(57)【要約】【課題】極めて簡易に動作領域に負荷される応力を制御して、その移動度、さらには特性を制御しうる半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の上方であって、その動作領域を被覆するようにして、前記動作領域に対して引張応力を作用させるための引張応力層を形成し、さらに、前記半導体基板の上方であって、前記引張応力層の上方または下方に前記動作領域を被覆するようにして、前記動作領域に対して圧縮応力を作用させるための圧縮応力層を形成する。次いで、前記圧縮応力層及び前記引張応力層の少なくとも一方に隣接するようにして金属層を形成するとともに、加熱処理を施して、前記金属層中の金属元素を前記圧縮応力層及び前記引張応力層の少なくとも一方内に拡散させて、前記層内に独立して内在する金属領域を形成する。【選択図】図１
2009021515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の動作領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板の上方であって、前記動作領域を被覆するようにして形成された、前記動作領域に対して引張応力を作用させるための引張応力層と、
前記半導体基板の上方であって、前記引張応力層の上方または下方に前記動作領域を被覆するようにして形成された、前記動作領域に対して圧縮応力を作用させるための圧縮応力層とを具え、
前記引張応力層及び前記圧縮応力層の少なくとも一方の層には金属領域が内在することを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
前記金属領域を内在する前記引張応力層及び前記圧縮応力層の少なくとも一方は、ポリシリコン、単結晶シリコン及びアモルファスシリコンからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属領域を内在しない前記引張応力層又は前記圧縮応力層は、窒化シリコン及び酸化シリコンの少なくとも一方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。
【請求項４】
前記金属領域は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）及びパラジウム（Ｐｄ）からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
所定の動作領域を有する半導体基板の上方であって、前記動作領域を被覆するようにして、前記動作領域に対して引張応力を作用させるための引張応力層を形成する工程と、
前記半導体基板の上方であって、前記引張応力層を形成する工程より前または後に、前記引張応力層の上方または下方に前記動作領域を被覆するようにして、前記動作領域に対して圧縮応力を作用させるための圧縮応力層を形成する工程と、
前記引張応力層及び圧縮応力層の少なくとも一方に隣接するようにして金属層を形成し、加熱処理を施して、前記金属層中の金属元素を前記引張応力層及び前記圧縮応力層の少なくとも一方内に拡散させて、前記引張応力層及び前記圧縮応力層の少なくとも一方内に独立して内在する金属領域を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＳトランジスタ及びバイポーラトランジスタなどの単機能の半導体装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置などにおいてはＤＲＡＭの大容量化を始めとしてシステムオンシリコン等、トランジスタセルサイズの微細化及び多層配線化が絶え間なく進行している。然るに、微細化、多層配線化が進む反面、トランジスタを含む素子の信頼性の確保が益々困難となってきている。
【０００３】
このような中で、窒化シリコン（ＳｉＮ）層間膜の応力を利用して、チャネル部の応力を変化させ、電流駆動能力を向上させる技術がある。これは、チャネル部を構成するシリコン基板のバンド構造が前記応力によって変化し、キャリアの実効質量が変化して移動度が変化するためと考えられている。
【０００４】
