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Patent Searching and Data


Title:
SEMICONDUCTOR DEVICE AND ITS MANUFACTURING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/126588
Kind Code:
A1
Abstract:
[PROBLEMS] A semiconductor device having a pMISFET using a silicon nitride film which has a strong compressive stress, manufactured with a high production yield, and having a high switching speed, and its manufacturing method are provided. [MEANS FOR SOLVING PROBLEMS] A silicon nitride film (14) is so formed within a box mark (102) as to cover a silicon substrate (1). Nickel silicide (8) is formed by a silicidation reaction in a semiconductor region in the substrate. Thereafter, a silicon nitride film (9) having a strong compressive stress is so formed as to cover the pMISFET (101) and the box mark (102). After an interlayer insulting film (11) is formed thereover, a resist is patterned to make a contact hole (13). During this process, the resist is removed and again a resist (12b) is formed until the alignment accuracy meets a predetermined requirement.

Inventors:
UEJIMA KAZUYA (JP)
NAKAMURA HIDETATSU (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/054468
Publication Date:
October 23, 2008
Filing Date:
March 12, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NEC CORP (JP)
UEJIMA KAZUYA (JP)
NAKAMURA HIDETATSU (JP)
International Classes:
H01L21/336; H01L21/027; H01L21/28; H01L21/66; H01L29/78
Foreign References:
JP2001307999A2001-11-02
JP2003060076A2003-02-28
JP2003007815A2003-01-10
JPH09260647A1997-10-03
JPS63318769A1988-12-27
JP2004165527A2004-06-10
JPH05175155A1993-07-13
JPH04269833A1992-09-25
JP2002305131A2002-10-18
Other References:
SHIMIZU A. ET AL.: "Local Mechanical-Stress Control (LMC): A New Technique for CMOS-Performance Enhancement", IEDM, 2001, pages 433 - 436, XP001075565
Attorney, Agent or Firm:
TAKAHASHI, Isamu (Shinoda Bldg.10-7, Higashi Kanda 1-chom, Chiyoda-ku Tokyo, JP)
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Claims:
 基板上に形成されたMISFETと、半導体領域を含み前記基板上に少なくとも1つ形成された検査パターンと、前記MISFET及び前記検査パターンを覆うように形成され前記MISFETのソース・ドレイン間のチャネル領域に圧縮歪みを加える圧縮応力膜とを有し、
 前記MISFETは、少なくとも前記ソース・ドレインの一部に金属シリサイド層が形成され、
 前記検査パターンは、前記圧縮応力膜と接する前記半導体領域に前記金属シリサイド層が形成されていないことを特徴とする半導体装置。
 前記検査パターンは、素子分離領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
 前記半導体領域は、拡散層領域を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
 前記半導体領域は、ポリシリコン層を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
 前記検査パターンにおいて、前記半導体領域と前記圧縮応力膜との間に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
 前記絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
 前記絶縁膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
 前記圧縮応力膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。
 前記金属シリサイドは、コバルトシリサイドであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
前記金属シリサイドは、ニッケルシリサイドであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
 前記金属シリサイドは、ニッケルプラチナシリサイドであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
 前記金属シリサイドは、プラチナシリサイドであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
 前記金属シリサイドは、イットリウムシリサイドであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
 前記金属シリサイドは、エルビウムシリサイドであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
 前記MISFETは、pチャネル型MISFETであることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の半導体装置。
 前記検査パターンは、露光の重ね合わせ精度を検査するためのボックスマークであることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の半導体装置。
 基板上にMISFETを形成し
 前記基板上に半導体領域を含む検査パターンを少なくとも1つ形成し、
 前記半導体領域を覆うように絶縁膜を形成し
 少なくとも前記MISFETのソース・ドレインを含む前記基板上の半導体領域の表面に金属シリサイド層を形成し
 前記MISFET及び前記検査パターンを覆うように圧縮応力膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
 前記絶縁膜を、前記金属シリサイド層を形成した後に除去することを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
 前記検査パターンを形成する際に、素子分離領域を形成することを特徴とする請求項17又は18に記載の半導体装置の製造方法。
Description:
半導体装置及びその製造方法

 本発明は、半導体装置及びその製造方法 関し、特に、圧縮歪みが加えられたチャネ 領域を有するpチャネル型MISFETと、露光の重 ね合わせ精度を検査するための検査パターン とを含む半導体装置と、その製造方法に関す る。

 近年、情報通信機器の発達に伴いLSI(Large Scale Integrated Circuit:大規模集積回路)に要求 れる処理能力はますます高いものになって り、トランジスタについてはその高速化が られている。この高速化は、主として構造 微細化によって進められてきた。しかし、 ソグラフィ技術の限界によりゲート長の短 化に限界が生じておりまた物理的な要因か ゲート絶縁膜の薄膜化に限界が生じている

 このため、微細化以外の新しい高性能化 術が要求されている。そのような技術とし 、応力を印加することによってチャネルを ませて移動度を高くする方法(ピエゾ抵抗効 果)が知られている。すなわち、チャネルと 行な方向に引張応力を印加してチャンネル 歪ませた場合、電子の移動度は高くなり、 孔の移動度は低くなる。また、逆に圧縮応 を印加してチャンネルを歪ませた場合、電 の移動度は低くなり、正孔の移動度は高く る。

 この現象を利用してMISFET(Metal Insulator Sem iconductor Field Effect Transistor:金属絶縁物半導 電界効果トランジスタ)の高性能化を図る技 術がいくつか提案されている。例えば、特許 文献1では、nチャネル型MISFET(以下、nMISFETと す)について、コンタクトホール開口の際の トッパー膜であるシリコン窒化膜に引張応 を印加している。そして、前記引張応力に るチャネルの歪みにより電子の移動度を高 、nMISFETの性能を向上させている。

