WO2012046365A1 - Semiconductor device and method for manufacturing same - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a plurality of transistors having different sidewall widths and a manufacturing method thereof.
- LDD Lightly Doped Drain
- impurities having a concentration lower than that of the source / drain regions are implanted on both sides of the gate electrode of the transistor, sidewalls are then formed on the sidewalls of the gate electrode, and impurities having a high concentration are implanted through the sidewalls. Source / drain regions are formed.
- the sidewall width of a transistor having a high power supply voltage needs to be larger than that of a transistor having a low power supply voltage.
- the sidewall width of the transistor is smaller than the design value, the change in the impurity concentration in the boundary region between the source / drain and the channel becomes steep. As a result, carriers flowing through the channel obtain energy and become so-called hot carriers, which are injected into the gate insulating film. Hot carriers injected into the gate insulating film cause defects in the gate insulating film or are trapped in the gate insulating film. As a result, the threshold value of the transistor varies and the reliability decreases.
- a sidewall having a small width is formed by etching the oxide film for forming the sidewall for a long time.
- etching is performed for a long time, not only the oxide film for forming the sidewall but also the element isolation region is etched in the vicinity of the boundary between the element isolation region and the active region, and the pn junction may be exposed on the side surface of the active region. .
- the pn junction is exposed on the side surface of the active region, it causes a junction leak when the silicide layer is formed.
- the sidewall oxide film may not be etched at the portion where the etching mask overlaps, and may remain in a thin column shape. . If the oxide film remaining in a thin columnar shape is broken during the manufacturing process, particles are generated and the product yield is lowered. Further, the particles adversely affect the post-process equipment.
- An object of the present disclosure is to solve the above-described problem and to accurately form a plurality of transistors having different sidewall widths on a substrate without causing etching of an element isolation region.
- the present disclosure discloses a method for manufacturing a semiconductor device, in which a sidewall is formed from a plurality of stacked insulating films, and the sidewall width is changed by changing the number of stacked insulating films.
- the configuration is to be controlled.
- the semiconductor device manufacturing method of the first example includes a step (a) of forming a first region and a second region that are separated from each other by an element isolation region on a substrate, and a step above the first region. (B) forming a first gate electrode with a first gate insulating film interposed therebetween, and forming a second gate electrode with a second gate insulating film interposed on the second region; The step (c) of sequentially forming the first insulating film and the second insulating film so as to cover the first gate electrode and the second gate electrode, and the second insulating film after the step (c) A step (d) of removing a portion formed on the first region in step (d), a step (e) of forming a third insulating film on the substrate after the step (d), and a step (e ), The second insulating film and the third insulating film are etched back to form the first gate electrode on the side surface.
- first outer side wall made of three insulating films and forming a second outer side wall made of the second insulating film and the third insulating film on the side surface of the second gate electrode (f) And after the step (f), the portion of the first insulating film that is not covered by the first outer sidewall and the second outer sidewall is removed, so that the first gate electrode is exposed on the side surface of the first gate electrode.
- the gate length is long, and the first insulating film and the second insulating film are made of different materials, and the second insulating film and the third insulating film are made of the same material.
- a step (d) of removing a portion formed on the first region in the second insulating film, and a step on the substrate after the step (d) are performed.
- the third insulating film is formed on the side surface of the first gate electrode by etching back the second insulating film and the third insulating film after the step (e) of forming the third insulating film and the step (e).
- the width of the first outer sidewall and the width of the second outer sidewall can be accurately controlled.
- the first insulating film is formed under the second insulating film, the element isolation region, the gate insulating film, and the like are etched when the second insulating film and the third insulating film are etched. There is no.
- the second insulating film may be removed by wet etching.
- the first outer side wall may be narrower than the second outer side wall.
- the first gate insulating film may be thinner than the second gate insulating film.
- the first region is a formation region of the first transistor
- the second region is a formation region of the second transistor
- the first transistor is a power source.
- the voltage may be greater than or equal to 1.1 V and less than or equal to 2.0 V
- the second transistor may have a structure in which the power supply voltage is greater than or equal to 3.3 V and less than or equal to 7.0 V.
- the first gate electrode has a gate length of 30 nm to 180 nm
- the second gate electrode has a gate length of 200 nm to 700 nm. Good.
- the second insulating film and the third insulating film are formed until a portion of the first insulating film formed on the first gate electrode is exposed. And after the step (f1), the second insulating film and the third insulating film are exposed until a portion of the first insulating film formed on the second gate electrode is exposed.
- the manufacturing method of the semiconductor device of the first example further includes a step (h) of forming a fourth insulating film on the substrate after the step (b) and before the step (c).
- a step (h) of forming a fourth insulating film on the substrate after the step (b) and before the step (c).
- the exposed portion of the fourth insulating film may be removed.
- the method of manufacturing the semiconductor device of the first example includes a step (h) of forming a fourth insulating film on the substrate after the step (b) and before the step (c),
- the method may further comprise a step (i) of forming an offset spacer on the side surfaces of the first gate electrode and the second gate electrode by selectively removing the insulating film.
- the fourth insulating film may be a silicon oxide film.
- the first insulating film may be a silicon nitride film
- the second insulating film and the third insulating film may be silicon oxide films.
- the semiconductor device of the second example includes a first transistor formed in the first region of the substrate and a second transistor formed in the second region, and the first transistor is formed on the substrate over the first transistor. Formed on the side wall of the first gate electrode, a first inner side wall formed on the side surface of the first gate electrode, and a first inner side wall.
- a second transistor having a first outer sidewall and a second gate electrode formed on the substrate with a second gate insulating film interposed between the second gate electrode and a side surface of the second gate electrode; A second inner sidewall formed on the second inner sidewall; a second outer sidewall formed on the second inner sidewall; and the first inner sidewall, the second inner sidewall, and the first inner sidewall. Outside sidewalls and number
- the outer side wall made of different materials, a first outer side wall is made of a single layer film, a second outer side wall is made of a laminated film.
- the method for manufacturing a semiconductor device of the present disclosure it is possible to accurately form a plurality of transistors having different sidewall widths on a substrate without causing etching of an element isolation region.
- (A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment to process order.
- (A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment to process order.
- (A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment to process order. It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment. It is sectional drawing which shows the problem of the manufacturing method of the conventional side wall.
- (A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st modification of one Embodiment in order of a process.
- (A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd modification of one Embodiment to process order.
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- (A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd modification of one Embodiment to process order.
- (A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 3rd modification of one Embodiment to process order.
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- (A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 3rd modification of one Embodiment to process order.
- (A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 3rd modification of one Embodiment to process order.
- an element isolation region 102 having a shallow trench (STI) structure made of a silicon oxide film having a thickness of 300 nm is formed on a substrate 101 such as a silicon substrate.
- An element region is formed.
- a first P well 131 is formed above the element region, and a second transistor that is a high breakdown voltage transistor is formed.
- a second P well 141 is formed above the element region.
- the first gate insulating film 133 and the first gate electrode 134 of the first transistor, and the second gate insulating film 143 and the second gate electrode of the second transistor are used.
- a gate electrode 144 is formed. Specifically, a silicon oxide film having a thickness of 2 nm is formed on the first region 103, a silicon oxide film having a thickness of 20 nm is formed on the second region 104, and then the first region is formed. A polysilicon film having a thickness of 200 nm is formed on the third region 104 and the second region 104. Subsequently, patterning using lithography is performed and etching is performed.
- first gate insulating film 133 and the first gate electrode 134 are formed on the first region 103, and the second gate insulating film 143 and the second gate electrode are formed on the second region 104.
- 144 is formed.
- the first gate electrode 134 has a gate length of 180 nm, and the second gate electrode 144 has a gate length of 600 nm.
- a resist mask is patterned by lithography to form a resist film 171 that covers the first region 103 and exposes the second region 104.
- Phosphorus (P) ions are implanted into the second region 104 using the resist film 171 as an implantation mask.
- the acceleration voltage is set to 80 keV, and the dose amount is set to 2 ⁇ 10 13 / cm 2 .
- the second N-type extension diffusion layer 145 for the second transistor is formed on the second region 104.
- a resist mask is patterned by a lithography method to cover the second region 104 and to expose the first region 103.
- Phosphorus ions are implanted into the first region 103 using the resist film 172 as an implantation mask.
- the acceleration voltage is set to 12 keV, and the dose is set to 5 ⁇ 10 14 cm 2 .
- the first N-type extension diffusion layer 135 for the first transistor is formed on the first region 103.
- a first silicon nitride film having a thickness of 15 nm is formed so as to cover the first gate electrode 134 and the second gate electrode 144.
- a second insulating film 152 made of a silicon oxide film having a thickness of 40 nm is deposited.
- a resist film 173 that covers the second region 104 and exposes the first region 103 is formed, and subsequently formed on the first region 103 by wet etching.
- the second insulating film 152 is removed.
- the second insulating film 152 made of a silicon oxide film may be etched using, for example, dilute hydrofluoric acid in which hydrofluoric acid (HF) and water are mixed at a ratio of 1:20.
- the first gate insulating film 133 and the element isolation region 102 are not etched because they are covered with the first insulating film 151 made of a silicon nitride film.
- a third insulating film 153 made of a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is deposited as shown in FIG.
- the first outer side wall 136 is formed on the side surface of the first gate electrode 134 by the entire surface etch back, and the second side electrode 136 is formed on the side surface of the second gate electrode 144.
- Outer sidewalls 146 are formed.
- Etchback of the third insulating film 153 and the second insulating film 152 may be performed until part of the first insulating film 151 is exposed in the second region 104 by dry etching.
- dry etching uses a lower one-frequency RIE etching apparatus that applies high-frequency power of a single frequency (for example, 13.56 MHz) only to the lower electrode, and uses perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ) as an etching gas.
- Argon (Ar) and oxygen (O 2 ) are supplied into the chamber at a flow rate of 22 sccm (standard state cm 3 / min), 1500 sccm and 4 sccm, respectively, and the pressure in the chamber is set to 30 mTorr (about 4 Pa). Is 250 W and the substrate temperature is 20 ° C. By using such etching conditions, the selection ratio between the silicon oxide film and the silicon nitride film can be about 5.