例えば、Ｎチャネル型トランジスタの電流駆動能力は、引張応力を持つ窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成することで向上することが知られている。一方、圧縮応力を持つ窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成することで劣化することが知られている。また、Ｐチャネル型トランジスタの電流駆動能力は、圧縮応力を持つ窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成することで向上することが知られている。一方、引張応力を持つ窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成することで劣化することが知られている。このように、圧縮応力膜、引張応力膜ともに、Ｐチャネル型のトランジスタ、Ｎチャネル型のトランジスタについて、共にトレードオフの関係にある。
【０００５】
一方、例えば、ＭＯＳ型半導体装置の場合、上述した応力がチャネル部に負荷されることによってキャリアの移動度が低下すると、ｇｍ特性（相互コンダクタンス）が劣化してしまうという問題がある。また、キャリアの移動度が高くなり過ぎると、高周波数領域での歪み特性が劣化するようになる。したがって、キャリアの移動度を適切な範囲内に設定することが上記ＭＯＳ型半導体装置の特性上重要となってくる。
【０００６】
また、バイポーラトランジスタの場合、動作部であるベース部分のバンド構造が変化することによって、例えば、キャリア（電子）の移動度が最適な範囲に設定されることにより、キャリア（電子）の注入効率を上げて、遮断周波数（ｆＴ）及び電流増幅率（ｈＦＥ）を高いベースキャリア濃度を維持したまま向上させることができるので、雑音特性（ＮＦ）の劣化を抑制することができる。したがって、上記バイポーラトランジスタの場合においても、キャリアの移動度を適切な範囲内に設定することが特性上重要となってくる。
【０００７】
しかしながら、上述した窒化シリコン膜からの応力を利用したのみでは、半導体装置の動作領域におけるキャリアの移動度を適切な範囲に設定することが困難である。このような状況に鑑みて、特許文献１では、トランジスタの上方において、応力の異なる複数の層を形成し、各層の応力に応じてそれぞれの厚さを制御し、前記トランジスタの動作領域に負荷される応力が最適な範囲となるようにしている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、層形成時点でトランジスタの動作領域に負荷される応力の大きさが決定されてしまうため、その後の半導体装置製造プロセスにおける熱負荷などによって、引張応力層及び圧縮応力層中の応力状態が変化してしまう場合がある。したがって、当初設定した応力がトランジスタの動作領域に負荷されず、前記トランジスタは当初設定していた移動度、すなわち動作特性を呈しない場合がある。
【特許文献１】特開２００６−８０１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、極めて簡易に動作領域に負荷される応力を制御して、その移動度、さらには特性を制御しうる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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、所定の動作領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の上方であって、前記動作領域を被覆するようにして形成された、前記動作領域に対して引張応力を作用させるための引張応力層と、前記半導体基板の上方であって、前記引張応力層の上方または下方に前記動作領域を被覆するようにして形成された、前記動作領域に対して圧縮応力を作用させるための圧縮応力層とを具え、前記引張応力層及び前記圧縮応力層の少なくとも一方の層には金属領域が内在することを特徴とする、半導体装置に関する。
【００１１】
また、本発明の一態様は、所定の動作領域を有する半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板の上方であって、前記動作領域を被覆するようにして、前記動作領域に対して引張応力を作用させるための引張応力層を形成する工程と、前記半導体基板の上方であって、前記引張応力層を形成する工程より前または後に、前記引張応力層の上方または下方に前記動作領域を被覆するようにして、前記動作領域に対して圧縮応力を作用させるための圧縮応力層を形成する工程と、前記引張応力層及び圧縮応力層の少なくとも一方に隣接するようにして金属層を形成し、加熱処理を施して、前記金属層中の金属元素を前記引張応力層及びは前記圧縮応力層の少なくとも一方内に拡散させて、前記引張応力層及び前記圧縮応力層の少なくとも一方内に独立して内在する金属領域を形成する工程と、を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１２】
