JP2000228523A - Field-effect transistor and manufacture thereof - Google Patents

Field-effect transistor and manufacture thereof

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JP2000228523A
JP2000228523A JP11341726A JP34172699A JP2000228523A JP 2000228523 A JP2000228523 A JP 2000228523A JP 11341726 A JP11341726 A JP 11341726A JP 34172699 A JP34172699 A JP 34172699A JP 2000228523 A JP2000228523 A JP 2000228523A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To use copper for the material of a gate electrode without deterioration in characteristics of a transistor, by providing a first, second and third barrier films for an upper gate electrode to prevent diffusion of copper formed to respectively cover the lower, both and upper sides of the gate electrode. SOLUTION: A lower gate electrode 103 comprising polysilicon is provided on a silicon substrate 101 via a gate insulating film 102. An upper gate electrode 104 made of copper is provided on the lower gate electrode 103. Moreover, a barrier film 105 (a first and second barrier films) made of tantalum nitride is formed so as to cover the lower and side faces on the upper gate electrode and a barrier film 106 (a third barrier film) made of silicon nitride is formed to cover the upper face on the upper gate electrode 104. Accordingly, the upper gate electrode 104 is in a state which is covered with the barrier films 105, 106 like a cylinder. Thus, a gate electrode of a transistor is constituted by the lower gate electrode 103 and the upper gate electrode 104.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンと銅とを
積層した構造のゲート電極を備えた電界効果トランジス
タおよびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor provided with a gate electrode having a structure in which silicon and copper are stacked, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIは高性能化,高集積化に向
けてさらに微細化の研究が進められている。このような
中で、微細化に伴い、電界効果トランジスタのゲート電
極の低抵抗化が高性能化のために必要不可欠となってい
る。このため、ゲート電極材料に金属とポリシリコンと
の2層構造を用いることが検討されている。そこで、電
気抵抗が低いことや、加工性や化学的安定性が金・銀よ
り優れていることなどにより、ポリシリコンと銅との2
層構造によりゲート電極を構成することが提案されてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, research on further miniaturization of LSI has been promoted for higher performance and higher integration. Under such circumstances, with miniaturization, lowering the resistance of the gate electrode of the field effect transistor has become indispensable for higher performance. For this reason, the use of a two-layer structure of metal and polysilicon as a gate electrode material has been studied. Therefore, due to the low electrical resistance and the superior workability and chemical stability of gold and silver, etc.
It has been proposed to configure a gate electrode with a layer structure.

【0003】上記の従来の電界効果トランジスタについ
て説明すると、図14に示すように、まず、シリコン基
板1401上にゲート絶縁膜1402を介し、まず、ポ
リシリコンからなる下部ゲート電極1403を備えてい
る。また、この下部ゲート電極1403上には、窒化チ
タンなどからなるバリア膜1404を介し、銅からなる
上部ゲート電極1405を備えている。また、上部ゲー
ト電極1405上には、窒化チタンなどからなるバリア
膜1406を備えている。そして、下部ゲート電極14
03と上部ゲート電極1405とで、トランジスタのゲ
ート電極が構成されている。
[0003] The above-mentioned conventional field-effect transistor will be described. As shown in FIG. 14, a lower gate electrode 1403 made of polysilicon is first provided on a silicon substrate 1401 with a gate insulating film 1402 interposed therebetween. An upper gate electrode 1405 made of copper is provided on the lower gate electrode 1403 with a barrier film 1404 made of titanium nitride or the like interposed therebetween. Further, a barrier film 1406 made of titanium nitride or the like is provided over the upper gate electrode 1405. Then, the lower gate electrode 14
03 and the upper gate electrode 1405 constitute a gate electrode of the transistor.

【0004】また、ゲート電極側面を覆うように、シリ
コン酸化物からなるサイドウォール1407が形成され
ている。また、サイドウォール1407下のシリコン基
板1401には、低濃度不純物領域1408が形成され
ている。また、シリコン基板1401には、低濃度不純
物領域1408を挾むように、ソース1409およびド
レイン1410が形成されている。そして、上記の低濃
度不純物領域1408,ソース1409およびドレイン
1410,ゲート絶縁膜1402,および、下部ゲート
電極1403および上部ゲート電極1405からなるゲ
ート電極で、LDD構造の電界効果トランジスタが構成
されている。このLDD構造とすることで、単チャネル
効果が抑制できるようになる。
A sidewall 1407 made of silicon oxide is formed so as to cover the side surface of the gate electrode. Further, a low-concentration impurity region 1408 is formed in the silicon substrate 1401 below the sidewall 1407. Further, a source 1409 and a drain 1410 are formed on the silicon substrate 1401 so as to sandwich the low-concentration impurity region 1408. The gate electrode including the low-concentration impurity region 1408, the source 1409 and the drain 1410, the gate insulating film 1402, and the lower gate electrode 1403 and the upper gate electrode 1405 constitutes an LDD field effect transistor. With this LDD structure, the single channel effect can be suppressed.

【0005】また、上記のトランジスタは、シリコン酸
化物からなる層間絶縁膜1411で覆われ、層間絶縁膜
1411上には、アルミニウムなどからなるゲート電極
配線1412やソース電極配線1413が形成されてい
る。ゲート電極配線1412は、層間絶縁膜1411に
形成されたスルーホール内のプラグ1414により、上
部ゲート電極1405にバリア膜1406を介して接続
されている。なお、プラグ1414は、タングステンか
ら構成され、プラグ1414の側面および底面には、窒
化チタンなどからなるバリア膜1414aが形成されて
いる。
[0005] The above transistor is covered with an interlayer insulating film 1411 made of silicon oxide, and a gate electrode wiring 1412 and a source electrode wiring 1413 made of aluminum or the like are formed on the interlayer insulating film 1411. The gate electrode wiring 1412 is connected to the upper gate electrode 1405 via a barrier film 1406 by a plug 1414 in a through hole formed in the interlayer insulating film 1411. The plug 1414 is made of tungsten, and a barrier film 1414a made of titanium nitride or the like is formed on side and bottom surfaces of the plug 1414.