- the thickness of the silicon oxide film deposited on the first insulating film 151 is the sum of the thickness of the second insulating film 152 and the thickness of the third insulating film 153. It is 90 nm.
- the thickness of the silicon oxide film deposited on the first insulating film 151 is 50 nm.
- an overetch amount of about 20% is added to the thickness of the silicon oxide film, and etching equivalent to 108 nm is performed as the silicon oxide film. There is a need.
- the first insulating film 151 is etched by about 4 nm.
- overetching corresponding to 58 nm occurs as a silicon oxide film, and the first insulating film 151 is etched by about 12 nm.
- the selectivity between the silicon oxide film and the silicon nitride film If the thickness is about 5, the etching can be stopped in the first insulating film 151 made of the silicon nitride film, and the substrate 101 and the element isolation region 102 are not etched.
- the first insulating film 151 is removed by etching the entire surface until the substrate 101 is exposed. At this time, the first insulating film 151 on the first gate electrode 134 and the second gate electrode 144 is also removed. As a result, a first sidewall 138 having a first inner sidewall 137 and a first outer sidewall 136 is formed on the side surface of the first gate electrode 134, and the second gate electrode 144 is disposed on the side surface. A second sidewall 148 having a second inner sidewall 147 and a second outer sidewall 146 is formed.
- the first insulating film is etched using, for example, a lower one-frequency RIE etching apparatus, and an etching gas of carbon tetrafluoride (CF 4 ), ethylene difluoride (CH 2 F 2 ), Ar, and O 2.
- CF 4 carbon tetrafluoride
- CH 2 F 2 ethylene difluoride
- Ar Ar
- O 2 ethylene difluoride
- ion implantation is performed on the first region 103 using the first gate electrode 134 and the first sidewall 138 as a mask, and the second gate electrode 144 and the second sidewall are performed. Ion implantation is performed on the second region 104 using 148 as a mask.
- the first N-type source / drain diffusion layer 139 is formed in the first region 103
- the second N-type source / drain diffusion layer 149 is formed in the second region 104.
- arsenic (As) ions may be implanted at an acceleration voltage of 20 keV so that the dose amount is 4 ⁇ 10 14 / cm 2 .
- heat treatment for activating the first N-type source / drain diffusion layer 139 and the second N-type source / drain diffusion layer 149 is performed.
- the heat treatment may be a rapid heat treatment at 1000 ° C. for 10 seconds, for example.
- a step of forming the silicide layer 107 on the first N-type source / drain diffusion layer 139, the second N-type source / drain diffusion layer 149, the first gate electrode 134, and the second gate electrode 144 is performed. Just do it.
- a first transistor having a first sidewall 138 having a width of about 60 nm is formed in the first region 103
- a second transistor 148 having a second sidewall 148 having a width of about 105 nm is formed in the second region 104. Two transistors are formed.
- the width of the sidewall can be controlled by the thickness of the second insulating film 152 and the third insulating film 153 that are silicon oxide films, and the width of the sidewall can be freely set. It is possible to set.
- the second insulating film 152 that is a silicon oxide film is removed by wet etching in the first region 103, the first gate insulating film 133 is covered with the first insulating film 151 made of a silicon nitride film. ing. Therefore, side etching is not generated in the first gate insulating film 133, and a highly reliable transistor can be formed.
- the etching can be stopped in the first insulating film 151 by performing etching under a condition with a high etching selectivity. Therefore, the element isolation region 102 is not etched particularly in the first region 103, and there is no possibility that junction leakage occurs when the silicide layer 107 is formed.
- the first outer sidewall 136 of the first transistor and the second outer sidewall 146 of the second transistor are formed in the same etching step.
- an oxide film for forming the sidewall may remain on the element isolation region.
- FIG. 5 when the sidewall 546 of the second transistor is formed, an end portion of the resist film 571 covering the first region 503 protrudes to the second region 504 side, and the first transistor
- a thin columnar oxide film 511 remains on the element isolation region 502.
- the oxide film 511 is easily broken, and when the oxide film 511 is broken and particles are generated, the yield of the product is lowered. In addition, the particles have an adverse effect on post-process equipment. However, in this embodiment, such an oxide film does not remain.
- first outer side wall 136 and the second outer side wall 146 are formed in the same process.
- first outer side wall 136 and the second outer side wall 146 may be formed sequentially.
- the steps until the third insulating film 153 is formed are the same as the steps shown in the embodiment.
- the second insulating film 152 and the third insulating film 153 are etched back until the first insulating film 151 is exposed in the first region 103.
- the first outer side wall 136 is formed on the side surface of the first gate electrode 134, and in the second region 104, the second insulating film 152 and the third insulating film are formed.
- the film 153 remains and the first insulating film 151 is not exposed.
- a resist film 174 that covers the first region 103 and exposes the second region 104 is formed.
- the second insulating film 152 and the third insulating film 153 are etched until the first insulating film 151 is exposed.
- the second outer sidewall 146 is formed on the side surface of the second gate insulating film in the second region 104.
- the second insulating film 152 and the third insulating film 153 may be etched under the same conditions as in the embodiment.
- the exposed portion of the first insulating film 151 is removed as in the embodiment.
- the first sidewall 138 having the first inner sidewall 137 and the first outer sidewall 136, and the second sidewall having the second inner sidewall 147 and the second outer sidewall 146. 148 is formed.
- the first insulating film 151 may be etched under the same conditions as in the embodiment.
- an N-type source / drain diffusion layer, a silicide layer, and the like may be formed in the same manner as in the embodiment.
- the width of the sidewall can be freely set as in the embodiment. Further, side etching is not generated in the first gate insulating film 133, so that a highly reliable transistor can be formed. Furthermore, there is no possibility that junction leakage will occur when the silicide layer 107 is formed.
- the first region 103 is covered with the resist film 174 when the second outer side wall 146 is formed. For this reason, the first outer side wall 136 is not over-etched excessively. In the case where the width of the first sidewall 138 is extremely narrower than the width of the second sidewall 148, the thickness of the third insulating film needs to be reduced. In this case, since the amount of overetching in the first region 103 increases, the etching cannot be stopped in the first insulating film 151, and the base may be etched. In this modification, since the second outer side wall 136 is formed after the first outer side wall 136 is formed, the etching amount of the first insulating film 151 in the first region 103 does not increase.
- the first outer side wall 136 is not excessively etched, the height of the first side wall 138 does not become lower than the height of the first gate electrode 134. For this reason, when ion implantation for forming the N-type source / drain diffusion layer is performed, there is no possibility that ion species may penetrate the substrate.
- the first N-type extension diffusion layer 135 and the second N-type extension diffusion layer 145 are formed using the first gate electrode 134 and the second gate electrode 144, respectively, as an implantation mask. .
- ion implantation for forming an N-type extension diffusion layer is performed.
- the steps until the first gate electrode 134 and the second gate electrode 144 are formed are the same as the steps shown in the embodiment.
- a fourth insulating film 161 made of a silicon oxide film having a thickness of 10 nm is formed so as to cover the first gate electrode 134 and the second gate electrode 144.
- the fourth insulating film 161 is etched until the substrate 101 is exposed by the entire surface etch back, and on the side surfaces of the first gate electrode 134 and the second gate electrode 144.
- An offset spacer 162 is formed.
- the fourth insulating film 161 is etched by using, for example, a lower one-frequency RIE etching apparatus, and supplying C 4 F 8 , Ar, and O 2 as etching gases into the chamber at flow rates of 22 sccm, 1500 sccm, and 4 sccm, respectively.
- the pressure in the chamber may be 30 mTorr, the high-frequency power is 250 W, and the substrate temperature is 20 ° C.
- a resist film 175 that covers the first region 103 and exposes the second region 104 is formed, and the second gate electrode 144 and the offset spacer 162 are used as an implantation mask. Ion implantation is performed on the second region 104. Thereby, the second N-type extension diffusion layer 145 is formed. The ion implantation may be performed under the same conditions as the steps shown in the embodiment.
- a resist film 176 that covers the second region 104 and exposes the first region 103 is formed, and the first gate electrode 134 and Ions are implanted into the first region 103 using the offset spacer 162 as an implantation mask. Thereby, the first N-type extension diffusion layer 135 is formed.
- the ion implantation may be performed under the same conditions as the steps shown in the embodiment.
- a first insulating film 151 and a second insulating film 152 are sequentially formed as shown in FIG.
- a third insulating film 153 is formed over the entire surface of the substrate 101.
- the second insulating film 152 and the third insulating film 153 are entirely etched back to form the first outer side wall 136 and the second outer side wall 146.
- the exposed portion of the first insulating film 151 is removed to form a first inner side wall 137 and a second inner side wall 147.
- ion implantation is performed on the first region 103 using the first gate electrode 134, the offset spacer 162, and the first sidewall 138 as a mask, and the second gate electrode 144. Then, ion implantation is performed on the second region 104 using the offset spacer 162 and the second sidewall 148 as a mask. Thereby, an N-type source / drain diffusion layer is formed. After the N-type source / drain diffusion layer is formed, a silicide layer and the like are formed.
- the first outer side wall 136 is first formed in the same manner as in the first modification, and then, FIG. A second outer sidewall 146 may be formed as shown in FIG.
- the width of the sidewall can be freely set as in the embodiment. Further, side etching is not generated in the first gate insulating film 133, so that a highly reliable transistor can be formed. Furthermore, there is no possibility that junction leakage will occur when the silicide layer 107 is formed.
- the extension diffusion layer is formed after the offset sidewall is formed, so that the short channel effect can be reduced. Further, since the extension diffusion layer is formed after removing the portion of the fourth insulating film formed on the semiconductor substrate, the implantation is performed when the process of forming the extension diffusion layer shallow from the semiconductor substrate is used. Profile control becomes easy.
- An offset sidewall made of a silicon oxide film is formed between the first insulating film made of a silicon nitride film and the gate insulating film.
- an interface state is formed in the vicinity of the interface between the gate insulating film and the first insulating film, and hot carriers and NBTI (Negative bias temperature instability) There is a possibility that a problem of lowering reliability may occur.
- the offset spacer made of the silicon oxide film is formed between the first insulating film made of the silicon nitride film and the gate insulating film, so that such a problem does not occur.
- the steps until the fourth insulating film 161 is formed are the same as the steps shown in the second modification.
