性能が向上されたCMOS素子及びその製造方法
【課題】 性能が向上されたCMOS素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明のCMOS素子は、第1の幅領域と、該第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第1の導電型MOSトランジスタ、および、第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタを備える。そして、CMOS素子の製造方法もまた提供される。これにより、電子と正孔の移動度の均衡が得られてCMOS素子の性能を向上することができる。
【解決手段】 本発明のCMOS素子は、第1の幅領域と、該第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第1の導電型MOSトランジスタ、および、第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタを備える。そして、CMOS素子の製造方法もまた提供される。これにより、電子と正孔の移動度の均衡が得られてCMOS素子の性能を向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体素子及びその製造方法に係り、より詳しくは、性能が向上されたCMOS素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
CMOS素子は、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを共に含む。NMOSトランジスタの主キャリヤは電子であり、PMOSトランジスタの主キャリヤは電子と正孔である。従って、CMOS素子の全体的な性能を実質的に向上させるためには、互いに相反する特性を持つ電子と正孔とを主キャリヤとして使用するPMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能を均衡に保たなければならない。
【0003】
一般に、シリコンなどの半導体基板内における電子の移動度は、正孔の移動度より2〜2.5倍程度速いことが知られている。従って、従来のCMOS素子の場合には、PMOSトランジスタのチャネル幅のサイズをNMOSトランジスタのチャネル幅のサイズより2〜2.5倍程度広く形成していた。
【0004】
それにも関わらず、CMOS素子では電子と正孔が外部から加えられる所定のストレスに対して互いに同一に反応せず、むしろ相反するように反応するので、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能不均衡が発生する。従って、安定的にセッティングされた従来のCMOS製造方法をそのまま適用しながらも、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能不均衡を解消するための個別的な工程を必要とせずに、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能均衡を得ることによって、向上された性能を有するCMOS素子の開発が要求されている。
【特許文献1】米国特許第5763926明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の技術的課題は、性能が向上されたCMOS素子を提供するところにある。
【0006】
本発明の他の技術的課題は、性能が向上されたCMOS素子の製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前述した技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によるCMOS素子は、第1の幅領域と、該第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第1の導電型MOSトランジスタ、および、第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタ、を備える。
【0008】
前述した技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態によるCMOS素子は、第1の幅を有する第1のアクティブ領域と、第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、第1の幅より広い幅を有し、第1のアクティブ領域とオーバーラップされるコンタクト補助パターンと、を含む第1の導電型MOSトランジスタ、および、第1の幅より広い第2の幅を有する第2のアクティブ領域と、第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタ、を備える。
【0009】
前述した他の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によるCMOS素子の製造方法によれば、第1の幅領域と、第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、を形成した後、第1及び第2のアクティブ領域にそれぞれ第1の導電型MOSトランジスタ及び第2の導電型MOSトランジスタを形成する。
【0010】
前述した他の技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態によるCMOS素子の製造方法によれば、第1の幅の第1のアクティブ領域と第1の幅より広い第2の幅を有する第2のアクティブ領域とを形成した後、第1及び第2のアクティブ領域上にそれぞれ第1及び第2のゲートを形成する。次いで第1の幅より広い幅を有し、第1のゲートによって露出された第1のアクティブ領域とオーバーラップされるコンタクト補助パターンを形成する。
【0011】
その他の実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に記載されている。
【発明の効果】
【0012】
本発明の実施形態によるCMOS素子は、浅いトレンチ素子分離領域によって、電子又は正孔の移動度のうちいずれか一つについてのみ有利に作用するストレスに対して選択的に対応して電子又は正孔移動度の不均衡を解消させることができるアクティブ領域を有する。従って、電子と正孔の移動度の均衡が得られて、CMOS素子の性能が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現されるものであり、本実施形態は、本発明の開示が完全となり、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて決められなければならない。従って、実施形態では、よく知られた工程段階、よく知られた素子構造及びよく知られた技術は、本発明が曖昧に解析されることを避けるために具体的に説明しない。なお、明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を示すものとする。さらには、「第1の導電型」と「第2の導電型」という用語は、N型又はP型のように互いに反対の導電型を示し、ここに説明されて例示される各実施形態はそれの相補的な実施形態も含む。
【0014】
NMOSトランジスタとPMOSトランジスタのチャネル領域は、アクティブ領域上に蒸着されるゲート絶縁膜とゲート膜質とから起因するストレス、ソース/ドレーン領域を構成する半導体物質の種類に応じるストレス、及び/又は、浅いトレンチ素子分離領域(以下、STIという。)に起因するストレスなどを受ける。さらに、STI(Shallow Trench Isolation)に起因するストレスは、電子の移動度を劣化させる圧縮ストレス(compressive stress)、或いは正孔の移動度を劣化させる引張ストレス(tensile stress)のいずれかである。以下、本発明の実施形態では、電子又は正孔の移動度のうちのいずれか一つについてのみ有利に作用するSTIに起因するストレスを例示して、ストレスに選択的に対応することができるアクティブ領域を有することによって電子と正孔の移動度の均衡が得られるようにした、性能が向上されたCMOS素子について開示する。しかしながら、STIに起因するストレス以外にもこれと類似したストレスに対して選択的に柔軟に対応するために、本発明の実施形態によるCMOS素子の構造を利用することができることは勿論である。本発明の好適な実施形態は、図1〜図21Cを参照することによって、最もよく理解されることができるものである。
【0015】
本発明の実施形態によるCMOS素子は、ディジタル信号処理及び/又はデータ貯蔵のため広く使用される素子である。例えば、CMOS素子はロジック回路、高周波作動バイポーラトランジスタと共に実現されるBiCMOS回路、完全CMOS型SRAMセル回路などを実現することに広く適用される。CMOS素子が適用される例示的な回路が図1A〜図1Gに示されている。図1Aはインバータを、図1BはNANDゲートを、図1C及び図1Dはプルアップ、プルダウン回路を、図1Eはバッファを、図1F及び図1Gは出力ドライバー回路をそれぞれ示す。当業者であれば、図1A〜図1Gの回路以外の多様な回路に本発明のCMOS素子が適用できることが分かる。例えば、図1A〜図1GのようにNMOS素子とPMOS素子のゲートに同一信号が印加されるCMOS素子を狭義のCMOS素子と言うこともできるし、個別的なゲートによって駆動され、同一基板上に形成された個別的なNMOS素子とPMOS素子とを備える素子を広義のCMOS素子と言うこともでき、広義のCMOS素子にも後述する本発明の実施形態がそのまま適用できることは勿論である。
【0016】
以下では、図1Aのインバータを例にして、本発明に従う例示的なCMOS素子の実施形態を説明する。
【0017】
第1〜第3の実施形態は、STIが電子の移動度を低下させる圧縮ストレス(compressive stress)をチャネル領域に加える場合のCMOS素子に関する。図2に示されたように、STI3を充填する圧縮ストレス性物質又はSTI3の側壁に形成された圧縮ストレス性ライナー(図示せず)によって、STI3の形成後にアニール工程を経れば、STI3を構成する圧縮ストレス性物質又はライナーが矢印4の方向に膨張する。その結果、STI3によって規定されるアクティブ領域を構成する基板1も同様に圧縮ストレス5を受ける。したがって、チャネル領域9を構成する基板1の格子構造が縮小する。その結果、電子の移動は難しくなり、正孔の移動は良好になる。
【0018】
従って、第1〜第3の実施形態では、NMOSトランジスタのアクティブ領域の幅よりPMOSトランジスタアクティブ領域の全部又は一部の幅が狭くなるように設定して、STIをPMOSチャネル領域には近づけ、反対にSTIをNMOSチャネル領域からは遠くなるようにする。したがって、圧縮ストレスがPMOSチャネル領域に及ぶ影響とNMOSチャネル領域に及ぶ影響を異なるようにして電子と正孔移動度の均衡を得ることによって、全体的には性能が向上されたCMOS素子を実現する。
【0019】
図3は、本発明の第1の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図4Aと図4Bは、それぞれ図3のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0020】
図3〜図4Bを参照すれば、基板100内に形成されたSTI110によってNMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域139が規定されている。
【0021】
STI110は、基板100内に所定の深さに形成されたトレンチ領域112を埋め込む絶縁性物質114を含む。絶縁性物質114としては、基板100に圧縮性ストレスをx軸方向、例えばチャネル方向に加えることができる物質を用いることができる。例えば、TEOS−03系PECVD酸化物(TEOS−03 based PECVD oxide)、SiH4系PECVD酸化物(SiH4 based PECVD oxide)又は高密度プラズマ酸化物(High Density Plasma oxide)などを用いることができる。又は、図5に示されたように、窒化物のモル(mole)比が0.05以下であるSiONもまた圧縮性ストレスを加える物質を用いることができる。
【0022】
再び、図3〜図4Bを参照すれば、PMOSアクティブ領域130は、第1の幅WAP1領域130aと、コンタクト190の形成領域になる第2の幅WAP2領域130bとからなる少なくとも一つの多幅(multiwidth)アクティブ領域対を含む。NMOSアクティブ領域120は、第1の幅WAP1より広い第3の幅WANを有する。第2の幅WAP2と第3の幅WANは実質的に同一であってもよい。
【0023】
ゲート150は、ゲート絶縁膜140上に形成され、図3に示されたように、NMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域130上に共用に配列されて、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタに同一信号を印加することができる。また、図6に示されたように、NMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域130にゲートパターン150a,150bがそれぞれ独立的に配列され、別途のゲートコンタクト195を通じて一つのゲート配線197に連結して、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタに同一信号を印加することもできる。
【0024】
PMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130内に形成された拡張(extension)ソース/ドレーン領域155と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130内に形成された深い(deep)ソース/ドレーン領域160とからなるソース/ドレーン領域170を含む。
【0025】
NMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された拡張ソース/ドレーン領域157と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された深いソース/ドレーン領域162とからなるソース/ドレーン領域172を含む。
【0026】
ソース/ドレーンコンタクト190は、層間絶縁膜180内に形成される。
【0027】
x軸方向、例えばチャネル方向に圧縮性ストレスを加える、PMOSチャネル177の場合、STI110と近い反面、NMOSチャネル179の場合、STI110と遠いので、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能を全て向上させることができる。
【0028】
さらには、PMOSチャネル177に及ぶ圧縮性ストレスが正孔の移動度を顕著に向上させて電子と正孔の移動度の差異を相殺させることができる程度であれば、図7に示されたように、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタのチャネル幅を決定するNMOSアクティブ領域120の長さLANとPMOSアクティブ領域130の長さLAPとを同一にしてCMOS素子の面積を効果的に縮小させることもできる。
【0029】
図8は、本発明の第2の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図9Aと図9Bはそれぞれ図8のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0030】
図8〜図9Bを参照すれば、基板100内に形成されたSTI110によってNMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域130’が規定されている。STI110は、第1の実施形態で説明したような圧縮ストレス性物質から構成される。
【0031】
PMOSアクティブ領域の幅WAPが、PMOSアクティブ領域130’の全長手方向にかけてNMOSアクティブ領域120の幅WANより狭い。従って、PMOSアクティブ領域の幅WAPは、PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190を形成するためには不十分である。従って、PMOSアクティブ領域130’上に形成され、隣接するSTI110上に延びて形成されたコンタクト補助パターン200をさらに含む。コンタクト補助パターン200は、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンを用いることができる。図面には、コンタクト補助パターン200がPMOSアクティブ領域130’上にのみ形成されたものを示したが、NMOSアクティブ領域120上にも形成することができる。