【0006】また、ソース電極配線1413は、層間絶
縁膜1411に形成されたコンタクトホール内のプラグ
1415により、ソース1409に接続している。な
お、このプラグ1415も、タングステンから構成さ
れ、側面および底面には窒化チタンなどからなるバリア
膜1415aが形成されている。また、ゲート電極配線
1412およびソース電極配線1413上部にも、窒化
チタンなどからなるバリア膜1412a,1413aが
形成されている。また、上記のゲート電極配線1412
およびソース電極配線1413などの配線を覆うよう
に、層間絶縁膜1411上には、保護絶縁膜1416が
形成されている。
The source electrode wiring 1413 is connected to the source 1409 by a plug 1415 in a contact hole formed in the interlayer insulating film 1411. The plug 1415 is also made of tungsten, and a barrier film 1415a made of titanium nitride or the like is formed on the side and bottom surfaces. Barrier films 1412a and 1413a made of titanium nitride or the like are also formed on the gate electrode wiring 1412 and the source electrode wiring 1413. In addition, the above-described gate electrode wiring 1412
A protective insulating film 1416 is formed over the interlayer insulating film 1411 so as to cover wiring such as the source electrode wiring 1413 and the like.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上示したように、さ
らなる低抵抗化のため、ポリシリコンと銅の2層構造に
よりゲート電極を構成する場合、銅からなる上部ゲート
電極1405は、下面と上面とにバリア膜1404,1
406を備え、下層のポリシリコンや上層の配線金属へ
の銅の拡散を抑制するようにしている。しかしながら、
銅は、シリコン酸化膜中も拡散するので、図14の矢印
の線で示すように、シリコン酸化物であるサイドウォー
ル1407,層間絶縁膜1411中を拡散してしまう。
そして、銅がシリコン基板1401方向に拡散すると、
接合リーク電流の発生や、トランジスタのオン電流の低
下、そして、しきい値の変動といった問題を起こしてし
まう。また、銅が、上部の配線層方向に拡散すると、配
線間リーク電流の発生という問題を起こしてしまう。
As described above, when the gate electrode is constituted by a two-layer structure of polysilicon and copper for further lowering the resistance, the upper gate electrode 1405 made of copper has a lower surface and an upper surface. And barrier film 1404,1
406 is provided to suppress the diffusion of copper into the lower layer polysilicon and the upper layer wiring metal. However,
Since copper also diffuses in the silicon oxide film, as shown by the arrow line in FIG. 14, copper diffuses in the sidewalls 1407 and the interlayer insulating film 1411 which are silicon oxide.
Then, when copper diffuses in the direction of the silicon substrate 1401,
Problems such as generation of a junction leak current, reduction of the on-state current of the transistor, and fluctuation of the threshold voltage occur. In addition, if copper diffuses in the direction of the upper wiring layer, a problem of generation of a leak current between wirings occurs.

【0008】本発明は、以上のような問題点を解消する
ためになされたものであり、電界効果トランジスタのゲ
ート電極の材料に、トランジスタの特性を劣化させるこ
となく銅を用いることができるようにすることを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has been made in order to make it possible to use copper as a material of a gate electrode of a field effect transistor without deteriorating the characteristics of the transistor. The purpose is to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の電界効果トラン
ジスタは、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して形成
されたシリコンからなる下部ゲート電極と、この下部ゲ
ート電極上に形成された銅からなる上部ゲート電極と、
下部ゲート電極にチャネル部を駆動するに足りる電流が
注入できる導電性を有して上部ゲート電極下面を覆うよ
うに形成された銅の拡散を阻止する第1のバリア膜と、
この第1のバリア膜に下端が接触して上部ゲート電極の
両側面を覆うように形成された銅の拡散を阻止する第2
のバリア膜と、この第2のバリア膜に端部が接触して上
部ゲート電極上面を覆うように形成された銅の拡散を阻
止する第3のバリア膜と、下部ゲート電極下の領域を挾
むようにシリコン基板に形成されたソース・ドレインと
を備えたものである。この発明によれば、銅からなる上
部ゲート電極は、電界効果トランジスタを構成する他の
部分と第1,第2,および,第1のバリア膜を介して接
触した状態に構成されている。
A field effect transistor according to the present invention comprises a lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film, and a copper formed on the lower gate electrode. An upper gate electrode;
A first barrier film for preventing diffusion of copper formed so as to cover the lower surface of the upper gate electrode and to have a conductivity capable of injecting a current sufficient to drive the channel portion into the lower gate electrode;
A second end for preventing diffusion of copper formed so that the lower end contacts the first barrier film and covers both side surfaces of the upper gate electrode.
And a third barrier film for preventing the diffusion of copper formed so as to cover the upper surface of the upper gate electrode by contacting the end with the second barrier film, and a region under the lower gate electrode. And a source / drain formed on the silicon substrate. According to the present invention, the upper gate electrode made of copper is configured so as to be in contact with other parts constituting the field effect transistor via the first, second, and first barrier films.

【0010】上記の発明において、下部ゲート電極およ
び上部ゲート電極側面に形成された側壁を備え、この側
壁の一部で第2のバリア膜が構成される。上記の発明に
おいて、第3のバリア膜は絶縁材料から構成される。上
記の発明において、上部ゲート電極上面上を開放してシ
リコン基板上に形成された絶縁層を備え、第3のバリア
膜は絶縁層上に延在して形成される。上記の発明におい
て、第1,第2バリア膜は高融点金属もしくは高融点金
属の窒化物から構成される。上記の発明において、第1
のバリア膜はトンネル電流が流れる厚さに形成された絶
縁材料から構成される。前記の発明において、第1,第
2,および,第3のバリア膜は高融点金属もしくは高融
点金属の窒化物から構成される。上記の発明において、
バリア膜は酸素を構成要素としない材料から構成され
る。上記の発明において、絶縁材料は、窒化シリコンも
しくは窒化ボロンのいずれか1つから構成される。
[0010] In the above invention, a side wall formed on the side surface of the lower gate electrode and the upper gate electrode is provided, and a second barrier film is constituted by a part of the side wall. In the above invention, the third barrier film is made of an insulating material. In the above invention, the semiconductor device includes an insulating layer formed on the silicon substrate by opening the upper surface of the upper gate electrode, and the third barrier film is formed to extend on the insulating layer. In the above invention, the first and second barrier films are made of a refractory metal or a refractory metal nitride. In the above invention, the first
Is composed of an insulating material formed to a thickness through which a tunnel current flows. In the above invention, the first, second, and third barrier films are made of a high melting point metal or a nitride of a high melting point metal. In the above invention,
The barrier film is made of a material not containing oxygen as a constituent. In the above invention, the insulating material is made of one of silicon nitride and boron nitride.