- ion implantation is performed on the second region 104, An N-type extension diffusion layer 145 is formed.
- the ion implantation may be performed under the same conditions as the steps shown in the embodiment.
- a resist film 179 that covers the second region 104 and exposes the first region 103 is formed, and then the first region 103 is formed.
- Ion implantation is performed to form a first N-type extension diffusion layer 135. The ion implantation may be performed under the same conditions as the steps shown in the embodiment.
- a first insulating film 151 and a second insulating film 152 are sequentially formed on the fourth insulating film 161 as shown in FIG.
- a resist film 173 that exposes the first region 103 and covers the second region 104 is formed, and is formed in the first region 103 in the second insulating film 152. Remove the part. Etching of the second insulating film 152 may be performed under the same conditions as in the steps described in one embodiment.
- a third insulating film 153 is formed in the first region 103 and the second region 104 as shown in FIG.
- the second insulating film 152 and the third insulating film 153 are etched back to form the first outer side wall 136 and the second outer side wall 146. . Etching of the second insulating film 152 and the third insulating film 153 may be performed under the same conditions as in the steps described in one embodiment.
- the exposed portion of the first insulating film 151 is etched, and then the exposed portion of the fourth insulating film 161 is etched. Accordingly, the first inner sidewall 137 having the first insulating film 151 and the fourth insulating film 161 and the second inner sidewall 147 having the first insulating film 151 and the fourth insulating film 161 are formed. Form.
- the etching of the first insulating film 151 may be performed under the same conditions as in the process described in one embodiment.
- the fourth insulating film 161 is etched by using, for example, a lower one-frequency RIE etching apparatus, and supplying C 4 F 8 , Ar, and O 2 as etching gases into the chamber at flow rates of 22 sccm, 1500 sccm, and 4 sccm, respectively.
- the pressure in the chamber may be 30 mTorr, the high-frequency power is 250 W, and the substrate temperature is 20 ° C.
- ion implantation is performed on the first region 103 using the first gate electrode 134 and the first sidewall 138 as a mask, and the second gate electrode 144 and the second gate electrode 138. Ions are implanted into the second region 104 using the sidewall 148 as a mask. As a result, a first N-type source / drain diffusion layer 139 and a second N-type source / drain diffusion layer 149 are formed.
- the ion implantation may be performed under the same conditions as the steps shown in the embodiment. Thereafter, the silicide layer 107 may be formed on the first N-type source / drain diffusion layer 139, the second N-type source / drain diffusion layer 149, the first gate electrode 134, and the second gate electrode 144.
- the first outer sidewall 136 is formed as shown in FIG. 13A, and then the second outer sidewall 146 is formed as shown in FIG. 13B. May be formed.
- the width of the sidewall can be freely set as in the embodiment. Further, side etching is not generated in the first gate insulating film 133, so that a highly reliable transistor can be formed. Furthermore, there is no possibility that junction leakage will occur when the silicide layer 107 is formed.
- the short channel effect can be reduced because the fourth insulating film is formed when the extension diffusion layer is formed.
- a fourth insulating film made of a silicon oxide film is formed between the first insulating film made of the silicon nitride film and the gate insulating film.
- the first insulating film made of a silicon nitride film and the gate insulating film are in direct contact, an interface state is formed in the vicinity of the interface between the gate insulating film and the first insulating film, and hot carriers and NBTI (Negative bias temperature instability) There is a possibility that a problem of lowering reliability may occur.
- the offset spacer made of the silicon oxide film is formed between the first insulating film made of the silicon nitride film and the gate insulating film, so that such a problem does not occur.
- the first transistor is a low breakdown voltage transistor and the second transistor is a high breakdown voltage transistor.
- the size of the gate electrode, the width of the sidewall, and the like exemplified are suitable when the operating voltage of the first transistor is 1.8V and the operating voltage of the second transistor is 5V.
- the operating voltages of the first transistor and the second transistor are not limited to this.
- the operating voltages of the first transistor and the second transistor may be arbitrarily set as long as the second transistor is higher than the first transistor.
- the operating voltage of the first transistor may be in the range of about 1.1V to 2V
- the operating voltage of the second transistor may be in the range of about 3.3V to 7V.
- the manufacturing method shown in the embodiment and its modification can be applied.
- the gate length of the first transistor was 180 nm, and the gate length of the second transistor was 600 nm.
- the gate lengths of the first transistor and the second transistor may be arbitrarily set.
- the gate length of the first transistor may be in the range of about 30 nm to 180 nm, and the gate length of the second transistor may be in the range of about 200 nm to 700 nm.
- an N-type MIS transistor is formed is shown in one embodiment and its modification, the manufacturing method shown in one embodiment and its modification can also be applied when forming a P-type MIS transistor. it can. Further, an N-type MIS transistor and a P-type MIS transistor may be mixed on the semiconductor substrate. In this case, an N-type MIS transistor and a P-type MIS transistor having different sidewall widths may be formed.
- the first gate insulating film and the second gate insulating film are silicon oxide films, but other insulating films may be used. Further, although the first gate electrode and the second gate electrode are polysilicon gate electrodes, they may be gate electrodes made of other materials.
- the first insulating film is a silicon nitride film
- the second insulating film and the third insulating film are silicon oxide films.
- the first insulating film and the second insulating film are used.
- Other materials may be used as long as the second insulating film and the third insulating film are made of the same material.
- the etching selectivity between the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film is set to about 5.
- the etching selectivity is not limited to this value.
- the film thickness of the first insulating film is such that the first insulating film remains in accordance with the etching selection ratio and the film thicknesses of the second insulating film and the third insulating film. Is set, there is no problem even if the etching selectivity is about 2.
- the thickness of the second insulating film is 20 nm
- the thickness of the third insulating film is 50 nm
- the overetch amount is 20%
- the etching amount is 84 nm.
- the converted etching amount of the first insulating film is 64 nm. Therefore, when the etching selectivity is 2, it is sufficient that the thickness of the first insulating film is about 35 nm.
- the method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure can accurately form a plurality of transistors having different sidewall widths on a substrate without causing etching of an element isolation region, and particularly includes a plurality of transistors having different sidewall widths. This is useful as a method for manufacturing a semiconductor device.
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Abstract
Description
本開示は、半導体装置及びその製造方法に関し、特にサイドウォールの幅が異なる複数のトランジスタを有する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a plurality of transistors having different sidewall widths and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置の微細化に伴い、マイクロコンピュータ等の演算回路及び内蔵メモリ等に使用されるコア回路と、外部とのインターフェースとして用いられる入出力回路との電源電圧の差が増大している。また、高機能化のために多様な電源電圧のトランジスタを1つのチップ上に搭載する動きが加速している。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the difference in power supply voltage between an arithmetic circuit such as a microcomputer and a core circuit used for a built-in memory and an input / output circuit used as an interface with the outside has increased. In addition, the movement of mounting transistors with various power supply voltages on one chip for higher functionality is accelerating.
半導体装置に使用されているMIS(金属-絶縁膜-半導体)型電界効果トランジスタにおいては、ソース/ドレインとチャネルとの境界における不純物濃度の変化を低減し、ホットキャリアによるトランジスタの劣化を抑制するためにLDD(Lightly Doped Drain)構造が多用されている。LDD構造においては、トランジスタのゲート電極の両側にソース/ドレイン領域よりも低濃度の不純物を注入した後、ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成し、サイドウォール越しに高濃度の不純物を注入してソース/ドレイン領域を形成する。 In a MIS (metal-insulating film-semiconductor) type field effect transistor used in a semiconductor device, a change in impurity concentration at a boundary between a source / drain and a channel is reduced, and deterioration of the transistor due to hot carriers is suppressed. LDD (Lightly Doped Drain) structure is often used. In the LDD structure, impurities having a concentration lower than that of the source / drain regions are implanted on both sides of the gate electrode of the transistor, sidewalls are then formed on the sidewalls of the gate electrode, and impurities having a high concentration are implanted through the sidewalls. Source / drain regions are formed.
LDD構造の場合、一般的に、電源電圧の高いトランジスタのサイドウォール幅は、電源電圧の低いトランジスタよりも大きくする必要がある。トランジスタのサイドウォール幅が設計値よりも小さくなると、ソース/ドレインとチャネルとの境界領域における不純物濃度の変化が急峻になる。これにより、チャネルを流れるキャリアがエネルギーを得て、いわゆるホットキャリアとなり、ゲート絶縁膜に注入される。ゲート絶縁膜に注入されたホットキャリアは、ゲート絶縁膜に欠陥を発生させたり、ゲート絶縁膜中にトラップされたりする。その結果、トランジスタのしきい値の変動及び信頼性の低下が生じる。逆に、サイドウォール幅が設計よりも大きくなると、拡散層の抵抗値が上昇し、トランジスタの駆動能力が低下する。このように、LDD構造のサイドウォールの幅は、トランジスタの特性に多大な影響を与えるため、その制御は重要である。そこで、個々のトランジスタのサイドウォール幅を制御する種々の技術が報告されている(例えば、特許文献1を参照)。 In the case of the LDD structure, generally, the sidewall width of a transistor having a high power supply voltage needs to be larger than that of a transistor having a low power supply voltage. When the sidewall width of the transistor is smaller than the design value, the change in the impurity concentration in the boundary region between the source / drain and the channel becomes steep. As a result, carriers flowing through the channel obtain energy and become so-called hot carriers, which are injected into the gate insulating film. Hot carriers injected into the gate insulating film cause defects in the gate insulating film or are trapped in the gate insulating film. As a result, the threshold value of the transistor varies and the reliability decreases. Conversely, when the sidewall width becomes larger than the design, the resistance value of the diffusion layer increases and the driving capability of the transistor decreases. As described above, the width of the sidewall of the LDD structure has a great influence on the characteristics of the transistor, and thus control is important. Therefore, various techniques for controlling the sidewall width of each transistor have been reported (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の半導体装置の製造方法においては、サイドウォール形成用の酸化膜に対して長時間のエッチングを行うことにより、幅が小さいサイドウォールを形成する。長時間のエッチングを行うと、サイドウォール形成用の酸化膜だけでなく、素子分離領域と活性領域との境界近傍において素子分離領域がエッチングされ、活性領域の側面にpn接合が露出するおそれがある。活性領域の側面にpn接合が露出すると、シリサイド層を形成した場合に接合リークが発生する原因となる。 However, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, a sidewall having a small width is formed by etching the oxide film for forming the sidewall for a long time. When etching is performed for a long time, not only the oxide film for forming the sidewall but also the element isolation region is etched in the vicinity of the boundary between the element isolation region and the active region, and the pn junction may be exposed on the side surface of the active region. . When the pn junction is exposed on the side surface of the active region, it causes a junction leak when the silicide layer is formed.
