JP5705629B2 - Transistor element of semiconductor integrated circuit - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路に用いるトランジスタ素子に関する。   The present invention relates to a transistor element used in a semiconductor integrated circuit.

従来から、半導体集積回路ではトランジスタが数多く使用されている。これら数多くのトランジスタにおいては、回路の仕様によって各トランジスタ毎にしきい値電圧を変化させることが求められる場合があり、支持基板の不純物濃度に変化をもたせることによってこのしきい値電圧の変化を達成していた。   Conventionally, many transistors are used in semiconductor integrated circuits. In many of these transistors, it may be required to change the threshold voltage for each transistor depending on the circuit specifications. This change in threshold voltage is achieved by changing the impurity concentration of the support substrate. It was.

また、トランジスタの駆動能力が低下することを防止する観点で、応力絶縁膜を設ける方法が試されている。例えば、半導体基板上における活性領域に形成されたMISトランジスタを有する半導体装置であって、MISトランジスタは、活性領域上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、ゲート電極における上面およびゲート長方向の側面上に形成され、MISトランジスタのチャネルに対して応力をゲート長方向に働かせる応力絶縁膜と、ゲート電極におけるゲート幅方向の側面上に形成された下地絶縁膜とを備え、ゲート電極におけるゲート幅方向の側面上には、応力絶縁膜が形成されていない半導体装置が試されている(例えば特許文献1参照)。   In addition, a method of providing a stress insulating film has been tried from the viewpoint of preventing a reduction in the driving capability of the transistor. For example, a semiconductor device having a MIS transistor formed in an active region on a semiconductor substrate, the MIS transistor including a gate insulating film formed on the active region, a gate electrode formed on the gate insulating film, A stress insulating film that is formed on the upper surface of the gate electrode and the side surface in the gate length direction and applies stress to the channel of the MIS transistor in the gate length direction, and a base insulating film formed on the side surface of the gate electrode in the gate width direction A semiconductor device in which a stress insulating film is not formed on a side surface of the gate electrode in the gate width direction has been tried (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−103607号公報JP 2008-103607 A

複数のトランジスタを有する半導体集積回路では、使用する回路の仕様によって各トランジスタ毎にしきい値電圧を変える場合があり、このしきい値電圧の変化を達成するため従来においては支持基板の不純物濃度を場所によって変化させる必要があった。尚、不純物濃度が場所によって異なる支持基板の作製は、ホトリソレジストによりマスキングを行なった上で支持基板に不純物をインプラする工程を、複数回実施することで行なわれていた。   In a semiconductor integrated circuit having a plurality of transistors, the threshold voltage may be changed for each transistor depending on the specification of the circuit to be used. It was necessary to change by. Note that the production of the support substrate with different impurity concentrations depending on the location has been performed by performing a process of implanting impurities on the support substrate a plurality of times after masking with a photolithography resist.

しかし、マスキングおよびインプラの実施を複数回行なう工程は煩雑な工程でもあり、支持基板の不純物濃度を場所によって変化させるような複雑な構成でなく、より簡易な構成であってもトランジスタ毎にしきい値電圧が異なるトランジスタ素子が求められていた。   However, the process of performing masking and implantation multiple times is also a complicated process, and it is not a complicated configuration in which the impurity concentration of the support substrate changes depending on the location, and even a simpler configuration has a threshold value for each transistor. Transistor elements having different voltages have been demanded.

本発明の目的は、簡易な構成であり且つトランジスタ毎にしきい値電圧が異なる半導体集積回路のトランジスタ素子を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a transistor element of a semiconductor integrated circuit having a simple configuration and different threshold voltages for each transistor.

上記課題は、以下の本発明によって解決される。
即ち本願請求項1に係る発明は、
ソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域を備えた支持基板上に、ゲート電極と該ゲート電極を覆う中間膜とを備える第1および第2のトランジスタ構造を、少なくとも有し、
前記第1のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜上に、該第1のトランジスタ構造のしきい値電圧に変動を及ぼす範囲で前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うよう前記支持基板に応力を印加する応力膜を有し、
前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜上に、前記支持基板に応力を印加する応力膜を有さず、
前記第1のトランジスタ構造がP型トランジスタ、前記第2のトランジスタ構造がN型トランジスタであり、
前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域よりも外側の領域の中間膜上に、前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域を囲むように、前記支持基板に応力を印加する応力膜を有し、
前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域が四辺形であり、前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域は前記四辺形の1辺にのみ面する4つの応力膜によって囲まれ、前記4つの応力膜は何れも前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域から離れるほど幅が広くなる形状となるよう、隣接する応力膜との間が前記四辺形の4つの角から伸びるスリットで分割されている半導体集積回路のトランジスタ素子である。
The above problems are solved by the present invention described below.
That is, the invention according to claim 1 of the present application is
Having at least first and second transistor structures each including a gate electrode and an intermediate film covering the gate electrode on a supporting substrate including a source region, a drain region, and a channel region;
In the region where the gate electrode and the channel region in the first transistor structure overlap, the gate electrode and the channel region overlap on the intermediate film within a range in which the threshold voltage of the first transistor structure varies. A stress film for applying stress to the support substrate so as to cover most of the region;
The region where the gate electrode and the channel region overlap in the second transistor structure does not have a stress film for applying stress to the support substrate on the intermediate film ,
The first transistor structure is a P-type transistor, and the second transistor structure is an N-type transistor;
Stress is applied to the supporting substrate on the intermediate film in a region outside the region where the gate electrode and the channel region overlap in the second transistor structure so as to surround the region where the gate electrode and the channel region overlap. Having a stress film,
The region where the gate electrode and the channel region overlap in the second transistor structure is a quadrilateral, and the region where the gate electrode and the channel region overlap is surrounded by four stress films facing only one side of the quadrilateral. The four stress films are slits extending from the four corners of the quadrilateral so that the width of the four stress films becomes wider as the distance from the region where the gate electrode and the channel region overlap with each other. This is a transistor element of a divided semiconductor integrated circuit.

本発明によれば、簡易な構成であり且つトランジスタ毎にしきい値電圧が異なる半導体集積回路のトランジスタ素子が提供される。   According to the present invention, there is provided a transistor element of a semiconductor integrated circuit having a simple configuration and a different threshold voltage for each transistor.

Aは第1実施形態に係るトランジスタ素子を示す概略断面図、BはAのトランジスタ素子の上面平面図。1A is a schematic cross-sectional view showing a transistor element according to the first embodiment, and B is a top plan view of the transistor element A. FIG. Aは第1実施形態に係るトランジスタ素子の製造方法を説明するための概略断面図、BはAのトランジスタ素子の上面平面図。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a transistor element according to the first embodiment, and B is a top plan view of the transistor element of A. Aは第1実施形態に係るトランジスタ素子の製造方法を説明するための概略断面図、BはAのトランジスタ素子の上面平面図。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a transistor element according to the first embodiment, and B is a top plan view of the transistor element of A. Aは第2実施形態に係るトランジスタ素子を示す概略断面図、BはAのトランジスタ素子の上面平面図。A is a schematic sectional view showing a transistor element according to the second embodiment, and B is a top plan view of the transistor element of A. FIG. Aは第2実施形態に係るトランジスタ素子の製造方法を説明するための概略断面図、BはAのトランジスタ素子の上面平面図。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a transistor element according to the second embodiment, and FIG. Aは第2実施形態に係るトランジスタ素子の製造方法を説明するための概略断面図、BはAのトランジスタ素子の上面平面図。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a transistor element according to the second embodiment, and FIG. Aは第3実施形態に係るトランジスタ素子を示す概略断面図、BはAのトランジスタ素子の上面平面図。A is a schematic sectional view showing a transistor element according to the third embodiment, and B is a top plan view of the transistor element of A. FIG. 図7Bのトランジスタ素子におけるN型トランジスタ部分の拡大図。The enlarged view of the N-type transistor part in the transistor element of FIG. 7B. 図8のN型トランジスタ部分の変形例を示す拡大図。The enlarged view which shows the modification of the N-type transistor part of FIG.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
本発明において第1の実施形態に係る半導体集積回路のトランジスタ素子は、ソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域を備えた支持基板上に、ゲート電極と該ゲート電極を覆う中間膜とを備える第1および第2のトランジスタ構造を、少なくとも有し、前記第1のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜上に、該第1のトランジスタ構造のしきい値電圧に変動を及ぼす範囲で前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うよう前記支持基板に応力を印加する応力膜を有し、前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜上に、前記支持基板に応力を印加する応力膜を有さない。
尚、「大部分」とは、ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の50%以上を占めることを表す。この「大部分」の定義は、後述の第2および第3の実施形態においても同様である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<First Embodiment>
In the present invention, the transistor element of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment includes a gate electrode and an intermediate film covering the gate electrode on a support substrate including a source region, a drain region, and a channel region. A region having at least a second transistor structure, in which the gate electrode and the channel region in the first transistor structure overlap with each other, has a variation in the threshold voltage of the first transistor structure on the intermediate film. A stress film that applies stress to the support substrate so as to cover most of the region where the gate electrode and the channel region overlap in a range, and in the region where the gate electrode and the channel region overlap in the second transistor structure There is no stress film for applying stress to the support substrate on the intermediate film.
Note that “most” means that the gate electrode and the channel region occupy 50% or more of the overlapping region. The definition of “most” is the same in the second and third embodiments described later.