【0011】上記の発明において、第1のバリア膜は2
層以上の複数層からなる多層膜である。上記の発明にお
いて、第1のバリア膜は、高融点金属からなる層または
高融点金属シリサイドからなる層または高融点金属金属
とシリコンと窒素との化合物からなる層もしくは高融点
金属の窒化物からなる層のいずれかが組み合わされて複
数層積層された多層膜である。上記の発明において、第
1のバリア膜は、最下層が金属シリサイド層または高融
点金属金属とシリコンと窒素との化合物からなる層から
構成された多層膜である。上記の発明において、第1の
バリア膜は、最下層が金属シリサイド層または高融点金
属金属とシリコンと窒素との化合物からなる層から構成
され、この金属シリサイドの層または高融点金属金属と
シリコンと窒素との化合物からなる層の上に高融点金属
の窒化物の層が配置された多層膜である。上記の発明に
おいて、第1のバリア膜は、最下層が金属シリサイド層
または高融点金属金属とシリコンと窒素との化合物から
なる層から構成され、この金属シリサイドの層または高
融点金属金属とシリコンと窒素との化合物からなる層上
に高融点金属の窒化物の層が配置され、最上層が高融点
金属から構成された多層膜である。上記の発明におい
て、ソース・ドレイン表面の所定領域に高融点金属シリ
サイド膜が形成される。
In the above invention, the first barrier film has a thickness of 2
It is a multilayer film composed of a plurality of layers. In the above invention, the first barrier film is made of a layer made of a high melting point metal, a layer made of a high melting point metal silicide, a layer made of a compound of a high melting point metal and silicon and nitrogen, or a nitride of a high melting point metal. A multilayer film in which any one of the layers is combined and a plurality of layers are stacked. In the above invention, the first barrier film is a multilayer film in which the lowermost layer is a metal silicide layer or a layer made of a compound of a refractory metal metal, silicon and nitrogen. In the above invention, the lowermost layer of the first barrier film is formed of a metal silicide layer or a layer made of a compound of a refractory metal metal, silicon, and nitrogen. This is a multilayer film in which a nitride layer of a high melting point metal is disposed on a layer made of a compound with nitrogen. In the above invention, the lowermost layer of the first barrier film is formed of a metal silicide layer or a layer made of a compound of a refractory metal metal, silicon, and nitrogen. A nitride layer of a high melting point metal is disposed on a layer made of a compound with nitrogen, and the uppermost layer is a multilayer film made of a high melting point metal. In the above invention, the refractory metal silicide film is formed in a predetermined region on the source / drain surface.

【0012】また、本発明の電界効果トランジスタの製
造方法は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電
極を形成する工程と、下部ゲート電極上に犠牲パターン
を形成する工程と、下部ゲート電極および犠牲パターン
をマスクとしてシリコン基板の所定量域に不純物を導入
することでソース・ドレインを形成する工程と、下部ゲ
ート電極および犠牲パターンを覆うようにシリコン基板
上にシリコン酸化物からなる第1の層間絶縁膜を形成す
る工程と、第1の層間絶縁膜を除去して犠牲パターンの
上面を露出させる工程と、犠牲パターンを選択的に除去
して下部ゲート電極上面を露出させて第1の層間絶縁膜
の下部ゲート電極上部に溝を形成する工程と、下部ゲー
ト電極上面および溝側面を覆うように銅の拡散を阻止す
る導電性を有する第1,第2のバリア膜を形成する工程
と、溝内に第1,第2のバリア膜を介して銅からなる上
部ゲート電極を形成して上部ゲート電極の底面および両
側面が第1および第2のバリア膜に覆われた状態とする
工程と、上部ゲート電極の露出している上面を塞ぐよう
に銅の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成する工程と
を少なくとも備えるものである。この発明によれば、上
部ゲート電極は、電界効果トランジスタを構成する他の
部分と、第1〜第3のバリア膜を介して接触した状態に
作製される。上記の発明において、犠牲パターンは、所
定のエッチング処理条件において、シリコンおよび酸化
シリコンより速くエッチングされる材料から構成する。
Further, the method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, Forming a source / drain by introducing an impurity into a predetermined area of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask, and forming a sacrificial pattern so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern. Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate, removing the first interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern, and selectively removing the sacrificial pattern Forming a groove above the lower gate electrode in the first interlayer insulating film by exposing the upper surface of the lower gate electrode; Forming a first and second barrier film having conductivity to prevent diffusion of copper so as to cover the side surface; and forming an upper gate electrode made of copper in the groove via the first and second barrier films. Forming a state in which the bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are covered with the first and second barrier films, and a step of blocking diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode. 3) a step of forming a barrier film. According to the present invention, the upper gate electrode is manufactured in a state of being in contact with other parts constituting the field effect transistor via the first to third barrier films. In the above invention, the sacrificial pattern is made of a material that is etched faster than silicon and silicon oxide under predetermined etching processing conditions.

【0013】また、本発明の電界効果トランジスタの製
造方法は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電
極を形成する工程と、下部ゲート電極上にエッチングス
トッパー層を形成する工程と、エッチングストッパー層
上に犠牲パターンを形成する工程と、下部ゲート電極お
よび犠牲パターンをマスクとしてシリコン基板の所定量
域に不純物を導入することでソース・ドレインを形成す
る工程と、下部ゲート電極および犠牲パターンを覆うよ
うにシリコン基板上にシリコン酸化物からなる第1の層
間絶縁膜を形成する工程と、第1の層間絶縁膜を除去し
て犠牲パターンの上面を露出させる工程と、犠牲パター
ンを選択的に除去してエッチングストッパー層上面を露
出させる工程と、エッチングストッパー層を除去して下
部ゲート電極上面を露出させ下部ゲート電極上部に溝を
形成する工程と、下部ゲート電極上面および溝側面を覆
うように銅の拡散を阻止する導電性を有する第1および
第2のバリア膜を形成する工程と、溝内に第1,第2の
バリア膜を介して銅からなる上部ゲート電極を形成して
上部ゲート電極の底面および両側面が第1および第2の
バリア膜に覆われた状態とする工程と、上部ゲート電極
の露出している上面を塞ぐように銅の拡散を阻止する第
3のバリア膜を形成する工程とを少なくとも備えたもの
である。この発明によれば、上部ゲート電極は、電界効
果トランジスタを構成する多の部分と第1〜第3のバリ
ア膜を介して接触した状態に作製される。
The method of manufacturing a field-effect transistor according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, Forming an etching stopper layer, forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, and forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask. Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern; and removing the first interlayer insulating film to remove the upper surface of the sacrificial pattern. Exposing, exposing the etching stopper layer upper surface by selectively removing the sacrificial pattern, Removing the etching stopper layer and exposing the upper surface of the lower gate electrode to form a groove in the upper portion of the lower gate electrode; and a first conductive film for preventing diffusion of copper so as to cover the upper surface of the lower gate electrode and the groove side surface. And forming a second barrier film, and forming an upper gate electrode made of copper in the trench via the first and second barrier films so that the bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are the first and second side surfaces. And a step of forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode. According to the present invention, the upper gate electrode is manufactured so as to be in contact with many parts constituting the field effect transistor via the first to third barrier films.