素子分離領域のエッチングを避けるために、素子分離領域の上においてエッチングマスクが重なり合うようにすると、エッチングマスクが重なった部分においてサイドウォール用の酸化膜がエッチングされず、細い柱状に残存するおそれがある。細い柱状に残存した酸化膜が製造工程中に折れると、パーティクルが発生し、製品歩留まりが低下する。さらに、パーティクルは、後工程の設備に悪影響を及ぼす。 If the etching mask is overlapped on the element isolation region in order to avoid the etching of the element isolation region, the sidewall oxide film may not be etched at the portion where the etching mask overlaps, and may remain in a thin column shape. . If the oxide film remaining in a thin columnar shape is broken during the manufacturing process, particles are generated and the product yield is lowered. Further, the particles adversely affect the post-process equipment.
本開示は、前記の問題を解決し、素子分離領域のエッチングを生じさせることなく、基板上にサイドウォール幅が異なる複数のトランジスタを精度良く形成できるようにすることを目的とする。 An object of the present disclosure is to solve the above-described problem and to accurately form a plurality of transistors having different sidewall widths on a substrate without causing etching of an element isolation region.
前記の目的を達成するため、本開示は半導体装置の製造方法を、積層された複数の絶縁膜からサイドウォールを形成し、サイドウォールを形成する絶縁膜の積層数を変えることによりサイドウォール幅を制御する構成とする。 In order to achieve the above object, the present disclosure discloses a method for manufacturing a semiconductor device, in which a sidewall is formed from a plurality of stacked insulating films, and the sidewall width is changed by changing the number of stacked insulating films. The configuration is to be controlled.
具体的に、第1例の半導体装置の製造方法は、基板に素子分離領域により互いに分離された第1の領域及び第2の領域を形成する工程(a)と、第1の領域の上に第1のゲート絶縁膜を介在させて第1のゲート電極を形成し、第2の領域の上に第2のゲート絶縁膜を介在させて第2のゲート電極を形成する工程(b)と、第1のゲート電極及び第2のゲート電極を覆うように、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜を順次形成する工程(c)と、工程(c)よりも後に、第2の絶縁膜における第1の領域の上に形成された部分を除去する工程(d)と、工程(d)よりも後に、基板の上に第3の絶縁膜を形成する工程(e)と、工程(e)よりも後に、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜をエッチバックすることにより、第1のゲート電極の側面上に第3の絶縁膜からなる第1の外側サイドウォールを形成し、第2のゲート電極の側面上に第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜からなる第2の外側サイドウォールを形成する工程(f)と、工程(f)よりも後に、第1の絶縁膜における第1の外側サイドウォール及び第2の外側サイドウォールに覆われていない部分を除去することにより、第1のゲート電極の側面上に第1の内側サイドウォールを形成し、第2のゲート電極の側面上に第2の内側サイドウォールを形成する工程(g)とを備え、第2のゲート電極は、第1のゲート電極よりもゲート長が長く、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜とは、互いに異なる材料からなり、第2の絶縁膜と第3の絶縁膜とは、同一の材料からなる。 Specifically, the semiconductor device manufacturing method of the first example includes a step (a) of forming a first region and a second region that are separated from each other by an element isolation region on a substrate, and a step above the first region. (B) forming a first gate electrode with a first gate insulating film interposed therebetween, and forming a second gate electrode with a second gate insulating film interposed on the second region; The step (c) of sequentially forming the first insulating film and the second insulating film so as to cover the first gate electrode and the second gate electrode, and the second insulating film after the step (c) A step (d) of removing a portion formed on the first region in step (d), a step (e) of forming a third insulating film on the substrate after the step (d), and a step (e ), The second insulating film and the third insulating film are etched back to form the first gate electrode on the side surface. Forming a first outer side wall made of three insulating films and forming a second outer side wall made of the second insulating film and the third insulating film on the side surface of the second gate electrode (f) And after the step (f), the portion of the first insulating film that is not covered by the first outer sidewall and the second outer sidewall is removed, so that the first gate electrode is exposed on the side surface of the first gate electrode. Forming a first inner side wall and forming a second inner side wall on the side surface of the second gate electrode, wherein the second gate electrode is formed from the first gate electrode. Also, the gate length is long, and the first insulating film and the second insulating film are made of different materials, and the second insulating film and the third insulating film are made of the same material.
第1例の半導体装置の製造方法は、第2の絶縁膜における第1の領域の上に形成された部分を除去する工程(d)と、工程(d)よりも後に、基板の上に第3の絶縁膜を形成する工程(e)と、工程(e)よりも後に、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜をエッチバックすることにより、第1のゲート電極の側面上に第3の絶縁膜からなる第1の外側サイドウォールを形成し、第2のゲート電極の側面上に第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜からなる第2の外側サイドウォールを形成する工程(f)とを備えている。このため、第1の外側サイドウォールの幅と第2の外側サイドウォールの幅を正確に制御することができる。また、第2の絶縁膜の下に第1の絶縁膜を形成するため、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜をエッチングする際に、素子分離領域及びゲート絶縁膜等がエッチングされることがない。 In the method of manufacturing the semiconductor device of the first example, a step (d) of removing a portion formed on the first region in the second insulating film, and a step on the substrate after the step (d) are performed. The third insulating film is formed on the side surface of the first gate electrode by etching back the second insulating film and the third insulating film after the step (e) of forming the third insulating film and the step (e). Forming a first outer sidewall made of a second insulating film, and forming a second outer sidewall made of a second insulating film and a third insulating film on the side surface of the second gate electrode (f) And. For this reason, the width of the first outer sidewall and the width of the second outer sidewall can be accurately controlled. In addition, since the first insulating film is formed under the second insulating film, the element isolation region, the gate insulating film, and the like are etched when the second insulating film and the third insulating film are etched. There is no.
第1例の半導体装置の製造方法において、工程(d)では、ウエットエッチングにより第2の絶縁膜を除去すればよい。 In the semiconductor device manufacturing method of the first example, in the step (d), the second insulating film may be removed by wet etching.
第1例の半導体装置の製造方法において、第1の外側サイドウォールは、第2の外側サイドウォールよりも幅が狭くしてもよい。 In the semiconductor device manufacturing method of the first example, the first outer side wall may be narrower than the second outer side wall.
第1例の半導体装置の製造方法において、第1のゲート絶縁膜は、第2のゲート絶縁膜よりも膜厚が薄くしてもよい。 In the semiconductor device manufacturing method of the first example, the first gate insulating film may be thinner than the second gate insulating film.
第1例の半導体装置の製造方法において、第1の領域は、第1のトランジスタの形成領域であり、第2の領域は、第2のトランジスタの形成領域であり、第1のトランジスタは、電源電圧が1.1V以上且つ2.0V以下であり、第2のトランジスタは、電源電圧が3.3V以上且つ7.0V以下である構成とすればよい。 In the semiconductor device manufacturing method of the first example, the first region is a formation region of the first transistor, the second region is a formation region of the second transistor, and the first transistor is a power source. The voltage may be greater than or equal to 1.1 V and less than or equal to 2.0 V, and the second transistor may have a structure in which the power supply voltage is greater than or equal to 3.3 V and less than or equal to 7.0 V.
第1例の半導体装置の製造方法において、第1のゲート電極は、ゲート長が30nm以上且つ180nm以下であり、第2のゲート電極は、ゲート長が200nm以上且つ700nm以下である構成とすればよい。 In the semiconductor device manufacturing method of the first example, the first gate electrode has a gate length of 30 nm to 180 nm, and the second gate electrode has a gate length of 200 nm to 700 nm. Good.
第1例の半導体装置の製造方法において、工程(f)は、第1の絶縁膜における第1のゲート電極の上に形成された部分が露出するまで第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜を除去する工程(f1)と、工程(f1)よりも後に、第1の絶縁膜における第2のゲート電極の上に形成された部分が露出するまで、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜における第2の領域の上に形成された部分を除去する工程(f2)とを含んでいてもよい。 In the method of manufacturing the semiconductor device of the first example, in the step (f), the second insulating film and the third insulating film are formed until a portion of the first insulating film formed on the first gate electrode is exposed. And after the step (f1), the second insulating film and the third insulating film are exposed until a portion of the first insulating film formed on the second gate electrode is exposed. A step (f2) of removing a portion of the film formed on the second region.
第1例の半導体装置の製造方法は、工程(b)よりも後で且つ工程(c)よりも前に、基板の上に第4の絶縁膜を形成する工程(h)をさらに備え、工程(g)において、第1の絶縁膜の露出部分を除去した後、第4の絶縁膜の露出部分を除去してもよい。 The manufacturing method of the semiconductor device of the first example further includes a step (h) of forming a fourth insulating film on the substrate after the step (b) and before the step (c). In (g), after removing the exposed portion of the first insulating film, the exposed portion of the fourth insulating film may be removed.
第1例の半導体装置の製造方法は、工程(b)よりも後で且つ工程(c)よりも前に、基板の上に第4の絶縁膜を形成する工程(h)と、第4の絶縁膜を選択的に除去することにより第1のゲート電極及び第2のゲート電極の側面上にオフセットスペーサを形成する工程(i)とをさらに備えていてもよい。 The method of manufacturing the semiconductor device of the first example includes a step (h) of forming a fourth insulating film on the substrate after the step (b) and before the step (c), The method may further comprise a step (i) of forming an offset spacer on the side surfaces of the first gate electrode and the second gate electrode by selectively removing the insulating film.
第1例の半導体装置の製造方法において、第4の絶縁膜はシリコン酸化膜としてもよい。 In the semiconductor device manufacturing method of the first example, the fourth insulating film may be a silicon oxide film.