【0032】
PMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130’内に形成された拡張ソース/ドレーン領域155と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてコンタクト補助パターン200とPMOSアクティブ領域130’内に形成された隆起した(elevated)深いソース/ドレーン領域160からなるソース/ドレーン領域170を含む。場合によっては、深いソース/ドレーン領域160は、コンタクト補助パターン200の形成前にPMOSアクティブ領域130’内にのみ形成されることもできる。
【0033】
NMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された拡張ソース/ドレーン領域157と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された深いソース/ドレーン領域162とからなるソース/ドレーン領域172を含む。
【0034】
ゲート150の上面には、コンタクト補助パターン200の形成時にゲート150の上面を保護するためのキャッピング絶縁膜152をさらに含むことができる。
【0035】
PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190は、コンタクト補助パターン200上の層間絶縁膜180内に形成されており、コンタクト補助パターン200を通じてソース/ドレーン領域170と接続されている。
【0036】
NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190は、NMOSアクティブ領域120上の層間絶縁膜180内に形成されており、ソース/ドレーン領域172と接続されている。
【0037】
図10は、本発明の第3の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図11Aと図11Bは、それぞれ図10のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0038】
図10〜図11Bを参照すれば、基板100内に形成されたSTI110によってNMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域130’’が規定されている。STI110は、第1の実施形態で説明したような圧縮性物質から構成される。
【0039】
第2の実施形態と同様に、PMOSアクティブ領域130’’の幅WAPが、アクティブ領域130’’の全長手方向にかけてNMOSアクティブ領域120の幅WANより狭い。従って、PMOSアクティブ領域の幅WAPは、PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190を形成するためには不十分である。従って、PMOSアクティブ領域130’’上に形成され、隣接するSTI110上に延びて形成されたコンタクト補助パターン300をさらに含む。コンタクト補助パターン300は、局部配線300を用いることができる。また、コンタクト補助パターン300は、第1の層間絶縁膜180a内に形成されたダマシン局部配線を用いることができる。ダマシン局部配線は、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金(Al−alloy)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)及びモリブデン(Mo)からなる群から選択された少なくともいずれか一つから構成されることができる。低抵抗の観点で、銅ダマシン局部配線が効果的である。図面には、コンタクト補助パターン300がPMOSアクティブ領域130’’上にのみ形成されたものを示したが、NMOSアクティブ領域120上にも形成することができる。
【0040】
従って、PMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130’’内に形成された拡張ソース/ドレーン領域155と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130’’内に形成され、コンタクト補助パターン300と接続する深いソース/ドレーン領域160からなるソース/ドレーン領域170を含む。
【0041】
NMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された拡張ソース/ドレーン領域157と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された深いソース/ドレーン領域162からなるソース/ドレーン領域172を含む。
【0042】
ゲート150の上面には、バッファポリパターン又は局部配線300の形成時にゲート150の上面を保護するためのキャッピング絶縁膜152をさらに含むことができる。
【0043】
PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190は、局部配線300上の第2の層間絶縁膜180b内に形成されており、コンタクト補助パターン300を通じてソース/ドレーン領域170と接続されている。
【0044】
NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190は、NMOSアクティブ領域120上の第1及び第2の層間絶縁膜180a,180b内に形成されており、ソース/ドレーン領域172と接続されている。
【0045】
以下で説明する第4〜第6の実施形態は、STIが電子の移動度の向上を可能にする引張性ストレス(tensile stress)をチャネル領域に加える場合のCMOS素子に関するものである。
【0046】
図12に示されたように、引張ストレスを加える物質でSTI3を形成するか、或いはSTI3の形成後に、アニール工程を経れば、STI3を充填する引張ストレス物質が矢印14の方向に収縮される。その結果、STI3によって規定されるアクティブ領域を構成する基板1もまた引張ストレス15を受ける。従って、チャネル領域9を構成する基板1の格子構造が離れた状態になる。その結果、正孔の移動は難しくなり、電子の移動は良好になる。
【0047】
従って、第4〜第6の実施形態では、PMOSトランジスタのアクティブ領域の幅よりNMOSトランジスタアクティブ領域の幅が狭くなるようにしてSTIがNMOSチャネル領域には近くなるようにし、反対にSTIがPMOSチャネル領域からは遠くなるようにする。従って、引張ストレスがNMOSチャネル領域に及ぶ影響とPMOSチャネル領域に及ぶ影響を異なるようにして電子と正孔移動度の均衡を得ることによって、全体的には性能が向上されたCMOS素子を実現する。第4〜第6の実施形態は、STIを構成する物質を変更することによって、第1〜第3の実施形態のNMOSとPMOSとを互いに置換した構造で具現される。
【0048】
図13は、本発明の第4の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図14Aと図14Bは、それぞれ図13のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0049】
図13〜図14Bを参照すれば、基板400内に形成されたSTI410によってNMOSアクティブ領域420とPMOSアクティブ領域430が規定されている。
【0050】
STI410は、基板400内に所定の深さに形成されたトレンチ412の側壁に沿って形成されたライナー413と、トレンチ412とを埋め込む絶縁性物質414を含む。絶縁性物質414としては、基板400に引張ストレスをx軸方向、例えばチャネル方向に加えることができる物質を用いることができる。例えば、TEOS−03系CVD酸化物(TEOS−03 based CVD oxide)を用いることができる。又は図5に示されたように、窒化物のモル比が0.05以上であるSiONもまた引張ストレスを加える物質を用いることもできる。
【0051】
再び、図13〜図14Bを参照すれば、NMOSアクティブ領域420は、第1の幅WAN1領域420aと、コンタクト490の形成領域になる第2の幅WAN2領域420bとからなる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対を含む。PMOSアクティブ領域430は、第1の幅WAN1より広い第3の幅WAPを有する。第2の幅WAN2と第3の幅WAPは実質的に同一であってもよい。
【0052】
ゲート450は、ゲート絶縁膜440を介在してNMOSアクティブ領域420とPMOSアクティブ領域430上に共用に配列されてCMOS素子を構成するか、或いは図6を参照して説明したように、NMOSアクティブ領域420とPMOSアクティブ領域430にゲートパターンがそれぞれ独立的に配列され、別途のゲートコンタクトを通じて一つのゲート配線に連結されることもできる。
【0053】
PMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された拡張ソース/ドレーン領域455と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された深いソース/ドレーン領域460からなるソース/ドレーン領域470を含む。
【0054】
NMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420内に形成された拡張ソース/ドレーン領域457と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420内に形成された深いソース/ドレーン領域462からなるソース/ドレーン領域472を含む。
【0055】
ソース/ドレーンコンタクト490は、層間絶縁膜480内に形成される。
【0056】
x軸方向、例えばチャネル方向に引張ストレスを加える、NMOSチャネル794の場合、STI410と近い反面、PMOSチャネル477の場合、STI410と遠いので、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能を全て向上させることができる。
【0057】
図15は、本発明の第5の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図16Aと図16Bは、それぞれ図15のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0058】
図15〜図16Bを参照すれば、基板400内に形成されたSTI410によってNMOSアクティブ領域420’とPMOSアクティブ領域430が規定されている。STI410は、第4の実施形態で説明したような引張ストレス性物質から構成される。
【0059】
第5の実施形態は、第4の実施形態とは違って、NMOSアクティブ領域の幅WANがNMOSアクティブ領域420’の全長手方向にかけてPMOSアクティブ領域430の幅WAPより狭い。従って、NMOSアクティブ領域の幅WANは、NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490が形成されるためには不十分である。従って、NMOSアクティブ領域420’上に形成され、隣接するSTI410上に延びて形成されたコンタクト補助パターン500をさらに含む。コンタクト補助パターン500としては、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンを用いることができる。図面には、コンタクト補助パターン500がNMOSアクティブ領域420’上にのみ形成されたものを示したが、PMOSアクティブ領域430上にも形成することができる。
【0060】
PMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された拡張ソース/ドレーン領域457と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された深いソース/ドレーン領域460からなるソース/ドレーン領域470を含む。
【0061】
NMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420’内に形成された拡張ソース/ドレーン領域457と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてコンタクト補助パターン500とNMOSアクティブ領域420’内に形成された隆起した(elevated)深いソース/ドレーン領域462からなるソース/ドレーン領域472を含む。場合によっては、深いソース/ドレーン領域462はコンタクト補助パターン500の形成前にNMOSアクティブ領域420’内にのみ形成されることもできる。
【0062】
ゲート450の上面には、コンタクト補助パターン500の形成時にゲート450の上面を保護するためのキャッピング絶縁膜452をさらに含むことができる。
【0063】
PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490は、PMOSアクティブ領域430上の層間絶縁膜480内に形成されており、ソース/ドレーン領域470と接続されている。
【0064】
NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490は、コンタクト補助パターン500上の層間絶縁膜480内に形成されており、コンタクト補助パターン500を通じてソース/ドレーン領域472と接続されている。
【0065】
図17は、本発明の第6の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図18Aと図18Bは、それぞれ図17のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0066】
図17〜図18Bを参照すれば、基板400内に形成されたSTI410によって、NMOSアクティブ領域420’’とPMOSアクティブ領域430が規定されている。STI410は、第4の実施形態で説明したような引張ストレス性物質から構成される。
【0067】
第5の実施形態と同様に、NMOSアクティブ領域420’’の幅WANがアクティブ領域420’’の全長手方向にかけてPMOSアクティブ領域430の幅WAPより狭い。従って、NMOSアクティブ領域の幅WANは、NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490が形成されるためには不十分である。従って、NMOSアクティブ領域420’’上に形成され、隣接したSTI410上に延びて形成されたコンタクト補助パターン600をさらに含む。コンタクト補助パターン600としては、第1の層間絶縁膜480a内に形成された局部配線を用いることができる。図面には、コンタクト補助パターン600がNMOSアクティブ領域420’’上にのみ形成されたものを示したが、PMOSアクティブ領域430上にも形成することができる。
【0068】
従って、NMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420’’内に形成された拡張ソース/ドレーン領域457と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420’’内に形成され、コンタクト補助パターン600と接続する深いソース/ドレーン領域462からなるソース/ドレーン領域472を含む。
【0069】
PMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された拡張ソース/ドレーン領域455と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された深いソース/ドレーン領域460からなるソース/ドレーン領域470を含む。
【0070】
ゲート450の上面には、コンタクト補助パターン600の形成時にゲート150の上面を保護するためのキャッピング絶縁膜152をさらに含むことができる。
【0071】
NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490は、コンタクト補助パターン600上の第2の層間絶縁膜480b内に形成されており、コンタクト補助パターン600を通じてソース/ドレーン領域472と接続されている。