上記態様によれば、極めて簡易に動作領域に負荷される応力を制御して、その移動度、さらには特性を制御しうる半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。
【００１４】
（第１の実施形態：ＭＯＳ型トランジスタ）  
図１は、第１の実施形態における半導体装置の一例を示す構成図である。
【００１５】
図１に示す半導体装置１０は、シリコン半導体基板１１と、この半導体基板１１上に形成されたゲート酸化膜１２と、この上方に形成されたゲート電極１３とを具えている。なお、シリコン半導体基板１１の表面にはゲート電極１３をマスクとして例えばリンイオンが注入され、ソース領域１１Ａ及びドレイン領域１１Ｂが形成されている。この場合、ゲート電極１３の直下であって、ソース領域１１Ａ及びドレイン領域１１Ｂの間には、半導体装置１０の動作領域であるチャネル領域１１Ｃが形成される。その結果、半導体装置１０は、ＭＯＳ型トランジスタを構成する。
【００１６】
また、ゲート酸化膜１２上には、引張応力層１４がチャネル領域１１Ｃ上に位置するゲート電極１３を覆うようにして形成され、引張応力層１４上には圧縮応力層１５が形成されている。さらに、圧縮応力層１５上には金属層１６が形成されている。引張応力層１４はチャネル領域１１Ｃに対して引張応力を負荷するものであり、圧縮応力層１５はチャネル領域１１Ｃに対して圧縮応力を負荷するものである。したがって、チャネル領域１１Ｃでは、前記引張応力及び前記圧縮応力がバランスして、所定の応力が負荷されるようになり、それに伴ってバンド構造が変化するようになる。その結果、キャリアの実効質量が変化して、その移動度が変化し、半導体装置１０の特性変化を生じさせる。
【００１７】
なお、圧縮応力層１５中には、互いに独立して存在する金属領域１５Ａが存在する。このため、圧縮応力層１５は、単一の層から構成された場合よりも、生成する圧縮応力の大きさが低減する。なお、金属領域１５Ａは、以下に説明するように、金属層１６中の金属元素が圧縮応力層１５中に熱拡散して形成されたものである。したがって、前記熱拡散の度合いを適宜制御することによって、その大きさ及び含有量などを適宜に制御することができ、圧縮応力層１５中の圧縮応力を適宜に緩和することができる。
【００１８】
また、本例では特に図示しないが、金属層１６はパターニングされて配線パターンを構成する。すなわち、図１に示すようなアセンブリを形成した後も、前記アセンブリは、目的とする半導体装置を得るために種々の工程に付されることになる。
【００１９】
したがって、引張応力層１４及び圧縮応力層１５を、半導体装置１０のチャネル領域１１Ｃにおける移動度が目的の値となるように形成しても、引張応力層１４及び圧縮応力層１５が上記工程を経ることによって、その層中における応力が変化してしまい、チャネル領域１１Ｃの移動度が当初の設計値からずれてしまう場合がある。
【００２０】
しかしながら、本実施形態では、上述のような工程が終了した後に、上述した熱拡散を行い、圧縮応力層１５中に金属領域１５Ａを形成し、その層中の応力を調整（緩和）するようにしている。したがって、上記熱拡散を利用した金属領域１５Ａの形成によって、半導体装置１０を完成した後に、最終的に圧縮応力層１５中の応力を調整（緩和）し、チャネル領域１１Ｃに負荷される応力を調整できるようにしているので、チャネル領域１１Ｃにおいて、当初設計値通りの移動度を実現することができる。
【００２１】
引張応力層１４は、金属層１６からの金属元素の拡散によって金属領域１５Ａを形成する必要がないので、前記金属元素が拡散しないような窒化シリコンや酸化シリコンなどから構成することができる。また、圧縮応力層１５は、上述した金属元素の拡散によって金属領域１５Ａを形成する必要があるので、前記金属元素が拡散しやすいポリシリコン、単結晶シリコン及びアモルファスシリコンなどから構成することができる。
【００２２】
なお、窒化シリコンから所定の層を形成した場合においても、その形成条件（例えば層形成温度など）を変化させることにより、前記層中には引張応力が生じる場合もあれば、圧縮応力が生じる場合もある。同様に、ポリシリコンから所定の層を形成した場合においても、その形成条件（例えば層形成温度など）を変化させることにより、前記層中には引張応力が生じる場合もあれば、圧縮応力が生じる場合もある。したがって、上記材料の選択は、あくまで金属元素の拡散に基づいたものであって、生成される応力の種類（圧縮又は引張）に基づくものではない。
【００２３】
