜32として、例えば酸化シリコンをCVD法などを用いて堆積する。次いで、層間絶縁膜32の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing、化学機械研磨)法などを用いて平坦化する。   Next, as shown in FIG. 19, for example, silicon oxide is deposited as an interlayer insulating film 32 on the entire main surface of the silicon substrate 1 using a CVD method or the like. Next, the surface of the interlayer insulating film 32 is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like.

次いで、図20に示すように、nチャネル型MISFETQn1のソース・ドレイン領域(n型半導体領域SD1)上およびpチャネル型MISFETQp1のソース・ドレイン領域(シリコンゲルマニウム領域10(p型半導体領域SD2))上の層間絶縁膜32を選択的に除去することによりコンタクトホール(貫通孔、孔)CNTを形成する。 Next, as shown in FIG. 20, on the source / drain region (n + type semiconductor region SD1) of the n-channel type MISFET Qn1 and the source / drain region of the p-channel type MISFET Qp1 (silicon germanium region 10 (p + type semiconductor region SD2)) The contact hole (through hole, hole) CNT is formed by selectively removing the upper interlayer insulating film 32.

次いで、コンタクトホールCNT内に、導電性膜を形成することにより、プラグ(接続用導体部)PGを形成する。プラグPGを形成するには、例えば、コンタクトホールCNTの内部(底部および側壁上)を含む層間絶縁膜32上に、バリア導体膜(図示せず)を堆積した後、このバリア導体膜上に主導体膜をコンタクトホールCNTを埋める程度の膜厚で堆積する。この後、層間絶縁膜32上の不要な主導体膜およびバリア導体膜をCMP法またはエッチバック法などによって除去する。   Next, a plug (connection conductor portion) PG is formed by forming a conductive film in the contact hole CNT. In order to form the plug PG, for example, a barrier conductor film (not shown) is deposited on the interlayer insulating film 32 including the inside (on the bottom and side walls) of the contact hole CNT, and then led on the barrier conductor film. The body film is deposited with a film thickness that fills the contact holes CNT. Thereafter, unnecessary main conductor films and barrier conductor films on the interlayer insulating film 32 are removed by a CMP method or an etch back method.

次に、図21に示すように、プラグPG上を含む層間絶縁膜32上に、ストッパ絶縁膜33および層間絶縁膜34を順次形成する。ストッパ絶縁膜33は、層間絶縁膜34に対してエッチング選択性を有し、例えば、ストッパ絶縁膜33として窒化シリコン膜を、層間絶縁膜34として酸化シリコン膜を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 21, a stopper insulating film 33 and an interlayer insulating film 34 are sequentially formed on the interlayer insulating film 32 including the plug PG. The stopper insulating film 33 has etching selectivity with respect to the interlayer insulating film 34. For example, a silicon nitride film can be used as the stopper insulating film 33 and a silicon oxide film can be used as the interlayer insulating film 34.

次に、シングルダマシン法により第1層目の配線M1を形成する。層間絶縁膜34をパターニングした後、ストッパ絶縁膜33をエッチングすることにより、配線溝を形成する。次いで、配線溝内部を含む層間絶縁膜34上にバリア導体膜(図示せず)およびシード層(図示せず)を形成する。次いで、電解めっき法などを用いてシード層上に金属めっき膜を形成した後、配線溝以外の領域の金属めっき膜、シード層およびバリアメタル膜をCMP法により除去することにより、第1層目の配線M1を形成する。   Next, the first layer wiring M1 is formed by a single damascene method. After patterning the interlayer insulating film 34, the stopper insulating film 33 is etched to form a wiring groove. Next, a barrier conductor film (not shown) and a seed layer (not shown) are formed on the interlayer insulating film 34 including the inside of the wiring trench. Next, after a metal plating film is formed on the seed layer using an electrolytic plating method or the like, the metal plating film, the seed layer, and the barrier metal film in regions other than the wiring trench are removed by the CMP method, whereby the first layer The wiring M1 is formed.

配線M1は、プラグPGを介して、nチャネル型MISFETQn1およびpチャネル型MISFETQp1のソース・ドレイン領域(SD1、SD2)やゲート電極GE1、GE2などと電気的に接続されている。その後、デュアルダマシン法などにより2層目以降の配線を形成するが、ここではその説明は省略する。また、配線M1や2層目以降の配線は、ダマシン配線に限定されず、配線用の導電体膜をパターニングして形成することもできる。配線用の導電体膜としては、例えばタングステンまたはアルミニウム(Al)などを用いることができる。   The wiring M1 is electrically connected to the source / drain regions (SD1, SD2) of the n-channel MISFET Qn1 and the p-channel MISFET Qp1, the gate electrodes GE1, GE2, and the like through the plug PG. Thereafter, the second and subsequent wirings are formed by a dual damascene method or the like, but the description thereof is omitted here. Further, the wiring M1 and the second and subsequent layers are not limited to damascene wiring, and can be formed by patterning a wiring conductor film. As the conductor film for wiring, for example, tungsten or aluminum (Al) can be used.