第1のトランジスタ構造においては、ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の中間膜上に応力膜を有しているため、ゲート電極の下部の支持基板に対して応力を加えることができる。このため、ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の中間膜上に応力膜を有していない第2のトランジスタ構造と比べ、しきい値電圧を異ならせることができる。   In the first transistor structure, since the stress film is provided on the intermediate film in the region where the gate electrode and the channel region overlap with each other, stress can be applied to the support substrate below the gate electrode. Therefore, the threshold voltage can be made different from that in the second transistor structure in which the stress film is not formed on the intermediate film in the region where the gate electrode and the channel region overlap.

既述の通り、従来ではトランジスタ毎にしきい値電圧を変えようとする場合、支持基板の不純物濃度を場所によって変化させることで達成していたが、第1実施形態に係るトランジスタ素子によれば、応力膜の有無によってしきい値電圧が制御され、簡易な構成でトランジスタ毎にしきい値電圧を異ならせることができる。   As described above, in the past, when changing the threshold voltage for each transistor, it was achieved by changing the impurity concentration of the support substrate depending on the location, but according to the transistor element according to the first embodiment, The threshold voltage is controlled by the presence or absence of the stress film, and the threshold voltage can be made different for each transistor with a simple configuration.

ここで、第1の実施形態の具体例を図を用いて説明する。図1Aは第1の実施形態に係るトランジスタ素子の概略断面図を、図1Bは該トランジスタ素子の上面平面図を表す。   Here, a specific example of the first embodiment will be described with reference to the drawings. 1A is a schematic cross-sectional view of the transistor element according to the first embodiment, and FIG. 1B is a top plan view of the transistor element.

図1A,Bに示すトランジスタ素子は、基準となるしきい値電圧を有する領域(NormalVt領域)のトランジスタ構造がN型トランジスタであり、該NormalVt領域のトランジスタに比べしきい値電圧を変化させたい領域(Vt1領域)のトランジスタ構造がP型トランジスタである、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型のゲート構造を有するトランジスタ素子を示す。   In the transistor element shown in FIGS. 1A and 1B, a transistor structure in a region having a reference threshold voltage (NormalVt region) is an N-type transistor, and a region in which the threshold voltage is to be changed as compared with a transistor in the NormalVt region. A transistor element having a gate structure of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type in which the transistor structure of (Vt1 region) is a P-type transistor is shown.

図1A,Bに示すトランジスタ素子は、支持基板としてのSi基板2と、素子分離のためのSTI4と、不純物層6と、絶縁膜としてのゲート酸化膜8と、ゲート電極10と、LDD層12と、サイドウォール14と、N型トランジスタにおけるソース領域16Aおよびドレイン領域16Bと、P型トランジスタにおけるドレイン領域16Cおよびソース領域16Dと、ゲート電極10を覆う中間膜18と、ゲート電極10、ソース領域16A、16Dおよびドレイン領域16B、16Cとの接続となるコンタクト20と、中間膜18上にゲート電極10、ソース領域16A、16Dおよびドレイン領域16B、16Cと接続される配線としてのメタル膜22と、を有する。(尚、便宜上図1Bには中間膜18は示していない。)
図1Bに示す通り、P型トランジスタ(Vt1領域)においてソース領域16Dと接続される配線としてのメタル膜22は、ゲート電極10とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うように形成され、Si基板2に応力を印加する応力膜の役割も担っている。即ち、図1A,Bでは、応力膜が、ソース領域16Dに接続する配線としてのメタル膜22と一体成形されている。
1A and 1B includes a Si substrate 2 as a support substrate, an STI 4 for element isolation, an impurity layer 6, a gate oxide film 8 as an insulating film, a gate electrode 10, and an LDD layer 12. The sidewall 14, the source region 16A and the drain region 16B in the N-type transistor, the drain region 16C and the source region 16D in the P-type transistor, the intermediate film 18 covering the gate electrode 10, the gate electrode 10 and the source region 16A. , 16D and drain region 16B, 16C contact 20 and metal film 22 as wiring connected to gate electrode 10, source region 16A, 16D and drain region 16B, 16C on intermediate film 18, Have. (For convenience, the intermediate film 18 is not shown in FIG. 1B.)
As shown in FIG. 1B, the metal film 22 as a wiring connected to the source region 16D in the P-type transistor (Vt1 region) is formed so as to cover most of the region where the gate electrode 10 and the channel region overlap with each other. It also serves as a stress film that applies stress to the substrate 2. That is, in FIGS. 1A and 1B, the stress film is integrally formed with the metal film 22 as the wiring connected to the source region 16D.

図1A,Bに示す通り、基準となるしきい値電圧を有する領域(NormalVt領域)のトランジスタにおけるゲート電極10とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜18上に、メタル膜22が設けられておらず、一方NormalVt領域のトランジスタに比べしきい値電圧を変化させたい領域(Vt1領域)のトランジスタにおけるゲート電極10とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜18上に、ゲート電極10とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うようにSi基板2に応力を印加するメタル膜22が設けられている。該メタル膜22によりVt1領域のトランジスタにはしきい値電圧に変動が及ぼされ、NormalVt領域のトランジスタと比べしきい値電圧を異ならせることができる。
また、応力膜がソース領域16Dに接続する配線としてのメタル膜22と一体成形されていることにより、ソース領域に接続する配線は電源やグランドへの接続箇所が多いため、ノードの電圧変動が少なく、トランジスタの動作に及ぼす影響が軽減できる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a metal film 22 is provided on the intermediate film 18 in a region where the gate electrode 10 and the channel region overlap in a transistor having a reference threshold voltage (normal Vt region). On the other hand, in the region where the gate electrode 10 and the channel region of the transistor in the region (Vt1 region) in which the threshold voltage is to be changed as compared with the transistor in the NormalVt region, the gate electrode 10 A metal film 22 for applying stress to the Si substrate 2 is provided so as to cover most of the region overlapping with the channel region. The metal film 22 changes the threshold voltage of the transistor in the Vt1 region, and the threshold voltage can be made different from that of the transistor in the NormalVt region.
In addition, since the stress film is integrally formed with the metal film 22 as the wiring connected to the source region 16D, the wiring connected to the source region has many connection points to the power source and the ground, so that the voltage fluctuation of the node is small. The influence on the operation of the transistor can be reduced.