第1例の半導体装置の製造方法において、第1の絶縁膜はシリコン窒化膜であり、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜はシリコン酸化膜である構成とすればよい。 In the semiconductor device manufacturing method of the first example, the first insulating film may be a silicon nitride film, and the second insulating film and the third insulating film may be silicon oxide films.
第2例の半導体装置は、基板の第1の領域に形成された第1のトランジスタ及び第2の領域に形成された第2のトランジスタを備え、第1のトランジスタは、基板の上に第1のゲート絶縁膜を介在させて形成された第1のゲート電極と、第1のゲート電極の側面上に形成された第1の内側サイドウォールと、第1の内側サイドウォールの上に形成された第1の外側サイドウォールとを有し、第2のトランジスタは、基板の上に第2のゲート絶縁膜を介在させて形成された第2のゲート電極と、第2のゲート電極の側面上に形成された第2の内側サイドウォールと、第2の内側サイドウォールの上に形成された第2の外側サイドウォールとを有し、第1の内側サイドウォール及び第2の内側サイドウォールと第1の外側サイドウォール及び第2の外側サイドウォールとは、互いに異なる材料からなり、第1の外側サイドウォールは、単層膜からなり、第2の外側サイドウォールは、積層膜からなる。 The semiconductor device of the second example includes a first transistor formed in the first region of the substrate and a second transistor formed in the second region, and the first transistor is formed on the substrate over the first transistor. Formed on the side wall of the first gate electrode, a first inner side wall formed on the side surface of the first gate electrode, and a first inner side wall. A second transistor having a first outer sidewall and a second gate electrode formed on the substrate with a second gate insulating film interposed between the second gate electrode and a side surface of the second gate electrode; A second inner sidewall formed on the second inner sidewall; a second outer sidewall formed on the second inner sidewall; and the first inner sidewall, the second inner sidewall, and the first inner sidewall. Outside sidewalls and number The outer side wall, made of different materials, a first outer side wall is made of a single layer film, a second outer side wall is made of a laminated film.
本開示の半導体装置の製造方法によれば、素子分離領域のエッチングを生じさせることなく、基板上にサイドウォール幅が異なる複数のトランジスタを精度良く形成できる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present disclosure, it is possible to accurately form a plurality of transistors having different sidewall widths on a substrate without causing etching of an element isolation region.
(一実施形態)
まず、図1(a)に示すように、シリコン基板等の基板101に厚さが300nmのシリコン酸化膜からなるシャロートレンチ(STI)構造の素子分離領域102を形成し、互いに分離された2つの素子領域を形成する。続いて、低耐圧トランジスタである第1のトランジスタを形成する第1の領域103において素子領域の上部に第1のPウェル131を形成し、高耐圧トランジスタである第2のトランジスタを形成する第2の領域104において素子領域の上部に第2のPウェル141を形成する。
(One embodiment)
First, as shown in FIG. 1A, an
次に、図1(b)に示すように、第1のトランジスタの第1のゲート絶縁膜133及び第1のゲート電極134と、第2のトランジスタの第2のゲート絶縁膜143及び第2のゲート電極144とを形成する。具体的には、第1の領域103の上に厚さが2nmのシリコン酸化膜を形成し、第2の領域104の上に厚さが20nmのシリコン酸化膜を形成した後、第1の領域103及び第2の領域104の上に厚さが200nmのポリシリコン膜を形成する。続いて、リソグラフィを利用したパターニングを実施し、エッチングを行う。これにより、第1の領域103の上に第1のゲート絶縁膜133及び第1のゲート電極134を形成し、第2の領域104の上に第2のゲート絶縁膜143及び第2のゲート電極144を形成する。第1のゲート電極134はゲート長を180nmとし、第2のゲート電極144はゲート長を600nmとする。
Next, as shown in FIG. 1B, the first
次に、図1(c)に示すように、リソグラフィ法によりレジストマスクをパターニングし、第1の領域103を覆い、第2の領域104を露出するレジスト膜171を形成する。レジスト膜171を注入マスクとして、第2の領域104にリン(P)をイオンを注入する。イオン注入は、加速電圧を80keVとし、ドーズ量を2×1013/cm2とする。これにより、第2の領域104の上部に、第2のトランジスタ用の第2のN型エクステンション拡散層145を形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, a resist mask is patterned by lithography to form a resist
次に、レジスト膜171を除去した後、図2(a)に示すように、リソグラフィ法によりレジストマスクをパターニングし、第2の領域104を覆い、第1の領域103を露出するレジスト膜172を形成する。レジスト膜172を注入マスクとして第1の領域103にリンをイオン注入する。イオン注入は、加速電圧を12keVとし、ドーズ量を5×1014cm2とする。これにより、第1の領域103の上部に第1のトランジスタ用の第1のN型エクステンション拡散層135を形成する。
Next, after removing the resist
次に、レジスト膜172を除去した後、図2(b)に示すように第1のゲート電極134及び第2のゲート電極144を覆うように、厚さが15nmのシリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜151を堆積し、続いて厚さが40nmのシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜152を堆積する。
Next, after removing the resist
次に、図2(c)に示すように第2の領域104を覆い、第1の領域103を露出するレジスト膜173を形成し、続いてウエットエッチングにより第1の領域103上に形成された第2の絶縁膜152を除去する。シリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜152は、例えばフッ酸(HF)と水とを1対20の割合で混合した希フッ酸を用いてエッチングすればよい。第1のゲート絶縁膜133及び素子分離領域102は、シリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜151に覆われているため、エッチングされない。
Next, as shown in FIG. 2C, a resist
次に、レジスト膜173を除去した後、図3(a)に示すように厚さが50nmのシリコン酸化膜からなる第3の絶縁膜153を堆積する。
Next, after removing the resist
次に、図3(b)に示すように全面エッチバックにより第1のゲート電極134の側面上に第1の外側サイドウォール136を形成し、第2のゲート電極144の側面上に第2の外側サイドウォール146を形成する。第3の絶縁膜153及び第2の絶縁膜152のエッチバックは、ドライエッチングにより第2の領域104において第1の絶縁膜151の一部が露出するまで行えばよい。ドライエッチングは、例えば下部電極にのみ単一周波数(例えば、13.56MHz)の高周波電力を印加する下部1周波のRIE方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにパーフルオロシクロブタン(C4F8)、アルゴン(Ar)及び酸素(O2)をそれぞれ22sccm(標準状態でのcm3/min)、1500sccm及び4sccmの流量でチャンバ内に供給し、チャンバ内の圧力を30mTorr(約4Pa)とし、高周波電力を250Wとし、基板温度を20℃として行えばよい。このようなエッチング条件とすることにより、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との選択比を5程度とすることができる。
Next, as shown in FIG. 3B, the first
第2の領域104において、第1の絶縁膜151の上に堆積されているシリコン酸化膜の膜厚は、第2の絶縁膜152の膜厚と第3の絶縁膜153の膜厚との和であり、90nmとなる。一方、第1の領域103においては、第2の絶縁膜152が除去されているため、第1の絶縁膜151の上に堆積されているシリコン酸化膜の膜厚は50nmとなる。第2の領域104において第1の絶縁膜151が露出するようにする場合には、シリコン酸化膜の膜厚に約20%のオーバーエッチ量を加えて、シリコン酸化膜として108nm相当のエッチングをする必要がある。シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との選択比が5程度である場合には、第2の領域104においては、第1の絶縁膜151は約4nmエッチングされることになる。一方、第1の領域103においては、シリコン酸化膜として58nmに相当するオーバーエッチが生じ、第1の絶縁膜151は約12nmエッチングされる。このように、第1の絶縁膜151の膜厚が15nmの場合には、第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153を除去するエッチングにおいて、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との選択比を5程度とすれば、シリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜151においてエッチングを停止させることができ、基板101及び素子分離領域102がエッチングされることはない。
In the
次に、図3(c)に示すように全面エッチバックにより基板101が露出するまで第1の絶縁膜151を除去する。この際に、第1のゲート電極134及び第2のゲート電極144上の第1の絶縁膜151も同時に除去される。これにより、第1のゲート電極134の側面上に、第1の内側サイドウォール137及び第1の外側サイドウォール136を有する第1のサイドウォール138が形成され、第2のゲート電極144の側面上に第2の内側サイドウォール147及び第2の外側サイドウォール146を有する第2のサイドウォール148が形成される。第1の絶縁膜のエッチングは、例えば、下部1周波のRIE方式のエッチング装置を用い、エッチングガスに4フッ化炭素(CF4)、2フッ化エチレン(CH2F2)、Ar及びO2をそれぞれ50sccm、30sccm、1500sccm及び30sccmの流量でチャンバ内に供給し、チャンバ内の圧力を60mTorr(約8Pa)とし、高周波電力を250Wとし、基板温度を20℃として行えばよい。
Next, as shown in FIG. 3C, the first insulating
次に、図4に示すように、第1のゲート電極134及び第1のサイドウォール138をマスクとして、第1の領域103にイオン注入を行い、第2のゲート電極144及び第2のサイドウォール148をマスクとして、第2の領域104にイオン注入を行う。これにより、第1の領域103に第1のN型ソースドレイン拡散層139を形成し、第2の領域104に第2のN型ソースドレイン拡散層149を形成する。イオン注入は、例えば20keVの加速電圧でドーズ量が4×1014/cm2となるように砒素(As)イオンを注入すればよい。続いて、第1のN型ソースドレイン拡散層139及び第2のN型ソースドレイン拡散層149を活性化する熱処理を行う。熱処理は、例えば1000℃で10秒間の高速熱処理とすればよい。この後、第1のN型ソースドレイン拡散層139、第2のN型ソースドレイン拡散層149、第1のゲート電極134及び第2のゲート電極144の上部にシリサイド層107を形成する工程等を行えばよい。これにより、第1の領域103に幅が60nm程度の第1のサイドウォール138を有する第1のトランジスタが形成され、第2の領域104に幅が105nm程度の第2のサイドウォール148を有する第2のトランジスタが形成される。
Next, as illustrated in FIG. 4, ion implantation is performed on the
本実施形態の半導体装置製造方法は、サイドウォールの幅をシリコン酸化膜である第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153の膜厚により制御することができ、サイドウォールの幅を自由に設定することが可能である。また、第1の領域103においてシリコン酸化膜である第2の絶縁膜152をウエットエッチングにより除去する際に、第1のゲート絶縁膜133はシリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜151に覆われている。このため、第1のゲート絶縁膜133にサイドエッチが生じず、信頼性が高いトランジスタを形成することができる。さらに、第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153をエッチングする際に、エッチング選択比が高い条件でエッチングを行うことにより、第1の絶縁膜151においてエッチングを止めることができる。このため、特に第1の領域103において素子分離領域102がエッチングされることがなく、シリサイド層107を形成する際に接合リークが生じるおそれがない。