 また、特許文献2では、nMISFETを覆うシリ ン窒化膜に引張応力を付与し、pチャネル型M ISFET(以下、pMISFETと記す)を覆うシリコン窒化 の圧縮応力を付与している。そして、nチャ ネルに引張応力を付与し、pチャネルに圧縮 力を付与することにより、両キャリアの移 度を高めて、nMISFET及びpMISFETの両方の性能を 向上させている。

 しかしながら、特許文献2におけるシリコ ン窒化膜を圧縮応力膜として使用した場合に は、LSIの製造上、問題点がある。この問題点 を図21~図26に基づいて説明する。

 先ず、図21に示すようにシリコン基板1の 面に素子分離領域2を形成する。その際、図 21(b)に示すようにスクライブ領域にも素子分 領域2を形成する。この素子分離領域2はボ クスマーク102のパターンを構成する。ボッ スマーク102の大きさは、典型的には40μm×40μ mの正方形であるが、検出の容易性を考慮し 少なくとも6μm×6μm以上とする。

 次に、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜を 膜し、その後パターニングすることにより ゲート絶縁膜3及びゲート電極4を形成する 次に、ゲート電極4をマスクとして、ボロン イオン注入することにより、ソース・ドレ ン拡張領域5を形成する。次に、この上にCVD (Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法でシ リコン酸化膜を成長させ、エッチバックによ り、ゲート側壁6を形成する。その後、ゲー 電極4とゲート側壁6とをマスクとして、ボロ ンをソース・ドレイン領域にイオン注入し、 熱処理によりボロンを活性化させて、ソース ・ドレイン7を形成する。

 次に、図22に示すようにニッケルをスパ タして熱処理を行い、ソース・ドレイン7の 面におけるシリサイド化反応によりニッケ シリサイド8を形成する。なお、余剰のニッ ケルはウェットエッチング等で除去する。こ のとき、後述する理由により、スクライブ領 域の半導体領域も全面がシリサイド化される 。このため、図22(b)に示すようにボックスマ クの半導体領域の表面にもニッケルシリサ ド8が形成される。なお、本明細書において 、シリサイド化反応により金属シリサイドが 形成され得る領域を、ソース・ドレイン7の うな拡散層及びシリコン基板1等を含む総称 して「半導体領域」という。

 次に、図23(a)に示すように強い圧縮応力 有するシリコン窒化膜9をpMISFET101上に成膜す る。このとき、図23(b)に示すようにボックス ーク102上にも強い圧縮応力を有するシリコ 窒化膜9が成膜される。この際に、後述する 理由によりボックスマーク102に気泡10が発生 る。

 次に、図24に示すように層間絶縁膜11を成 膜し、図25に示すようにその上にレジスト12 塗布後、露光と現像工程を経て、レジスト12 をパターニングする。その後、下地のパター ンとレジスト12のパターンとの重ね合わせ精 を測定するため、ボックスマーク102を利用 て検査装置で検査を行う。しかしながら、 査装置は、気泡10が存在することによりボ クスマーク102を認識できないため、重ね合 せ精度を測定することができない。図25は重 ね合わせ精度が所定の検査規格を満たしてい ない例であるが、この場合でも重ね合わせ精 度を測定することができないため、そのまま 次の工程に進められる。

 次に、図26に示すようにレジスト12をマス クとしてコンタクトホール13を開口する。上 したように、レジスト12のパターンが下地 パターンと合わないため、結果としてpMISFET1 01は正常に動作せず、歩留まりが低下してし うこととなる。また、このような膜の気泡 、LSI製造工程の一つであるCMP(Chemical Mechanic al Polishing:化学的機械的研磨)の際に、膜全体 の剥がれを引き起こす可能性がある。膜全体 が剥がれた場合、そのロットが廃棄となるだ けでなく、剥がれた膜は塵となり他のロット の歩留まりを低下させる原因ともなる。

 図27は、上述の製造方法により作製した 1の半導体装置の平面図である。但し、素子 表示していない。図27において、ボックス ーク102は、内側が金属シリサイド層で外側 素子分離領域2の場合(102c)及び内側が素子分 領域2で外側が金属シリサイド層の場合(102d) の両方が模式的に描かれている。

 製品領域22において、素子以外の領域に 金属シリサイド層によるダミーパターン24が 敷き詰められている。これは、素子以外の領 域を素子と近い状態にすることにより、素子 特性の位置依存性を小さくするためである。 従って、サリサイド技術を用いる場合には、 素子以外の半導体領域の表面にも金属シリサ イドが形成される。これは、スクライブ領域 23についても同様であり、半導体領域の表面 金属シリサイド層によるダミーパターン24 敷き詰められる。従って、ボックスマーク10 2における半導体領域の表面にも金属シリサ ド層が形成される。

 強い圧縮応力を有するシリコン窒化膜9を 成膜すると、ボックスマーク102の金属シリサ イド領域に気泡10が発生する。これが、検査 置のボックスマーク102の認識を阻害し、重 合わせ精度を測定できなくすることは、上 した通りである。

 図28(a)は、シリコン酸化膜とコバルトシ サイドでパターニングされたボックスマー の光学顕微鏡による平面観察像である。大 さは40μm×40μmである。図28(b)は、図28(a)に示 Y-Y線による断面図である。図28(a)は、コバ トシリサイド21上に強い圧縮応力を有するシ リコン窒化膜9を成膜したものであるが、図27 に模式的に示したのと同様な気泡10が観察さ た。