尚、第1の実施形態では、応力膜としてメタル膜22を備えた態様を示すが、応力はこれだけに限られず、応力膜としてPoly−Si配線や、シリコン窒化膜等の、支持基板に応力を加えることができる膜で置き換えることも可能である。また、後述の第2および第3の実施形態においても同様である。   In the first embodiment, the metal film 22 is provided as the stress film. However, the stress is not limited thereto, and stress is applied to the support substrate such as a Poly-Si wiring or a silicon nitride film as the stress film. It is also possible to replace it with a membrane that can be added. The same applies to second and third embodiments described later.

ここで、図1A,Bに示すトランジスタ素子の製造方法について説明する。
まず、Si基板2に対し、図2Aに示すように素子分離としてSTI4を形成し、Si基板2中にN型トランジスタであればP型不純物(ボロンなど)を、P型トランジスタであればN型不純物(リンなど)をインプラして、不純物層6を形成する。次に、ゲート絶縁膜となるゲート酸化膜8を形成し、更に図2A,Bに示すようにゲート電極10となるPoly−SiをCVD法により形成する。
Here, a method of manufacturing the transistor element shown in FIGS. 1A and 1B will be described.
First, as shown in FIG. 2A, an STI 4 is formed on the Si substrate 2 as element isolation, and a P-type impurity (boron or the like) is formed in the Si substrate 2 if it is an N-type transistor. Impurities (such as phosphorus) are implanted to form the impurity layer 6. Next, a gate oxide film 8 to be a gate insulating film is formed, and Poly-Si to be a gate electrode 10 is further formed by a CVD method as shown in FIGS. 2A and 2B.

次に、図3A,Bに示すようにゲート電極10およびゲート酸化膜8をホトリソ・エッチングにより形状加工を行なった後、インプラによりLDD層12を形成する。その後、LP−TEOSやLP−SiNといったCVD膜を形成し、異方性エッチングによりゲート電極10とソース領域16A,ドレイン領域16Bとの間、またはゲート電極10とドレイン領域16C,ソース領域16Dとの間のスペーサーとなるサイドウォール14を形成する。   Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, the gate electrode 10 and the gate oxide film 8 are processed by photolithography etching, and then the LDD layer 12 is formed by implantation. Thereafter, a CVD film such as LP-TEOS or LP-SiN is formed and anisotropic etching is performed between the gate electrode 10 and the source region 16A and the drain region 16B, or between the gate electrode 10 and the drain region 16C and the source region 16D. Sidewalls 14 serving as spacers are formed.

次に、図1Aに示すようにソース領域16A,16D、ドレイン領域16B,16Cを形成する為に不純物をインプラする。その後ゲート電極10とメタル膜22との間の膜となる中間膜18としてLP−TEOS等のCVD膜を全面に形成する。次いで、ゲート電極10、ソース領域16A,16D、ドレイン領域16B,16Cの電位が取れるよう、ホトリソ・エッチングによりコンタクトホールを形成し、WCVDにより該コンタクトホールを埋め込み、Wをエッチバックして、コンタクト20(Wプラグ)を形成する。その後、メタル膜22をスパッタにより全面に形成し、図1A,Bに示すようにホトリソ・エッチングにより、ゲート電極10、ソース領域16A,16D、ドレイン領域16B,16Cに接続するコンタクト20上のメタル膜22が残るように、形状加工を行なう。
この際、NormalVt領域のトランジスタにおけるゲート電極10とチャネル領域とが重なる領域にはメタル膜22を残さず、一方Vt1領域のトランジスタにおけるゲート電極10とチャネル領域とが重なる領域には、ソース領域16Dに接続する配線と一体成形された応力膜としてのメタル膜22が残るよう上記形状加工を行うことにより、図1A,Bに示すトランジスタ素子が得られる。
Next, as shown in FIG. 1A, impurities are implanted to form source regions 16A and 16D and drain regions 16B and 16C. Thereafter, a CVD film such as LP-TEOS is formed on the entire surface as the intermediate film 18 which becomes a film between the gate electrode 10 and the metal film 22. Next, a contact hole is formed by photolithography etching so that the potential of the gate electrode 10, the source regions 16A and 16D, and the drain regions 16B and 16C can be taken, the contact hole is filled by WCVD, W is etched back, and the contact 20 (W plug) is formed. Thereafter, a metal film 22 is formed on the entire surface by sputtering, and as shown in FIGS. 1A and 1B, the metal film on the contact 20 connected to the gate electrode 10, the source regions 16A and 16D, and the drain regions 16B and 16C by photolithography etching. Shape processing is performed so that 22 remains.
At this time, the metal film 22 is not left in the region where the gate electrode 10 and the channel region of the transistor in the NormalVt region overlap, whereas the source region 16D is formed in the region where the gate electrode 10 and the channel region of the transistor in the Vt1 region overlap. By performing the shape processing so that the metal film 22 as a stress film integrally formed with the wiring to be connected remains, the transistor element shown in FIGS. 1A and 1B is obtained.

図1A,Bに示すトランジスタ素子では、応力膜の有無によってしきい値電圧が制御されるため、NormalVt領域とVt1領域とでトランジスタ毎にしきい値電圧を異ならせることができる。
また、従来ではしきい値電圧をトランジスタ毎に変化させるために、支持基板の不純物濃度を場所によって変化させる構成とし、またこの構成を達成するためホトリソレジストによりマスキングを行なった上で支持基板に不純物をインプラする工程を複数回実施する方法によって製造されていた。図1A,Bに示すトランジスタ素子では、ゲート電極10、ソース領域16A,16D、ドレイン領域16B,16Cに接続するコンタクト20上に形成されるメタル膜22のレイアウトを変えるだけで、マスキングおよびインプラの工程を追加することなく、トランジスタ毎にしきい値電圧が異なるトランジスタ素子が得られ、つまりより簡易な方法でトランジスタ毎にしきい値電圧が異なるトランジスタ素子を製造する事ができる。
In the transistor elements shown in FIGS. 1A and 1B, the threshold voltage is controlled depending on the presence or absence of the stress film. Therefore, the threshold voltage can be made different for each transistor in the NormalVt region and the Vt1 region.
Conventionally, in order to change the threshold voltage for each transistor, the impurity concentration of the support substrate is changed depending on the location. To achieve this configuration, the support substrate is masked with a photolithography resist. It has been manufactured by a method in which the step of implanting impurities is performed a plurality of times. In the transistor element shown in FIGS. 1A and 1B, masking and implantation processes are performed only by changing the layout of the metal film 22 formed on the contact 20 connected to the gate electrode 10, the source regions 16A and 16D, and the drain regions 16B and 16C. Therefore, transistor elements having different threshold voltages can be obtained for each transistor, that is, transistor elements having different threshold voltages can be manufactured by a simpler method.

<第2の実施形態>
本発明において第2の実施形態に係る半導体集積回路のトランジスタ素子は、前記第1の実施形態において、ソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域を備えた支持基板上に、ゲート電極と該ゲート電極を覆う中間膜とを備える第3のトランジスタ構造を更に有し、且つ前記第1、第2および第3のトランジスタ構造は前記中間膜を覆う層間膜を更に備え、前記第1のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域には、前記中間膜上の前記応力膜(第1応力膜)に加え、層間膜上にも、前記第1のトランジスタ構造のしきい値電圧に変動を及ぼす範囲で前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うよう前記支持基板に応力を印加する第2応力膜を有し、前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域には、層間膜上にも、前記支持基板に応力を印加する応力膜を有さず、前記第3のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜上に、該第3のトランジスタ構造のしきい値電圧に変動を及ぼす範囲で前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うよう前記支持基板に応力を印加する第1応力膜を有し、且つ層間膜上に、前記支持基板に応力を印加する第2応力膜を有さないか、または、中間膜上に、前記支持基板に応力を印加する第1応力膜を有さず、且つ層間膜上に、前記第3のトランジスタ構造のしきい値電圧に変動を及ぼす範囲で前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うよう前記支持基板に応力を印加する第2応力膜を有する。
<Second Embodiment>
In the present invention, the transistor element of the semiconductor integrated circuit according to the second embodiment covers the gate electrode and the gate electrode on the support substrate having the source region, the drain region, and the channel region in the first embodiment. A third transistor structure including an intermediate film; and the first, second, and third transistor structures further include an interlayer film that covers the intermediate film; and a gate electrode in the first transistor structure; In the region overlapping with the channel region, in addition to the stress film (first stress film) on the intermediate film, on the interlayer film, the threshold voltage of the first transistor structure is varied within a range. A second stress film for applying stress to the support substrate so as to cover most of a region where the gate electrode and the channel region overlap with each other; The region where the electrode and the channel region overlap does not have a stress film for applying stress to the support substrate on the interlayer film, and the region where the gate electrode and the channel region overlap in the third transistor structure First stress for applying stress to the support substrate so as to cover most of the region where the gate electrode and the channel region overlap with each other on the intermediate film in a range in which the threshold voltage of the third transistor structure varies. And a second stress film for applying stress to the support substrate is not provided on the interlayer film, or a first stress film for applying stress to the support substrate is provided on the intermediate film. In addition, stress is applied to the support substrate over the interlayer film so as to cover most of the region where the gate electrode and the channel region overlap within a range in which the threshold voltage of the third transistor structure varies. Has second stress film That.