その後、最上層配線上に保護膜等を形成した後、シリコン基板1をダイシングなどで切断(分割)することにより、複数の半導体装置(半導体チップ)が形成される。   Thereafter, after forming a protective film or the like on the uppermost wiring, the silicon substrate 1 is cut (divided) by dicing or the like, thereby forming a plurality of semiconductor devices (semiconductor chips).

図22は、本実施の形態の半導体装置を用いた半導体チップの構成例を示す平面図である。図22に示す半導体チップSM1は、メモリ領域41と、メモリ以外の回路(周辺回路)が形成された周辺回路領域42とを有している。周辺回路領域42は、ロジック回路が形成されたロジック回路領域42aを含んでいる。このように、上記工程により形成された半導体装置(MISFET)を、上記メモリやロジック回路を構成するMISFETとして用いてもよい。   FIG. 22 is a plan view showing a configuration example of a semiconductor chip using the semiconductor device of the present embodiment. The semiconductor chip SM1 shown in FIG. 22 has a memory region 41 and a peripheral circuit region 42 in which a circuit (peripheral circuit) other than the memory is formed. The peripheral circuit region 42 includes a logic circuit region 42a in which a logic circuit is formed. As described above, the semiconductor device (MISFET) formed by the above process may be used as a MISFET constituting the memory or the logic circuit.

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。   As described above in detail, according to the present embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be improved.

以上本実施の形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   Although the present embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明は、半導体装置およびその製造技術に適用して有効である。   The present invention is effective when applied to a semiconductor device and its manufacturing technology.

1 シリコン基板
1A nMIS領域
1B pMIS領域
2 素子分離領域
3 ゲート絶縁膜
4 シリコン膜
5 酸化シリコン膜
6 窒化シリコン膜
7 酸化シリコン膜
8 窒化シリコン膜
10 シリコンゲルマニウム領域
11 シリコン領域
13 窒化シリコン膜
21 ニッケル合金膜
23、23a 金属シリサイド層
32 層間絶縁膜
33 ストッパ絶縁膜
34 層間絶縁膜
41 メモリ領域
42 周辺回路領域
42a ロジック回路領域
a 領域
α1、α2 角度
CNT コンタクトホール
CP キャップ絶縁膜
e1、e2 領域
EX1 n型半導体領域
EX2 p型半導体領域
g1 溝
g2 溝
GE1、GE2 ゲート電極
M1 配線
PD パッド電極
PG プラグ
PR1 フォトレジスト膜
Qn1 nチャネル型MISFET
Qp1 pチャネル型MISFET
SD1 n型半導体領域
SD2 p型半導体領域
SM1 半導体チップ
SW1、SW2 サイドウォール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 1A nMIS region 1B pMIS region 2 Element isolation region 3 Gate insulating film 4 Silicon film 5 Silicon oxide film 6 Silicon nitride film 7 Silicon oxide film 8 Silicon nitride film 10 Silicon germanium region 11 Silicon region 13 Silicon nitride film 21 Nickel alloy Films 23 and 23a Metal silicide layer 32 Interlayer insulating film 33 Stopper insulating film 34 Interlayer insulating film 41 Memory region 42 Peripheral circuit region 42a Logic circuit region a Region α1, α2 Angle CNT Contact hole CP Cap insulating film e1, e2 Region EX1 n Type semiconductor region EX2 p type semiconductor region g1 groove g2 groove GE1, GE2 gate electrode M1 wiring PD pad electrode PG plug PR1 photoresist film Qn1 n channel type MISFET
Qp1 p-channel MISFET
SD1 n + type semiconductor region SD2 p + type semiconductor region SM1 Semiconductor chip SW1, SW2 Side wall

Claims (18)