 図29(a)は、ニッケルシリサイド8の上に強 圧縮応力を有するシリコン窒化膜9を成膜し た際に発生した気泡10の断面をSEM(Scanning Elect ron Microscope:走査型電子顕微鏡)で観察した像 ある。本図から、気泡10は、シリコン窒化 9とニッケルシリサイド8との界面における部 分的な剥がれであることが分かる。pMISFETの ャネル領域における電子の移動度を高くす ため、シリコン窒化膜に印加する圧縮応力 大きくすると、シリコン窒化膜9は、図29(b) 矢印26で示す強い圧縮応力を受ける。そのた め、シリコン窒化膜9は剥がれることによっ 応力を開放しようとすると考えられる。

 図30乃至35は、第2のpMISFETについて、その 造方法を工程順に示す断面図である。図30 至35において、(a)はpMISFETを示す断面図であ 、(b)はボックスマークを示す断面図である 第2の構造は、素子分離領域とゲート電極に いるポリシリコン膜とでボックスマークを 成している点において、第1の構造と異なっ ている。

 図30及び31に示すようにソース・ドレイン 拡張領域5、ゲート側壁6、ソース・ドレイン7 及びニッケルシリサイド層8を第1のpMISFETと同 様に形成する。但し、ボックスマーク102にお いて、ゲート側壁6はポリシリコン層16の周囲 にも形成され、ニッケルシリサイド8はゲー 電極4と同様にポリシリコン層16の表面にも 成される。

 次に、図32に示すように強い圧縮応力を するシリコン窒化膜9を成膜する。このとき ボックスマーク102上にもシリコン窒化膜9が 成膜される。この際に、第1のpMISFETと同様に ックスマーク102上の強い圧縮応力を有する リコン窒化膜9に気泡10が発生する。

 次に、層間絶縁膜11を成膜し、その上に ジストを塗布後、露光と現像工程を経て、 ジスト12をパターニングする。その後、下地 のパターンとレジスト12のパターンとの重ね わせ精度を測定するが、気泡10が存在する め重ね合わせ精度を測定することができな 。従って、重ね合わせ精度が所定の規格を たさない場合でもそのまま工程が進められ こととなり、その結果、コンタクトホール13 を開口した際に下地のパターンと合わなくな る。このため、MISFETの歩留まりが低下するこ ととなる。

特開2002-198368号公報

特開2003-86708号公報

 この歩留まりの低下という問題点を解消 るために、ボックスマークの大きさを小さ することが考えられる。図36は、ニッケル リサイド8上に強い圧縮応力を有するシリコ 窒化膜9を成膜後、シリコン窒化膜9のみエ チングにより除去した後の光学顕微鏡によ 平面観察像である。図36(a)に示すように、大 面積のニッケルシリサイド8上には気泡の跡57 が観察されるのに対し、図36(b)に示すように ッケルシリサイド8を素子分離領域2(シリコ 酸化膜)で1.5μm×1.5μmの領域に区切った場合 は、気泡の跡が観察されなかった。このこ は、気泡10の発生は、大面積の金属シリサ ド上に強い圧縮応力を有するシリコン窒化 9を形成した場合に起こり易い現象であるこ を示している。

 しかしながら、図36(b)の例のような小さ ボックスマークではパターンの検出が困難 あるため、結果的に歩留まりが低下してし うという問題点がある。また、これを回避 るためには、例えばpMISFETの製造にサリサイ 技術を用いないということも考えられる。 かしながら、その場合には拡散層のソース ドレイン7及びポリシリコンのゲート電極4 抵抗が増大するため、スイッチングスピー が低下してしまうという問題点がある。

 本発明はかかる問題点に鑑みてなされた のであって、強い圧縮応力を有するシリコ 窒化膜を用いたpMISFETを有する半導体装置に おいて、歩留まりが高く且つスイッチングス ピードが高い半導体装置及びその製造方法を 提供することを目的とする。


 本発明に係る半導体装置は、シリコン基板 、このシリコン基板上に形成されたMISFETと 半導体領域を含み前記シリコン基板上に少 くとも1つ形成された検査パターンと、前記 MISFET及び前記検査パターンを覆うように形成 され前記MISFETのソース・ドレイン間のチャネ ル領域に圧縮歪みを加える圧縮応力膜と、を 有し、前記MISFETは、少なくとも前記ソース・ ドレインの一部に金属シリサイド層が形成さ れ、前記検査パターンは、前記応力膜と接す る前記半導体領域に前記金属シリサイド層が 形成されていないことを特徴とする。

 本発明に係る半導体装置の製造方法は、 リコン基板上にMISFETを形成する工程と、前 シリコン基板上に半導体領域を含む検査パ ーンを少なくとも1つ形成する工程と、前記 半導体領域を覆うように絶縁膜を形成する工 程と、少なくとも前記MISFETのソース・ドレイ ンを含む前記シリコン基板上の半導体領域の 表面に金属シリサイド層を形成する工程と、 前記MISFET及び前記検査パターンを覆うように 圧縮応力膜を形成する工程と、を有すること を特徴とする。

 本発明によれば、強い圧縮応力を有する リコン窒化膜を用いたpMISFETを有する半導体 装置において、歩留まりが高くすることがで き、且つスイッチングスピードが高い半導体 装置を得ることができる。