また、上述した、窒化シリコン及びポリシリコンなどはシリコン系の材料であり、半導体装置の製造工程において使用する材料系であるので、余分な材料系を使用することによる製造工程の煩雑化及びそれに伴うコスト増を避けることができる。
【００２４】
金属層１６は、例えばアルミニウム単体及びアルミニウム合金などから構成することができるが、これらに限定されるものではない。例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）及びパラジウム（Ｐｄ）やこれらの合金などから構成することができる。したがって、圧縮応力層１５中には、金属層１６を構成する前述したアルミニウムなどの金属からなる金属領域１５Ａが形成されることになる。なお、金属層１６は単独の金属材料から構成することもできるが、複数の金属材料から構成することもできる。
【００２５】
但し、特に圧縮応力層１５をポリシリコンから構成する場合、金属層１６をアルミニウム単体及びアルミニウム合金を含むように構成し、その内部にアルミニウムを含む金属領域１５Ａを形成するようにすることによって、圧縮応力層１５内の圧縮応力の緩和をより効果的に行うことができるようになる。
【００２６】
本実施形態では、圧縮応力層１５中に例えばアルミニウムを含む金属領域１５Ａが形成されているので、圧縮応力層１５中に圧縮応力が緩和され、その結果、チャネル領域１１Ｃにはより大きな引張応力が負荷されるようになる。このため、キャリアのチャネル領域１１Ｃでの移動度が向上するようになる。なお、圧力緩和によって移動度が向上するか低下するかに関しては、半導体装置１０の全体的な構成や材料組成に依存して決定される。
【００２７】
次に、本実施形態における半導体装置の製造方法について説明する。図２及び図３は、前記製造方法を説明するための工程図である。
【００２８】
最初に、図２に示すように、シリコン半導体基板１１を準備し、このシリコン半導体基板１１に対して熱酸化を施し、ゲート酸化膜１２を形成する。次いで、ＣＶＤ法などの成膜技術及びフォトリソグラフィ技術を用いることによって、ゲート酸化膜１２上にゲート電極１３を形成する。次いで、シリコン半導体基板１１の表面に、ゲート電極１３をマスクとして例えばリンイオンを注入し、ソース領域１１Ａ及びドレイン領域１１Ｂを形成する。
【００２９】
次いで、図３に示すように、ゲート酸化膜１２上に、例えばＣＶＤ法などを用いることによってチャネル領域１１Ｃ上に位置するゲート電極１３を覆うようにして、例えば窒化シリコンからなる引張応力層１４を形成する。次いで、引張応力層１４上に、例えばポリシリコンからなる圧縮応力層１５をＣＶＤ法などを用いて形成する。この圧縮応力層１５には、必要に応じてＡｓなどのドナーをイオン注入することができる。この際、９００℃程度の熱処理を行い、前記注入イオンに対する活性化処理を行う。
【００３０】
次いで、圧縮応力層１５上に、例えばアルミニウムからなる金属層１６を形成する。その後、金属層１６は、目的とする半導体装置を完成させるために、パターニングされて配線パターンを構成する。その後、この上に保護パシベーション膜を堆積して、最終的にゲート電極１３やドレイン領域１１Ｂと電気的に接続するような電気パッドの形成まで行う。
【００３１】
その後、得られたシリコン半導体基板上に形成された半導体装置に対して、例えば水素雰囲気中で４００−５００℃の熱処理を行い、金属層１６中の金属元素を圧縮応力層１５中に熱拡散させ、図１に示すような圧縮応力層１５中に金属領域１５Ａを形成する。
【００３２】
このように、上記製造方法では、ウェハーレベルでの半導体装置を完成させるための種々の工程を終了した後に、上述した熱拡散を行い、圧縮応力層１５中に金属領域１５Ａを形成し、その層中の応力を調整（緩和）するようにしている。したがって、チャネル領域１１Ｃに対し、所望の応力を負荷することができ、当初設計値通りの移動度を実現することができる。
【００３３】
また、圧縮応力層１５中の圧縮応力が変化し、半導体基板１１のチャネル領域１１Ｃに負荷される応力が変化すると、チャネル領域１１Ｃにおける移動度が変化する。したがって、チャネル領域１１Ｃの移動度、すなわち半導体装置１０の電気特性をモニタリングしながら、前記熱拡散、すなわち前記熱処理を行えば、前記移動度が所望の値となったところで前記熱処理を直ちに止めるようにすることができる。この場合、圧縮応力層１５内は、上記所望の移動度に対応した所定量の金属領域１５Ａが熱拡散によって形成されることになる。
【００３４】
（第２の実施形態：ＭＯＳ型トランジスタ）