【0014】また、本発明の電界効果トランジスタの製
造方法は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電
極を形成する工程と、下部ゲート電極上にエッチングス
トッパー層を形成する工程と、エッチングストッパー層
上に犠牲パターンを形成する工程と、下部ゲート電極お
よび犠牲パターンをマスクとしてシリコン基板の所定量
域に不純物を導入することでソース・ドレインを形成す
る工程と、下部ゲート電極および犠牲パターンを覆うよ
うにシリコン基板上にシリコン酸化物からなる第1の層
間絶縁膜を形成する工程と、第1の層間絶縁膜を選択的
に除去して犠牲パターンの上面を露出させて下部ゲート
電極上部に溝を形成する工程と、犠牲パターンを選択的
に除去してエッチングストッパー層上面を露出させる工
程と、エッチングストッパー層を除去して下部ゲート電
極上面を露出させる工程と、下部ゲート電極上面および
溝側面を覆うように銅の拡散を阻止する導電性を有する
第1および第2のバリア膜を形成する工程と、溝内に第
1,第2のバリア膜を介して銅からなる上部ゲート電極
を形成して上部ゲート電極の底面および両側面が第1お
よび第2のバリア膜に覆われた状態とする工程と、上部
ゲート電極の露出している上面を塞ぐように銅の拡散を
阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを少なくとも
備えるものである。この発明によれば、上部ゲート電極
は、電界効果トランジスタを構成する多の部分と第1〜
第3のバリア膜を介して接触した状態に作製される。上
記の発明において、犠牲パターンは、所定のエッチング
処理条件において、酸化シリコンより速くエッチングさ
れる材料から構成する。
The method of manufacturing a field-effect transistor according to the present invention comprises the steps of: forming a gate insulating film on a silicon substrate; forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film; Forming an etching stopper layer, forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, and forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask. Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern; and selectively removing the first interlayer insulating film from the sacrificial pattern. Forming a groove above the lower gate electrode by exposing the upper surface of the substrate, and selectively removing the sacrificial pattern and etching. A step of exposing the upper surface of the stopper layer, a step of exposing the upper surface of the lower gate electrode by removing the etching stopper layer, and a first conductive film for preventing diffusion of copper so as to cover the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove. And forming a second barrier film, and forming an upper gate electrode made of copper in the trench via the first and second barrier films so that the bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are the first and second side surfaces. And a step of forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode. According to the present invention, the upper gate electrode is made up of many parts constituting the field effect transistor and the first to first parts.
It is manufactured in a state of being in contact through the third barrier film. In the above invention, the sacrificial pattern is made of a material that is etched faster than silicon oxide under predetermined etching processing conditions.

【0015】また、本発明の電界効果トランジスタの製
造方法は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電
極を形成する工程と、下部ゲート電極上に犠牲パターン
を形成する工程と、下部ゲート電極および犠牲パターン
をマスクとしてシリコン基板の所定量域に不純物を導入
することでソース・ドレインを形成する工程と、下部ゲ
ート電極および犠牲パターンの両側面に銅の拡散を阻止
する絶縁材料からなる側壁を形成する工程と、下部ゲー
ト電極および犠牲パターンを覆うようにシリコン基板上
にシリコン酸化物からなる第1の層間絶縁膜を形成する
工程と、第1の層間絶縁膜を除去して犠牲パターンの上
面を露出させる工程と、犠牲パターンを選択的に除去し
て下部ゲート電極上部に溝を形成する工程と、下部ゲー
ト電極上面を覆い両端が側壁に接触するように銅の拡散
を阻止する導電性を有する第1のバリア膜を形成する工
程と、溝内に第1のバリア膜を介して銅からなる上部ゲ
ート電極を形成して上部ゲート電極の底面が第1のバリ
ア膜に覆われて両側面が側壁からなる第2のバリア膜に
覆われた状態とする工程と、上部ゲート電極の露出して
いる上面を塞ぐように銅の拡散を阻止する第3のバリア
膜を形成する工程とを少なくとも備えるものである。こ
の発明によれば、上部ゲート電極は、電界効果トランジ
スタを構成する多の部分と第1〜第3のバリア膜を介し
て接触した状態に作製される。また、第2のバリア膜は
側壁で兼用される。
Further, according to the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate; a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film; Forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined area of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask; and forming a source / drain on both sides of the lower gate electrode and the sacrificial pattern. Forming a side wall made of an insulating material for preventing diffusion of copper, forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on a silicon substrate so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern; Removing the upper surface of the sacrificial pattern by removing the interlayer insulating film, and selectively removing the sacrificial pattern to form the lower gate electrode. Forming a groove in the portion, forming a first barrier film having a conductivity that covers the upper surface of the lower gate electrode and prevents diffusion of copper so that both ends contact the side walls, and a first barrier film in the groove is formed. Forming an upper gate electrode made of copper through the barrier film so that the bottom surface of the upper gate electrode is covered with the first barrier film and both side surfaces are covered with the second barrier film composed of side walls; and Forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode. According to the present invention, the upper gate electrode is manufactured so as to be in contact with many parts constituting the field effect transistor via the first to third barrier films. The second barrier film is also used as a side wall.

【0016】また、本発明の電界効果トランジスタの製
造方法は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電
極を形成する工程と、下部ゲート電極上にエッチングス
トッパー層を形成する工程と、エッチングストッパー層
上に犠牲パターンを形成する工程と、下部ゲート電極お
よび犠牲パターンをマスクとしてシリコン基板の所定量
域に不純物を導入することでソース・ドレインを形成す
る工程と、下部ゲート電極,エッチングストッパー層,
および,犠牲パターンの両側面に銅の拡散を阻止する絶
縁材料からなる側壁を形成する工程と、下部ゲート電
極,エッチングストッパー層,および,犠牲パターンを
覆うようにシリコン基板上にシリコン酸化物からなる第
1の層間絶縁膜を形成する工程と、第1の層間絶縁膜を
除去して犠牲パターンの上面を露出させる工程と、犠牲
パターンを選択的に除去してエッチングストッパー層上
面を露出させる工程と、エッチングストッパー層を除去
して下部ゲート電極上部に溝を形成する工程と、下部ゲ
ート電極に密着して上面を覆い両端が側壁に接触するよ
うに銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜
を形成する工程と、溝内に第1のバリア膜を介して銅か
らなる上部ゲート電極を形成して上部ゲート電極の底面
が第1のバリア膜に覆われて両側面が側壁からなる第2
のバリア膜に覆われた状態とする工程と、上部ゲート電
極の露出している上面を塞ぐように銅の拡散を阻止する
第3のバリア膜を形成する工程とを少なくとも備えるも
のである。この発明によれば、上部ゲート電極は、電界
効果トランジスタを構成する多の部分と第1〜第3のバ
リア膜を介して接触した状態に作製される。また、第2
のバリア膜は側壁で兼用される。
Further, the method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention comprises the steps of forming a gate insulating film on a silicon substrate, forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, Forming an etching stopper layer on the substrate, forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, and forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined area of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask. And a lower gate electrode, an etching stopper layer,
Forming a sidewall made of an insulating material for preventing diffusion of copper on both side surfaces of the sacrificial pattern; and forming a silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode, the etching stopper layer, and the sacrificial pattern. Forming a first interlayer insulating film, removing the first interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern, and selectively removing the sacrificial pattern to expose the upper surface of the etching stopper layer. Forming a groove in the upper portion of the lower gate electrode by removing the etching stopper layer, and a first conductive film having a conductive property for preventing diffusion of copper so that the upper surface is covered in close contact with the lower gate electrode and both ends contact the side walls. Forming an upper gate electrode made of copper in the trench with the first barrier film interposed therebetween so that the bottom surface of the upper gate electrode becomes the first barrier film. Second that we have both side surfaces consisting of the side wall
And a step of forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode. According to the present invention, the upper gate electrode is manufactured so as to be in contact with many parts constituting the field effect transistor via the first to third barrier films. Also, the second
Barrier film is also used as a side wall.