 以下、本発明の実施形態について添付の 面を参照して具体的に説明する。先ず、本 明の第1の実施形態について説明する。図1(a )及び(b)は、本第1実施形態に係る半導体装置 示す断面図である。図1(a)は、pMISFETの断面 であり、図1(b)は、スクライブ領域に設けら 重ね合わせ検査に使用されるボックスマー の断面図である。

 図1(a)に示すように、シリコン基板1の表 には、pMISFET101の領域を囲むように素子分離 域2が設けられている。素子分離領域2はシ コン基板1に形成された溝を埋めるように成 されている。素子分離領域2としては、例え ばシリコン酸化膜が用いられる。この素子分 離領域2で他の素子から分離された領域内に ソース・ドレイン7が夫々素子分離領域2に接 するように互いに離隔して形成されている。 ソース・ドレイン7は、シリコン基板1に例え ボロンを拡散させた拡散層である。ソース びドレインの間にはソース及びドレインに し且つ互いに離隔してソース・ドレイン拡 領域5が形成されている。ゲート絶縁膜3は 2つのソース・ドレイン拡張領域5の先端及び その間のシリコン基板1表面を覆うように形 されている。その上にはゲート電極4が形成 れている。ゲート電極4としては、例えばポ リシリコンが用いられる。6はゲート側壁で る。

 ゲート電極4及びソース・ドレイン7の上 には、シリサイド化反応によりニッケルシ サイド8が形成されている。その上には強い 縮応力を有するシリコン窒化膜9がシリコン 基板1の表面全体を覆うように形成されてい 。

 図1(b)において、図1(a)と同様にシリコン 板1の表面に素子分離領域2が設けられている 。但し、図2(b)においては、素子分離領域2は ックスマーク102のパターンを形成する目的 設けられている。この素子分離領域2の一部 を含むボックスマーク102の領域内にはシリコ ン基板1の表面上にシリコン酸化膜14が成膜さ れている。シリコン基板1の表面には図1(a)と 様にシリサイド化反応によりニッケルシリ イド8が形成されている。これに対して、素 子分離領域2及びシリコン酸化膜14の表面では シリサイド化反応は起きないため、ボックス マーク102上にはニッケルシリサイド8は形成 れていない。強い圧縮応力を有するシリコ 窒化膜9は、シリコン酸化膜14の上からボッ スマーク102全体を覆うように形成されてい 。

 図1(a)及び(b)において、強い圧縮応力を有 するシリコン窒化膜9の上には層間絶縁膜11が 形成されている。また、ソース・ドレイン7 接続する電極を形成するためのコンタクト ール13が層間絶縁膜11及び強い圧縮応力を有 るシリコン窒化膜9を貫通するように設けら れている。なお、図1における半導体装置は コンタクトホール13を形成しレジストを除去 する前の状態を表している。また、本実施形 態における再露光後のレジスト12bは、形成し たレジストのパターンと下地のパターンの重 ね合わせ精度が検査により規格を満たさなか ったため、このレジストを除去した後再度形 成したレジストである。

 本実施形態においては、シリコン酸化膜1 4を成膜することによりボックスマーク102上 ニッケルシリサイド8が形成されないため、 い圧縮応力を有するシリコン窒化膜9を形成 した後の気泡の発生を効果的に防止すること ができる。以下、その理由について説明する 。

 図2(a)及び(b)は、強い圧縮応力を有するシ リコン窒化膜9が形成される下地の種類によ 気泡の発生状況を説明するための光学顕微 による平面観察像である。図2(a)は、ニッケ シリサイド下地50上に強い圧縮応力を有す シリコン窒化膜9を形成した例である。なお 平面観察像の大きさは、典型的なボックス ーク102の大きさである40μm×40μmである。本 に示すように、強い圧縮応力を有するシリ ン窒化膜9に複数の気泡10が観察された。こ は、シリコン窒化膜9に印加された圧縮応力 が大きく、また、シリコン窒化膜9とニッケ シリサイド下地50との密着性が低いため、シ リコン窒化膜9とニッケルシリサイド下地50と の界面において応力を解放しようとして部分 的な剥がれが生じたためと考えられる。なお 、図示していないが引張応力を有するシリコ ン窒化膜及び弱い圧縮応力を有するシリコン 窒化膜を成膜した場合には、気泡が発生する 現象は確認されなかった。

 図2(b)は、各種の下地の上に強い圧縮応力 を有するシリコン窒化膜9を形成した場合の 泡10の発生状況を比較したものである。本図 に示すように、ヒ素ドープシリコン上に形成 したコバルトシリサイド下地54の上に強い圧 応力を有するシリコン窒化膜9を成膜した場 合には、細かい多数の気泡10が観察された。 た、ボロンドープシリコン上に形成したコ ルトシリサイド下地53又はノンドープシリ ン上に形成したコバルトシリサイド下地52で ある場合にも、数は少なくなるものの気泡10 観察された。このことから、金属シリサイ の下地上に強い圧縮応力を有するシリコン 化膜9を形成する場合には、気泡10が発生し いことが分かる。これに対して、下地がシ コン酸化膜下地51である場合には、強い圧 応力を有するシリコン窒化膜9を成膜しても 泡10の発生は観察されなかった。