図４は、第２の実施形態における半導体装置の一例を示す構成図である。なお、本例においても、特徴を明確化すべく、実際に使用する半導体装置の構成とは異なるようにして記載している。なお、図１に示す半導体装置と、類似あるいは同一の構成要素に関しては、同じ参照数字を用いている。
【００３５】
図４に示す半導体装置１０は、図１に示す半導体装置１０に対して、シリコン半導体基板１１の厚さ方向における略中心部においてシリコンゲルマニウム層１８を有し、その上方においてソース領域１１Ａ及びドレイン領域１１Ｂが形成されている点で異なり、その他の点では同様の構成を呈する。
【００３６】
シリコンゲルマニウム層１８は、その格子定数がシリコン半導体基板の格子定数よりも大きいので、シリコン半導体基板１１の、特にシリコンゲルマニウム層１８の上方に位置するチャネル領域１１Ｃに対して格子歪みを引き起こし、そのバンド構造を変化させて移動度を向上させる機能を有する。換言すれば、本実施形態の半導体装置１０においては、シリコンゲルマニウム層１８を有することによって、第１の実施形態における半導体装置１０よりも本来的に高い移動度を呈する。
【００３７】
なお、本実施形態における半導体装置１０においても、ゲート酸化膜１２上に、引張応力層１４がチャネル領域１１Ｃ上に位置するゲート電極１３を覆うようにして形成され、引張応力層１４上には圧縮応力層１５が形成されており、圧縮応力層１５中には、その上方に形成された金属層１６からの、半導体装置を完成させるための種々の工程を終了した後に行う熱拡散（熱処理）によって金属領域１５Ａが形成され、その層中の応力を調整（緩和）するようにしている。したがって、チャネル領域１１Ｃにおいて、当初設計値通りの移動度を実現することができる。
【００３８】
なお、この場合においても、チャネル領域１１Ｃの移動度、すなわち半導体装置１０の電気特性をモニタリングしながら、前記熱拡散、すなわち前記熱処理を行えば、前記移動度が所望の値となったところで前記熱処理を直ちに止めるようにすることができる。この場合、圧縮応力層１５内は、上記所望の移動度に対応した所定量の金属領域１５Ａが熱拡散によって形成されることになる。
【００３９】
（第３の実施形態：バイポーラトランジスタ）  
図５は、第３の実施形態における半導体装置の一例を示す構成図である。なお、本例においては、特徴を明確化すべく、実際に使用する半導体装置の構成とは異なるようにして記載している。
【００４０】
図５に示す半導体装置２０は、シリコン半導体基板２１と、この半導体基板２１上に形成された素子分離用フィールド膜２２とを具えている。また、シリコン半導体基板２１には、リンなどのイオン注入によってＮ型コレクタ領域２１Ａが形成されるとともに、素子分離用フィールド膜２２の間の領域には、シリコンゲルマニウムベース層２１Ｂが形成されている。また、素子分離フィールド膜２２上には、ベースポリシリコン層２３が形成されている。
【００４１】
さらに、ベースポリシリコン層２３上には引張応力層２４が形成されるとともに、この引張応力層２４上には圧縮応力層２５が形成されている。また、圧縮応力層２５上には金属層２６及び２７が形成されている。なお、金属層２６は後に説明するように、圧縮応力層２５中に金属領域を形成するための金属元素供給源として機能する他に、本来的にエミッタ電極として機能する。また、金属層２７も、圧縮応力層２５中に金属領域を形成するための金属元素供給源として機能する他に、本来的にベース電極として機能する。
【００４２】
なお、図５に示すように、金属層２６の下方においては、引張応力層２４が部分的に除去され、金属層２６、すなわちエミッタ電極が圧縮応力層２５を介してシリコンゲルマニウムベース層２１Ｂに電気的に接続されるような構成を採っている。また、以下に示すように、圧縮応力層２５は、ポリシリコンから構成することが望ましく、これより圧縮応力層２５は、金属層２６（エミッタ電極）の直下ではエミッタポリシリコンとしても機能する。
【００４３】
本実施形態の半導体装置２０においては、金属層（エミッタ電極）２６及び金属層（ベース電極）２７間に電圧を印加することによって、シリコンゲルマニウムベース層２１ＢからＮ型コレクタ領域２１Ａに向けて電流が流れるようになっており、半導体装置２０は、いわゆるバイポーラ型のトランジスタを構成している。したがって、本実施形態の半導体装置２０においては、シリコンゲルマニウムベース層２１ＢからＮ型コレクタ領域２１Ａに向けての領域が動作領域となる。
【００４４】