【0072】
PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490は、PMOSアクティブ領域430上の第1及び第2の層間絶縁膜480a,480b内に形成されており、ソース/ドレーン領域470と接続されている。
【0073】
以下では、本発明に従うCMOS素子を製造する方法を説明する。CMOS素子の製造のためによく知られた工程段階、よく知られた素子構造及びよく知られた技術は、本発明が曖昧に解析されることを避けるために具体的に説明しない。各図面で図面符号は、第1〜第3の実施形態(第4〜第6の実施形態)で示すものと同一である。
【0074】
図19A〜図19Dは、本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【0075】
先ず、図19Aを参照すれば、半導体基板100(400)上にSTIが形成される領域を露出させるマスクパターン104を形成する。マスクパターン104としては、熱酸化膜パターン101と窒化膜パターン102の積層構造を用いることができる。後続工程でSTIに充填される物質が圧縮ストレス性物質である場合には、第1〜第3の実施形態のレイアウト(図3、図7、図8、図10)を使用し、引張ストレス性物質である場合には第4〜第6の実施形態のレイアウト(図13、図15、図17)を使用してマスクパターン104を形成する。マスクパターン104をエッチングマスクとして使用して基板100(400)を異方性乾式エッチングして活性領域を規定するトレンチ112(412)を形成する。トレンチ112(412)は、埋め込み時にボイドが形成されない縦横比(aspect ratio)に形成することが好ましい。
【0076】
図19Bを参照すれば、トレンチ112(412)の内壁に沿ってライナー113を形成してトレンチ112(412)の内壁を保護する。ライナー113としては、熱酸化膜単独又は熱酸化膜と窒化膜の積層膜を用いることができる。次いで、トレンチ112(412)の内部に絶縁物質114(414)を埋め込む。圧縮ストレス性物質を埋め込もうとする場合には、TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するPECVD法を用いてTEOS−03系PECVD酸化物を形成するか、或いはSiH4と酸素を反応ガスとして使用するPECVD法を用いてSiH4系PECVD酸化物を形成するか、或いはSiH4と酸素とを反応ガスとして使用し、不活性ガス(例えば、Arガス)をスパッタリングガスとして使用する高密度プラズマ(HDP)法を用いて高密度プラズマ酸化物を形成することができる。又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用するLPCVD法を用いて窒化物のモル比が0.05以下であるSiON膜(図5参考)を形成することもできる。
【0077】
反対に、引張ストレス性物質を埋め込もうとする場合には、TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するCVD法を用いてTEOS−03系CVD酸化物を形成するか、或いは前述したLPCVD法を使用して窒化物のモル比が0.05以上であるSiON膜(図5参考)を形成することもできる。
【0078】
図19Cを参照すれば、絶縁物質114(414)の上部表面をマスクパターン104の上部表面と実質的に同一なレベルに平坦化する。例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)又はエッチバック(etch back)を使用して平坦化することができる。
【0079】
図19Dを参照すれば、マスクパターン104を除去して第1〜第6の実施形態によるNMOSアクティブ領域120(420,420’,420’’)とPMOSアクティブ領域130,130’,130’’(430)を規定するSTI110(410)を形成する。マスクパターン104の窒化膜パターン102は、燐酸ストリップを適用して除去し、熱酸化膜パターン103はHFやBOE(Buffered Oxide Etchant)を用いて除去する。
【0080】
以後、CMOS素子を構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを形成する工程は、当業者によって他の具体的な形態で多様に進行されることができ、下記で説明する工程は一例に過ぎない。したがって、PMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタの形成工程は図面を参照せず説明する。
【0081】
STI110(410)の形成前又は後に選択的にウェル形成を進行することができる。次いで、酸化膜、熱的成長されたシリコン二酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、シルク、ポリイミド、高誘電率物質などの絶縁膜を形成する。高誘電率物質としてはAl2O3、Ta2O5、HfO2、ZrO2、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート又はこれらの組合膜などが使用されることができる。続けて、絶縁膜上にポリシリコン(poly−Si)、Si−Ge、Ge又はこれらの積層膜からなる導電膜を形成した後、導電膜及び絶縁膜をパターニングしてゲート150(450)及びゲート絶縁膜140(440)を形成する。選択的にNMOSゲートとPMOSゲート150(450)にそれぞれN型及びP型不純物を注入することができる。また、ゲート150(450)のシリサイド化を進行することもできる。そして、ゲート150(450)の上面にはキャッピング絶縁膜152(452)をさらに形成することもできる。
【0082】
次いで、ゲート150(450)をマスクとしてイオン注入を実施して拡張ソース/ドレーン領域155(455),157(457)を形成する。NMOSアクティブ領域120(420,420’,420’’)には、N型不純物、例えばAsを注入することができ、PMOSアクティブ領域130,130’,130’’(430)にはP型不純物、例えばBが注入されることができる。
【0083】
また、選択的にチャネルの長さが短くなることによるパンチスルー(punch−through)の現象を防止するために拡張ソース/ドレーン領域形成用不純物と反対のタイプの不純物を注入するハローイオン注入を実施することができる。NMOSアクティブ領域120(420,420’,420’’)には、P型不純物、例えばBを注入することができ、PMOSアクティブ領域130,130’,130’’(430)には、N型不純物、例えばAsが注入されることができる。
【0084】
次いで、ゲート側壁スペーサ150s(450s)を形成する。続けて、ゲート150(450)及びスペーサ150s(450s)をマスクとしてイオン注入を実施して深いソース/ドレーン領域160(460),162(462)を形成する。NMOSアクティブ領域120(420,420’,420’’)には、N型不純物、例えばAsを注入することができ、PMOSアクティブ領域130,130’,130’’(430)には、P型不純物、例えばBが注入されることができる。この際、不純物の濃度及びイオン注入エネルギーは、拡張ソース/ドレーン領域155(455),157(457)の形成のためのイオン注入時の不純物の濃度及びイオン注入エネルギーより大きいようにする。
【0085】
次いで、ソース/ドレーン領域170(470),172(472)及び/又はゲート150(450)のシリサイド化工程を進行することができる。
【0086】
シリサイド化工程が完了された基板の全面に層間絶縁膜180(480)を形成した後、パターニング工程を通じてソース/ドレーンコンタクト190(490)の形成工程を進行する。
【0087】
第1及び第4の実施形態の場合には、前述したNMOS及びPMOSトランジスタの製造方法によって進行すればCMOS素子を完成することができる。
【0088】
第2及び第5の実施形態の場合には、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンからなるコンタクト補助パターン200(500)の形成のために次の工程をさらに必要とする。
【0089】
図20Aに示されたように、拡張ソース/ドレーン領域155(455),157(457)が形成されている基板100(400)の全面に非選択的エピタキシー工程を実施してエピタキシャル層を形成するか、或いはCVD工程によってバッファポリ層を形成してコンタクト補助パターン層199(499)を形成する。非選択的エピタキシー工程を実施するためにゲート150(450)の上面にはキャッピング絶縁膜152(452)が形成されていることが好ましい。非選択的エピタキシー工程はSiH2Cl2又はSiH4を前駆体(precursor)として使用するRPCVD(Reduced Pressure Chemical Vapor Deposition)法又はSi2H6を前駆体として使用するUHV−CVD(Ultra High Vacuum Chemical Vapor Deposition)法によって進行することができる。
【0090】
続けて、図20Bに示されたように、コンタクト補助パターン層199(499)をパターニングしてコンタクト補助パターン200(500)を形成する。第2の実施形態の場合には、PMOSアクティブ領域130’と隣接するSTI110の領域の一部にのみコンタクト補助パターン200が残るようにパターニングし、第4の実施形態の場合には、NMOSアクティブ領域420’と隣接するSTI410の領域の一部にのみコンタクト補助パターン500が残るようにパターニングする。図面には示さないが、工程によって第2の実施形態の場合には、NMOSアクティブ領域120上にもコンタクト補助パターン200を形成することができ、第4の実施形態の場合には、PMOSアクティブ領域430上にもコンタクト補助パターン500を形成することができる。
【0091】
次いで、図20Cに示されたように、ゲート150(450)及びスペーサ150s(450s)をマスクとしてイオン注入を実施してコンタクト補助パターン200(500)とアクティブ領域130’(420’)内に深いソース/ドレーン領域160(462)を形成する。この際、コンタクト補助パターン200(500)は、深いソース/ドレーン領域160(462)をできるだけ浅く形成させるように機能をする。
【0092】
勿論場合によっては、コンタクト補助パターン200(500)の形成前に深いソース/ドレーン領域160(462)を形成し、コンタクト補助パターン200(500)を形成した後、コンタクト補助パターン200(500)にイオンを注入して導電性を帯びさせることもできる。
【0093】
以後、層間絶縁膜180(480)を形成した後、コンタクト補助パターン200(500)と接続するコンタクト190(490)を形成する。
【0094】
第3及び第6の実施形態の場合には、局部配線からなるコンタクト補助パターン300(600)の形成のために次の工程を必要とする。
【0095】
図21Aに示されたように、拡張ソース/ドレーン領域155(455),157(457)及び深いソース/ドレーン領域160(462)が形成されている基板100(400)の全面に第1の層間絶縁膜140aを形成する。後続工程で実施されるCMP工程の終了点を得るために第1の層間絶縁膜180aの上部にCMPストッパー層をさらに形成することもできる。次いで、第1の層間絶縁膜180aをパターニングして局部配線が形成される配線領域182を形成する。配線領域182は、第3の実施形態の場合には、PMOSアクティブ領域130’’と隣接するSTI110の領域を露出させる領域であることができ、第6の実施形態の場合には、NMOSアクティブ領域420’’と隣接するSTI410の領域を露出させる領域でありうる。図面には示さないが、工程によっては、第3の実施形態の場合には、NMOSアクティブ領域120を露出させる配線領域182も形成することができ、第6の実施形態の場合にはPMOSアクティブ領域430を露出させる配線領域182も形成することもできる。
【0096】
続けて、図21Bを参照すれば、配線領域182を充填する導電膜を形成した後、平坦化してコンタクト補助パターンである局部配線300(600)を形成する。導電膜は、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金(Al−alloy)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)及びモリブデン(Mo)からなる群から選択された少なくともいずれか一つから構成されることができる。そして、導電膜を形成する方法は、導電物質をスパッタリング(Sputtering)法にて膜を形成し、リフロー(reflow)する方法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成する方法、電気鍍金法(Electroplating)により形成する方法のうちから選択されたいずれか一つの方法を用いることができる。電気鍍金法を用いる場合には、電解時に電流を流すためにシード層(seed layer)を形成する必要がある。前述した単一導電膜の形成前に拡散防止膜を形成することができる。拡散防止膜の材料としては、Ta,TaN,TiN,WN,TaC,WC,TiSiN,TaSiNのうちから選択された少なくとも一つを使用することができ、形成方法としては、PVD(Physical Vapor Deposition)、CVD、ALD(Atomic Layer Deposition)のうちから選択されたいずれか一つの方法を使用することができる。
【0097】
次いで、図21Cに示されたように、第2の層間絶縁膜180bを形成した後、局部配線からなるコンタクト補助パターン300(600)と接続するコンタクト190(490)を形成する。
【0098】
以上、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施されうることを理解することができる。したがって、上述した好適な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0099】
本発明は、CMOS素子が適用される半導体素子及びその製造方法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1A】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1B】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1C】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1D】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1E】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1F】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1G】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図2】浅いトレンチ素子分離領域に起因する圧縮ストレスを示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図4A】図3のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図4B】図3のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図5】SiONで窒化物のモル比によるストレスを示すグラフである。
【図6】本発明の第1の実施形態によるCMOS素子の変形例を示すレイアウト図である。
【図7】本発明の第1の実施形態によるCMOS素子の他の変形例を示すレイアウト図である。
【図8】本発明の第2の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図9A】図8のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図9B】図8のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図10】本発明の第3の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図11A】図10のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図11B】図10のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図12】STIに起因する引張ストレスを示す断面図である。