 図3は、コバルトシリサイド下地55及びシ コン酸化膜下地51上に強い圧縮応力を有す シリコン窒化膜9を成膜した後の平面観察像 ある。図3に示すようにコバルトシリサイド 下地55の領域には多数の気泡10が発生してい のが観察された。但し、シリコン酸化膜下 51の領域との境界から約3μm以内の領域では バルトシリサイド下地55の領域であっても気 泡10は見られなかった(気泡が形成されない領 域56)。これは、境界から3μmまではシリコン 化膜下地51による密着の影響が及ぶためと考 えられる。上記の観察結果から、周囲をシリ コン酸化膜下地51で囲まれたコバルトシリサ ド下地55の場合、両側からの寄与を考慮し も、領域の大きさがおよそ6μm×6μm以上にな と気泡10が発生し易くなると考えられる。 方、気泡が生じないようにボックスマーク 大きさを小さくするとパターンの検出が困 であるため、レジスト形成後の重ね合わせ 度の検査ができない可能性がある。

 上述のコバルトシリサイド下地55に対し 、シリコン酸化膜下地51の領域では気泡10は 察されなかった。これは、シリコン酸化膜 地51と強い圧縮応力を有するシリコン窒化 9との密着性が高いためと考えられる。従っ 、図1(b)においてシリコン酸化膜14の上に強 圧縮応力を有するシリコン窒化膜9を成膜す れば気泡10が発生しないため、ボックスマー 102としての機能を満たすことができる。ま 、シリコン酸化膜14を成膜した後にシリサ ド化反応によりニッケルシリサイド8を形成 る工程を行っても、シリコン酸化膜14上に ニッケルシリサイド8は形成されない。以上 理由により、本実施形態においては、ボッ スマーク102を構成するシリコン基板1を覆う ようにシリコン酸化膜14を成膜することとし 。

 図4に本実施形態の変形例を示す。図4(a) 、一例として素子分離領域2に囲まれた領域 に外側からコバルトシリサイド21、シリコ 酸化膜14の順で下地を形成し、その上から全 面に強い圧縮応力を有するシリコン窒化膜9 成膜した場合の平面観察像である。また、 4(b)は、図4(a)に示すX-X線による断面図である 。なお、平面観察像の大きさは、典型的なボ ックスマーク102の大きさである40μm×40μmであ る。図4(a)に示すように、素子分離領域2で囲 れた領域内において気泡10は発生していな 。このため、図4(b)に示すようにボックスマ ク102において、シリコン酸化膜14又は素子 離領域2との境界からの距離が小さくなるよ に金属シリサイドを形成することもできる

 以上のように本発明の実施形態において 、検査パターンを覆うように形成される圧 応力膜は金属シリサイド層の上には形成さ ていない。これにより、圧縮応力膜と金属 リサイド層との密着性が低いことによる気 の発生を防止することができる。このため 例えば検査パターンが重ね合わせ検査に使 される場合に、重ね合わせ検査を確実に行 ことができ、半導体装置の歩留まりを向上 せることができる。また、MISFETのソース・ レイン等に金属シリサイド層が形成されて ることにより、スイッチングスピードが高 半導体装置を得ることができる。更に、圧 応力膜により強い圧縮応力を印加すること できるため、pMISFETにおいて正孔の移動度を より高くすることができる。これにより、半 導体装置の性能をより向上させることができ る。

 以下に、図1に示す本実施形態の半導体装 置の製造方法について説明する。図5乃至11及 び図1は、本実施形態に係る半導体装置の製 方法をその工程順に示す断面図である。な 、図5乃至11及び図1において、(a)はpMISFET101の 断面図であり、(b)はボックスマーク102の断面 図である。

 先ず、図5(a)に示すようにシリコン基板1 表面に素子分離領域2を形成する。この際、 5(b)においてスクライブ領域にボックスマー クのパターンを構成するため、同様に素子分 離領域2を形成する。ボックスマークの大き は、典型的には40μm×40μmの正方形であるが ボックスマーク102の検出の容易性を考慮し 少なくとも6μm×6μm以上とする。

 次に、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜を 膜し、その後パターニングすることにより ゲート絶縁膜3及びゲート電極4を形成する ゲート電極4としてはポリシリコンを使用す 。次に、ゲート電極4をマスクとして、ボロ ンをイオン注入することにより、ソース・ド レイン拡張領域5を形成する。次に、この上 CVD法でシリコン酸化膜を成長させ、エッチ ックにより、ゲート側壁6を形成する。その 、ゲート電極4及びゲート側壁6をマスクと て、ボロンをソース・ドレイン領域にイオ 注入し、熱処理によりボロンを活性化させ 、ソース・ドレイン7を形成する。

 次に、図6に示すように全面にシリコン酸 化膜を成膜後、フォトリソグラフィ法及びエ ッチング法により、図6(b)に示すボックスマ ク102以外の部分についてはシリコン酸化膜14 を除去する。

 次に、図7に示すようにニッケルをスパッ タして熱処理を行い、ソース・ドレイン7の 面におけるシリサイド化反応によりニッケ シリサイド8を形成する。余剰のニッケルは ェットエッチング等で除去する。このとき ボックスマーク102の領域ではシリコン基板1 を覆うようにシリコン酸化膜14が存在してい ため、ニッケルシリサイド8は形成されない 。なお、ニッケルシリサイド膜8を形成した 、シリコン酸化膜14は除去してもよく、又は 残してもよい。

 次に、図8に示すように強い圧縮応力を有 するシリコン窒化膜9をpMISFET101を覆うように 膜する。このとき、ボックスマーク102の上 も強い圧縮応力を有するシリコン窒化膜9が 成膜される。この際、ボックスマーク102上に シリコン酸化膜14が形成されていることによ 、上述したように強い圧縮応力を有するシ コン窒化膜9とシリコン酸化膜14の密着度は いため、気泡は発生しない。また、前工程 おいてシリコン酸化膜14を取り除いた場合 も、シリコン基板1と強い圧縮応力を有する リコン窒化膜9との密着性は高いため、同様 に気泡は発生しない。