引張応力層２４は、上述した動作領域に対して引張応力を負荷するものであり、圧縮応力層２５は前記動作領域に対して圧縮応力を負荷するものである。したがって、前記動作領域では、前記引張応力及び前記圧縮応力がバランスして、所定の応力が負荷されるようになり、それに伴ってバンド構造が変化するようになる。その結果、キャリアの実効質量が変化して、その移動度が変化し、半導体装置２０の特性変化を生じさせる。
【００４５】
なお、圧縮応力層２５中には、互いに独立して存在する金属領域２５Ａが存在する。このため、圧縮応力層２５は、単一の層として構成された場合よりも、生成する圧縮応力の大きさが低減する。なお、金属領域２５Ａは、以下に説明するように、金属層２６中の金属元素が圧縮応力層２５中に熱拡散して形成されたものである。したがって、前記熱拡散の度合いを適宜制御することによって、その大きさ及び含有量などを適宜に制御することができ、圧縮応力層２５中の圧縮応力を適宜に緩和することができる。
【００４６】
また、図５に示すように、金属層（エミッタ電極）２６及び金属層（ベース電極）２７の直下には、引張応力層２４を貫通するようにして開口部が形成される。さらに、金属層２６及び２７は、通常一様な金属層として形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニングによって分離されるようになる。すなわち、図５に示す半導体装置２０を得るに際しては、引張応力層２４及び圧縮応力層２５を形成した後であっても、フォトリソグラフィなどの工程に付されることになる。
【００４７】
したがって、引張応力層２４及び圧縮応力層２５を、半導体装置２０の前記動作領域における移動度が目的の値となるように形成しても、引張応力層２４及び圧縮応力層２５が上記工程を経ることによって、その層中における応力が変化してしまい、前記動作領域の移動度が当初の設計値からずれてしまう場合がある。
【００４８】
しかしながら、本実施形態では、上述のような工程が終了した後に、上述した熱拡散を行い、圧縮応力層２５中に金属領域２５Ａを形成し、その層中の応力を調整（緩和）するようにしている。したがって、上記熱拡散を利用した金属領域２５Ａの形成によって、半導体装置２０を完成した後に、最終的に圧縮応力層２５中の応力を調整（緩和）し、前記動作領域に負荷される応力を調整できるようにしているので、前記動作領域において、当初設計値通りの移動度を実現することができる。
【００４９】
本実施形態においても、引張応力層２４は、金属層２６からの金属元素の拡散によって金属領域２５Ａを形成する必要がないので、前記金属元素が拡散しないような窒化シリコンや酸化シリコンなどから構成することができる。また、圧縮応力層２５は、上述した金属元素の拡散によって金属領域２５Ａを形成する必要があるので、前記金属元素が拡散しやすいポリシリコン、単結晶シリコン及びアモルファスシリコンなどから構成することができる。
【００５０】
なお、本実施形態でも、窒化シリコンから所定の層を形成した場合において、その形成条件（例えば層形成温度など）を変化させることにより、前記層中には引張応力が生じる場合もあれば、圧縮応力が生じる場合もある。同様に、ポリシリコンから所定の層を形成した場合においても、その形成条件（例えば層形成温度など）を変化させることにより、前記層中には引張応力が生じる場合もあれば、圧縮応力が生じる場合もある。したがって、上記材料の選択は、あくまで金属元素の拡散に基づいたものであって、生成される応力の種類（圧縮又は引張）に基づくものではない。
【００５１】
また、上述した、窒化シリコン及びポリシリコンなどはシリコン系の材料であり、半導体装置の製造工程において使用する材料系であるので、余分な材料系を使用することによる製造工程の煩雑化及びそれに伴うコスト増を避けることができる。
【００５２】
金属層２６（及び２７）は、例えばアルミニウム単体及びアルミニウム合金などから構成することができるが、これらに限定されるものではない。例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）及びパラジウム（Ｐｄ）やこれらの合金などから構成することができる。したがって、圧縮応力層２５中には、金属層２６を構成する前述したアルミニウムなどの金属からなる金属領域２５Ａが形成されることになる。なお、金属層２６は単独の金属材料から構成することもできるが、複数の金属材料から構成することもできる。
【００５３】
但し、特に圧縮応力層２５をポリシリコンから構成する場合、金属層２６及び２７をアルミニウム単体及びアルミニウム合金を含むように構成し、その内部にアルミニウムを含む金属領域２５Ａを形成するようにすることによって、圧縮応力層２５内の圧縮応力の緩和をより効果的に行うことができるようになる。
【００５４】