【0017】また、本発明の電界効果トランジスタの製
造方法は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電
極を形成する工程と、下部ゲート電極上にエッチングス
トッパー層を形成する工程と、エッチングストッパー層
上に犠牲パターンを形成する工程と、下部ゲート電極お
よび犠牲パターンをマスクとしてシリコン基板の所定量
域に不純物を導入することでソース・ドレインを形成す
る工程と、下部ゲート電極,エッチングストッパー層,
および,犠牲パターンの両側面に銅の拡散を阻止する絶
縁材料からなる側壁を形成する工程と、下部ゲート電
極,エッチングストッパー層,および,犠牲パターンを
覆うようにシリコン基板上にシリコン酸化物からなる第
1の層間絶縁膜を形成する工程と、第1の層間絶縁膜を
選択的に除去して犠牲パターンの上面を露出させて下部
ゲート電極上部に溝を形成する工程と、犠牲パターンを
選択的に除去してエッチングストッパー層上面を露出さ
せる工程と、エッチングストッパー層を除去する工程
と、下部ゲート電極に密着して上面を覆い両端が側壁に
接触するように銅の拡散を阻止する導電性を有する第1
のバリア膜を形成する工程と、溝内に第1のバリア膜を
介して銅からなる上部ゲート電極を形成して上部ゲート
電極の底面が第1のバリア膜に覆われて両側面が側壁か
らなる第2のバリア膜に覆われた状態とする工程と、上
部ゲート電極の露出している上面を塞ぐように銅の拡散
を阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを少なくと
も備えるものである。この発明によれば、上部ゲート電
極は、電界効果トランジスタを構成する多の部分と第1
〜第3のバリア膜を介して接触した状態に作製される。
また、第2のバリア膜は側壁で兼用される。
Further, the method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention comprises the steps of forming a gate insulating film on a silicon substrate, forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, Forming an etching stopper layer, forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, and forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask. And a lower gate electrode, an etching stopper layer,
Forming a sidewall made of an insulating material for preventing diffusion of copper on both side surfaces of the sacrificial pattern; and forming a silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode, the etching stopper layer, and the sacrificial pattern. Forming a first interlayer insulating film, selectively removing the first interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern and forming a groove above the lower gate electrode, and selectively forming the sacrificial pattern. Removing the etching stopper layer, removing the etching stopper layer, and removing the etching stopper layer by contacting with the lower gate electrode to cover the upper surface and prevent the copper from diffusing so that both ends contact the side walls. First
Forming an upper gate electrode made of copper in the trench with the first barrier film interposed therebetween, the bottom surface of the upper gate electrode is covered with the first barrier film, and both side surfaces are formed from the side walls. And a step of forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode. is there. According to the present invention, the upper gate electrode is connected to the first and second parts of the field effect transistor.
To a state in which they are in contact with each other through a third barrier film.
The second barrier film is also used as a side wall.

【0018】上記の発明において、側壁がシリコン窒化
物から構成される。上記の発明において、第1のバリア
膜は下部ゲート電極上面をトンネル電流が流れる厚さま
で窒化する。上記の発明において、第1または第2のバ
リア膜は、溝底面に対して垂直の角度または垂直に近い
角度で入射する粒子を多くした方法で成膜する。前記の
発明において、下部ゲート電極上面が露出し、溝が形成
された後、高融点金属膜を成膜する工程と、この高融点
金属膜上に高融点金属の窒化膜を成膜する工程と、銅を
成膜する工程と、溝以外の領域の銅、高融点金属膜、高
融点金属の窒化膜を除去し、銅からなる上部ゲート電極
と高融点金属膜と高融点金属の窒化膜からなる第1およ
び第2のバリア膜を形成する工程とを少なくとも備え
る。前記の発明において、下部ゲート電極上面が露出
し、溝が形成された後、第1の高融点金属膜を成膜する
工程と、この第1の高融点金属膜上に高融点金属の窒化
膜を成膜する工程と、この高融点金属の窒化膜上に第2
の高融点金属膜を成膜する工程と、銅を成膜する工程
と、溝以外の領域の銅、第1の高融点金属膜、高融点金
属の窒化膜,第2の高融点金属膜を除去し、銅からなる
上部ゲート電極と第1の高融点金属膜,高融点金属の窒
化膜,第2の高融点金属膜からなる第1および第2のバ
リア膜を形成する工程とを少なくとも備える。
In the above invention, the side wall is made of silicon nitride. In the above invention, the first barrier film is nitrided on the upper surface of the lower gate electrode to a thickness at which a tunnel current flows. In the above invention, the first or second barrier film is formed by a method in which the number of particles incident at an angle perpendicular or nearly perpendicular to the groove bottom surface is increased. In the above invention, after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and the groove is formed, a step of forming a refractory metal film, and a step of forming a refractory metal nitride film on the refractory metal film , Removing the copper, refractory metal film, and refractory metal nitride film in regions other than the trenches, and removing the upper gate electrode made of copper, the refractory metal film, and the refractory metal nitride film. Forming first and second barrier films. In the above invention, after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and the groove is formed, a step of forming a first refractory metal film, and a refractory metal nitride film on the first refractory metal film Forming a second layer on the nitride film of the refractory metal.
Forming a high-melting-point metal film, forming a copper film, and forming copper, a first high-melting-point metal film, a high-melting-point metal nitride film, and a second high-melting-point metal film in a region other than the groove. And removing at least a step of forming an upper gate electrode made of copper, a first refractory metal film, a nitride film of a refractory metal, and a second barrier film made of a second refractory metal film. .