 次に、図9に示すように層間絶縁膜11を成 する。次に、図10に示すように層間絶縁膜11 の上にレジスト12aを塗布後、露光と現像工程 を経て、レジスト12aをパターニングする。そ の後、下地のパターンとレジスト12aのパター ンとの重ね合わせ精度を測定するため、ボッ クスマーク102を利用して検査装置で検査を行 う。このとき、ボックスマーク102上に気泡が 生じていないため、検査装置はボックスマー ク102を認識することができ、重ね合わせ精度 を測定できる。測定の結果、重ね合わせ精度 が所定の規格を満たしていない場合には、一 旦レジスト12aを除去し、再度レジストを塗布 して露光・現像を行う。図11は再露光後のレ スト12bが形成された状態である。その後、 びボックスマーク102を利用して検査装置で ね合わせ精度を測定する。重ね合わせ精度 所定の規格を満たすまで、レジストの除去 再形成を繰り返す。

 重ね合わせ精度が所定の規格を満たした 、次に、レジスト12bをマスクとしてコンタ トホール13を開口することにより図1に示す 導体装置が得られる。この際、前工程にお て下地のパターンとコンタクトホール13と 位置が合っているため、歩留まり向上させ ことができる。また、図1(a)に示すようにニ ケルシリサイド8をソース・ドレイン7及び ート電極4の上部に形成しているため、スイ チングスピードが高い半導体装置が得られ 。

 以上のように本発明の実施形態において 、検査パターンの半導体領域を絶縁膜で覆 ことにより、この半導体領域に金属シリサ ド層が形成されないようにすることができ 。これにより、圧縮応力膜に印加される圧 応力が大きい場合でも、圧縮応力膜を成膜 た後に気泡が発生することがない。このた 、例えば検査パターンが重ね合わせ検査に 用される場合に、重ね合わせ検査を確実に うことができ、半導体装置の歩留まりを向 させることができる。

 図12は、本発明の第1の実施の形態により 強い圧縮応力を有するストレス窒化膜9を用 いてpMISFETを作製した場合の平面模式図であ 。但し、製品領域22の素子自体は表示してい ない。図12において、ボックスマーク102は、 側がシリコン層25で外側が素子分離領域2の 合(102a)及び内側が素子分離領域2で外側がシ リコン層25の場合(102b)の両方が模式的に描か ている。

 上述した図27と同様の理由で、図12におい て素子以外の領域には金属シリサイド層によ るダミーパターン24が敷き詰められ、素子以 の半導体領域の表面にも、ボックスマーク1 02等を除く領域にはダミーパターン24が設け れている。但し、ボックスマーク102の半導 領域(シリコン層25)には金属シリサイドが形 されていない。なお、本図に示す内側がシ コン層25で外側が素子分離領域2の場合(102a) び内側が素子分離領域2で外側がシリコン層 25の場合(102b)のいずれの場合でもボックスマ クとして認識可能である。

 なお、本発明を適用するにあたり注意す き点が2点ある。第1に、金属シリサイドが 成されない領域の近傍において、素子の特 変動が起こる可能性があるという点である このため、必要により設計上本発明を適用 るボックスマーク102の近くの製品領域には 子を配置しないようにする。但し、本発明 適用されるボックスマーク102の半導体領域 、スクライブ領域23の中でも高々2%以内でし ない。これは、LSIチップサイズが1mm×1mm、 クライブ領域23の幅が100μm、ボックスマーク 102の半導体領域が20μm×20μm及び本発明が適用 されるボックスマーク102の数が5個と仮定し 場合である。第2に、本実施形態によるボッ スマーク102はその範囲に金属シリサイド層 形成されていないため、認識パターンが汎 の製品と異なるという点である。このため 本実施形態専用のパターン認識の条件を、 査装置に入力する必要がある。

 以上説明したように、本実施形態におい はボックスマーク102の領域内のシリコン基 1をシリコン酸化膜14で覆うことにより、強 圧縮応力を有するシリコン窒化膜9を成膜し た後に気泡が発生することがない。これによ り、露光の重ね合わせ精度の測定を確実に行 うことができるため、半導体装置の歩留まり を向上させることができる。また、pMISFET101 ソース・ドレイン7及びゲート電極4にニッケ ルシリサイド8が形成されているため、スイ チングスピードが高い半導体装置を得るこ ができる。更に、強い圧縮応力を有するシ コン窒化膜9を成膜してpMISFET101のチャネル領 域に強い圧縮歪を加えることにより、正孔の 移動度が高くなるため、これを利用して半導 体装置の性能を向上させることができる。

 なお、上述の本実施形態において、シリ イド化反応によりニッケルシリサイド8を形 成することとしているが、本発明はこれに限 定されるものではない。例えば、コバルトシ リサイド、ニッケルプラチナシリサイド、プ ラチナシリサイド、イットリウムシリサイド 又はエルビウムシリサイドを形成することと してもよい。

 また、上述の本実施形態において、ボッ スマーク102内の半導体領域を覆うようにシ コン酸化膜14を形成することとしているが 本発明はこれに限定されるものではない。 の種類の絶縁膜を形成することとしてもよ 、例えば、シリコン窒化膜を形成すること してもよい。

 次に、本発明の第2の実施形態について説 明する。図13(a)及び(b)は、本第2実施形態に係 る半導体装置を示す断面図である。図13(a)はp MISFETの断面図であり、図13(b)はスクライブ領 に設けられ重ね合わせ検査に用いられるボ クスマークの断面図である。なお、図13(a) び(b)について以下に示す事項以外は第1の実 形態と同様であるので、図13(a)及び(b)にお て、図1と同一構成物には同一符号を付して の詳細な説明は省略する。