第1のトランジスタ構造においては、ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の中間膜上に第1応力膜を有し、且つ層間膜上に第2応力膜を有しており、ゲート電極の下部の支持基板に対して応力を加えることができる。また、第3のトランジスタ構造においては、ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の中間膜上に第1応力膜を有するか(この場合層間膜上には第2応力膜は有さない)、または、層間膜上に第2応力膜を有している(この場合中間膜上には第1応力膜は有さない)ため、ゲート電極の下部の支持基板に対して、第1のトランジスタ構造よりも弱い応力を加えることができる。このため、第3のトランジスタ構造では、ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の中間膜上に第1応力膜を有さず、且つ層間膜上に第2応力膜を有していない第2のトランジスタ構造と比べ、しきい値電圧を異ならせることができ、更に第1のトランジスタ構造では、前記第3のトランジスタ構造と比べ、よりしきい値電圧を異ならせることができる。   In the first transistor structure, the first stress film is provided on the intermediate film in the region where the gate electrode and the channel region overlap, and the second stress film is provided on the interlayer film. Stress can be applied to the support substrate. In the third transistor structure, the first stress film is provided on the intermediate film in the region where the gate electrode and the channel region overlap (in this case, the second stress film is not provided on the interlayer film), or Since the second stress film is provided on the interlayer film (in this case, the first stress film is not provided on the intermediate film), the first transistor structure is applied to the support substrate below the gate electrode. Even weak stress can be applied. Therefore, in the third transistor structure, the second stress film does not have the first stress film on the intermediate film in the region where the gate electrode and the channel region overlap, and does not have the second stress film on the interlayer film. The threshold voltage can be made different from that of the transistor structure, and the threshold voltage can be made more different in the first transistor structure than in the third transistor structure.

即ち、ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域に第1および第2応力膜を有するトランジスタ構造と、第1または第2応力膜を有するトランジスタ構造と、第1および第2応力膜の両方を有さないトランジスタ構造と、で3種類のしきい値電圧を持ったトランジスタ素子が得られる。   That is, the transistor structure having the first and second stress films in the region where the gate electrode and the channel region overlap, the transistor structure having the first or second stress film, and both the first and second stress films are provided. Transistor elements having three types of threshold voltages can be obtained with no transistor structure.

ここで、第2の実施形態の具体例を図を用いて説明する。図4Aは第2の実施形態に係るトランジスタ素子の概略断面図を、図4Bは該トランジスタ素子の上面平面図を表す。
図4A,Bに示すトランジスタ素子は、基準となるしきい値電圧を有する領域(NormalVt領域)のトランジスタ構造と、該NormalVt領域のトランジスタに比べしきい値電圧を変化させたい領域(Vt1領域)のトランジスタ構造と、該Vt1領域のトランジスタに比べ更にしきい値電圧を変化させたい領域(Vt2領域)のトランジスタ構造と、を備えたトランジスタ素子を示す。尚、NormalVt領域、Vt1領域およびVt2領域のトランジスタは、何れもが同じ型(即ち何れもP型トランジスタであるかまたはN型トランジスタ)である例を示す。
Here, a specific example of the second embodiment will be described with reference to the drawings. 4A is a schematic cross-sectional view of a transistor element according to the second embodiment, and FIG. 4B is a top plan view of the transistor element.
The transistor elements shown in FIGS. 4A and 4B have a transistor structure in a region having a reference threshold voltage (NormalVt region) and a region in which the threshold voltage is desired to be changed (Vt1 region) as compared with the transistor in the NormalVt region. A transistor element having a transistor structure and a transistor structure in a region (Vt2 region) in which a threshold voltage is to be changed as compared with the transistor in the Vt1 region is shown. Note that the transistors in the NormalVt region, the Vt1 region, and the Vt2 region are all the same type (that is, all are P-type transistors or N-type transistors).

図4A,Bに示すトランジスタ素子は、支持基板としてのSi基板32と、素子分離のためのSTI34と、不純物層36と、絶縁膜としてのゲート酸化膜38と、ゲート電極40と、LDD層42と、サイドウォール44と、ソース領域46Aおよびドレイン領域46Bと、ゲート電極40を覆う中間膜48Aと、ゲート電極40、ソース領域46Aおよびドレイン領域46Bとの接続となるコンタクト50Aと、中間膜48A上にゲート電極40、ソース領域46Aおよびドレイン領域46Bと接続される配線としての第1メタル膜52Aと、中間膜48Aおよび第1メタル膜52Aを覆う層間膜48Bと、第1メタル膜52Aとの接続となるコンタクト50Bと、層間膜48B上にゲート電極40、ソース領域46Aおよびドレイン領域46Bと接続される配線としての第2メタル膜52Bと、を有する。(尚、便宜上図4Bには中間膜48A、層間膜48Bは示していない。)
図4A,Bに示す通り、Vt1領域においてソース領域46Aと接続される配線としてのメタル膜52Aは、ゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うように形成され、Si基板32に応力を印加する応力膜の役割も担っている。また、Vt2領域においてソース領域46Aと接続される配線としてのメタル膜52Aは、ゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うように形成され、Si基板32に応力を印加する応力膜の役割も担っており、且つVt2領域においてソース領域46Aと接続される配線としてのメタル膜52Bも、ゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うように形成され、Si基板32に応力を印加する応力膜の役割も担っている。即ち、図4A,Bでは、Vt1領域における中間膜48A上の応力膜、Vt2領域における中間膜48A上の応力膜、およびVt2領域における層間膜48B上の応力膜が、何れもソース領域46Aに接続する配線としてのメタル膜52Aまたは52Bと一体成形されている。
The transistor elements shown in FIGS. 4A and 4B include an Si substrate 32 as a support substrate, an STI 34 for element isolation, an impurity layer 36, a gate oxide film 38 as an insulating film, a gate electrode 40, and an LDD layer 42. And the sidewall 44, the source region 46A and the drain region 46B, the intermediate film 48A covering the gate electrode 40, the contact 50A for connecting the gate electrode 40, the source region 46A and the drain region 46B, and the intermediate film 48A The first metal film 52A as a wiring connected to the gate electrode 40, the source region 46A and the drain region 46B, the interlayer film 48B covering the intermediate film 48A and the first metal film 52A, and the connection to the first metal film 52A A gate electrode 40, a source region 46A, and a drain region on the contact 50B and the interlayer film 48B. A second metal film 52B as a wiring connected to the 46B, the. (For convenience, FIG. 4B does not show the intermediate film 48A and the interlayer film 48B.)
4A and 4B, the metal film 52A as a wiring connected to the source region 46A in the Vt1 region is formed so as to cover most of the region where the gate electrode 40 and the channel region overlap, and is formed on the Si substrate 32. It also serves as a stress film that applies stress. In addition, the metal film 52A as a wiring connected to the source region 46A in the Vt2 region is formed so as to cover most of the region where the gate electrode 40 and the channel region overlap, and applies a stress to the Si substrate 32. The metal film 52B as a wiring connected to the source region 46A in the Vt2 region is also formed so as to cover most of the region where the gate electrode 40 and the channel region overlap, and is formed on the Si substrate 32. It also serves as a stress film that applies stress. 4A and 4B, the stress film on the intermediate film 48A in the Vt1 region, the stress film on the intermediate film 48A in the Vt2 region, and the stress film on the interlayer film 48B in the Vt2 region are all connected to the source region 46A. It is integrally formed with the metal film 52A or 52B as the wiring to be performed.

