説明

MOS型半導体装置

【課題】ストレスを変えることのできる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の側壁に保護絶縁膜を介して設けられた側壁絶縁膜と、前記ゲート電極及び前記側壁絶縁膜を覆うように設けられたバリア−SiN膜とを具備し、層間膜の一部にSOG系の高ストレス材料を用いることを特徴としている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はMOS型半導体装置に関し、特に、バリア−シリコン窒化膜(SiN膜)からのストレスを変えることのできるMOS型半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
CMOSデバイスにおいてトランジスタサイズを縮小しつつ、性能を向上させることは半導体デバイスの開発において重要な課題である。通常、MOSトランジスタ上にはSiN系の膜が形成されており、このSiN膜(バリア−SiN膜)はソース・ドレイン領域とのコンタクト構造を形成するプロセスのために必要となっている。
【0003】
通常、前記バリア−SiN膜はストレスを有しており、SiN膜を形成するプロセスの選び方により、その下のMOSトランジスタに対して引張ストレス、圧縮ストレスの両方のストレスを与えることができる。
【0004】
この場合、N型MOSトランジスタにおいては、バリア−SiN膜から引張ストレスを与えることにより性能を向上させることができ、P型MOSトランジスタにおいてはバリア−SiN膜から圧縮ストレスを与えることにより性能を向上させることができる。反対のストレスを与えたときには、N型及びP型ともオン電流などの性能が劣化してしまう。
【0005】
例えば、側壁にSiN膜からなる側壁絶縁膜を有するCMOSトランジスタの各ゲート構造をバリア−SiN膜で被覆すると、N型及びP型MOSトランジスタは共に圧縮的なストレスを受け、前記したように、P型MOSトランジスタの性能は向上するものの、N型MOSトランジスタの性能は劣化してしまう。
【0006】
即ち、N型及びP型MOSトランジスタそれぞれが、逆向きのバリア−SiN膜からのストレスにより性能を向上させるため、N型及びP型の両方で性能を向上させることはプロセス的に困難であり、N型領域とP型領域とで異なるバリア−SiN膜を用いることはプロセスの増加となる。
【0007】
このような問題を解決するために、N型でより性能が向上してP型ではあまり性能が劣化しない構造や、N型及びP型で異なる方向のストレスを有するバリア−SiN膜構造などがいくつか提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
いずれにしても、MOSトランジスタの有するバリア−SiN膜以外の構造からの応力及びバリア−SiN膜からのストレスを変えることが困難であり、MOSトランジスタの性能を向上させることができない。
【0009】
それ故、本発明の目的は、前記した従来の欠点を解消した高性能のMOSトランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の第1の態様によると、半導体装置は、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の側壁に保護絶縁膜を介して設けられた側壁絶縁膜と、前記ゲート電極及び前記側壁絶縁膜を覆うように設けられたバリア−SiN膜とを具備し、層間膜の一部にSOG系の高ストレス材料を用いることを特徴としている。
【0011】
本発明の第2の態様によると、半導体装置は、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の側壁に保護絶縁膜を介して設けられた側壁絶縁膜と、前記ゲート電極及び前記側壁絶縁膜を覆うように設けられたバリア−SiN膜とを具備し、前記側壁絶縁膜に体積収縮の生じる材料を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【0012】
MOSトランジスタの有するバリア−SiN膜以外の構造からのストレス及びバリア−SiN膜からのストレスを変えることができ、N型及びP型の一方又は両方でMOSトランジスタの性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
[実施例1]
図1は第1の実施例によるCMOSトランジスタのゲート構造10を示し、N型及びP型MOSトランジスタの各ゲート構造10−1及び10−2は半導体基板11に形成されたSTI(Shallow Trench Isolation)12により分離されている。各ゲート構造は基板又はウエル領域にゲート絶縁膜13を介して形成されたゲート電極14と、前記ゲート電極14の側壁にシリコン酸化膜等の絶縁膜15を介して形成され、SiN膜からなる側壁絶縁膜16と、前記ゲート電極14及び前記側壁絶縁膜16を覆うように形成されたバリア−SiN膜17とを有している。
【0014】
このようなゲート構造10において、N型MOSトランジスタのゲート構造10−1のみにSOG(Spin On Glass)系膜であるPSZ(ポリシラザン)膜18を前記バリア−SiN膜17を覆うように形成している。
【0015】
PSZ膜18は埋め込み性がよく、収縮しようとする力が強くその下のN型MOSトランジスタに引張ストレスを与える。前記PSZ膜18は層間膜(PMD)19の一部として用いられる。
【0016】
さらに、N型及びP型MOSトランジスタの各ゲート構造10−1及び10−2には、通常のようにMOSトランジスタに何らストレスを与えないシリコン酸化膜のような絶縁膜が堆積、平坦化されて前記層間膜19を形成する。前記層間膜19には開口部が設けられ、この開口部を介してコンタクト20がMOSトランジスタのソース又はドレインのような半導体領域(図示しない)に接続される。
【0017】
このようなゲート構造によると、N型MOSトランジスタにおいては、前記バリア−SiN膜17により圧縮ストレスが与えられるが、このようなストレスはその上を覆う前記PSZ膜18の大きな引張ストレスにより補償されてN型MOSトランジスタには引張ストレス又はより低い圧縮ストレスが印加されて、性能に悪影響を及ぼすことはない。P型MOSトランジスタに対しては圧縮ストレスが印加されてその性能には好都合である。なお、以下の実施例においては説明の便宜上図1と同一部分には同一符号を付している。