【図13】本発明の第4の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図14A】図13のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図14B】図13のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図15】本発明の第5の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図16A】図15のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図16B】図15のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図17】本発明の第6の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図18A】図17のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図18B】図17のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図19A】本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【図19B】本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【図19C】本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【図19D】本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【図20A】本発明の第2及び第5の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンであるエピタキシャルパターン又はバッファポリパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図20B】本発明の第2及び第5の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンであるエピタキシャルパターン又はバッファポリパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図20C】本発明の第2及び第5の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンであるエピタキシャルパターン又はバッファポリパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図21A】本発明の第3及び第6の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンである局部配線形成方法を説明するための断面図である。
【図21B】本発明の第3及び第6の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンである局部配線形成方法を説明するための断面図である。
【図21C】本発明の第3及び第6の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンである局部配線形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【0101】
100 基板
110 STI
112 トレンチ領域
114 絶縁性物質
120 NMOSアクティブ領域
130 PMOSアクティブ領域
130a 第1の幅領域
130b 第2の幅領域
140 ゲート絶縁膜
150 ゲート
150a,150b ゲートパターン
150s ゲート側壁スペーサ
155,157,160,162,170,172 ソース/ドレーン領域
177 PMOSチャネル
179 NMOSチャネル
180 層間絶縁膜
187 ゲート配線
190 コンタクト
195 ゲートコンタクト
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体素子及びその製造方法に係り、より詳しくは、性能が向上されたCMOS素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
CMOS素子は、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを共に含む。NMOSトランジスタの主キャリヤは電子であり、PMOSトランジスタの主キャリヤは電子と正孔である。従って、CMOS素子の全体的な性能を実質的に向上させるためには、互いに相反する特性を持つ電子と正孔とを主キャリヤとして使用するPMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能を均衡に保たなければならない。
【0003】
一般に、シリコンなどの半導体基板内における電子の移動度は、正孔の移動度より2〜2.5倍程度速いことが知られている。従って、従来のCMOS素子の場合には、PMOSトランジスタのチャネル幅のサイズをNMOSトランジスタのチャネル幅のサイズより2〜2.5倍程度広く形成していた。
【0004】
それにも関わらず、CMOS素子では電子と正孔が外部から加えられる所定のストレスに対して互いに同一に反応せず、むしろ相反するように反応するので、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能不均衡が発生する。従って、安定的にセッティングされた従来のCMOS製造方法をそのまま適用しながらも、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能不均衡を解消するための個別的な工程を必要とせずに、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能均衡を得ることによって、向上された性能を有するCMOS素子の開発が要求されている。
【特許文献1】米国特許第5763926明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の技術的課題は、性能が向上されたCMOS素子を提供するところにある。
【0006】
本発明の他の技術的課題は、性能が向上されたCMOS素子の製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前述した技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によるCMOS素子は、第1の幅領域と、該第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第1の導電型MOSトランジスタ、および、第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタ、を備える。
【0008】
前述した技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態によるCMOS素子は、第1の幅を有する第1のアクティブ領域と、第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、第1の幅より広い幅を有し、第1のアクティブ領域とオーバーラップされるコンタクト補助パターンと、を含む第1の導電型MOSトランジスタ、および、第1の幅より広い第2の幅を有する第2のアクティブ領域と、第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタ、を備える。
【0009】
前述した他の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によるCMOS素子の製造方法によれば、第1の幅領域と、第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、を形成した後、第1及び第2のアクティブ領域にそれぞれ第1の導電型MOSトランジスタ及び第2の導電型MOSトランジスタを形成する。
【0010】
前述した他の技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態によるCMOS素子の製造方法によれば、第1の幅の第1のアクティブ領域と第1の幅より広い第2の幅を有する第2のアクティブ領域とを形成した後、第1及び第2のアクティブ領域上にそれぞれ第1及び第2のゲートを形成する。次いで第1の幅より広い幅を有し、第1のゲートによって露出された第1のアクティブ領域とオーバーラップされるコンタクト補助パターンを形成する。
【0011】
その他の実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に記載されている。
【発明の効果】
【0012】
本発明の実施形態によるCMOS素子は、浅いトレンチ素子分離領域によって、電子又は正孔の移動度のうちいずれか一つについてのみ有利に作用するストレスに対して選択的に対応して電子又は正孔移動度の不均衡を解消させることができるアクティブ領域を有する。従って、電子と正孔の移動度の均衡が得られて、CMOS素子の性能が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現されるものであり、本実施形態は、本発明の開示が完全となり、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて決められなければならない。従って、実施形態では、よく知られた工程段階、よく知られた素子構造及びよく知られた技術は、本発明が曖昧に解析されることを避けるために具体的に説明しない。なお、明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を示すものとする。さらには、「第1の導電型」と「第2の導電型」という用語は、N型又はP型のように互いに反対の導電型を示し、ここに説明されて例示される各実施形態はそれの相補的な実施形態も含む。
【0014】
NMOSトランジスタとPMOSトランジスタのチャネル領域は、アクティブ領域上に蒸着されるゲート絶縁膜とゲート膜質とから起因するストレス、ソース/ドレーン領域を構成する半導体物質の種類に応じるストレス、及び/又は、浅いトレンチ素子分離領域(以下、STIという。)に起因するストレスなどを受ける。さらに、STI(Shallow Trench Isolation)に起因するストレスは、電子の移動度を劣化させる圧縮ストレス(compressive stress)、或いは正孔の移動度を劣化させる引張ストレス(tensile stress)のいずれかである。以下、本発明の実施形態では、電子又は正孔の移動度のうちのいずれか一つについてのみ有利に作用するSTIに起因するストレスを例示して、ストレスに選択的に対応することができるアクティブ領域を有することによって電子と正孔の移動度の均衡が得られるようにした、性能が向上されたCMOS素子について開示する。しかしながら、STIに起因するストレス以外にもこれと類似したストレスに対して選択的に柔軟に対応するために、本発明の実施形態によるCMOS素子の構造を利用することができることは勿論である。本発明の好適な実施形態は、図1〜図21Cを参照することによって、最もよく理解されることができるものである。
【0015】
本発明の実施形態によるCMOS素子は、ディジタル信号処理及び/又はデータ貯蔵のため広く使用される素子である。例えば、CMOS素子はロジック回路、高周波作動バイポーラトランジスタと共に実現されるBiCMOS回路、完全CMOS型SRAMセル回路などを実現することに広く適用される。CMOS素子が適用される例示的な回路が図1A〜図1Gに示されている。図1Aはインバータを、図1BはNANDゲートを、図1C及び図1Dはプルアップ、プルダウン回路を、図1Eはバッファを、図1F及び図1Gは出力ドライバー回路をそれぞれ示す。当業者であれば、図1A〜図1Gの回路以外の多様な回路に本発明のCMOS素子が適用できることが分かる。例えば、図1A〜図1GのようにNMOS素子とPMOS素子のゲートに同一信号が印加されるCMOS素子を狭義のCMOS素子と言うこともできるし、個別的なゲートによって駆動され、同一基板上に形成された個別的なNMOS素子とPMOS素子とを備える素子を広義のCMOS素子と言うこともでき、広義のCMOS素子にも後述する本発明の実施形態がそのまま適用できることは勿論である。
【0016】
以下では、図1Aのインバータを例にして、本発明に従う例示的なCMOS素子の実施形態を説明する。
【0017】
第1〜第3の実施形態は、STIが電子の移動度を低下させる圧縮ストレス(compressive stress)をチャネル領域に加える場合のCMOS素子に関する。図2に示されたように、STI3を充填する圧縮ストレス性物質又はSTI3の側壁に形成された圧縮ストレス性ライナー(図示せず)によって、STI3の形成後にアニール工程を経れば、STI3を構成する圧縮ストレス性物質又はライナーが矢印4の方向に膨張する。その結果、STI3によって規定されるアクティブ領域を構成する基板1も同様に圧縮ストレス5を受ける。したがって、チャネル領域9を構成する基板1の格子構造が縮小する。その結果、電子の移動は難しくなり、正孔の移動は良好になる。
【0018】
従って、第1〜第3の実施形態では、NMOSトランジスタのアクティブ領域の幅よりPMOSトランジスタアクティブ領域の全部又は一部の幅が狭くなるように設定して、STIをPMOSチャネル領域には近づけ、反対にSTIをNMOSチャネル領域からは遠くなるようにする。したがって、圧縮ストレスがPMOSチャネル領域に及ぶ影響とNMOSチャネル領域に及ぶ影響を異なるようにして電子と正孔移動度の均衡を得ることによって、全体的には性能が向上されたCMOS素子を実現する。
【0019】
図3は、本発明の第1の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図4Aと図4Bは、それぞれ図3のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0020】
図3〜図4Bを参照すれば、基板100内に形成されたSTI110によってNMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域139が規定されている。
【0021】
STI110は、基板100内に所定の深さに形成されたトレンチ領域112を埋め込む絶縁性物質114を含む。絶縁性物質114としては、基板100に圧縮性ストレスをx軸方向、例えばチャネル方向に加えることができる物質を用いることができる。例えば、TEOS−03系PECVD酸化物(TEOS−03 based PECVD oxide)、SiH4系PECVD酸化物(SiH4 based PECVD oxide)又は高密度プラズマ酸化物(High Density Plasma oxide)などを用いることができる。又は、図5に示されたように、窒化物のモル(mole)比が0.05以下であるSiONもまた圧縮性ストレスを加える物質を用いることができる。
【0022】
再び、図3〜図4Bを参照すれば、PMOSアクティブ領域130は、第1の幅WAP1領域130aと、コンタクト190の形成領域になる第2の幅WAP2領域130bとからなる少なくとも一つの多幅(multiwidth)アクティブ領域対を含む。NMOSアクティブ領域120は、第1の幅WAP1より広い第3の幅WANを有する。第2の幅WAP2と第3の幅WANは実質的に同一であってもよい。
【0023】
ゲート150は、ゲート絶縁膜140上に形成され、図3に示されたように、NMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域130上に共用に配列されて、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタに同一信号を印加することができる。また、図6に示されたように、NMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域130にゲートパターン150a,150bがそれぞれ独立的に配列され、別途のゲートコンタクト195を通じて一つのゲート配線197に連結して、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタに同一信号を印加することもできる。