図4A,Bに示す通り、基準となるしきい値電圧を有する領域(NormalVt領域)のトランジスタにおけるゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜48A上に第1メタル膜52Aが設けられておらず、且つ層間膜48B上に第2メタル膜52Bが設けられていない。また、NormalVt領域のトランジスタに比べしきい値電圧を変化させたい領域(Vt1領域)のトランジスタにおけるゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜48A上に、ゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うようにSi基板32に応力を印加する第1メタル膜52Aが設けられ、且つ層間膜48B上に第2メタル膜52Bが設けられていない。更に、Vt1領域のトランジスタよりもしきい値電圧をより変化させたい領域(Vt2領域)のトランジスタにおけるゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜48A上に、ゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うようにSi基板32に応力を印加する第1メタル膜52Aが設けられ、且つ層間膜48B上に、ゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うようにSi基板32に応力を印加する第2メタル膜52Bが設けられている。
該メタル膜52Aおよび52BによりVt1領域のトランジスタにはしきい値電圧に変動が及ぼされ、且つVt2領域のトランジスタにはしきい値電圧に更なる変動が及ぼされ、3つの領域のトランジスタのしきい値電圧を異ならせることができる。
また、何れの応力膜もソース領域46Aに接続する配線としてのメタル膜52Aまたは52Bと一体成形されていることにより、ソース領域に接続する配線は電源やグランドへの接続箇所が多いため、ノードの電圧変動が少なく、トランジスタの動作に及ぼす影響が軽減できる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, a first metal film 52A is provided on the intermediate film 48A in a region where the gate electrode 40 and the channel region overlap in a transistor having a reference threshold voltage (normal Vt region). The second metal film 52B is not provided on the interlayer film 48B. Further, in the region where the gate electrode 40 and the channel region of the transistor in the region (Vt1 region) where the threshold voltage is to be changed as compared with the transistor in the NormalVt region, the gate electrode 40 and the channel region are formed on the intermediate film 48A. The first metal film 52A for applying stress to the Si substrate 32 is provided so as to cover most of the overlapping region, and the second metal film 52B is not provided on the interlayer film 48B. Further, in the region where the gate electrode 40 and the channel region of the transistor in the region (Vt2 region) in which the threshold voltage is desired to be changed more than the transistor in the Vt1 region, the gate electrode 40 and the channel region are formed on the intermediate film 48A. The first metal film 52A for applying stress to the Si substrate 32 is provided so as to cover most of the region where the gate electrode 40 overlaps, and the most part of the region where the gate electrode 40 and the channel region overlap is covered on the interlayer film 48B. A second metal film 52B for applying stress to the Si substrate 32 is provided.
The metal films 52A and 52B affect the threshold voltage of the transistors in the Vt1 region, and further affect the threshold voltage of the transistors in the Vt2 region. The value voltage can be varied.
In addition, since any stress film is integrally formed with the metal film 52A or 52B as a wiring to be connected to the source region 46A, the wiring to be connected to the source region has many connection points to the power source or the ground. The voltage fluctuation is small and the influence on the operation of the transistor can be reduced.

ここで、図4A,Bに示すトランジスタ素子の製造方法について説明する。
まず、Si基板32に対し、図5Aに示すように素子分離としてSTI34を形成し、Si基板32中にN型トランジスタであればP型不純物(ボロンなど)を、P型トランジスタであればN型不純物(リンなど)をインプラして、不純物層36を形成する。次に、ゲート絶縁膜となるゲート酸化膜38を形成し、更に図5A,Bに示すようにゲート電極40となるPoly−SiをCVD法により形成する。
Here, a method of manufacturing the transistor element shown in FIGS. 4A and 4B will be described.
First, as shown in FIG. 5A, an STI 34 is formed on the Si substrate 32 as element isolation, and a P-type impurity (boron or the like) is formed in the Si substrate 32 if it is an N-type transistor. Impurities (such as phosphorus) are implanted to form an impurity layer 36. Next, a gate oxide film 38 to be a gate insulating film is formed, and Poly-Si to be a gate electrode 40 is further formed by a CVD method as shown in FIGS. 5A and 5B.

次に、図6A,Bに示すようにゲート電極40およびゲート酸化膜38をホトリソ・エッチングにより形状加工を行なった後、インプラによりLDD層42を形成する。その後、LP−TEOSやLP−SiNといったCVD膜を形成し、異方性エッチングによりゲート電極40とソース領域46A,ドレイン領域46Bとの間のスペーサーとなるサイドウォール44を形成する。   Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, after the gate electrode 40 and the gate oxide film 38 are processed by photolithography etching, an LDD layer 42 is formed by implantation. Thereafter, a CVD film such as LP-TEOS or LP-SiN is formed, and a sidewall 44 serving as a spacer between the gate electrode 40 and the source region 46A and drain region 46B is formed by anisotropic etching.

次に、図4Aに示すようにソース領域46A,ドレイン領域46Bを形成する為に不純物をインプラする。その後ゲート電極40と第1メタル膜52Aとの間の膜となる中間膜48AとしてLP−TEOS等のCVD膜を全面に形成する。次いで、ゲート電極40、ソース領域46A、ドレイン領域46Bの電位が取れるよう、ホトリソ・エッチングによりコンタクトホールを形成し、WCVDにより該コンタクトホールを埋め込み、Wをエッチバックして、コンタクト50A(Wプラグ)を形成する。その後、第1メタル膜52Aをスパッタにより全面に形成し、図4A,Bに示すようにホトリソ・エッチングにより、ゲート電極40、ソース領域46A、ドレイン領域46Bに接続するコンタクト50A上の第1メタル膜52Aが残るように、形状加工を行なう。
この際、NormalVt領域のトランジスタにおけるゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域には第1メタル膜52Aを残さず、一方Vt1領域およびVt2領域のトランジスタにおけるゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域には、ソース領域46Aに接続する配線と一体成形された応力膜としての第1メタル膜52Aが残るよう上記形状加工を行う。
Next, as shown in FIG. 4A, impurities are implanted to form a source region 46A and a drain region 46B. Thereafter, a CVD film such as LP-TEOS is formed on the entire surface as an intermediate film 48A to be a film between the gate electrode 40 and the first metal film 52A. Next, contact holes are formed by photolithography etching so that the potential of the gate electrode 40, the source region 46A, and the drain region 46B can be taken, the contact holes are filled by WCVD, W is etched back, and contacts 50A (W plugs) are formed. Form. Thereafter, a first metal film 52A is formed on the entire surface by sputtering, and the first metal film on the contact 50A connected to the gate electrode 40, the source region 46A, and the drain region 46B by photolithography etching as shown in FIGS. 4A and 4B. Shape processing is performed so that 52A remains.
At this time, the first metal film 52A is not left in the region where the gate electrode 40 and the channel region of the transistor in the NormalVt region overlap, whereas the region where the gate electrode 40 and the channel region of the transistor in the Vt1 region and Vt2 region overlap. Then, the shape processing is performed so that the first metal film 52A as a stress film integrally formed with the wiring connected to the source region 46A remains.