In the semiconductor device manufacturing method of this embodiment, the width of the sidewall can be controlled by the thickness of the second
本実施形態では第1のトランジスタの第1の外側サイドウォール136と第2のトランジスタの第2の外側サイドウォール146とを同一のエッチング工程において形成する。第1のトランジスタのサイドウォールと第2のトランジスタのサイドウォールとを別々の工程により形成する場合には、サイドウォールを形成するための酸化膜が素子分離領域の上に残存するおそれがある。例えば、図5に示すように、第2のトランジスタのサイドウォール546を形成する際に第1の領域503を覆うレジスト膜571の端部が第2の領域504側に突出し、第1のトランジスタのサイドウォール536を形成する際にレジスト膜に覆われていた領域と重なりが生じると、素子分離領域502の上に細い柱状の酸化膜511が残存する。酸化膜511は折れやすく、酸化膜511が折れることによりパーティクルが発生すると、製品の歩留まりが低下する。また、パーティクルは後工程の設備に悪影響を及ぼす。しかし、本実施形態では、このような酸化膜の残存が生じることがない。
In the present embodiment, the first
(一実施形態の第1変形例)
一実施形態において、第1の外側サイドウォール136と第2の外側サイドウォール146とを同じ工程において形成する例を示した。しかし、第1の外側サイドウォール136と第2の外側サイドウォール146とを順次形成してもよい。
(First Modification of One Embodiment)
In the embodiment, the example in which the first
第3の絶縁膜153を形成するまでの工程は、一実施形態において示した工程と同様に行う。
The steps until the third
次に、図6(a)に示すように、第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153を、第1の領域103において第1の絶縁膜151が露出するまでエッチバックする。これにより、第1の領域103においては、第1のゲート電極134の側面上に第1の外側サイドウォール136が形成され、第2の領域104においては第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153が残存し、第1の絶縁膜151が露出していない状態となる。
Next, as shown in FIG. 6A, the second
次に、図6(b)に示すように、第1の領域103を覆い第2の領域104を露出するレジスト膜174を形成する。続いて、第2の領域104において、第1の絶縁膜151が露出するまで第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153をエッチングする。これにより、第2の領域104において第2のゲート絶縁膜の側面上に第2の外側サイドウォール146が形成される。第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153は、一実施形態と同様の条件でエッチングすればよい。
Next, as shown in FIG. 6B, a resist
次に、レジスト膜174を除去した後、図6(c)に示すように、一実施形態と同様にして第1の絶縁膜151の露出している部分を除去する。これにより、第1の内側サイドウォール137及び第1の外側サイドウォール136を有する第1のサイドウォール138と、第2の内側サイドウォール147及び第2の外側サイドウォール146を有する第2のサイドウォール148を形成する。第1の絶縁膜151は、一実施形態と同様の条件でエッチングすればよい。
Next, after removing the resist
この後、一実施形態と同様にしてN型ソースドレイン拡散層及びシリサイド層等を形成すればよい。 Thereafter, an N-type source / drain diffusion layer, a silicide layer, and the like may be formed in the same manner as in the embodiment.
本変形例の半導体装置の製造方法は、一実施形態と同様に、サイドウォールの幅を自由に設定することが可能である。また、第1のゲート絶縁膜133にサイドエッチが生じず、信頼性が高いトランジスタを形成することができる。さらに、シリサイド層107を形成する際に接合リークが生じるおそれがない。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to this modification, the width of the sidewall can be freely set as in the embodiment. Further, side etching is not generated in the first
本変形例は、第2の外側サイドウォール146を形成する際に、第1の領域103をレジスト膜174で覆っている。このため、第1の外側サイドウォール136が過剰にオーバーエッチされない。第1のサイドウォール138の幅を第2のサイドウォール148の幅よりも極端に細くする場合、第3の絶縁膜の膜厚を薄くする必要がある。この場合には、第1の領域103におけるオーバーエッチ量が増大するため、第1の絶縁膜151においてエッチングを停止させることができず、下地がエッチングされるおそれがある。本変形例では、第1の外側サイドウォール136を形成した後、第2の外側サイドウォールを形成するため、第1の領域103における第1の絶縁膜151のエッチング量が増大するおそれがない。また、第1の外側サイドウォール136が過剰にエッチングされないため、第1のサイドウォール138の高さが第1のゲート電極134の高さよりも低くならない。このため、N型ソースドレイン拡散層を形成するイオン注入を行う際に、イオン種が基板を突き抜けるおそれも生じない。
In this modification, the
(一実施形態の第2変形例)
一実施形態において、第1のN型エクステンション拡散層135及び第2のN型エクステンション拡散層145は、それぞれ第1のゲート電極134及び第2のゲート電極144を注入マスクとして形成する例を示した。本変形例においては、ゲート電極の側面上にオフセットスペーサを形成した後、N型エクステンション拡散層を形成するイオン注入を行う。
(Second Modification of One Embodiment)
In one embodiment, the first N-type
第1のゲート電極134及び第2のゲート電極144を形成するまでの工程は、一実施形態において示した工程と同様に行う。
The steps until the
次に、図7(a)に示すように、第1のゲート電極134及び第2のゲート電極144を覆うように厚さが10nmのシリコン酸化膜からなる第4の絶縁膜161を形成する。
Next, as shown in FIG. 7A, a fourth
次に、図7(b)に示すように、全面エッチバックにより基板101が露出するまで第4の絶縁膜161をエッチングし、第1のゲート電極134及び第2のゲート電極144の側面上にオフセットスペーサ162を形成する。第4の絶縁膜161のエッチングは、例えば下部1周波のRIE方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにC4F8、Ar及びO2をそれぞれ22sccm、1500sccm及び4sccmの流量でチャンバ内に供給し、チャンバ内の圧力を30mTorrとし、高周波電力を250Wとし、基板温度を20℃として行えばよい。
Next, as shown in FIG. 7B, the fourth insulating
次に、図7(c)に示すように、第1の領域103を覆い第2の領域104を露出するレジスト膜175を形成し、第2のゲート電極144及びオフセットスペーサ162を注入マスクとして第2の領域104にイオン注入を行う。これにより、第2のN型エクステンション拡散層145が形成される。イオン注入は、一実施形態において示した工程と同様の条件で行えばよい。
Next, as shown in FIG. 7C, a resist
次に、レジスト膜175を除去した後、図8(a)に示すように、第2の領域104を覆い第1の領域103を露出するレジスト膜176を形成し、第1のゲート電極134及びオフセットスペーサ162を注入マスクとして第1の領域103にイオン注入を行う。これにより、第1のN型エクステンション拡散層135が形成される。イオン注入は、一実施形態において示した工程と同様の条件で行えばよい。
Next, after removing the resist
次に、レジスト膜176を除去した後、図8(b)に示すように、一実施形態と同様にして、第1の絶縁膜151、第2の絶縁膜152を順次形成し、第1の領域103において第2の絶縁膜152を除去した後、基板101上の全面に第3の絶縁膜153を形成する。この後、第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153を全面エッチバックすることにより第1の外側サイドウォール136及び第2の外側サイドウォール146を形成する。次に、図8(c)に示すように、第1の絶縁膜151の露出部分を除去して第1の内側サイドウォール137及び第2の内側サイドウォール147を形成する。さらに、図示しないが一実施形態と同様にして、第1のゲート電極134、オフセットスペーサ162及び第1のサイドウォール138をマスクとして第1の領域103にイオン注入を行い、第2のゲート電極144、オフセットスペーサ162及び第2のサイドウォール148をマスクとして第2の領域104にイオン注入を行う。これにより、N型ソースドレイン拡散層を形成する。N型ソースドレイン拡散層を形成した後、シリサイド層等の形成を行う。
Next, after removing the resist
また、第3の絶縁膜153を形成した後、図9(a)に示すように第1変形例と同様にして、まず第1の外側サイドウォール136を形成し、続いて図9(b)に示すように第2の外側サイドウォール146を形成してもよい。
Further, after forming the third
本変形例の半導体装置の製造方法は、一実施形態と同様に、サイドウォールの幅を自由に設定することが可能である。また、第1のゲート絶縁膜133にサイドエッチが生じず、信頼性が高いトランジスタを形成することができる。さらに、シリサイド層107を形成する際に接合リークが生じるおそれがない。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to this modification, the width of the sidewall can be freely set as in the embodiment. Further, side etching is not generated in the first
本変形例の半導体装置の製造方法は、オフセットサイドウォールを形成した後、エクステンション拡散層を形成するため、ショートチャネル効果を低減することができる。また、第4の絶縁膜の半導体基板上に形成された部分を除去した後、エクステンション拡散層の形成を行っているため、エクステンション拡散層を半導体基板から浅く形成するプロセスを使用する際に、注入プロファイルの制御が容易となる。 In the manufacturing method of the semiconductor device of the present modification, the extension diffusion layer is formed after the offset sidewall is formed, so that the short channel effect can be reduced. Further, since the extension diffusion layer is formed after removing the portion of the fourth insulating film formed on the semiconductor substrate, the implantation is performed when the process of forming the extension diffusion layer shallow from the semiconductor substrate is used. Profile control becomes easy.
また、シリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜とゲート絶縁膜との間にシリコン酸化膜からなるオフセットサイドウォールが形成されている。シリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜とゲート絶縁膜とが直接接すると、ゲート絶縁膜と第1の絶縁膜との界面近傍に界面準位が形成されホットキャリア及びNBTI(Negative bias temperature instability)等の信頼性を低下させる問題が発生するおそれがある。本変形例においては、シリコン酸化膜からなるオフセットスペーサが、シリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜とゲート絶縁膜との間に形成されているため、このような問題は発生しない。 An offset sidewall made of a silicon oxide film is formed between the first insulating film made of a silicon nitride film and the gate insulating film. When the first insulating film made of a silicon nitride film and the gate insulating film are in direct contact, an interface state is formed in the vicinity of the interface between the gate insulating film and the first insulating film, and hot carriers and NBTI (Negative bias temperature instability) There is a possibility that a problem of lowering reliability may occur. In this modification, the offset spacer made of the silicon oxide film is formed between the first insulating film made of the silicon nitride film and the gate insulating film, so that such a problem does not occur.