【0024】
PMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130内に形成された拡張(extension)ソース/ドレーン領域155と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130内に形成された深い(deep)ソース/ドレーン領域160とからなるソース/ドレーン領域170を含む。
【0025】
NMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された拡張ソース/ドレーン領域157と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された深いソース/ドレーン領域162とからなるソース/ドレーン領域172を含む。
【0026】
ソース/ドレーンコンタクト190は、層間絶縁膜180内に形成される。
【0027】
x軸方向、例えばチャネル方向に圧縮性ストレスを加える、PMOSチャネル177の場合、STI110と近い反面、NMOSチャネル179の場合、STI110と遠いので、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能を全て向上させることができる。
【0028】
さらには、PMOSチャネル177に及ぶ圧縮性ストレスが正孔の移動度を顕著に向上させて電子と正孔の移動度の差異を相殺させることができる程度であれば、図7に示されたように、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタのチャネル幅を決定するNMOSアクティブ領域120の長さLANとPMOSアクティブ領域130の長さLAPとを同一にしてCMOS素子の面積を効果的に縮小させることもできる。
【0029】
図8は、本発明の第2の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図9Aと図9Bはそれぞれ図8のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0030】
図8〜図9Bを参照すれば、基板100内に形成されたSTI110によってNMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域130’が規定されている。STI110は、第1の実施形態で説明したような圧縮ストレス性物質から構成される。
【0031】
PMOSアクティブ領域の幅WAPが、PMOSアクティブ領域130’の全長手方向にかけてNMOSアクティブ領域120の幅WANより狭い。従って、PMOSアクティブ領域の幅WAPは、PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190を形成するためには不十分である。従って、PMOSアクティブ領域130’上に形成され、隣接するSTI110上に延びて形成されたコンタクト補助パターン200をさらに含む。コンタクト補助パターン200は、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンを用いることができる。図面には、コンタクト補助パターン200がPMOSアクティブ領域130’上にのみ形成されたものを示したが、NMOSアクティブ領域120上にも形成することができる。
【0032】
PMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130’内に形成された拡張ソース/ドレーン領域155と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてコンタクト補助パターン200とPMOSアクティブ領域130’内に形成された隆起した(elevated)深いソース/ドレーン領域160からなるソース/ドレーン領域170を含む。場合によっては、深いソース/ドレーン領域160は、コンタクト補助パターン200の形成前にPMOSアクティブ領域130’内にのみ形成されることもできる。
【0033】
NMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された拡張ソース/ドレーン領域157と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された深いソース/ドレーン領域162とからなるソース/ドレーン領域172を含む。
【0034】
ゲート150の上面には、コンタクト補助パターン200の形成時にゲート150の上面を保護するためのキャッピング絶縁膜152をさらに含むことができる。
【0035】
PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190は、コンタクト補助パターン200上の層間絶縁膜180内に形成されており、コンタクト補助パターン200を通じてソース/ドレーン領域170と接続されている。
【0036】
NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190は、NMOSアクティブ領域120上の層間絶縁膜180内に形成されており、ソース/ドレーン領域172と接続されている。
【0037】
図10は、本発明の第3の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図11Aと図11Bは、それぞれ図10のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0038】
図10〜図11Bを参照すれば、基板100内に形成されたSTI110によってNMOSアクティブ領域120とPMOSアクティブ領域130’’が規定されている。STI110は、第1の実施形態で説明したような圧縮性物質から構成される。
【0039】
第2の実施形態と同様に、PMOSアクティブ領域130’’の幅WAPが、アクティブ領域130’’の全長手方向にかけてNMOSアクティブ領域120の幅WANより狭い。従って、PMOSアクティブ領域の幅WAPは、PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190を形成するためには不十分である。従って、PMOSアクティブ領域130’’上に形成され、隣接するSTI110上に延びて形成されたコンタクト補助パターン300をさらに含む。コンタクト補助パターン300は、局部配線300を用いることができる。また、コンタクト補助パターン300は、第1の層間絶縁膜180a内に形成されたダマシン局部配線を用いることができる。ダマシン局部配線は、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金(Al−alloy)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)及びモリブデン(Mo)からなる群から選択された少なくともいずれか一つから構成されることができる。低抵抗の観点で、銅ダマシン局部配線が効果的である。図面には、コンタクト補助パターン300がPMOSアクティブ領域130’’上にのみ形成されたものを示したが、NMOSアクティブ領域120上にも形成することができる。
【0040】
従って、PMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130’’内に形成された拡張ソース/ドレーン領域155と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域130’’内に形成され、コンタクト補助パターン300と接続する深いソース/ドレーン領域160からなるソース/ドレーン領域170を含む。
【0041】
NMOSトランジスタは、ゲート150と、ゲート150の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された拡張ソース/ドレーン領域157と、ゲート150とゲート側壁スペーサ150sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域120内に形成された深いソース/ドレーン領域162からなるソース/ドレーン領域172を含む。
【0042】
ゲート150の上面には、バッファポリパターン又は局部配線300の形成時にゲート150の上面を保護するためのキャッピング絶縁膜152をさらに含むことができる。
【0043】
PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190は、局部配線300上の第2の層間絶縁膜180b内に形成されており、コンタクト補助パターン300を通じてソース/ドレーン領域170と接続されている。
【0044】
NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト190は、NMOSアクティブ領域120上の第1及び第2の層間絶縁膜180a,180b内に形成されており、ソース/ドレーン領域172と接続されている。
【0045】
以下で説明する第4〜第6の実施形態は、STIが電子の移動度の向上を可能にする引張性ストレス(tensile stress)をチャネル領域に加える場合のCMOS素子に関するものである。
【0046】
図12に示されたように、引張ストレスを加える物質でSTI3を形成するか、或いはSTI3の形成後に、アニール工程を経れば、STI3を充填する引張ストレス物質が矢印14の方向に収縮される。その結果、STI3によって規定されるアクティブ領域を構成する基板1もまた引張ストレス15を受ける。従って、チャネル領域9を構成する基板1の格子構造が離れた状態になる。その結果、正孔の移動は難しくなり、電子の移動は良好になる。
【0047】
従って、第4〜第6の実施形態では、PMOSトランジスタのアクティブ領域の幅よりNMOSトランジスタアクティブ領域の幅が狭くなるようにしてSTIがNMOSチャネル領域には近くなるようにし、反対にSTIがPMOSチャネル領域からは遠くなるようにする。従って、引張ストレスがNMOSチャネル領域に及ぶ影響とPMOSチャネル領域に及ぶ影響を異なるようにして電子と正孔移動度の均衡を得ることによって、全体的には性能が向上されたCMOS素子を実現する。第4〜第6の実施形態は、STIを構成する物質を変更することによって、第1〜第3の実施形態のNMOSとPMOSとを互いに置換した構造で具現される。
【0048】
図13は、本発明の第4の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図14Aと図14Bは、それぞれ図13のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0049】
図13〜図14Bを参照すれば、基板400内に形成されたSTI410によってNMOSアクティブ領域420とPMOSアクティブ領域430が規定されている。
【0050】
STI410は、基板400内に所定の深さに形成されたトレンチ412の側壁に沿って形成されたライナー413と、トレンチ412とを埋め込む絶縁性物質414を含む。絶縁性物質414としては、基板400に引張ストレスをx軸方向、例えばチャネル方向に加えることができる物質を用いることができる。例えば、TEOS−03系CVD酸化物(TEOS−03 based CVD oxide)を用いることができる。又は図5に示されたように、窒化物のモル比が0.05以上であるSiONもまた引張ストレスを加える物質を用いることもできる。
【0051】
再び、図13〜図14Bを参照すれば、NMOSアクティブ領域420は、第1の幅WAN1領域420aと、コンタクト490の形成領域になる第2の幅WAN2領域420bとからなる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対を含む。PMOSアクティブ領域430は、第1の幅WAN1より広い第3の幅WAPを有する。第2の幅WAN2と第3の幅WAPは実質的に同一であってもよい。
【0052】
ゲート450は、ゲート絶縁膜440を介在してNMOSアクティブ領域420とPMOSアクティブ領域430上に共用に配列されてCMOS素子を構成するか、或いは図6を参照して説明したように、NMOSアクティブ領域420とPMOSアクティブ領域430にゲートパターンがそれぞれ独立的に配列され、別途のゲートコンタクトを通じて一つのゲート配線に連結されることもできる。
【0053】
PMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された拡張ソース/ドレーン領域455と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された深いソース/ドレーン領域460からなるソース/ドレーン領域470を含む。
【0054】
NMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420内に形成された拡張ソース/ドレーン領域457と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420内に形成された深いソース/ドレーン領域462からなるソース/ドレーン領域472を含む。
【0055】
ソース/ドレーンコンタクト490は、層間絶縁膜480内に形成される。
【0056】
x軸方向、例えばチャネル方向に引張ストレスを加える、NMOSチャネル794の場合、STI410と近い反面、PMOSチャネル477の場合、STI410と遠いので、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの性能を全て向上させることができる。
【0057】
図15は、本発明の第5の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図16Aと図16Bは、それぞれ図15のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0058】
図15〜図16Bを参照すれば、基板400内に形成されたSTI410によってNMOSアクティブ領域420’とPMOSアクティブ領域430が規定されている。STI410は、第4の実施形態で説明したような引張ストレス性物質から構成される。
【0059】
第5の実施形態は、第4の実施形態とは違って、NMOSアクティブ領域の幅WANがNMOSアクティブ領域420’の全長手方向にかけてPMOSアクティブ領域430の幅WAPより狭い。従って、NMOSアクティブ領域の幅WANは、NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490が形成されるためには不十分である。従って、NMOSアクティブ領域420’上に形成され、隣接するSTI410上に延びて形成されたコンタクト補助パターン500をさらに含む。コンタクト補助パターン500としては、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンを用いることができる。図面には、コンタクト補助パターン500がNMOSアクティブ領域420’上にのみ形成されたものを示したが、PMOSアクティブ領域430上にも形成することができる。
【0060】
PMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された拡張ソース/ドレーン領域457と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された深いソース/ドレーン領域460からなるソース/ドレーン領域470を含む。
【0061】
NMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420’内に形成された拡張ソース/ドレーン領域457と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてコンタクト補助パターン500とNMOSアクティブ領域420’内に形成された隆起した(elevated)深いソース/ドレーン領域462からなるソース/ドレーン領域472を含む。場合によっては、深いソース/ドレーン領域462はコンタクト補助パターン500の形成前にNMOSアクティブ領域420’内にのみ形成されることもできる。
【0062】
ゲート450の上面には、コンタクト補助パターン500の形成時にゲート450の上面を保護するためのキャッピング絶縁膜452をさらに含むことができる。
【0063】
PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490は、PMOSアクティブ領域430上の層間絶縁膜480内に形成されており、ソース/ドレーン領域470と接続されている。