次に、図4Aに示すように第1メタル膜52Aおよび中間膜48Aと第2メタル膜52Bとの間の膜となる層間膜48BとしてLP−TEOS等のCVD膜を全面に形成する。次いで、第1メタル膜52Aの電位が取れるよう、ホトリソ・エッチングによりコンタクトホールを形成し、WCVDにより該コンタクトホールを埋め込み、Wをエッチバックして、コンタクト50B(Wプラグ)を形成する。その後、第2メタル膜52Bをスパッタにより全面に形成し、図4A,Bに示すようにホトリソ・エッチングにより、コンタクト50B上の第2メタル膜52Bが残るように、形状加工を行なう。
この際、NormalVt領域およびVt1領域のトランジスタにおけるゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域には第2メタル膜52Bを残さず、一方Vt2領域のトランジスタにおけるゲート電極40とチャネル領域とが重なる領域には、ソース領域46Aに接続する配線と一体成形された応力膜としての第2メタル膜52Bが残るよう上記形状加工を行うことにより、図4A,Bに示すトランジスタ素子が得られる。
Next, as shown in FIG. 4A, a CVD film such as LP-TEOS is formed on the entire surface of the first metal film 52A and an interlayer film 48B that is a film between the intermediate film 48A and the second metal film 52B. Next, a contact hole is formed by photolithography etching so that the potential of the first metal film 52A can be taken, the contact hole is filled by WCVD, and W is etched back to form a contact 50B (W plug). Thereafter, the second metal film 52B is formed on the entire surface by sputtering, and shape processing is performed by photolithography etching so that the second metal film 52B on the contact 50B remains as shown in FIGS. 4A and 4B.
At this time, the second metal film 52B is not left in the region where the gate electrode 40 and the channel region of the transistors in the normal Vt region and the Vt1 region overlap, whereas the region where the gate electrode 40 and the channel region of the transistor in the Vt2 region overlap. 4A and 4B is obtained by performing the above shape processing so that the second metal film 52B as a stress film integrally formed with the wiring connected to the source region 46A remains.

図4A,Bに示すトランジスタ素子では、第1および第2応力膜の有無によってしきい値電圧が3段階に制御されるため、NormalVt領域とVt1領域とVt2領域とでトランジスタ毎にしきい値電圧を3段階で異ならせることができる。
また、従来ではしきい値電圧をトランジスタ毎に変化させるために、支持基板の不純物濃度を場所によって変化させる構成とし、またこの構成を達成するためホトリソレジストによりマスキングを行なった上で支持基板に不純物をインプラする工程を複数回実施する方法によって製造されていた。図4A,Bに示すトランジスタ素子では、第1メタル膜52Aおよび第2メタル膜52Bのレイアウトを変えるだけで、マスキングおよびインプラの工程を追加することなく、トランジスタ毎にしきい値電圧が異なるトランジスタ素子が得られ、つまりより簡易な方法でトランジスタ毎にしきい値電圧が3段階で異なるトランジスタ素子を製造する事ができる。
In the transistor element shown in FIGS. 4A and 4B, the threshold voltage is controlled in three stages depending on the presence or absence of the first and second stress films. It can be differentiated in 3 stages.
Conventionally, in order to change the threshold voltage for each transistor, the impurity concentration of the support substrate is changed depending on the location. To achieve this configuration, the support substrate is masked with a photolithography resist. It has been manufactured by a method in which the step of implanting impurities is performed a plurality of times. In the transistor elements shown in FIGS. 4A and 4B, there are transistor elements having different threshold voltages for each transistor without changing the layout of the first metal film 52A and the second metal film 52B and adding masking and implantation processes. In other words, transistor elements having different threshold voltages in three stages can be manufactured for each transistor by a simpler method.

<第3の実施形態>
本発明において第3の実施形態に係る半導体集積回路のトランジスタ素子は、前記第1の実施形態において、前記第1のトランジスタ構造がP型トランジスタ、前記第2のトランジスタ構造がN型トランジスタであり、前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域よりも外側の領域の中間膜上に、前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域を囲むように、前記支持基板に応力を印加する応力膜を有する。
<Third Embodiment>
In the present invention, the transistor element of the semiconductor integrated circuit according to the third embodiment is the P-type transistor in the first embodiment, and the N-type transistor in the second transistor structure in the first embodiment. Stress is applied to the supporting substrate on the intermediate film in a region outside the region where the gate electrode and the channel region overlap in the second transistor structure so as to surround the region where the gate electrode and the channel region overlap. It has a stress film.

従来、トランジスタの駆動能力を向上させるためには、N型トランジスタであれば支持基板に対して引っ張り方向に応力を印加し、一方P型トランジスタであれば支持基板に対して圧縮方向に応力を印加することで実現されていた。但し、N型トランジスタとP型トランジスタとで圧力の方向が異なる為、それぞれで求められる応力が印加されるよう、ホトリソレジストによりマスキングを行なった上で、応力制御の工程を施すことで行なわれていた。このようにN型トランジスタ、P型トランジスタそれぞれで駆動能力を向上させるためには、複数の工程を追加して作り分ける必要があった。   Conventionally, in order to improve the drive capability of a transistor, an N-type transistor applies a stress in the pulling direction to the support substrate, while a P-type transistor applies a stress in the compression direction to the support substrate. It was realized by doing. However, since the direction of pressure differs between the N-type transistor and the P-type transistor, the stress control process is performed after masking with photolithography so that the required stress is applied. It was. As described above, in order to improve the driving capability of each of the N-type transistor and the P-type transistor, it is necessary to add a plurality of processes and make them separately.

これに対し、第3の実施形態に係るトランジスタ素子では、P型トランジスタ(第1のトランジスタ構造)においては、ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の中間膜上に応力膜を有しているため、ゲート電極の下部の支持基板に対して圧縮方向に応力を加えることができ、該P型トランジスタの駆動能力が向上される。
一方、N型トランジスタ(第2のトランジスタ構造)においては、ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の中間膜上に応力膜を有しておらず、且つゲート電極とチャネル領域とが重なる領域よりも外側の領域の中間膜上に、該ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域を囲むように、応力膜を有している。そのため、応力膜の直下に圧縮方向の応力が印加されることにより、結果としてゲート電極の下部の支持基板に対しては、引っ張り方向に応力を印加することができ、該N型トランジスタの駆動能力が向上される。
In contrast, in the transistor element according to the third embodiment, the P-type transistor (first transistor structure) has the stress film on the intermediate film in the region where the gate electrode and the channel region overlap. The stress can be applied to the supporting substrate below the gate electrode in the compression direction, and the driving capability of the P-type transistor is improved.
On the other hand, in the N-type transistor (second transistor structure), there is no stress film on the intermediate film in the region where the gate electrode and the channel region overlap, and more than in the region where the gate electrode and the channel region overlap. A stress film is provided on the intermediate film in the outer region so as to surround a region where the gate electrode and the channel region overlap. Therefore, the stress in the compression direction is applied directly below the stress film, and as a result, the stress can be applied in the tensile direction to the support substrate below the gate electrode, and the driving capability of the N-type transistor Is improved.

即ち、第3実施形態に係るトランジスタ素子によれば、応力膜を形成する位置によってゲート電極の下部の支持基板に対してかかる応力の向きが制御され、簡易な構成でP型トランジスタおよびN型トランジスタの駆動能力を向上させることができる。   That is, according to the transistor element of the third embodiment, the direction of the stress applied to the support substrate below the gate electrode is controlled by the position where the stress film is formed, and the P-type transistor and the N-type transistor can be configured with a simple configuration. The driving ability can be improved.

ここで、第3の実施形態の具体例を図を用いて説明する。図7Aは第3の実施形態に係るトランジスタ素子の概略断面図を、図7Bは該トランジスタ素子の上面平面図を表す。   Here, a specific example of the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of a transistor element according to the third embodiment, and FIG. 7B is a top plan view of the transistor element.