(一実施形態の第3変形例)
第2変形例においては、第4の絶縁膜をエッチバックしてオフセットスペーサを形成した後、エクステンション拡散層のイオン注入を行う例を示した。しかし、第4の絶縁膜を残存させてエクステンション拡散層のイオン注入を行ってもよい。
(Third Modification of One Embodiment)
In the second modified example, an example is shown in which ion implantation of the extension diffusion layer is performed after an offset spacer is formed by etching back the fourth insulating film. However, the extension diffusion layer may be ion-implanted with the fourth insulating film remaining.
第4の絶縁膜161を形成するまでの工程は、第2変形例において示した工程と同様に行う。
The steps until the fourth insulating
次に、図10(a)に示すように、第1の領域103を覆い第2の領域104を露出するレジスト膜178を形成した後、第2の領域104にイオン注入を行い、第2のN型エクステンション拡散層145を形成する。イオン注入は、一実施形態において示した工程と同様の条件で行えばよい。
Next, as shown in FIG. 10A, after forming a resist
次に、レジスト膜178を除去した後、図10(b)に示すように、第2の領域104を覆い第1の領域103を露出するレジスト膜179を形成した後、第1の領域103にイオン注入を行い、第1のN型エクステンション拡散層135を形成する。イオン注入は、一実施形態において示した工程と同様の条件で行えばよい。
Next, after removing the resist
次に、レジスト膜179を除去した後、図10(c)に示すように、第4の絶縁膜161の上に第1の絶縁膜151及び第2の絶縁膜152を順次形成する。
Next, after removing the resist
次に、図11(a)に示すように、第1の領域103を露出し第2の領域104を覆うレジスト膜173を形成し、第2の絶縁膜152における第1の領域103に形成された部分を除去する。第2の絶縁膜152のエッチングは、一実施形態において示した工程と同様の条件で行えばよい。
Next, as shown in FIG. 11A, a resist
次に、レジスト膜173を除去した後、図11(b)に示すように、第1の領域103及び第2の領域104に第3の絶縁膜153を形成する。
Next, after removing the resist
次に、図11(c)に示すように、第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153を全面エッチバックし、第1の外側サイドウォール136及び第2の外側サイドウォール146を形成する。第2の絶縁膜152及び第3の絶縁膜153のエッチングは、一実施形態において示した工程と同様の条件で行えばよい。
Next, as shown in FIG. 11C, the second
次に、図12(a)に示すように、第1の絶縁膜151の露出部分をエッチングし、この後、第4の絶縁膜161の露出部分をエッチングする。これにより、第1の絶縁膜151及び第4の絶縁膜161を有する第1の内側サイドウォール137と、第1の絶縁膜151及び第4の絶縁膜161を有する第2の内側サイドウォール147を形成する。第1の絶縁膜151のエッチングは一実施形態において示した工程と同様の条件で行えばよい。第4の絶縁膜161のエッチングは、例えば下部1周波のRIE方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにC4F8、Ar及びO2をそれぞれ22sccm、1500sccm及び4sccmの流量でチャンバ内に供給し、チャンバ内の圧力を30mTorrとし、高周波電力を250Wとし、基板温度を20℃として行えばよい。
Next, as shown in FIG. 12A, the exposed portion of the first insulating
次に、図12(b)に示すように、第1のゲート電極134及び第1のサイドウォール138をマスクとして第1の領域103にイオン注入を行い、第2のゲート電極144及び第2のサイドウォール148をマスクとして第2の領域104にイオン注入を行う。これにより、第1のN型ソースドレイン拡散層139及び第2のN型ソースドレイン拡散層149を形成する。イオン注入は、一実施形態において示した工程と同様の条件で行えばよい。この後、第1のN型ソースドレイン拡散層139、第2のN型ソースドレイン拡散層149、第1のゲート電極134及び第2のゲート電極144の上部にシリサイド層107を形成すればよい。
Next, as illustrated in FIG. 12B, ion implantation is performed on the
なお、第2変形例と同様にして、まず図13(a)に示すように第1の外側サイドウォール136を形成し、続いて図13(b)に示すように第2の外側サイドウォール146を形成してもよい。
As in the second modification, first, the first
本変形例の半導体装置の製造方法は、一実施形態と同様に、サイドウォールの幅を自由に設定することが可能である。また、第1のゲート絶縁膜133にサイドエッチが生じず、信頼性が高いトランジスタを形成することができる。さらに、シリサイド層107を形成する際に接合リークが生じるおそれがない。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to this modification, the width of the sidewall can be freely set as in the embodiment. Further, side etching is not generated in the first
本変形例の半導体装置の製造方法は、エクステンション拡散層を形成する際に第4の絶縁膜が形成されているため、ショートチャネル効果を低減することができる。 In the manufacturing method of the semiconductor device of this modification, the short channel effect can be reduced because the fourth insulating film is formed when the extension diffusion layer is formed.
また、シリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜とゲート絶縁膜との間にシリコン酸化膜からなる第4の絶縁膜が形成されている。シリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜とゲート絶縁膜とが直接接すると、ゲート絶縁膜と第1の絶縁膜との界面近傍に界面準位が形成されホットキャリア及びNBTI(Negative bias temperature instability)等の信頼性を低下させる問題が発生するおそれがある。本変形例においては、シリコン酸化膜からなるオフセットスペーサが、シリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜とゲート絶縁膜との間に形成されているため、このような問題は発生しない。 Further, a fourth insulating film made of a silicon oxide film is formed between the first insulating film made of the silicon nitride film and the gate insulating film. When the first insulating film made of a silicon nitride film and the gate insulating film are in direct contact, an interface state is formed in the vicinity of the interface between the gate insulating film and the first insulating film, and hot carriers and NBTI (Negative bias temperature instability) There is a possibility that a problem of lowering reliability may occur. In this modification, the offset spacer made of the silicon oxide film is formed between the first insulating film made of the silicon nitride film and the gate insulating film, so that such a problem does not occur.
一実施形態及びその変形例において、第1のトランジスタが低耐圧用トランジスタであり、第2のトランジスタが高耐圧用トランジスタである例を示した。例示したゲート電極のサイズ及びサイドウォールの幅等は、第1のトランジスタの動作電圧が1.8Vであり、第2のトランジスタの動作電圧が5Vである場合に好適である。但し、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタの動作電圧はこれに限らない。第1のトランジスタ及び第2のトランジスタの動作電圧は、第2のトランジスタの方が第1のトランジスタよりも高ければ、それぞれ任意に設定してかまわない。例えば、第1のトランジスタの動作電圧を1.1V~2V程度の範囲とし、第2のトランジスタの動作電圧を3.3V~7V程度の範囲としてもよい。また、動作電圧が異なる3種類以上のトランジスタを形成する場合にも、一実施形態及びその変形例において示した製造方法を適用することができる。 In one embodiment and its modification, an example in which the first transistor is a low breakdown voltage transistor and the second transistor is a high breakdown voltage transistor is shown. The size of the gate electrode, the width of the sidewall, and the like exemplified are suitable when the operating voltage of the first transistor is 1.8V and the operating voltage of the second transistor is 5V. However, the operating voltages of the first transistor and the second transistor are not limited to this. The operating voltages of the first transistor and the second transistor may be arbitrarily set as long as the second transistor is higher than the first transistor. For example, the operating voltage of the first transistor may be in the range of about 1.1V to 2V, and the operating voltage of the second transistor may be in the range of about 3.3V to 7V. In addition, even when three or more types of transistors having different operating voltages are formed, the manufacturing method shown in the embodiment and its modification can be applied.
一実施形態及びその変形例において、第1のトランジスタのゲート長を180nmとし、第2のトランジスタのゲート長を600nmとした。しかし、第2のトランジスタのゲート長が第1のトランジスタのゲート長よりも長ければ、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタのゲート長は任意に設定してかまわない。例えば、第1のトランジスタのゲート長は30nm~180nm程度の範囲とし、第2のトランジスタのゲート長は200nm~700nm程度の範囲としてもよい。 In one embodiment and its modification, the gate length of the first transistor was 180 nm, and the gate length of the second transistor was 600 nm. However, if the gate length of the second transistor is longer than the gate length of the first transistor, the gate lengths of the first transistor and the second transistor may be arbitrarily set. For example, the gate length of the first transistor may be in the range of about 30 nm to 180 nm, and the gate length of the second transistor may be in the range of about 200 nm to 700 nm.
一実施形態及びその変形例において、N型MISTトランジスタを形成する例を示したが、P型MISトランジスタを形成する場合にも、一実施形態及びその変形例において示した製造方法を適用することができる。また、半導体基板上にN型MISトランジスタとP型MISトランジスタとを混在させて形成してもよい。この場合、サイドウォール幅が互いに異なるN型MISトランジスタとP型MISトランジスタを形成してもよい。 Although an example in which an N-type MIS transistor is formed is shown in one embodiment and its modification, the manufacturing method shown in one embodiment and its modification can also be applied when forming a P-type MIS transistor. it can. Further, an N-type MIS transistor and a P-type MIS transistor may be mixed on the semiconductor substrate. In this case, an N-type MIS transistor and a P-type MIS transistor having different sidewall widths may be formed.
一実施形態及びその変形例において、第1のゲート絶縁膜及び第2のゲート絶縁膜はシリコン酸化膜としたが、他の絶縁膜を用いてもよい。また、第1のゲート電極及び第2のゲート電極をポリシリコンゲート電極としたが、他の材料からなるゲート電極としてもよい。 In one embodiment and its modification, the first gate insulating film and the second gate insulating film are silicon oxide films, but other insulating films may be used. Further, although the first gate electrode and the second gate electrode are polysilicon gate electrodes, they may be gate electrodes made of other materials.