【0064】
NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490は、コンタクト補助パターン500上の層間絶縁膜480内に形成されており、コンタクト補助パターン500を通じてソース/ドレーン領域472と接続されている。
【0065】
図17は、本発明の第6の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図であり、図18Aと図18Bは、それぞれ図17のA−A’及びB−B’線に沿って切った断面図である。
【0066】
図17〜図18Bを参照すれば、基板400内に形成されたSTI410によって、NMOSアクティブ領域420’’とPMOSアクティブ領域430が規定されている。STI410は、第4の実施形態で説明したような引張ストレス性物質から構成される。
【0067】
第5の実施形態と同様に、NMOSアクティブ領域420’’の幅WANがアクティブ領域420’’の全長手方向にかけてPMOSアクティブ領域430の幅WAPより狭い。従って、NMOSアクティブ領域の幅WANは、NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490が形成されるためには不十分である。従って、NMOSアクティブ領域420’’上に形成され、隣接したSTI410上に延びて形成されたコンタクト補助パターン600をさらに含む。コンタクト補助パターン600としては、第1の層間絶縁膜480a内に形成された局部配線を用いることができる。図面には、コンタクト補助パターン600がNMOSアクティブ領域420’’上にのみ形成されたものを示したが、PMOSアクティブ領域430上にも形成することができる。
【0068】
従って、NMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420’’内に形成された拡張ソース/ドレーン領域457と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてNMOSアクティブ領域420’’内に形成され、コンタクト補助パターン600と接続する深いソース/ドレーン領域462からなるソース/ドレーン領域472を含む。
【0069】
PMOSトランジスタは、ゲート450と、ゲート450の幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された拡張ソース/ドレーン領域455と、ゲート450とゲート側壁スペーサ450sの幅と面一になるように配置されてPMOSアクティブ領域430内に形成された深いソース/ドレーン領域460からなるソース/ドレーン領域470を含む。
【0070】
ゲート450の上面には、コンタクト補助パターン600の形成時にゲート150の上面を保護するためのキャッピング絶縁膜152をさらに含むことができる。
【0071】
NMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490は、コンタクト補助パターン600上の第2の層間絶縁膜480b内に形成されており、コンタクト補助パターン600を通じてソース/ドレーン領域472と接続されている。
【0072】
PMOSトランジスタのソース/ドレーンコンタクト490は、PMOSアクティブ領域430上の第1及び第2の層間絶縁膜480a,480b内に形成されており、ソース/ドレーン領域470と接続されている。
【0073】
以下では、本発明に従うCMOS素子を製造する方法を説明する。CMOS素子の製造のためによく知られた工程段階、よく知られた素子構造及びよく知られた技術は、本発明が曖昧に解析されることを避けるために具体的に説明しない。各図面で図面符号は、第1〜第3の実施形態(第4〜第6の実施形態)で示すものと同一である。
【0074】
図19A〜図19Dは、本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【0075】
先ず、図19Aを参照すれば、半導体基板100(400)上にSTIが形成される領域を露出させるマスクパターン104を形成する。マスクパターン104としては、熱酸化膜パターン101と窒化膜パターン102の積層構造を用いることができる。後続工程でSTIに充填される物質が圧縮ストレス性物質である場合には、第1〜第3の実施形態のレイアウト(図3、図7、図8、図10)を使用し、引張ストレス性物質である場合には第4〜第6の実施形態のレイアウト(図13、図15、図17)を使用してマスクパターン104を形成する。マスクパターン104をエッチングマスクとして使用して基板100(400)を異方性乾式エッチングして活性領域を規定するトレンチ112(412)を形成する。トレンチ112(412)は、埋め込み時にボイドが形成されない縦横比(aspect ratio)に形成することが好ましい。
【0076】
図19Bを参照すれば、トレンチ112(412)の内壁に沿ってライナー113を形成してトレンチ112(412)の内壁を保護する。ライナー113としては、熱酸化膜単独又は熱酸化膜と窒化膜の積層膜を用いることができる。次いで、トレンチ112(412)の内部に絶縁物質114(414)を埋め込む。圧縮ストレス性物質を埋め込もうとする場合には、TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するPECVD法を用いてTEOS−03系PECVD酸化物を形成するか、或いはSiH4と酸素を反応ガスとして使用するPECVD法を用いてSiH4系PECVD酸化物を形成するか、或いはSiH4と酸素とを反応ガスとして使用し、不活性ガス(例えば、Arガス)をスパッタリングガスとして使用する高密度プラズマ(HDP)法を用いて高密度プラズマ酸化物を形成することができる。又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用するLPCVD法を用いて窒化物のモル比が0.05以下であるSiON膜(図5参考)を形成することもできる。
【0077】
反対に、引張ストレス性物質を埋め込もうとする場合には、TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するCVD法を用いてTEOS−03系CVD酸化物を形成するか、或いは前述したLPCVD法を使用して窒化物のモル比が0.05以上であるSiON膜(図5参考)を形成することもできる。
【0078】
図19Cを参照すれば、絶縁物質114(414)の上部表面をマスクパターン104の上部表面と実質的に同一なレベルに平坦化する。例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)又はエッチバック(etch back)を使用して平坦化することができる。
【0079】
図19Dを参照すれば、マスクパターン104を除去して第1〜第6の実施形態によるNMOSアクティブ領域120(420,420’,420’’)とPMOSアクティブ領域130,130’,130’’(430)を規定するSTI110(410)を形成する。マスクパターン104の窒化膜パターン102は、燐酸ストリップを適用して除去し、熱酸化膜パターン103はHFやBOE(Buffered Oxide Etchant)を用いて除去する。
【0080】
以後、CMOS素子を構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを形成する工程は、当業者によって他の具体的な形態で多様に進行されることができ、下記で説明する工程は一例に過ぎない。したがって、PMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタの形成工程は図面を参照せず説明する。
【0081】
STI110(410)の形成前又は後に選択的にウェル形成を進行することができる。次いで、酸化膜、熱的成長されたシリコン二酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、シルク、ポリイミド、高誘電率物質などの絶縁膜を形成する。高誘電率物質としてはAl2O3、Ta2O5、HfO2、ZrO2、ハフニウムシリケート、ジルコニウムシリケート又はこれらの組合膜などが使用されることができる。続けて、絶縁膜上にポリシリコン(poly−Si)、Si−Ge、Ge又はこれらの積層膜からなる導電膜を形成した後、導電膜及び絶縁膜をパターニングしてゲート150(450)及びゲート絶縁膜140(440)を形成する。選択的にNMOSゲートとPMOSゲート150(450)にそれぞれN型及びP型不純物を注入することができる。また、ゲート150(450)のシリサイド化を進行することもできる。そして、ゲート150(450)の上面にはキャッピング絶縁膜152(452)をさらに形成することもできる。
【0082】
次いで、ゲート150(450)をマスクとしてイオン注入を実施して拡張ソース/ドレーン領域155(455),157(457)を形成する。NMOSアクティブ領域120(420,420’,420’’)には、N型不純物、例えばAsを注入することができ、PMOSアクティブ領域130,130’,130’’(430)にはP型不純物、例えばBが注入されることができる。
【0083】
また、選択的にチャネルの長さが短くなることによるパンチスルー(punch−through)の現象を防止するために拡張ソース/ドレーン領域形成用不純物と反対のタイプの不純物を注入するハローイオン注入を実施することができる。NMOSアクティブ領域120(420,420’,420’’)には、P型不純物、例えばBを注入することができ、PMOSアクティブ領域130,130’,130’’(430)には、N型不純物、例えばAsが注入されることができる。
【0084】
次いで、ゲート側壁スペーサ150s(450s)を形成する。続けて、ゲート150(450)及びスペーサ150s(450s)をマスクとしてイオン注入を実施して深いソース/ドレーン領域160(460),162(462)を形成する。NMOSアクティブ領域120(420,420’,420’’)には、N型不純物、例えばAsを注入することができ、PMOSアクティブ領域130,130’,130’’(430)には、P型不純物、例えばBが注入されることができる。この際、不純物の濃度及びイオン注入エネルギーは、拡張ソース/ドレーン領域155(455),157(457)の形成のためのイオン注入時の不純物の濃度及びイオン注入エネルギーより大きいようにする。
【0085】
次いで、ソース/ドレーン領域170(470),172(472)及び/又はゲート150(450)のシリサイド化工程を進行することができる。
【0086】
シリサイド化工程が完了された基板の全面に層間絶縁膜180(480)を形成した後、パターニング工程を通じてソース/ドレーンコンタクト190(490)の形成工程を進行する。
【0087】
第1及び第4の実施形態の場合には、前述したNMOS及びPMOSトランジスタの製造方法によって進行すればCMOS素子を完成することができる。
【0088】
第2及び第5の実施形態の場合には、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンからなるコンタクト補助パターン200(500)の形成のために次の工程をさらに必要とする。
【0089】
図20Aに示されたように、拡張ソース/ドレーン領域155(455),157(457)が形成されている基板100(400)の全面に非選択的エピタキシー工程を実施してエピタキシャル層を形成するか、或いはCVD工程によってバッファポリ層を形成してコンタクト補助パターン層199(499)を形成する。非選択的エピタキシー工程を実施するためにゲート150(450)の上面にはキャッピング絶縁膜152(452)が形成されていることが好ましい。非選択的エピタキシー工程はSiH2Cl2又はSiH4を前駆体(precursor)として使用するRPCVD(Reduced Pressure Chemical Vapor Deposition)法又はSi2H6を前駆体として使用するUHV−CVD(Ultra High Vacuum Chemical Vapor Deposition)法によって進行することができる。
【0090】
続けて、図20Bに示されたように、コンタクト補助パターン層199(499)をパターニングしてコンタクト補助パターン200(500)を形成する。第2の実施形態の場合には、PMOSアクティブ領域130’と隣接するSTI110の領域の一部にのみコンタクト補助パターン200が残るようにパターニングし、第4の実施形態の場合には、NMOSアクティブ領域420’と隣接するSTI410の領域の一部にのみコンタクト補助パターン500が残るようにパターニングする。図面には示さないが、工程によって第2の実施形態の場合には、NMOSアクティブ領域120上にもコンタクト補助パターン200を形成することができ、第4の実施形態の場合には、PMOSアクティブ領域430上にもコンタクト補助パターン500を形成することができる。
【0091】
次いで、図20Cに示されたように、ゲート150(450)及びスペーサ150s(450s)をマスクとしてイオン注入を実施してコンタクト補助パターン200(500)とアクティブ領域130’(420’)内に深いソース/ドレーン領域160(462)を形成する。この際、コンタクト補助パターン200(500)は、深いソース/ドレーン領域160(462)をできるだけ浅く形成させるように機能をする。
【0092】
勿論場合によっては、コンタクト補助パターン200(500)の形成前に深いソース/ドレーン領域160(462)を形成し、コンタクト補助パターン200(500)を形成した後、コンタクト補助パターン200(500)にイオンを注入して導電性を帯びさせることもできる。
【0093】
以後、層間絶縁膜180(480)を形成した後、コンタクト補助パターン200(500)と接続するコンタクト190(490)を形成する。
【0094】
第3及び第6の実施形態の場合には、局部配線からなるコンタクト補助パターン300(600)の形成のために次の工程を必要とする。
【0095】
図21Aに示されたように、拡張ソース/ドレーン領域155(455),157(457)及び深いソース/ドレーン領域160(462)が形成されている基板100(400)の全面に第1の層間絶縁膜140aを形成する。後続工程で実施されるCMP工程の終了点を得るために第1の層間絶縁膜180aの上部にCMPストッパー層をさらに形成することもできる。次いで、第1の層間絶縁膜180aをパターニングして局部配線が形成される配線領域182を形成する。配線領域182は、第3の実施形態の場合には、PMOSアクティブ領域130’’と隣接するSTI110の領域を露出させる領域であることができ、第6の実施形態の場合には、NMOSアクティブ領域420’’と隣接するSTI410の領域を露出させる領域でありうる。図面には示さないが、工程によっては、第3の実施形態の場合には、NMOSアクティブ領域120を露出させる配線領域182も形成することができ、第6の実施形態の場合にはPMOSアクティブ領域430を露出させる配線領域182も形成することもできる。
【0096】
続けて、図21Bを参照すれば、配線領域182を充填する導電膜を形成した後、平坦化してコンタクト補助パターンである局部配線300(600)を形成する。導電膜は、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金(Al−alloy)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)及びモリブデン(Mo)からなる群から選択された少なくともいずれか一つから構成されることができる。そして、導電膜を形成する方法は、導電物質をスパッタリング(Sputtering)法にて膜を形成し、リフロー(reflow)する方法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成する方法、電気鍍金法(Electroplating)により形成する方法のうちから選択されたいずれか一つの方法を用いることができる。電気鍍金法を用いる場合には、電解時に電流を流すためにシード層(seed layer)を形成する必要がある。前述した単一導電膜の形成前に拡散防止膜を形成することができる。拡散防止膜の材料としては、Ta,TaN,TiN,WN,TaC,WC,TiSiN,TaSiNのうちから選択された少なくとも一つを使用することができ、形成方法としては、PVD(Physical Vapor Deposition)、CVD、ALD(Atomic Layer Deposition)のうちから選択されたいずれか一つの方法を使用することができる。