図7A,Bに示すトランジスタ素子は、支持基板としてのSi基板62と、素子分離のためのSTI64と、不純物層66と、絶縁膜としてのゲート酸化膜68と、ゲート電極70と、LDD層72と、サイドウォール74と、N型トランジスタにおけるソース領域76Aおよびドレイン領域76Bと、P型トランジスタにおけるドレイン領域76Cおよびソース領域76Dと、ゲート電極70を覆う中間膜78と、ゲート電極70、ソース領域76A、76Dおよびドレイン領域76B、76Cとの接続となるコンタクト80と、中間膜78上にゲート電極70、ソース領域76A、76Dおよびドレイン領域76B、76Cと接続される配線としてのメタル膜82と、を有する。(尚、便宜上図7Bには中間膜78は示していない。)
図7Bに示す通り、P型トランジスタにおいてソース領域76Dと接続される配線としてのメタル膜82は、ゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うように形成され、Si基板62に応力を印加する応力膜の役割も担っている。即ち、図7A,Bでは、応力膜が、ソース領域76Dに接続する配線としてのメタル膜82と一体成形されている。
7A and 7B includes a Si substrate 62 as a support substrate, an STI 64 for element isolation, an impurity layer 66, a gate oxide film 68 as an insulating film, a gate electrode 70, and an LDD layer 72. A sidewall 74, a source region 76A and a drain region 76B in an N-type transistor, a drain region 76C and a source region 76D in a P-type transistor, an intermediate film 78 covering the gate electrode 70, a gate electrode 70, and a source region 76A. , 76D and the drain regions 76B and 76C, and the metal film 82 as a wiring connected to the gate electrode 70, the source regions 76A and 76D, and the drain regions 76B and 76C on the intermediate film 78. Have. (For convenience, the intermediate film 78 is not shown in FIG. 7B.)
As shown in FIG. 7B, the metal film 82 as a wiring connected to the source region 76D in the P-type transistor is formed so as to cover most of the region where the gate electrode 70 and the channel region overlap, and stress is applied to the Si substrate 62. It also plays the role of a stress film that applies. That is, in FIGS. 7A and 7B, the stress film is integrally formed with the metal film 82 as the wiring connected to the source region 76D.

図7A,Bに示す通り、N型トランジスタにおけるゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜78上に、メタル膜82が設けられておらず、一方P型トランジスタにおけるゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜78上に、メタル膜82が設けられている。また、N型トランジスタについてより詳細に説明すると、図8に示す通り、ゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域よりも外側の領域の中間膜上に、該ゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域(四辺形の形状)を囲むように、応力膜82A〜Dを有している。前記四辺形の形状のゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域の4つの辺の1辺が、ソース領域76Aに接続する配線として形成された応力膜82Aと面し、他の1辺が、ドレイン領域76Bに接続する配線として形成された応力膜82Bと面し、他の1辺が、ゲート電極70に接続する配線として形成された応力膜82Cと面し、他の1辺が、ソース領域76A、ドレイン領域76Bおよびゲート電極70の何れにも接続しないダミーの応力膜82Dと面する態様となっている。尚、ダミーの応力膜82Dが、ソース領域76Aに接続する配線として形成された応力膜82Aと一体成形されている態様も好ましい。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the metal film 82 is not provided on the intermediate film 78 in the region where the gate electrode 70 and the channel region in the N-type transistor overlap with each other. A metal film 82 is provided on the intermediate film 78 in a region overlapping with the channel region. Further, the N-type transistor will be described in more detail. As shown in FIG. 8, a region where the gate electrode 70 and the channel region overlap on an intermediate film in a region outside the region where the gate electrode 70 and the channel region overlap. The stress films 82A to 82D are provided so as to surround (the quadrilateral shape). One side of the four sides of the region where the quadrilateral gate electrode 70 and the channel region overlap each other faces the stress film 82A formed as a wiring connected to the source region 76A, and the other side is the drain. The stress film 82B formed as a wiring connected to the region 76B faces, the other side faces the stress film 82C formed as a wiring connected to the gate electrode 70, and the other side faces the source region 76A. The dummy stress film 82D is connected to neither the drain region 76B nor the gate electrode 70. It is preferable that the dummy stress film 82D is integrally formed with the stress film 82A formed as a wiring connected to the source region 76A.

また、図9に示す通り、前記四辺形の形状のゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域が、その4つの辺の内の1辺にのみ面する4つの応力膜82によって囲まれ、前記4つの応力膜82は何れもゲート電極とチャネル領域とが重なる領域から離れるほど幅が広くなる形状となるよう、隣接する応力膜との間が前記四辺形の4つの角から伸びるスリットで分割されている態様は、より応力を高めることができ好ましい。   Also, as shown in FIG. 9, a region where the quadrilateral gate electrode 70 and the channel region overlap is surrounded by four stress films 82 facing only one of the four sides, and the 4 The two stress films 82 are divided by slits extending from the four corners of the quadrilateral so that the width of the stress film 82 increases as the distance from the region where the gate electrode and the channel region overlap. The embodiment in which the stress can be further increased is preferable.

ここで、図7A,Bに示すトランジスタ素子の製造方法について説明する。尚、該製造方法は、前述の第1の実施形態にかかる図1A,Bに示すトランジスタ素子の製造方法に準じて行なうことができる。
まず、Si基板62に対し、素子分離としてSTI64を形成し、Si基板62中にN型トランジスタであればP型不純物(ボロンなど)を、P型トランジスタであればN型不純物(リンなど)をインプラして、不純物層66を形成する。次に、ゲート絶縁膜となるゲート酸化膜68を形成し、更にゲート電極70となるPoly−SiをCVD法により形成する。
Here, a method of manufacturing the transistor element shown in FIGS. 7A and 7B will be described. The manufacturing method can be performed in accordance with the method for manufacturing the transistor element shown in FIGS. 1A and 1B according to the first embodiment.
First, an STI 64 is formed as element isolation with respect to the Si substrate 62, and a P-type impurity (such as boron) is used in the Si substrate 62 if it is an N-type transistor, and an N-type impurity (such as phosphorus) is used if it is a P-type transistor. Impurity layer 66 is formed by implantation. Next, a gate oxide film 68 to be a gate insulating film is formed, and Poly-Si to be a gate electrode 70 is further formed by a CVD method.

次に、ゲート電極70およびゲート酸化膜68をホトリソ・エッチングにより形状加工を行なった後、インプラによりLDD層72を形成する。その後、LP−TEOSやLP−SiNといったCVD膜を形成し、異方性エッチングによりゲート電極70とソース領域76A,ドレイン領域76Bとの間、またはゲート電極70とドレイン領域76C,ソース領域76Dとの間のスペーサーとなるサイドウォール74を形成する。   Next, after the gate electrode 70 and the gate oxide film 68 are processed by photolithography and etching, an LDD layer 72 is formed by implantation. Thereafter, a CVD film such as LP-TEOS or LP-SiN is formed and anisotropic etching is performed between the gate electrode 70 and the source region 76A and the drain region 76B, or between the gate electrode 70 and the drain region 76C and the source region 76D. Side walls 74 serving as spacers are formed.