【0019】前記の発明において、下部ゲート電極に接
して高融点金属の膜を成膜する工程と、熱処理して下部
ゲート電極に接する高融点金属の膜をシリサイド化して
下部ゲート電極に接して高融点金属のシリサイド膜を形
成し、第1のバリア膜の一部とする工程とを少なくとも
備える。前記の発明において、犠牲層,エッチングスト
ッパー膜,下部ゲート電極をハードマスクにより加工す
る。前記の発明において、犠牲層,エッチングストッパ
ー膜,下部ゲート電極を酸化シリコンまたは窒化シリコ
ンからなるハードマスクにより加工する。前記の発明に
おいて、上部ゲート電極を形成する前にソース・ドレイ
ンの所定領域に高融点金属シリサイドを形成する。
In the above invention, a step of forming a high-melting-point metal film in contact with the lower gate electrode, and a step of performing heat treatment to silicide the high-melting-point metal film in contact with the lower gate electrode to form a high-melting-point metal in contact with the lower gate electrode. Forming a silicide film of a melting point metal to be a part of the first barrier film. In the above invention, the sacrificial layer, the etching stopper film, and the lower gate electrode are processed using a hard mask. In the above invention, the sacrificial layer, the etching stopper film, and the lower gate electrode are processed using a hard mask made of silicon oxide or silicon nitride. In the above invention, a refractory metal silicide is formed in a predetermined region of the source / drain before forming the upper gate electrode.

【0020】上記の発明において、下部ゲート電極上面
が露出し、溝が形成された後、高融点金属とシリコンと
窒素との化合物を成膜する工程と、この高融点金属とシ
リコンと窒素との化合物の膜上に高融点金属の窒化膜を
成膜する工程と、上部ゲート電極となる銅を成膜する工
程と、溝以外の領域の銅、高融点金属膜、高融点金属膜
の窒化膜を除去し、銅からなる上部ゲート電極と高融点
金属膜と高融点金属の窒化膜からなる第1および第2の
バリア膜を形成する工程とを少なくとも備える。上記の
発明において、下部ゲート電極上面が露出し、溝が形成
された後、高融点金属とシリコンと窒素との化合物を成
膜する工程と、この高融点金属とシリコンと窒素との化
合物の膜上に高融点金属の窒化膜を成膜する工程と、こ
の高融点金属の窒化膜上に高融点金属膜を成膜する工程
と、上部ゲート電極となる銅を成膜する工程と、溝以外
の領域の銅、第1の高融点金属膜,高融点金属膜の窒化
膜,第2の高融点金属膜を除去し、銅からなる上部ゲー
ト電極と第1の高融点金属膜,高融点金属の窒化膜,第
2の高融点金属膜からなる第1および第2のバリア膜を
形成する工程とを少なくとも備える。上記の発明におい
て、下部ゲート電極に接して高融点金属膜を成膜する工
程と、熱処理して下部ゲート電極に接する高融点金属窒
化膜をシリコンに反応させて下部ゲート電極に接して高
融点金属とシリコンと窒素との化合物膜を形成し、第1
のバリア膜の一部とする工程とを少なくとも備える。
In the above invention, after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed, a step of forming a compound of a refractory metal, silicon and nitrogen is performed. A step of forming a refractory metal nitride film on the compound film, a step of forming copper to be an upper gate electrode, and a copper, refractory metal film, refractory metal film nitride film in a region other than the trench And forming first and second barrier films made of an upper gate electrode made of copper, a refractory metal film, and a refractory metal nitride film. In the above invention, after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and the groove is formed, a step of forming a compound of a refractory metal, silicon and nitrogen, and a film of the compound of the refractory metal, silicon and nitrogen A step of forming a high-melting-point metal nitride film thereon; a step of forming a high-melting-point metal film on the high-melting-point metal nitride film; a step of forming copper to be an upper gate electrode; Of the copper, the first refractory metal film, the nitride film of the refractory metal film, and the second refractory metal film are removed, and the upper gate electrode made of copper, the first refractory metal film, and the refractory metal are removed. Forming a first and a second barrier film made of a nitride film and a second refractory metal film. In the above invention, a step of forming a refractory metal film in contact with the lower gate electrode, and a step of heat-treating the silicon to react the refractory metal nitride film in contact with the lower gate electrode with the refractory metal in contact with the lower gate electrode Forming a compound film of silicon, nitrogen and
At least as a part of the barrier film.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。 実施の形態1 始めに、本発明の第1の実施の形態について説明する。
図1は、実施の形態1における電界効果トランジスタの
構成を示す断面図である。実施の形態1の電界効果トラ
ンジスタは、まず、シリコン基板101上に、ゲート絶
縁膜102を介し、まず、ポリシリコンからなる下部ゲ
ート電極103を備えている。また、下部ゲート電極1
03上には、銅からなる上部ゲート電極104を備えて
いる。そして、上部ゲート電極104は、下面と側面を
覆うように窒化タンタルからなるバリア膜(第1,第2
のバリア膜)105が形成され、上面を覆うように窒化
シリコンからなるバリア膜(第3のバリア膜)106が
形成されているようにした。したがって、上部ゲート電
極104は、バリア膜105,106により、筒状に覆
われた状態となっている。そして、下部ゲート電極10
3と上部ゲート電極104とで、トランジスタのゲート
電極が構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the field-effect transistor according to the first embodiment. The field-effect transistor according to the first embodiment includes a lower gate electrode 103 made of polysilicon on a silicon substrate 101 with a gate insulating film 102 interposed therebetween. Also, the lower gate electrode 1
An upper gate electrode 104 made of copper is provided on the substrate 03. The upper gate electrode 104 is formed of a barrier film made of tantalum nitride (first and second
Is formed, and a barrier film (third barrier film) 106 made of silicon nitride is formed so as to cover the upper surface. Therefore, the upper gate electrode 104 is covered with the barrier films 105 and 106 in a tubular shape. Then, the lower gate electrode 10
3 and the upper gate electrode 104 constitute a gate electrode of the transistor.

【0022】また、ゲート電極側面を覆うように、シリ
コン酸化物からなるサイドウォール(側壁)107が形
成されている。また、サイドウォール107下のシリコ
ン基板101には、低濃度不純物領域108が形成され
ている。また、シリコン基板101には、低濃度不純物
領域108を挾むように、ソース109およびドレイン
110が形成されている。そして、上記の低濃度不純物
領域108,ソース109およびドレイン110,ゲー
ト絶縁膜102,および、下部ゲート電極103および
上部ゲート電極104からなるゲート電極で、LDD構
造の電界効果トランジスタが構成されている。LDD構
造とすることで、単チャネル効果が抑制できるようにな
る。
A side wall (side wall) 107 made of silicon oxide is formed so as to cover the side surface of the gate electrode. Further, a low concentration impurity region 108 is formed in the silicon substrate 101 below the sidewall 107. A source 109 and a drain 110 are formed on the silicon substrate 101 so as to sandwich the low concentration impurity region 108. The low-concentration impurity region 108, the source 109 and the drain 110, the gate insulating film 102, and the gate electrode including the lower gate electrode 103 and the upper gate electrode 104 constitute a field effect transistor having an LDD structure. With the LDD structure, the single-channel effect can be suppressed.