【0097】
次いで、図21Cに示されたように、第2の層間絶縁膜180bを形成した後、局部配線からなるコンタクト補助パターン300(600)と接続するコンタクト190(490)を形成する。
【0098】
以上、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施されうることを理解することができる。したがって、上述した好適な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0099】
本発明は、CMOS素子が適用される半導体素子及びその製造方法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1A】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1B】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1C】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1D】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1E】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1F】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図1G】本発明に従うCMOS素子が適用される例示的な回路である。
【図2】浅いトレンチ素子分離領域に起因する圧縮ストレスを示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図4A】図3のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図4B】図3のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図5】SiONで窒化物のモル比によるストレスを示すグラフである。
【図6】本発明の第1の実施形態によるCMOS素子の変形例を示すレイアウト図である。
【図7】本発明の第1の実施形態によるCMOS素子の他の変形例を示すレイアウト図である。
【図8】本発明の第2の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図9A】図8のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図9B】図8のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図10】本発明の第3の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図11A】図10のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図11B】図10のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図12】STIに起因する引張ストレスを示す断面図である。
【図13】本発明の第4の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図14A】図13のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図14B】図13のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図15】本発明の第5の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図16A】図15のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図16B】図15のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図17】本発明の第6の実施形態によるCMOS素子のレイアウト図である。
【図18A】図17のA−A’線に沿って切った断面図である。
【図18B】図17のB−B’線に沿って切った断面図である。
【図19A】本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【図19B】本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【図19C】本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【図19D】本発明の実施形態によるCMOS素子を構成するSTIを形成する方法を説明するための断面図である。
【図20A】本発明の第2及び第5の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンであるエピタキシャルパターン又はバッファポリパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図20B】本発明の第2及び第5の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンであるエピタキシャルパターン又はバッファポリパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図20C】本発明の第2及び第5の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンであるエピタキシャルパターン又はバッファポリパターン形成方法を説明するための断面図である。
【図21A】本発明の第3及び第6の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンである局部配線形成方法を説明するための断面図である。
【図21B】本発明の第3及び第6の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンである局部配線形成方法を説明するための断面図である。
【図21C】本発明の第3及び第6の実施形態によるCMOS素子を構成するコンタクト補助パターンである局部配線形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【0101】
100 基板
110 STI
112 トレンチ領域
114 絶縁性物質
120 NMOSアクティブ領域
130 PMOSアクティブ領域
130a 第1の幅領域
130b 第2の幅領域
140 ゲート絶縁膜
150 ゲート
150a,150b ゲートパターン
150s ゲート側壁スペーサ
155,157,160,162,170,172 ソース/ドレーン領域
177 PMOSチャネル
179 NMOSチャネル
180 層間絶縁膜
187 ゲート配線
190 コンタクト
195 ゲートコンタクト
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の幅領域と、該第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、
前記第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、
前記第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第1の導電型MOSトランジスタ;および
前記第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、
前記第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、
前記第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタ;
を備えることを特徴とするCMOS素子。
【請求項2】
前記第1の導電型はP型であり、前記第2の導電型はN型であるCMOS素子であり、
前記第1のアクティブ領域と前記第2のアクティブ領域は、基板内に形成されているとともに圧縮ストレス性絶縁物が埋め込まれたトレンチ素子分離領域によって規定されていることを特徴とする請求項1に記載のCMOS素子。
【請求項3】
前記圧縮ストレス型絶縁物は、TEOS−03系PECVD酸化物、SiH4系PECVD酸化物、高密度プラズマ酸化物、又は、窒化物のモル比が0.05以下であるシリコン酸窒化物であることを特徴とする請求項2に記載のCMOS素子。
【請求項4】
前記第1の導電型はN型であり、前記第2の導電型はP型であるCMOS素子であり、
前記第1のアクティブ領域と前記第2のアクティブ領域は、基板内に形成されているとともに引張ストレス性絶縁物が埋め込まれたトレンチ素子分離領域によって規定されていることを特徴とする請求項1に記載のCMOS素子。
【請求項5】
前記引張ストレス性絶縁物は、TEOS−03系CVD酸化物、又は、窒化物のモル比が0.05以上であるシリコン酸窒化物であることを特徴とする請求項4に記載のCMOS素子。
【請求項6】
前記第2の幅と前記第3の幅は、同一であることを特徴とする請求項1に記載のCMOS素子。
【請求項7】
前記第1のゲートと前記第2のゲートは、同一信号が印加されることを特徴とする請求項1に記載のCMOS素子。
【請求項8】
第1の幅を有する第1のアクティブ領域と、
前記第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、
前記第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、
前記第1の幅より広い幅を有し、前記第1のアクティブ領域とオーバーラップされるコンタクト補助パターンと、を含む第1の導電型MOSトランジスタ;および
前記第1の幅より広い第2の幅を有する第2のアクティブ領域と、
前記第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、
前記第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタ;
を備えることを特徴とするCMOS素子。
【請求項9】
前記コンタクト補助パターンは、エピタキシャルパターン、バッファポリパターン又は局部配線であることを特徴とする請求項8に記載のCMOS素子。
【請求項10】
前記第1の導電型はP型であり、前記第2の導電型はN型であるCMOS素子であり、
前記第1のアクティブ領域と前記第2のアクティブ領域は、基板内に形成されているとともに圧縮ストレス性絶縁物が埋め込まれたトレンチ素子分離領域によって規定されていることを特徴とする請求項8に記載のCMOS素子。
【請求項11】
前記圧縮ストレス性絶縁物は、TEOS−03系PECVD酸化物、SiH4系PECVD酸化物、高密度プラズマ酸化物、又は、窒化物のモル比が0.05以下であるシリコン酸窒化物であることを特徴とする請求項10に記載のCMOS素子。
【請求項12】
前記コンタクト補助パターンは、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンであり、
前記P型MOSトランジスタは、前記エピタキシャルパターン又は前記バッファポリパターン上に形成されるとともに前記エピタキシャルパターン又は前記バッファポリパターンを通じて前記P型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のCMOS素子。
【請求項13】
前記コンタクト補助パターンは、局部配線であり、
前記P型MOSトランジスタは、前記局部配線上に形成されるとともに前記局部配線を通じて前記P型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のCMOS素子。
【請求項14】
前記N型MOSトランジスタは、前記第2のアクティブ領域上に形成されるとともに前記N型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のCMOS素子。
【請求項15】
前記第1の導電型はN型であり、前記第2の導電型はP型であるCMOS素子であり、
前記第1のアクティブ領域と前記第2のアクティブ領域は、基板内に形成されているとともに引張ストレス性絶縁物が埋め込まれたトレンチ素子分離領域によって規定されていることを特徴とする請求項8に記載のCMOS素子。
【請求項16】
前記引張ストレス性絶縁物は、TEOS−03系CVD酸化物、又は、窒化物のモル比が0.05以上であるシリコン酸窒化物であることを特徴とする請求項15に記載のCMOS素子。
【請求項17】
前記コンタクト補助パターンは、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンであり、
前記N型MOSトランジスタは、前記エピタキシャルパターン又は前記バッファポリパターン上に形成されるとともに前記エピタキシャルパターン又は前記バッファポリパターンを通じて前記N型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のCMOS素子。
【請求項18】
前記コンタクト補助パターンは、局部配線であり、
前記N型MOSトランジスタは、前記局部配線上に形成されるとともに前記局部配線を通じて前記N型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のCMOS素子。
【請求項19】
前記P型MOSトランジスタは、前記第2のアクティブ領域上に形成されるとともに前記P型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のCMOS素子。
【請求項20】
前記第1のゲートと前記第2のゲートは、同一信号が印加されることを特徴とする請求項8に記載のCMOS素子。
【請求項21】
(a)第1の幅領域と、該第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、前記第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、を形成する段階;および
(b)前記第1及び第2のアクティブ領域にそれぞれ第1の導電型MOSトランジスタ及び第2の導電型MOSトランジスタを形成する段階;
を備えることを特徴とするCMOS素子の製造方法。
【請求項22】
前記第1の導電型はP型であり、前記第2の導電型はN型であるCMOS素子であり、
前記段階(a)は、
前記基板内に前記第1及び第2のアクティブ領域を規定するトレンチを形成する段階;および
前記トレンチに圧縮ストレス性物質を埋め込む段階;
を含むことを特徴とする請求項21に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項23】
前記圧縮ストレス性物質を埋め込む段階は、
TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するPECVD法、SiH4と酸素とを反応ガスとして使用するPECVD法、SiH4と酸素とを反応ガスとして使用し、不活性ガスをスパッタリングガスとして使用する高密度プラズマ法、又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用し、形成物質内の窒化物のモル比が0.05以下になるようにするLPCVD法によって進行することを特徴とする請求項22に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項24】
前記第1の導電型はN型であり、前記第2の導電型はP型であるCMOS素子であり、
前記段階(a)は、
前記基板内に前記第1及び第2のアクティブ領域を規定するトレンチを形成する段階;および
前記トレンチに引張ストレス性物質を埋め込む段階;
を含むこと
を特徴とする請求項21に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項25】
前記引張ストレス性物質を埋め込む段階は、
TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するCVD法、又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用し、形成物質内の窒化物のモル比が0.05以上になるようにするLPCVD法によって進行することを特徴とする請求項24に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項26】
(a)第1の幅を有する第1のアクティブ領域と前記第1の幅より広い第2の幅を有する第2のアクティブ領域とを形成する段階;