(a)面方位が(110)であり、第1半導体よりなる基板と、
(b)前記基板の第1領域に形成されたpチャネル型電界効果トランジスタであって、
(b1)前記第1領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、
(b2)前記ゲート電極の両側の前記基板中に設けられた溝の内部に配置され、前記第1半導体より格子定数が大きい第2半導体よりなるソース・ドレイン領域と、
を有するpチャネル型電界効果トランジスタと、を有し、
前記溝は、前記ゲート電極側に位置する側壁部において、第1の斜面と、前記第1の斜面と交差する第2の斜面と、を有することを特徴とする半導体装置。
(A) the plane orientation is (110), and a substrate made of a first semiconductor;
(B) a p-channel field effect transistor formed in the first region of the substrate,
(B1) a gate electrode disposed on the first region via a gate insulating film;
(B2) a source / drain region made of a second semiconductor disposed in a groove provided in the substrate on both sides of the gate electrode and having a lattice constant larger than that of the first semiconductor;
A p-channel field effect transistor having
The groove has a first inclined surface and a second inclined surface intersecting the first inclined surface in a side wall portion located on the gate electrode side.
前記ソース・ドレイン領域の前記第2半導体は、前記溝の内部にエピタキシャル成長したものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor in the source / drain region is epitaxially grown inside the trench. 前記第1半導体は、シリコン(Si)であり、前記第2半導体は、シリコンゲルマニウム(SiGe)であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor is silicon (Si), and the second semiconductor is silicon germanium (SiGe). 前記第2半導体よりなるソース・ドレイン領域上には、前記第1半導体と金属との化合物層が形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a compound layer of the first semiconductor and a metal is formed on the source / drain region made of the second semiconductor. 前記第1半導体はシリコンであり、前記化合物層は金属シリサイドであることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 4, wherein the first semiconductor is silicon, and the compound layer is a metal silicide. 前記溝は、前記基板をドライエッチングした後、前記基板を異方的にウエットエッチングすることにより形成されたものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is formed by dry etching the substrate and then anisotropically wet etching the substrate. 前記ゲート電極の両側には側壁膜が配置され、
前記第1の斜面および第2の斜面は、前記側壁膜の下方に位置することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
Side wall films are disposed on both sides of the gate electrode,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first slope and the second slope are located below the sidewall film.
前記ゲート電極の両側の基板中であって、前記側壁膜の下方には、前記ソース・ドレイン領域よりも低濃度のp型の半導体領域が配置されていることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。   8. The p-type semiconductor region having a concentration lower than that of the source / drain region is disposed in the substrate on both sides of the gate electrode and below the side wall film. Semiconductor device. 前記基板の第2領域に形成されたnチャネル型電界効果トランジスタを有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an n-channel field effect transistor formed in the second region of the substrate. 前記nチャネル型電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域は、前記第1半導体よりなることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 9, wherein a source / drain region of the n-channel field effect transistor is made of the first semiconductor. (a)面方位が(110)であり、第1半導体よりなる基板を準備する工程と、
(b)前記基板の第1領域上に第1ゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程と、
(c)前記第1ゲート電極の両側に側壁膜を形成する工程と、
(d)前記側壁膜をマスクとして前記第1ゲート電極の両側の前記基板をドライエッチングすることにより、前記第1ゲート電極の両側の前記基板中に第1溝を形成する工程と、
(e)前記第1溝に対し異方的なウエットエッチングを施すことにより、前記ゲート電極側に位置する側壁部において、第1の斜面と前記第1の斜面と交差する第2の斜面とを有する第2溝を形成する工程と、
(f)前記第1半導体より格子定数が大きい第2半導体を前記第1の斜面および前記第2の斜面からエピタキシャル成長させることにより、前記第2溝内に前記第2半導体よりなる半導体領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) preparing a substrate having a plane orientation of (110) and made of a first semiconductor;
(B) forming a first gate electrode on the first region of the substrate via a first gate insulating film;
(C) forming a sidewall film on both sides of the first gate electrode;
(D) forming a first groove in the substrate on both sides of the first gate electrode by dry etching the substrate on both sides of the first gate electrode using the sidewall film as a mask;
(E) By performing anisotropic wet etching on the first groove, a first inclined surface and a second inclined surface intersecting the first inclined surface are formed on the side wall portion located on the gate electrode side. Forming a second groove having:
(F) A semiconductor region made of the second semiconductor is formed in the second groove by epitaxially growing a second semiconductor having a lattice constant larger than that of the first semiconductor from the first slope and the second slope. Process,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1溝は、ボックス形状であることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the first groove has a box shape. 前記第2溝は、前記第1の斜面と前記第2の斜面とを有するシグマ形状であることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the second groove has a sigma shape having the first slope and the second slope. 前記第1半導体は、シリコン(Si)であり、前記異方的なウエットエッチングは、水酸化テトラメチルアンモニウムを含有する液を用いて行われることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device according to claim 11, wherein the first semiconductor is silicon (Si), and the anisotropic wet etching is performed using a liquid containing tetramethylammonium hydroxide. Method. 前記(f)工程のエピタキシャル成長は、ドーピングガスを含ませた状態で行われることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the epitaxial growth in the step (f) is performed in a state in which a doping gas is included. 前記基板は、第2領域を有し、
前記第2領域に、nチャネル型電界効果トランジスタを形成する工程を有することを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。
The substrate has a second region;
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, further comprising a step of forming an n-channel field effect transistor in the second region.
前記nチャネル型電界効果トランジスタを形成する工程は、
前記基板の前記第2領域上に第2ゲート絶縁膜を介して第2ゲート電極を形成する工程と、
前記第2ゲート電極の両側に、前記第1半導体よりなるソース・ドレイン領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the n-channel field effect transistor includes:
Forming a second gate electrode on the second region of the substrate via a second gate insulating film;
Forming source / drain regions made of the first semiconductor on both sides of the second gate electrode;
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, further comprising:
前記第1半導体は、シリコン(Si)であり、前記第2半導体は、シリコンゲルマニウム(SiGe)であり、
前記(f)工程の前記エピタキシャル成長は、シラン系ガスとゲルマン系ガスを原料ガスとして行われることを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。
The first semiconductor is silicon (Si), the second semiconductor is silicon germanium (SiGe),
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the epitaxial growth in the step (f) is performed using a silane-based gas and a germane-based gas as source gases.
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