 本実施形態は、図13(b)に示すようにボッ スマーク102を構成する素子分離領域2の上に リシリコン層16が形成されている点におい 上述の第1の実施形態と異なっている。本実 形態において、このポリシリコン層16は図13 (a)に示すゲート電極4と同じ材料である。ポ シリコン層16の周囲には側壁17が形成されて る。この側壁17は、図13(a)に示すゲート側壁 6と同じ材料である。シリコン酸化膜15はポリ シリコン層16及び側壁17を覆うように成膜さ ている。上記以外は第1の実施形態と同様で る。なお、図13(b)において、素子分離領域2 構成するボックスマーク102のパターンは、 12におけるボックスマーク102aのパターンに 当する。

 本実施形態においては、ボックスマーク1 02上にポリシリコン層16が形成されている。 のポリシリコン層16の表面でシリサイド化反 応を起こさせると、ゲート電極4と同様にポ シリコン層16にもニッケルシリサイド8が形 される。しかしながら、本実施形態におい は、ボックスマーク102上のポリシリコン層16 はシリコン酸化膜15に覆われているため、ニ ケルシリサイド8が形成されない。これによ り、強い圧縮応力を有するシリコン窒化膜9 成膜後に気泡が発生しないため、重ね合わ 検査において検査装置がボックスマーク102 正常に認識することができる。従って、上 の第1の実施形態と同様に半導体装置の歩留 りを向上させることができる。また、pMISFET 101にはニッケルシリサイド8が形成されてい ため、スイッチングスピードが高い半導体 置が得られる。

 以下に、図13に示す本実施形態の半導体 置の製造方法について説明する。図14乃至20 び図13は、本実施形態に係る半導体装置の 造方法をその工程順に示す断面図である。 お、図14乃至20及び図13において、(a)はpMISFET1 01の断面図であり、(b)はボックスマーク102の 面図である。また、本実施形態の製造方法 おいて、上述の第1の実施形態の製造方法と 同一の工程については、その詳細な説明を省 略する。

 ここで、pMISFET101の製造工程については、 図5乃至11及び図1に示す第1の実施形態の製造 法と同一である。

 以下、主にボックスマーク102の製造工程 ついて説明する。先ず、図14(b)に示すよう 、シリコン基板1のスクライブ領域に素子分 領域2を形成する。ボックスマーク102の大き さは、典型的には40μm×40μmの正方形であるが 、ボックスマーク102の検出の容易性を考慮し 、少なくとも6μm×6μm以上とする。次に、pMISF ET101においてゲート電極4を形成する際にボッ クスマーク102上にポリシリコン層16が同時に 成される。次に、pMISFET101においてゲート側 壁6を形成する際にボックスマーク102上のポ シリコン層16の周囲にもゲート電極4と同様 側壁17が形成される。

 その後、図15(b)に示すように、ポリシリ ン層16及びその周囲の側壁17を覆うようにシ コン酸化膜15が形成される。ここでは、全 にシリコン酸化膜を成膜後、フォトリソグ フィ法及びエッチング法により、ボックス ーク102上以外の部分についてはシリコン酸 膜を除去することでシリコン酸化膜15が得ら れる。

 次に、図16に示すように露出した半導体 域にシリサイド化反応を起こさせることに り、ニッケルシリサイド8を形成する。この き、ボックスマーク102上に形成されたシリ ン酸化膜15の表面ではシリサイド化反応は こらないため、ニッケルシリサイド8は形成 れない。なお、ニッケルシリサイド膜8を形 成した後、シリコン酸化膜15は除去してもよ 、又は残してもよい。

 次に、図17に示すように強い圧縮応力を するシリコン窒化膜9をpMISFET上及びボックス マーク102上に成膜する。なお、ボックスマー ク102上にはシリコン酸化膜15が存在している め、上述の第1の実施形態と同様に気泡は発 生しない。また、前工程においてシリコン酸 化膜15を取り除いた場合でも、ポリシリコン と強い圧縮応力を有するシリコン窒化膜9と の密着性は高いため、気泡は発生しない。

 その後、図19、図20及び図14に示す層間絶 膜11、レジスト12a(又は再露光後のレジスト1 2b)及びコンタクトホール13の形成については 上述の第1の実施形態の製造方法と同様であ る。

 本実施形態においても、ボックスマーク1 02上に気泡が存在していないため、検査装置 ボックスマークを認識することができ、重 合わせ精度を測定できる。これにより、重 合わせ精度が所定の規格を満たすまでレジ トの形成及び重ね合わせ検査を繰り返すた 、コンタクトホール13を下地のパターンと う適正な位置に形成することができる。こ ため、従来に比べて半導体装置の歩留まり 向上させることができる。また、pMISFET101の ース・ドレイン7及びゲート電極4にニッケ シリサイド8が形成されているため、スイッ ングスピードが高い半導体装置を得ること できる。更に、強い圧縮応力を有するシリ ン窒化膜9を成膜してpMISFET101のチャネル領 に強い圧縮歪を加えることにより、正孔の 動度が高くなるため、これを利用して半導 装置の性能を向上させることができる。

 前記検査パターンは、素子分離領域を含 でいてもよい。また、前記半導体領域は、 散層領域を含んでいてもよい。前記半導体 域は、ポリシリコン層を含んでいてもよい

 また、前記検査パターンにおいて、前記 導体領域と前記圧縮応力膜との間に絶縁膜 形成されていてもよい。これにより、シリ ン基板等の半導体領域の表面に金属シリサ ド層が形成されないようにすることができ 。