【0018】
[実施例2]
図2は第2の実施例によるCMOSトランジスタのゲート構造10を示し、このゲート構造においては、N型MOSトランジスタのゲート構造10−1は実施例1と同様であるが、P型MOSトランジスタの側壁絶縁膜16として前記した体積収縮の生じるSOG系膜のPSZ(ポリシラザン)膜を用いている。
【0019】
即ち、バリア−SiN膜17は圧縮ストレスをP型MOSトランジスタに与えているが、内側のPSZ膜16が収縮するためにバリア−SiN膜17からP型MOSトランジスタに与えられる圧縮ストレスをより強くすることができる。
【0020】
この場合、前記PSZ膜16の下地にストレス緩和膜21としてSiO2系材料であるTEOSを形成しておけば、下地のTEOSがPSZ膜16のストレスを緩和するためP型MOSトランジスタにはPSZ膜16自体のストレスを伝わらないようにすることができる。
【0021】
[実施例3]
図3は第3の実施例によるCMOSトランジスタのゲート構造10を示し、このゲート構造においては、基本的には図2と同じ構造であり、下地のストレス緩和膜21のない構造のN型MOSトランジスタである。
【0022】
即ち、N型MOSトランジスタの側壁絶縁膜16として前記した体積収縮の生じるSOG系膜のPSZ(ポリシラザン)膜を用いている。図2と異なり下地のTEOSがないため、側壁絶縁膜として側壁絶縁膜に使用したPSZ膜16から直接N型MOSトランジスタに引張ストレスを加えることができる。引張ストレスを加えることにより、N型MOSトランジスタの特性を向上することができる。
【0023】
[実施例4]
図4は第4の実施例によるCMOSトランジスタのゲート構造10を示し、このN型ゲート構造10−1においては、ゲート電極14の上面からバリア−SiN膜17を除去した構造を有するN型MOSトランジスタである。
【0024】
前記バリア−SiN膜17を取り除いているため、前記バリア−SiN膜17からの圧縮ストレスが弱くなる。N型MOSトランジスタに与えられるストレスを弱めることでN型MOSトランジスタの特性を向上することができる。
【0025】
次に、実施の態様を示すと、下記のようになる。
(1)請求項1記載のMOS型半導体装置はN型MOSトランジスタとP型MOSトランジスタとを含むCMOS半導体装置を構成している。
【0026】
(2)請求項1記載のMOS型半導体装置はN型MOSトランジスタである。
【0027】
(3)請求項3記載のMOS型半導体装置はN型MOSトランジスタとP型MOSトランジスタとを含むCMOS半導体装置を構成している。
【0028】
(4)請求項3記載のMOS型半導体装置はN型又はP型MOSトランジスタである。
【0029】
(5)請求項1記載のMOS型半導体装置において、N型MOSトランジスタのゲート構造を覆う前記バリア−SiN膜はゲート電極の上面から除去されて圧縮ストレスを弱めている。
【0030】
(6)ストレス緩和膜はSiO2系材料であるTEOSからなる請求項5記載のMOS型半導体装置。
【0031】
(7)請求項3記載のMOS型半導体装置において、N型MOSトランジスタには前記ストレス緩和膜が介在せずにPSZ膜からなる側壁絶縁膜がゲート電極の側壁を覆うように基板上に直接設けて増加した引張ストレスを得ている。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の第1の実施例によるCMOS半導体装置のゲート構造を模式的に示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例によるCMOS半導体装置のゲート構造を模式的に示す断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例によるCMOS半導体装置のゲート構造を模式的に示す断面図である。
【図4】本発明の第4の実施例によるCMOS半導体装置のゲート構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【0033】
10…ゲート構造、10−1…N型MOSトランジスタのゲート構造、10−2…P型MOSトランジスタのゲート構造、11…半導体基板、12…STI、13…ゲート絶縁膜、14…ゲート電極、15…絶縁膜、16…側壁絶縁膜、17…バリア−SiN膜、18…PSZ膜、19…層間膜、20…コンタクト、21…ストレス緩和膜

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の側壁に保護絶縁膜を介して設けられた側壁絶縁膜と、前記ゲート電極及び前記側壁絶縁膜を覆うように設けられたバリア−SiN膜とを具備し、層間膜の一部にSOG系の高ストレス材料を用いることを特徴とするMOS型半導体装置。
【請求項2】
前記高ストレス材料はPSZ(ポリシラザン)膜からなることを特徴とする請求項1記載のMOS型半導体装置。
【請求項3】
ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の側壁に保護絶縁膜を介して設けられた側壁絶縁膜と、前記ゲート電極及び前記側壁絶縁膜を覆うように設けられたバリア−SiN膜とを具備し、前記側壁絶縁膜に体積収縮の生じる材料を用いることを特徴とするMOS型半導体装置。
【請求項4】
前記体積収縮の生じる材料はSOG系の材料からなることを特徴とする請求項3記載のMOS型半導体装置。
【請求項5】
前記側壁絶縁膜はストレス緩和膜を介して形成されることを特徴とする請求項3記載のMOS型半導体装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2007−49092(P2007−49092A)
【公開日】平成19年2月22日(2007.2.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−234718(P2005−234718)
【出願日】平成17年8月12日(2005.8.12)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】