本実施形態では、圧縮応力層２５中に例えばアルミニウムを含む金属領域２５Ａが形成されているので、圧縮応力層２５中に圧縮応力が緩和され、その結果、上記動作領域にはより大きな引張応力が負荷されるようになる。このため、キャリア（電子）の前記動作領域での移動度が減少するようになる。なお、圧力緩和によって移動度が向上するか低下するかに関しては、半導体装置２０の全体的な構成や材料組成に依存して決定される。
【００５５】
次に、本実施形態における半導体装置の製造方法について説明する。図６〜８は、前記製造方法を説明するための工程図である。
【００５６】
最初に、図６に示すように、シリコン半導体基板１１を準備し、このシリコン半導体基板１１に対してリンなどのイオン注入することによってＮ型コレクタ領域２１Ａを形成する。次いで、ＬＯＣＯＳ（local oxidation of Silicon）の技術を用いて、素子分離用フィールド膜２２を形成する。次いで、ベースポリシリコン層２３を例えばＣＶＤ法などによって形成した後、パターニングし、形成した開口部内であって、素子分離用フィールド膜２２の間の空隙部分にシリコンゲルマニウムベース層２１Ｂを形成する。次いで、シリコンゲルマニウムベース層２１Ｂ及び素子分離用フィールド膜２２上に引張応力層２４を例えばＣＶＤ法などによって一様に形成する。
【００５７】
次いで、図７に示すように、引張応力層２４を貫通するようにして複数の開口部を形成した後、圧縮応力層２５を及び金属層２８を例えばＣＶＤ法などによって一様に形成する。なお、先にも述べたように、圧縮応力層２５はポリシリコンから構成することができ、この場合、圧縮応力層２５の一部は後にエミッタポリシリコンとして機能するようになる。次いで、圧縮応力層２５には、必要に応じてＡｓなどのドナーをイオン注入することができる。この際、９００℃程度の熱処理を行い、前記注入イオンに対する活性化処理を行う。
【００５８】
次いで、図８に示すように、圧縮応力層２５及び金属層２８に対してフォトリソグラフィ技術などによってパターニングを行い、金属層２８を金属層（エミッタ電極）２６及び金属層（ベース電極）２７に分離する。
【００５９】
その後、得られた半導体装置に対して、例えば水素雰囲気中で４００−５００℃の熱処理を行い、金属層２６中の金属元素を圧縮応力層２５中に熱拡散させ、図５に示すような圧縮応力層２５中に金属領域２５Ａを形成する。
【００６０】
このように、上記製造方法では、引張応力層２４を貫通するようにして開口部を形成し、金属層２６及び２７をフォトリソグラフィ技術を用いたパターニングで形成した後に、上述した熱拡散を行い、圧縮応力層２５中に金属領域２５Ａを形成し、その層中の応力を調整（緩和）するようにしている。したがって、動作領域に対して所望の応力を負荷することができ、当初設計値通りの移動度を実現することができる。
【００６１】
また、圧縮応力層２５中の圧縮応力が変化し、半導体基板１１の動作領域に負荷される応力が変化すると、その移動度が変化する。したがって、前記動作領域の移動度、すなわち半導体装置２０の電気特性をモニタリングしながら、前記熱拡散、すなわち前記熱処理を行えば、前記移動度が所望の値となったところで前記熱処理を直ちに止めるようにすることができる。この場合、圧縮応力層２５内は、上記所望の移動度に対応した所定量の金属領域２５Ａが熱拡散によって形成されることになる。
【００６２】
（第４の実施形態：バイポーラトランジスタ）  
図９は、第４の実施形態における半導体装置の一例を示す構成図である。また、図５に示す半導体装置と、類似あるいは同一の構成要素に関しては、同じ参照数字を用いている。
【００６３】
図９に示す半導体装置３０は、基本的には引張応力層２４と圧縮応力層２５との積層順序が逆転し、圧縮応力層２５が引張応力層２４の下側に位置している点で相違し、その他の構成については、図５に関する第３の実施形態と同様の構成を呈し、バイポーラトランジスタを構成している。なお、本実施形態では、引張応力層２４はトレンチ構造を呈し、その中間に位置する開口部を通じて金属層２６が圧縮応力層２５に接触するような構造となっている。
【００６４】
したがって、本例でも、圧縮応力層２５が金属層２６と接触していることから、上述したような熱拡散によって、金属層２６中の金属元素が圧縮応力層２５中に熱拡散し、金属領域２５Ａを形成している。したがって、前記熱拡散の度合いを適宜制御することによって、その大きさ及び含有量などを適宜に制御することができ、圧縮応力層２５中の圧縮応力を適宜に緩和することができる。
【００６５】