(b)前記第1及び第2のアクティブ領域上にそれぞれ第1及び第2のゲートを形成する段階;および
(c)前記第1の幅より広い幅を有し、前記第1のゲートによって露出された前記第1のアクティブ領域とオーバーラップされるコンタクト補助パターンを形成する段階;
を備えることを特徴とするCMOS素子の製造方法。
【請求項27】
前記段階(c)の前又は後に、前記第1及び第2のアクティブ領域にそれぞれ第1の導電型及び第2の導電型ソース/ドレーン領域を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項28】
前記コンタクト補助パターンは、エピタキシャルパターン、バッファポリパターン又は局部配線で形成することを特徴とする請求項26に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項29】
前記第1の導電型はP型であり、前記第2の導電型はN型であるCMOS素子であり、
前記段階(a)は、
前記基板内に前記第1及び第2のアクティブ領域を規定するトレンチを形成する段階;および
前記トレンチに圧縮ストレス性物質を埋め込む段階;
を含むことを特徴とする請求項26に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項30】
前記圧縮ストレス性物質を埋め込む段階は、
TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するPECVD法、SiH4と酸素とを反応ガスとして使用するPECVD法、SiH4と酸素とを反応ガスとして使用し、不活性ガスをスパッタリングガスとして使用する高密度プラズマ法、又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用し、形成物質内の窒化物のモル比が0.05以下になるようにするLPCVD法によって進行することを特徴とする請求項29に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項31】
前記第1の導電型はN型であり、前記第2の導電型はP型であるCMOS素子であり、
前記段階(a)は、
前記基板内に前記第1及び第2のアクティブ領域を規定するトレンチを形成する段階;および
前記トレンチに引張ストレス性物質を埋め込む段階;
を含むことを特徴とする請求項26に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項32】
前記引張ストレス性物質を埋め込む段階は、
TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するCVD法、又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用し、形成物質内の窒化物のモル比が0.05以上になるようにするLPCVD法によって進行することを特徴とする請求項31に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項1】
第1の幅領域と、該第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、
前記第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、
前記第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第1の導電型MOSトランジスタ;および
前記第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、
前記第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、
前記第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタ;
を備えることを特徴とするCMOS素子。
【請求項2】
前記第1の導電型はP型であり、前記第2の導電型はN型であるCMOS素子であり、
前記第1のアクティブ領域と前記第2のアクティブ領域は、基板内に形成されているとともに圧縮ストレス性絶縁物が埋め込まれたトレンチ素子分離領域によって規定されていることを特徴とする請求項1に記載のCMOS素子。
【請求項3】
前記圧縮ストレス型絶縁物は、TEOS−03系PECVD酸化物、SiH4系PECVD酸化物、高密度プラズマ酸化物、又は、窒化物のモル比が0.05以下であるシリコン酸窒化物であることを特徴とする請求項2に記載のCMOS素子。
【請求項4】
前記第1の導電型はN型であり、前記第2の導電型はP型であるCMOS素子であり、
前記第1のアクティブ領域と前記第2のアクティブ領域は、基板内に形成されているとともに引張ストレス性絶縁物が埋め込まれたトレンチ素子分離領域によって規定されていることを特徴とする請求項1に記載のCMOS素子。
【請求項5】
前記引張ストレス性絶縁物は、TEOS−03系CVD酸化物、又は、窒化物のモル比が0.05以上であるシリコン酸窒化物であることを特徴とする請求項4に記載のCMOS素子。
【請求項6】
前記第2の幅と前記第3の幅は、同一であることを特徴とする請求項1に記載のCMOS素子。
【請求項7】
前記第1のゲートと前記第2のゲートは、同一信号が印加されることを特徴とする請求項1に記載のCMOS素子。
【請求項8】
第1の幅を有する第1のアクティブ領域と、
前記第1のアクティブ領域上に配列された第1のゲートと、
前記第1のアクティブ領域内に形成された第1の導電型ソース/ドレーン領域と、
前記第1の幅より広い幅を有し、前記第1のアクティブ領域とオーバーラップされるコンタクト補助パターンと、を含む第1の導電型MOSトランジスタ;および
前記第1の幅より広い第2の幅を有する第2のアクティブ領域と、
前記第2のアクティブ領域上に配列された第2のゲートと、
前記第2のアクティブ領域内に形成された第2の導電型ソース/ドレーン領域と、を含む第2の導電型MOSトランジスタ;
を備えることを特徴とするCMOS素子。
【請求項9】
前記コンタクト補助パターンは、エピタキシャルパターン、バッファポリパターン又は局部配線であることを特徴とする請求項8に記載のCMOS素子。
【請求項10】
前記第1の導電型はP型であり、前記第2の導電型はN型であるCMOS素子であり、
前記第1のアクティブ領域と前記第2のアクティブ領域は、基板内に形成されているとともに圧縮ストレス性絶縁物が埋め込まれたトレンチ素子分離領域によって規定されていることを特徴とする請求項8に記載のCMOS素子。
【請求項11】
前記圧縮ストレス性絶縁物は、TEOS−03系PECVD酸化物、SiH4系PECVD酸化物、高密度プラズマ酸化物、又は、窒化物のモル比が0.05以下であるシリコン酸窒化物であることを特徴とする請求項10に記載のCMOS素子。
【請求項12】
前記コンタクト補助パターンは、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンであり、
前記P型MOSトランジスタは、前記エピタキシャルパターン又は前記バッファポリパターン上に形成されるとともに前記エピタキシャルパターン又は前記バッファポリパターンを通じて前記P型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のCMOS素子。
【請求項13】
前記コンタクト補助パターンは、局部配線であり、
前記P型MOSトランジスタは、前記局部配線上に形成されるとともに前記局部配線を通じて前記P型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のCMOS素子。
【請求項14】
前記N型MOSトランジスタは、前記第2のアクティブ領域上に形成されるとともに前記N型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のCMOS素子。
【請求項15】
前記第1の導電型はN型であり、前記第2の導電型はP型であるCMOS素子であり、
前記第1のアクティブ領域と前記第2のアクティブ領域は、基板内に形成されているとともに引張ストレス性絶縁物が埋め込まれたトレンチ素子分離領域によって規定されていることを特徴とする請求項8に記載のCMOS素子。
【請求項16】
前記引張ストレス性絶縁物は、TEOS−03系CVD酸化物、又は、窒化物のモル比が0.05以上であるシリコン酸窒化物であることを特徴とする請求項15に記載のCMOS素子。
【請求項17】
前記コンタクト補助パターンは、エピタキシャルパターン又はバッファポリパターンであり、
前記N型MOSトランジスタは、前記エピタキシャルパターン又は前記バッファポリパターン上に形成されるとともに前記エピタキシャルパターン又は前記バッファポリパターンを通じて前記N型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のCMOS素子。
【請求項18】
前記コンタクト補助パターンは、局部配線であり、
前記N型MOSトランジスタは、前記局部配線上に形成されるとともに前記局部配線を通じて前記N型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のCMOS素子。
【請求項19】
前記P型MOSトランジスタは、前記第2のアクティブ領域上に形成されるとともに前記P型ソース/ドレーン領域と接続するコンタクトをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のCMOS素子。
【請求項20】
前記第1のゲートと前記第2のゲートは、同一信号が印加されることを特徴とする請求項8に記載のCMOS素子。
【請求項21】
(a)第1の幅領域と、該第1の幅より広い第2の幅領域を有するとともにコンタクト形成領域になる少なくとも一つの多幅アクティブ領域対と、を含む第1のアクティブ領域と、前記第1の幅より広い第3の幅を有する第2のアクティブ領域と、を形成する段階;および
(b)前記第1及び第2のアクティブ領域にそれぞれ第1の導電型MOSトランジスタ及び第2の導電型MOSトランジスタを形成する段階;
を備えることを特徴とするCMOS素子の製造方法。
【請求項22】
前記第1の導電型はP型であり、前記第2の導電型はN型であるCMOS素子であり、
前記段階(a)は、
前記基板内に前記第1及び第2のアクティブ領域を規定するトレンチを形成する段階;および
前記トレンチに圧縮ストレス性物質を埋め込む段階;
を含むことを特徴とする請求項21に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項23】
前記圧縮ストレス性物質を埋め込む段階は、
TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するPECVD法、SiH4と酸素とを反応ガスとして使用するPECVD法、SiH4と酸素とを反応ガスとして使用し、不活性ガスをスパッタリングガスとして使用する高密度プラズマ法、又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用し、形成物質内の窒化物のモル比が0.05以下になるようにするLPCVD法によって進行することを特徴とする請求項22に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項24】
前記第1の導電型はN型であり、前記第2の導電型はP型であるCMOS素子であり、
前記段階(a)は、
前記基板内に前記第1及び第2のアクティブ領域を規定するトレンチを形成する段階;および
前記トレンチに引張ストレス性物質を埋め込む段階;
を含むこと
を特徴とする請求項21に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項25】
前記引張ストレス性物質を埋め込む段階は、
TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するCVD法、又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用し、形成物質内の窒化物のモル比が0.05以上になるようにするLPCVD法によって進行することを特徴とする請求項24に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項26】
(a)第1の幅を有する第1のアクティブ領域と前記第1の幅より広い第2の幅を有する第2のアクティブ領域とを形成する段階;
(b)前記第1及び第2のアクティブ領域上にそれぞれ第1及び第2のゲートを形成する段階;および
(c)前記第1の幅より広い幅を有し、前記第1のゲートによって露出された前記第1のアクティブ領域とオーバーラップされるコンタクト補助パターンを形成する段階;
を備えることを特徴とするCMOS素子の製造方法。
【請求項27】
前記段階(c)の前又は後に、前記第1及び第2のアクティブ領域にそれぞれ第1の導電型及び第2の導電型ソース/ドレーン領域を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項28】
前記コンタクト補助パターンは、エピタキシャルパターン、バッファポリパターン又は局部配線で形成することを特徴とする請求項26に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項29】
前記第1の導電型はP型であり、前記第2の導電型はN型であるCMOS素子であり、
前記段階(a)は、
前記基板内に前記第1及び第2のアクティブ領域を規定するトレンチを形成する段階;および
前記トレンチに圧縮ストレス性物質を埋め込む段階;
を含むことを特徴とする請求項26に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項30】
前記圧縮ストレス性物質を埋め込む段階は、
TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するPECVD法、SiH4と酸素とを反応ガスとして使用するPECVD法、SiH4と酸素とを反応ガスとして使用し、不活性ガスをスパッタリングガスとして使用する高密度プラズマ法、又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用し、形成物質内の窒化物のモル比が0.05以下になるようにするLPCVD法によって進行することを特徴とする請求項29に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項31】
前記第1の導電型はN型であり、前記第2の導電型はP型であるCMOS素子であり、
前記段階(a)は、
前記基板内に前記第1及び第2のアクティブ領域を規定するトレンチを形成する段階;および
前記トレンチに引張ストレス性物質を埋め込む段階;
を含むことを特徴とする請求項26に記載のCMOS素子の製造方法。
【請求項32】
前記引張ストレス性物質を埋め込む段階は、
TEOSガスとオゾンとを反応ガスとして使用するCVD法、又は、ジクロロシランとアンモニア及び窒酸を反応ガスとして使用し、形成物質内の窒化物のモル比が0.05以上になるようにするLPCVD法によって進行することを特徴とする請求項31に記載のCMOS素子の製造方法。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】
【図20A】
【図20B】
【図20C】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【公開番号】特開2006−49903(P2006−49903A)
【公開日】平成18年2月16日(2006.2.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−223255(P2005−223255)
【出願日】平成17年8月1日(2005.8.1)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si Gyeonggi−do,Republic of Korea
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年2月16日(2006.2.16)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年8月1日(2005.8.1)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si Gyeonggi−do,Republic of Korea
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]