【0023】以上示したように、実施の形態1における
電界効果トランジスタでは、ゲート電極をポリシリコン
と銅とからなる積層構造となっているので、ゲート電極
の低抵抗化がはかれている。そして、実施の形態1で
は、ゲート電極を構成する銅の部分を、上面と下面だけ
でなく、側面までバリア膜で覆うようにしたので、シリ
コン酸化膜を介した銅の拡散も抑制できるようになる。
この結果、接合リーク電流の発生やトランジスタのオン
電流の低下など、銅が拡散することによる問題が解消さ
れることになる。
As described above, in the field-effect transistor according to the first embodiment, the gate electrode has a laminated structure composed of polysilicon and copper, so that the resistance of the gate electrode is reduced. In the first embodiment, the copper portion forming the gate electrode is covered with the barrier film not only on the upper surface and the lower surface but also on the side surface. Become.
As a result, problems caused by copper diffusion, such as generation of junction leak current and reduction in on-state current of the transistor, can be solved.

【0024】次に、上述した実施の形態1の電界効果ト
ランジスタの製造方法について説明する。まず、図2
(a)に示すように、シリコン基板101上にドライ酸
化により膜厚6nm程度に絶縁膜202を形成する。絶
縁膜202はゲート絶縁膜となる。引き続いて、絶縁膜
202上に低圧CVD法により膜厚70nm程度にポリ
シリコン膜203を形成し、この上に、やはり低圧CV
D法により膜厚100nm程度に窒化シリコン膜204
を形成する。
Next, a method of manufacturing the field effect transistor of the first embodiment will be described. First, FIG.
As shown in FIG. 1A, an insulating film 202 is formed on a silicon substrate 101 to a thickness of about 6 nm by dry oxidation. The insulating film 202 becomes a gate insulating film. Subsequently, a polysilicon film 203 having a thickness of about 70 nm is formed on the insulating film 202 by a low-pressure CVD method.
A silicon nitride film 204 having a thickness of about 100 nm
To form

【0025】次に、図2(b)に示すように、レジスト
パターン205をマスクとしたドライエッチングによ
り、窒化シリコン膜204およびポリシリコン膜203
を選択的に除去し、下部ゲート電極103および犠牲パ
ターン204aを形成する。次いで、レジストパターン
205を除去した後、図2(c)に示すように、犠牲パ
ターン204aおよび下部ゲート電極103をマスクと
して選択的にイオン注入することで、低濃度不純物領域
(LDD)108を形成する。ここでは、Asを注入エ
ネルギー20eVでイオン注入し、注入量は3×1013
cm-2程度とすればよい。
Next, as shown in FIG. 2B, the silicon nitride film 204 and the polysilicon film 203 are dry-etched using the resist pattern 205 as a mask.
Is selectively removed to form the lower gate electrode 103 and the sacrificial pattern 204a. Next, after removing the resist pattern 205, as shown in FIG. 2C, low-concentration impurity regions (LDD) 108 are formed by selective ion implantation using the sacrificial pattern 204a and the lower gate electrode 103 as a mask. I do. Here, As is ion-implanted at an implantation energy of 20 eV, and the implantation amount is 3 × 10 13.
cm -2 may be used.

【0026】次に、図2(d)に示すように、全面にシ
リコン酸化膜206を形成する。これは、TEOSを原
料とした低圧CVD法によりシリコン酸化物を堆積する
ことで行えばよい。そして、垂直異方性を有している反
応性イオンエッチング(RIE)により、シリコン酸化
膜206をエッチバックすることで、図3(e)に示す
ように、下部ゲート電極103および犠牲パターン20
4aの側面に、サイドウォール107を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, a silicon oxide film 206 is formed on the entire surface. This may be performed by depositing silicon oxide by a low-pressure CVD method using TEOS as a raw material. Then, the silicon oxide film 206 is etched back by reactive ion etching (RIE) having vertical anisotropy, thereby forming the lower gate electrode 103 and the sacrificial pattern 20 as shown in FIG.
A side wall 107 is formed on the side surface of 4a.

【0027】次に、図3(f)に示すように、犠牲パタ
ーン204a,下部ゲート電極103,および,サイド
ウォール107をマスクとして選択的にイオン注入する
ことで、ソース109およびドレイン110を形成す
る。ここでは、Asを注入エネルギー30eVでイオン
注入し、注入量は3×1015cm-2程度とすればよい。
次に、オゾンとTEOSを原料としたCVDにより、ボ
ロンリンシリケートガラスを堆積し、図3(g)に示す
ように、膜厚500nm程度に下部層間絶縁膜209を
形成する。
Next, as shown in FIG. 3F, the source 109 and the drain 110 are formed by selective ion implantation using the sacrificial pattern 204a, the lower gate electrode 103, and the sidewall 107 as a mask. . Here, As is ion-implanted at an implantation energy of 30 eV, and the implantation amount may be about 3 × 10 15 cm −2 .
Next, boron phosphorus silicate glass is deposited by CVD using ozone and TEOS as raw materials, and a lower interlayer insulating film 209 is formed to a thickness of about 500 nm as shown in FIG.

【0028】次に、酸化膜の化学的機械的研磨(CM
P)により、下部層間絶縁膜209を平坦化研磨するこ
とで、図3(h)に示すように、犠牲パターン204a
上部を露出させる。次に、加熱したリン酸水溶液を用い
たウエットエッチングにより、犠牲パターン204aを
選択的に除去し、図3(i)に示すように、下部ゲート
電極103上部にサイドウォール107および下部層間
絶縁膜209に囲われた溝210を形成する。この熱リ
ン酸によるウエットエッチングでは、シリコンや酸化シ
リコンはあまりエッチングされないので、窒化シリコン
からなる犠牲パターン204aを選択的に除去できる。
Next, the chemical mechanical polishing of the oxide film (CM
P), the lower interlayer insulating film 209 is flattened and polished, so that the sacrificial pattern 204a is formed as shown in FIG.
Expose the top. Next, the sacrificial pattern 204a is selectively removed by wet etching using a heated phosphoric acid aqueous solution, and the sidewall 107 and the lower interlayer insulating film 209 are formed on the lower gate electrode 103 as shown in FIG. Is formed. In the wet etching using hot phosphoric acid, silicon and silicon oxide are not etched much, so that the sacrificial pattern 204a made of silicon nitride can be selectively removed.