次に、N型トランジスタ、P型トランジスタのそれぞれについて、ソース領域76A,76Dおよびドレイン領域76B,76Cを形成する為に不純物をインプラする。その後ゲート電極70とメタル膜82との間の膜となる中間膜78としてLP−TEOS等のCVD膜を全面に形成する。次いで、ゲート電極70、ソース領域76A,76D、ドレイン領域76B,76Cの電位が取れるよう、ホトリソ・エッチングによりコンタクトホールを形成し、WCVDにより該コンタクトホールを埋め込み、Wをエッチバックして、コンタクト80(Wプラグ)を形成する。その後、メタル膜82をスパッタにより全面に形成し、ホトリソ・エッチングにより、ゲート電極70、ソース領域76A,76D、ドレイン領域76B,76Cに接続するコンタクト80上のメタル膜82が残るように、形状加工を行なう。
この際、P型トランジスタにおいては、ゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域にはソース領域76Dに接続する配線と一体成形された応力膜としてのメタル膜82が残るよう上記形状加工を行う。またN型トランジスタにおいては、ゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域にはメタル膜82を残さず、且つゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域よりも外側の領域の中間膜78上に、該ゲート電極70とチャネル領域とが重なる領域を囲むように、応力膜82を残すよう上記形状加工を行うことにより、図7A,Bに示すトランジスタ素子が得られる。
Next, for each of the N-type transistor and the P-type transistor, impurities are implanted in order to form the source regions 76A and 76D and the drain regions 76B and 76C. Thereafter, a CVD film such as LP-TEOS is formed on the entire surface as an intermediate film 78 to be a film between the gate electrode 70 and the metal film 82. Next, contact holes are formed by photolithography etching so that the potentials of the gate electrode 70, the source regions 76A and 76D, and the drain regions 76B and 76C can be taken, the contact holes are filled by WCVD, W is etched back, and contact 80 (W plug) is formed. Thereafter, a metal film 82 is formed on the entire surface by sputtering, and shape processing is performed by photolithography and etching so that the metal film 82 on the contact 80 connected to the gate electrode 70, the source regions 76A and 76D, and the drain regions 76B and 76C remains. To do.
At this time, in the P-type transistor, the shape processing is performed so that the metal film 82 as a stress film integrally formed with the wiring connected to the source region 76D remains in the region where the gate electrode 70 and the channel region overlap. In the N-type transistor, the metal film 82 is not left in the region where the gate electrode 70 and the channel region overlap, and on the intermediate film 78 in the region outside the region where the gate electrode 70 and the channel region overlap. 7A and 7B is obtained by performing the above shape processing so as to leave the stress film 82 so as to surround the region where the gate electrode 70 and the channel region overlap.

図7A,Bに示すトランジスタ素子では、応力膜を形成する位置を調整することによりN型トランジスタ、P型トランジスタのいずれにおいても駆動能力を向上させることができる。
また、従来ではN型およびP型のトランジスタの駆動能力を向上させるために、ホトリソレジストによりマスキングを行なった上で、応力制御の工程を施す方法を行なっていた。図7A,Bに示すトランジスタ素子では、メタル膜82のレイアウトを変えるだけで、マスキングおよび応力制御の工程を追加することなく、N型およびP型のトランジスタの駆動能力が向上したトランジスタ素子が得られ、つまりより簡易な方法でトランジスタの駆動能力を向上させる事ができる。
In the transistor elements shown in FIGS. 7A and 7B, the driving ability of both the N-type transistor and the P-type transistor can be improved by adjusting the position where the stress film is formed.
Conventionally, in order to improve the driving capability of N-type and P-type transistors, a method of performing a stress control process is performed after masking with a photolithography resist. In the transistor elements shown in FIGS. 7A and 7B, a transistor element with improved driving capability of N-type and P-type transistors can be obtained by simply changing the layout of the metal film 82 and without adding masking and stress control processes. That is, the driving capability of the transistor can be improved by a simpler method.

2、32、62 Si基板(支持基板)
4、34、64 STI
6、36、66 不純物層
8、38、68 ゲート酸化膜(絶縁膜)
10、40、70 ゲート電極
12、42、72 LDD層
14、44、74 サイドウォール
16A、16D、46A、76A、76D ソース領域
16B、16C、46B、76B、76C ドレイン領域
18、48A、78 中間膜
20、50A、50B、80 コンタクト
22、82 メタル膜
48B 層間膜
52A 第1メタル膜
52B 第2メタル膜
2, 32, 62 Si substrate (support substrate)
4, 34, 64 STI
6, 36, 66 Impurity layer 8, 38, 68 Gate oxide film (insulating film)
10, 40, 70 Gate electrodes 12, 42, 72 LDD layers 14, 44, 74 Side walls 16A, 16D, 46A, 76A, 76D Source regions 16B, 16C, 46B, 76B, 76C Drain regions 18, 48A, 78 Intermediate film 20, 50A, 50B, 80 Contacts 22, 82 Metal film 48B Interlayer film 52A First metal film 52B Second metal film

Claims (4)

ソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域を備えた支持基板上に、ゲート電極と該ゲート電極を覆う中間膜とを備える第1および第2のトランジスタ構造を、少なくとも有し、
前記第1のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜上に、該第1のトランジスタ構造のしきい値電圧に変動を及ぼす範囲で前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域の大部分を覆うよう前記支持基板に応力を印加する応力膜を有し、
前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域には、中間膜上に、前記支持基板に応力を印加する応力膜を有さず、
前記第1のトランジスタ構造がP型トランジスタ、前記第2のトランジスタ構造がN型トランジスタであり、
前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域よりも外側の領域の中間膜上に、前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域を囲むように、前記支持基板に応力を印加する応力膜を有し、
前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる領域が四辺形であり、前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域は前記四辺形の1辺にのみ面する4つの応力膜によって囲まれ、前記4つの応力膜は何れも前記ゲート電極とチャネル領域とが重なる領域から離れるほど幅が広くなる形状となるよう、隣接する応力膜との間が前記四辺形の4つの角から伸びるスリットで分割されている半導体集積回路のトランジスタ素子。
Having at least first and second transistor structures each including a gate electrode and an intermediate film covering the gate electrode on a supporting substrate including a source region, a drain region, and a channel region;
In the region where the gate electrode and the channel region in the first transistor structure overlap, the gate electrode and the channel region overlap on the intermediate film within a range in which the threshold voltage of the first transistor structure varies. A stress film for applying stress to the support substrate so as to cover most of the region;
The region where the gate electrode and the channel region overlap in the second transistor structure does not have a stress film for applying stress to the support substrate on the intermediate film ,
The first transistor structure is a P-type transistor, and the second transistor structure is an N-type transistor;
Stress is applied to the supporting substrate on the intermediate film in a region outside the region where the gate electrode and the channel region overlap in the second transistor structure so as to surround the region where the gate electrode and the channel region overlap. Having a stress film,
The region where the gate electrode and the channel region overlap in the second transistor structure is a quadrilateral, and the region where the gate electrode and the channel region overlap is surrounded by four stress films facing only one side of the quadrilateral. The four stress films are slits extending from the four corners of the quadrilateral so that the width of the four stress films becomes wider as the distance from the region where the gate electrode and the channel region overlap with each other. A transistor element of a semiconductor integrated circuit which is divided .
前記第1のトランジスタ構造のゲート電極とチャネル領域とが重なる領域における前記応力膜が、前記第1のトランジスタ構造の前記中間膜上に形成された前記ソース領域に接続する配線と一体成形されている請求項1に記載の半導体集積回路のトランジスタ素子。 The stress film in a region where the gate electrode and the channel region of the first transistor structure overlap is formed integrally with a wiring connected to the source region formed on the intermediate film of the first transistor structure. The transistor element of the semiconductor integrated circuit according to claim 1. 前記第1および第2のトランジスタ構造CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型のゲート構造を有する請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路のトランジスタ素子。 The transistor element of the semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the first and second transistor structures have a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type gate structure. 前記第2のトランジスタ構造におけるゲート電極とチャネル領域とが重なる四辺形の域の4つの辺の1辺が、前記第2のトランジスタ構造の前記ソース領域に接続する配線として形成された応力膜Aと面し、他の1辺が、前記第2のトランジスタ構造の前記ドレイン領域に接続する配線として形成された応力膜Bと面し、他の1辺が、前記第2のトランジスタ構造の前記ゲート電極に接続する配線として形成された応力膜Cと面し、他の1辺が、前記ソース領域、ドレイン領域およびゲート電極の何れにも接続しないダミーの応力膜Dと面する請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の半導体集積回路のトランジスタ素子。 The second one side of four sides of the realm of quadrilateral gate electrode and the channel region overlaps the transistor structure, the second transistor said stress is formed as a wiring connected to the source region layer structure A The other side faces the stress film B formed as a wiring connected to the drain region of the second transistor structure, and the other side faces the gate of the second transistor structure. facing stress film C formed as a wiring connected to the electrode, the other one side, the source region, facing stress film D of the dummy which is not connected to any of the drain region and the gate electrode claims 1 4. The transistor element of the semiconductor integrated circuit according to any one of items 3 .
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