換言すれば、圧縮応力層２５及び引張応力層２４の上下位置とは無関係に、圧縮応力層２５が金属層２６と接触していることによって、上記熱拡散により圧縮応力層２５中に金属領域２５Ａを形成して、応力制御を行うことができる。
【００６６】
本実施形態においても、金属層２６及び２７は、通常一様な金属層として形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニングによって分離されるようになる。すなわち、図９に示す半導体装置３０を得るに際しては、引張応力層２４及び圧縮応力層２５を形成した後であっても、フォトリソグラフィなどの工程に付されることになる。
【００６７】
したがって、引張応力層２４及び圧縮応力層２５を、半導体装置３０の動作領域における移動度が目的の値となるように形成しても、引張応力層２４及び圧縮応力層２５が上記工程を経ることによって、その層中における応力が変化してしまい、前記動作領域の移動度が当初の設計値からずれてしまう場合がある。
【００６８】
しかしながら、本実施形態では、上述のような工程が終了した後に、上述した熱拡散を行い、圧縮応力層２５中に金属領域２５Ａを形成し、その層中の応力を調整（緩和）するようにしている。したがって、上記熱拡散を利用した金属領域２５Ａの形成によって、半導体装置３０を完成した後に、最終的に圧縮応力層２５中の応力を調整（緩和）し、前記動作領域に負荷される応力を調整できるようにしているので、前記動作領域において、当初設計値通りの移動度を実現することができる。
【００６９】
本実施形態において、引張応力層２４及び圧縮応力層２５に使用する材料は、上記第３の実施形態と同じにすることができる。したがって、第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７０】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００７１】
例えば、上記具体例では、圧縮応力層中に金属領域が形成される場合についてのみ示しているが、引張応力層中に金属領域を形成するようにすることもできる。この場合、前記金属領域に形成に起因して前記引張応力層中の引張応力が調整（緩和）するようになる。また、金属領域は、圧縮応力層及び引張応力層の双方に形成することもできる。
【００７２】
さらに、上記具体例では、ＭＯＳトランジスタ及びバイポーラトランジスタについて説明しているが、本発明は、ダイオード、コンデンサ、及びサイリスタなどの半導体装置に対しても適宜に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１の実施形態における半導体装置の一例を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態にける半導体装置の製造方法における工程図である。
【図３】同じく、第１の実施形態にける半導体装置の製造方法における工程図である。
【図４】第２の実施形態における半導体装置の一例を示す構成図である。
【図５】第３の実施形態における半導体装置の一例を示す構成図である。
【図６】第３の実施形態にける半導体装置の製造方法における工程図である。
【図７】同じく、第３の実施形態にける半導体装置の製造方法における工程図である。
【図８】同じく、第３の実施形態にける半導体装置の製造方法における工程図である。
【図９】第４の実施形態における半導体装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、２０、３０  半導体装置
１１、２１  シリコン半導体基板
１１Ａ  ソース領域
１１Ｂ  ドレイン領域
１１Ｃ  チャネル領域
１２  ゲート酸化膜
１３  ゲート電極
１４、２４  引張応力層
１５、２５  圧縮応力層
１５Ａ、２５Ａ  金属領域
１６、２６、２７  金属層
１８  シリコンゲルマニウム層
２１Ａ  Ｎ型コレクタ領域
２１Ｂ  シリコンゲルマニウムベース層
２２  素子分離用フィールド膜
２３  ベースポリシリコン層
【図１】
2009021515.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009021515.tif 000006
【図５】
2009021515.tif 000007
【図６】
2009021515.tif 000008
【図７】
2009021515.tif 000009
【図８】
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【図９】
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