 また、前記絶縁膜は、シリコン酸化膜で ってもよいものである。また、前記絶縁膜 、シリコン窒化膜であってもよいものであ 。また、前記圧縮応力膜は、シリコン窒化 であってもよいものである。また、前記金 シリサイドは、コバルトシリサイドであっ もよいものである。前記金属シリサイドは ニッケルシリサイドであるように構成する とができる。

 また、前記金属シリサイドは、ニッケル ラチナシリサイドであってもよいものであ 。また、前記金属シリサイドは、ニッケル ラチナシリサイドであってもよいものであ 。また、前記金属シリサイドは、イットリ ムシリサイドであってもよいものである。 た、前記金属シリサイドは、エルビウムシ サイドであってもよいものである。

 また、前記MISFETは、pチャネル型MISFETであ ってもよいものである。また、前記検査パタ ーンは、露光の重ね合わせ精度を検査するた めのボックスマークであってもよいものであ る。

 前記絶縁膜を、前記金属シリサイド層を 成した後に除去してもよい。また、前記検 パターンを形成する際に、素子分離領域を 成してもよい。

以上、実施形態(及び実施例)を参照して本 発明を説明したが、本願発明は上記実施形 (及び実施例)に限定されるものではない。 願発明の構成や詳細には、本願発明のスコ プ内で当業者が理解し得る様々な変更をす ことができる。

 この出願は2007年3月15日に出願された日本 出願特願2007-067659を基礎とする優先権を主張 、その開示の全てをここに取り込む。

(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に係 る半導体装置を示す断面図であり、(a)はpMISFE Tに相当し、(b)はボックスマークに相当する (a)及び(b)は各種下地上に強い圧縮応力 有するシリコン窒化膜を成膜した様子を示 平面観察像である(光学顕微鏡写真)。 シリコン酸化膜及びコバルトシリサイ を下地として、その上に強い圧縮応力を有 るシリコン窒化膜を成膜した様子を示す平 観察像である(光学顕微鏡写真)。 (a)はシリコン酸化膜、コバルトシリサ ド及び素子分離領域でパターニングされた ックスマークの平面観察像であり(光学顕微 鏡写真)、(b)はボックスマークの断面図であ 。 (a)及び(b)は本発明の第1の実施形態の製 造工程を示す断面図であり、(a)はpMISFETに相 し、(b)はボックスマークに相当する。 (a)及び(b)は図5に続く製造工程を示す断 面図である。 (a)及び(b)は図6に続く製造工程を示す断 面図である。 (a)及び(b)は図7に続く製造工程を示す断 面図である。 (a)及び(b)は図8に続く製造工程を示す断 面図である。 (a)及び(b)は図9に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図10に続く製造工程を示す 面図である。 本発明の第1の実施形態を模式的に示 平面図である。 (a)及び(b)は本発明の第2の実施形態に る半導体装置を示す断面図であり、(a)はpMISF ETに相当し、(b)はボックスマークに相当する (a)及び(b)は本発明の第2の実施形態の 造工程を示す断面図であり、(a)はpMISFETに相 し、(b)はボックスマークに相当する。 (a)及び(b)は図14に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図15に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図16に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図17に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図18に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図19に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は第1の従来の半導体装置の 造工程を示す断面図であり、(a)はpMISFETに相 し、(b)はボックスマークに相当する。 (a)及び(b)は図21に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図22に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図23に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図24に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図25に続く製造工程を示す 面図である。 関連する半導体装置を模式的に示す平 面図である。 (a)はコバルトシリサイド及び素子分離 領域でパターニングされたボックスマークの 平面観察像であり(光学顕微鏡写真)、(b)はボ クスマークの断面図である。 (a)は金属シリサイド上に強い圧縮応力 を有するシリコン窒化膜を成膜した場合の気 泡発生部の断面観察像(SEM写真)であり、(b)は の気泡発生部を示す断面図である。 (a)及び(b)は関連する半導体装置の製造 工程を示す断面図であり、(a)はpMISFETに相当 、(b)はボックスマークに相当する。 (a)及び(b)は図30に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図31に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図32に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図33に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は図34に続く製造工程を示す 面図である。 (a)及び(b)は面積が異なるニッケルシリ サイド上に強い圧縮応力を有するシリコン窒 化膜を成膜した場合の気泡発生状況を示す平 面観察像である(光学顕微鏡写真)。

符号の説明

1;シリコン基板
2;素子分離領域
3;ゲート絶縁膜
4;ゲート電極
5;ソース・ドレイン拡張領域
6;ゲート側壁
7;ソース・ドレイン
8;ニッケルシリサイド
9;強い圧縮応力を有するシリコン窒化膜
10;気泡
11;層間絶縁膜
12、12a;レジスト
12b;再露光後のレジスト
13;コンタクトホール
14、15;シリコン酸化膜
16;ポリシリコン層
17;側壁
21;コバルトシリサイド
22;製品領域
23;スクライブ領域
24;ダミーパターン
25;シリコン層
26;応力の向き
50;ニッケルシリサイド下地
51;シリコン酸化膜下地
52;ノンドープ上に形成したコバルトシリサイ ド下地
53;ボロンドープシリコン上に形成したコバル トシリサイド下地
54;ヒ素ドープシリコン上に形成したコバルト シリサイド下地
55;コバルトシリサイド下地
56;気泡が形成されない領域
57;気泡の跡
101;pMISFET
102、102a、102b、102c、102d;ボックスマーク