一実施形態及びその変形例において、第1の絶縁膜をシリコン窒化膜とし、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜をシリコン酸化膜としたが、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜とが互いに異なる材料からなり、第2の絶縁膜と第3の絶縁膜とが同一の材料からなる構成であれば、他の材料を用いてもよい。 In one embodiment and the modification thereof, the first insulating film is a silicon nitride film, and the second insulating film and the third insulating film are silicon oxide films. However, the first insulating film and the second insulating film are used. Other materials may be used as long as the second insulating film and the third insulating film are made of the same material.
第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜を除去して外側サイドウォールを形成する工程において、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜とのエッチング選択比を5程度に設定する例を示したが、エッチング選択比はこの値に限らない。エッチング選択比は大きい方が好ましいが、エッチング選択比と第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜の膜厚とに応じて第1の絶縁膜が残存するように第1の絶縁膜の膜厚を設定すれば、エッチング選択比が2程度であっても問題ない。例えば、第2の絶縁膜の厚さを20nm及び第3の絶縁膜の厚さが50nmであり、オーバーエッチ量が20%である場合、エッチング量は84nmとなる。このため、低耐圧領域においては、第1の絶縁膜の換算エッチング量は64nmとなる。従って、エッチング選択比が2の場合には、第1の絶縁膜の膜厚は35nm程度あれば十分である。 In the step of forming the outer sidewall by removing the second insulating film and the third insulating film, the etching selectivity between the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film is set to about 5. Although an example of setting is shown, the etching selectivity is not limited to this value. Although it is preferable that the etching selection ratio is large, the film thickness of the first insulating film is such that the first insulating film remains in accordance with the etching selection ratio and the film thicknesses of the second insulating film and the third insulating film. Is set, there is no problem even if the etching selectivity is about 2. For example, when the thickness of the second insulating film is 20 nm, the thickness of the third insulating film is 50 nm, and the overetch amount is 20%, the etching amount is 84 nm. For this reason, in the low withstand voltage region, the converted etching amount of the first insulating film is 64 nm. Therefore, when the etching selectivity is 2, it is sufficient that the thickness of the first insulating film is about 35 nm.
本開示の半導体装置の製造方法は、素子分離領域のエッチングを生じさせることなく、基板上にサイドウォール幅が異なる複数のトランジスタを精度良く形成でき、特にサイドウォールの幅が異なる複数のトランジスタを有する半導体装置の製造方法等として有用である。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure can accurately form a plurality of transistors having different sidewall widths on a substrate without causing etching of an element isolation region, and particularly includes a plurality of transistors having different sidewall widths. This is useful as a method for manufacturing a semiconductor device.
101 基板
102 素子分離領域
103 第1の領域
104 第2の領域
107 シリサイド層
131 第1のPウェル
133 第1のゲート絶縁膜
134 第1のゲート電極
135 第1のN型エクステンション拡散層
136 第1の外側サイドウォール
137 第1の内側サイドウォール
138 第1のサイドウォール
139 第1のN型ソースドレイン拡散層
141 第2のPウェル
143 第2のゲート絶縁膜
144 第2のゲート電極
145 第2のN型エクステンション拡散層
146 第2の外側サイドウォール
147 第2の内側サイドウォール
148 第2のサイドウォール
149 第2のN型ソースドレイン拡散層
151 第1の絶縁膜
152 第2の絶縁膜
153 第3の絶縁膜
161 第4の絶縁膜
162 オフセットスペーサ
171 レジスト膜
172 レジスト膜
173 レジスト膜
174 レジスト膜
175 レジスト膜
176 レジスト膜
177 レジスト膜
178 レジスト膜
502 素子分離領域
503 第1の領域
504 第2の領域
511 酸化膜
536 サイドウォール
547 サイドウォール
101
Claims (12)
前記第1の領域において前記基板の上に第1のゲート絶縁膜を介在させて第1のゲート電極を形成し、前記第2の領域において前記基板の上に第2のゲート絶縁膜を介在させて第2のゲート電極を形成する工程(b)と、
前記第1のゲート電極及び第2のゲート電極を覆うように、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜を順次形成する工程(c)と、
前記工程(c)よりも後に、前記第2の絶縁膜における前記第1の領域の上に形成された部分を除去する工程(d)と、
前記工程(d)よりも後に、前記基板の上に第3の絶縁膜を形成する工程(e)と、
前記工程(e)よりも後に、前記第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜をエッチバックすることにより、前記第1のゲート電極の側面上に前記第3の絶縁膜からなる第1の外側サイドウォールを形成し、前記第2のゲート電極の側面上に前記第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜からなる第2の外側サイドウォールを形成する工程(f)と、
前記工程(f)よりも後に、前記第1の絶縁膜における前記第1の外側サイドウォール及び第2の外側サイドウォールに覆われていない部分を除去することにより、前記第1のゲート電極の側面上に第1の内側サイドウォールを形成し、前記第2のゲート電極の側面上に第2の内側サイドウォールを形成する工程(g)とを備え、
前記第2のゲート電極は、前記第1のゲート電極よりもゲート長が長く、
前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とは、互いに異なる材料からなり、
前記第2の絶縁膜と前記第3の絶縁膜とは、同一の材料からなる半導体装置の製造方法。 Forming a first region and a second region separated from each other by an element isolation region on the substrate;
A first gate insulating film is formed on the substrate in the first region to form a first gate electrode, and a second gate insulating film is formed on the substrate in the second region. Forming a second gate electrode (b),
A step (c) of sequentially forming a first insulating film and a second insulating film so as to cover the first gate electrode and the second gate electrode;
A step (d) of removing a portion of the second insulating film formed on the first region after the step (c);
A step (e) of forming a third insulating film on the substrate after the step (d);
After the step (e), by etching back the second insulating film and the third insulating film, the first outer side made of the third insulating film on the side surface of the first gate electrode. Forming a sidewall, and forming a second outer sidewall made of the second insulating film and the third insulating film on a side surface of the second gate electrode;
After the step (f), by removing a portion of the first insulating film that is not covered with the first outer sidewall and the second outer sidewall, the side surface of the first gate electrode is removed. Forming a first inner sidewall on the second gate electrode, and forming a second inner sidewall on the side surface of the second gate electrode;
The second gate electrode has a longer gate length than the first gate electrode,
The first insulating film and the second insulating film are made of different materials,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second insulating film and the third insulating film are made of the same material.
前記第2の領域は、第2のトランジスタの形成領域であり、
前記第1のトランジスタは、電源電圧が1.1V以上且つ2.0V以下であり、
前記第2のトランジスタは、電源電圧が3.3V以上且つ7.0V以下である請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The first region is a formation region of a first transistor;
The second region is a formation region of a second transistor,
The first transistor has a power supply voltage of 1.1 V or more and 2.0 V or less,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second transistor has a power supply voltage of 3.3 V or more and 7.0 V or less.
前記第2のゲート電極は、ゲート長が200nm以上且つ700nm以下である請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The first gate electrode has a gate length of 30 nm or more and 180 nm or less,
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate electrode has a gate length of not less than 200 nm and not more than 700 nm.
前記第1の絶縁膜における前記第1のゲート電極の上に形成された部分が露出するまで前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜を除去する工程(f1)と、
前記工程(f1)よりも後に、前記第1の絶縁膜における前記第2のゲート電極の上に形成された部分が露出するまで、前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜における前記第2の領域の上に形成された部分を除去する工程(f2)とを含む請求項1~6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The step (f)
Removing the second insulating film and the third insulating film until a portion of the first insulating film formed on the first gate electrode is exposed (f1);
After the step (f1), the first insulating film in the second insulating film and the third insulating film is exposed until a portion of the first insulating film formed on the second gate electrode is exposed. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step (f2) of removing a portion formed on the second region.
前記工程(g)において、前記第1の絶縁膜の露出部分を除去した後、前記第4の絶縁膜の露出部分を除去する請求項1~7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 A step (h) of forming a fourth insulating film on the substrate after the step (b) and before the step (c);
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step (g), after the exposed portion of the first insulating film is removed, the exposed portion of the fourth insulating film is removed. Method.
前記基板の上に第4の絶縁膜を形成する工程(h)と、
前記第4の絶縁膜を選択的に除去することにより前記第1のゲート電極及び第2のゲート電極の側面上にオフセットスペーサを形成する工程(i)とをさらに備えている請求項1~7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 After step (b) and before step (c),
Forming a fourth insulating film on the substrate (h);
The method further comprises the step (i) of forming offset spacers on side surfaces of the first gate electrode and the second gate electrode by selectively removing the fourth insulating film. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above.
前記第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜はシリコン酸化膜である請求項1~10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The first insulating film is a silicon nitride film;
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film and the third insulating film are silicon oxide films.
前記第1のトランジスタは、
前記基板の上に第1のゲート絶縁膜を介在させて形成された第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極の側面上に形成された第1の内側サイドウォールと、
前記第1の内側サイドウォールの上に形成された第1の外側サイドウォールとを有し、
前記第2のトランジスタは、
前記基板の上に第2のゲート絶縁膜を介在させて形成された第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極の側面上に形成された第2の内側サイドウォールと、
前記第2の内側サイドウォールの上に形成された第2の外側サイドウォールとを有し、
前記第1の内側サイドウォール及び第2の内側サイドウォールと前記第1の外側サイドウォール及び第2の外側サイドウォールとは、互いに異なる材料からなり、
前記第1の外側サイドウォールは、単層膜からなり、
前記第2の外側サイドウォールは、積層膜からなる半導体装置。 A first transistor formed in a first region of the substrate and a second transistor formed in a second region;
The first transistor includes:
A first gate electrode formed on the substrate with a first gate insulating film interposed;
A first inner sidewall formed on a side surface of the first gate electrode;
A first outer sidewall formed on the first inner sidewall;
The second transistor is
A second gate electrode formed on the substrate with a second gate insulating film interposed therebetween;
A second inner sidewall formed on a side surface of the second gate electrode;
A second outer sidewall formed on the second inner sidewall,
The first inner side wall and the second inner side wall and the first outer side wall and the second outer side wall are made of different materials,
The first outer sidewall is a single layer film,
The second outer sidewall is a semiconductor device made of a laminated film.
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NENP | Non-entry into the national phase |
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