【0029】ところで、上述した実施の形態1では、C
MPにより下部層間絶縁膜209を除去することで、犠
牲パターン204a上部を露出させるようにしたが、次
に示す手法により犠牲パターン204a上部を露出させ
るようにしてもよい。例えば、ボロンシリケートガラス
のようにリフローにより平坦化が可能な場合は、下部層
間絶縁膜リフローして平坦化した後で、ドライエッチン
グなどにより除去することで犠牲パターン204a上部
を露出させるようにしてもよい。この際に、ボロンシリ
ケートガラス以外にも、ボロンとリンとを含有したシリ
ケートガラス(BPSG)を、下部層間絶縁膜として使
用することもできる。
By the way, in the first embodiment, C
Although the upper portion of the sacrificial pattern 204a is exposed by removing the lower interlayer insulating film 209 by MP, the upper portion of the sacrificial pattern 204a may be exposed by the following method. For example, when flattening can be performed by reflow as in the case of boron silicate glass, the lower interlayer insulating film is reflowed and flattened, and then removed by dry etching or the like to expose the upper portion of the sacrificial pattern 204a. Good. At this time, besides boron silicate glass, silicate glass (BPSG) containing boron and phosphorus can be used as the lower interlayer insulating film.

【0030】さらに、下部層間絶縁膜としてSOG(ス
ピンオングラス)材料を用い、これを塗布することで平
坦化した後、平坦化した塗布膜をドライエッチングなど
によりエッチバックすることで犠牲パターン204a上
部を露出させるようにしてもよい。ここで、CMP法や
SOG材料を用いて平坦化した後エッチバックする手法
を用いる場合は、特にシリケートガラスを用いずに、下
部層間絶縁膜をCVD法などで成膜される通常のシリコ
ン酸化膜や窒化シリコン膜とすることができる。
Further, an SOG (spin-on-glass) material is used as a lower interlayer insulating film, which is coated and flattened, and then the flattened coating film is etched back by dry etching or the like, so that the upper portion of the sacrificial pattern 204a is formed. It may be exposed. Here, when using a CMP method or a method of etching back after planarizing using an SOG material, a normal silicon oxide film in which a lower interlayer insulating film is formed by a CVD method or the like without using silicate glass in particular. Or a silicon nitride film.

【0031】次に、図4(j)に示すように、上記の溝
210の底部,側面を含む下部層間絶縁膜209上に窒
化タンタル膜をスパッタ法により堆積し、膜厚10nm
程度にTaN膜211を形成し、続いて、TaN膜21
1上に銅をスパッタにより堆積し、200nm程度のC
u層212を形成する。次に、例えば、金属膜のCMP
により、Cu層212およびTaN膜211を研磨によ
り除去することで、図4(k)に示すように、溝210
内に窒化タンタルかなるバリア膜105に下面および側
面を覆われた銅からなる上部ゲート電極104が形成さ
れた状態とし、加えて、上部ゲート電極104上部以外
の下部層間絶縁膜209表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 4J, a tantalum nitride film is deposited on the lower interlayer insulating film 209 including the bottom and side surfaces of the groove 210 by a sputtering method to have a thickness of 10 nm.
A TaN film 211 is formed to the extent that the TaN film 21
1 is deposited on the substrate 1 by sputtering.
The u layer 212 is formed. Next, for example, CMP of a metal film
By removing the Cu layer 212 and the TaN film 211 by polishing, as shown in FIG.
The upper gate electrode 104 made of copper whose lower surface and side surfaces are covered with a barrier film 105 made of tantalum nitride is formed therein, and additionally, the surface of the lower interlayer insulating film 209 other than the upper portion of the upper gate electrode 104 is exposed. .

【0032】次に、図4(l)に示すように、全面に窒
化シリコンからなる膜厚10nm程度のバリア膜106
を形成する。これは、プラズマCVD法により窒化シリ
コンを堆積することにより行えばよい。以上のことによ
り、ポリシリコンからなる下部ゲート電極103と、周
囲をバリア膜105およびバリア膜106で覆われた銅
からなる上部ゲート電極104とからなるゲート電極を
備えた電界効果トランジスタが形成されたことになる。
Next, as shown in FIG. 4 (l), a barrier film 106 of about 10 nm thick made of silicon nitride is formed on the entire surface.
To form This may be performed by depositing silicon nitride by a plasma CVD method. As described above, a field effect transistor including a gate electrode including the lower gate electrode 103 made of polysilicon and the upper gate electrode 104 made of copper whose periphery is covered with the barrier film 105 and the barrier film 106 was formed. Will be.

【0033】なお、バリア膜106は、下部層間絶縁膜
209上にまで延在して形成する必要はない。図1に示
したように、バリア膜106により上部ゲート電極10
4の上面が覆われるだけの領域に、バリア膜106が形
成されていても良い。この場合は、バリア膜106が下
部層間絶縁膜209上に延在していないので、バリア膜
106を例えば、バリア膜105と同一の導電性を有す
る窒化タンタルから構成するようにしても良い。
Note that the barrier film 106 does not need to be formed to extend over the lower interlayer insulating film 209. As shown in FIG. 1, the upper gate electrode 10 is
The barrier film 106 may be formed in a region where only the upper surface of the fourth substrate 4 is covered. In this case, since the barrier film 106 does not extend over the lower interlayer insulating film 209, the barrier film 106 may be made of, for example, tantalum nitride having the same conductivity as the barrier film 105.

【0034】この後、図4(m)に示すように、バリア
膜106上にボロンとリンが添加されたシリコン酸化物
(BPSG)からなる層間絶縁膜111を、膜厚500
nm程度に形成する。これは、例えば、酸素ガスとTE
OSとを原料としたCVD法により形成すればよい。次
に、図4(n)に示すように、コンタクトホール112
およびスルーホール113を形成する。これは、公知の
フォトリソグラフィグラフにより形成したレジストパタ
ーンをマスクとした、異方性ドライエッチングにより形
成すればよい。なお、コンタクトホール112は、底面
にシリコン基板101のソース109面が露出し、スル
ーホール113底面には、上部ゲート電極104の上面
が露出している。
Thereafter, as shown in FIG. 4M, an interlayer insulating film 111 made of silicon oxide (BPSG) doped with boron and phosphorus is formed on the barrier film 106 to a thickness of 500 nm.
It is formed to a thickness of about nm. This is, for example, oxygen gas and TE
It may be formed by a CVD method using OS as a raw material. Next, as shown in FIG.
And a through hole 113 is formed. This may be formed by anisotropic dry etching using a resist pattern formed by a known photolithography graph as a mask. In the contact hole 112, the source 109 surface of the silicon substrate 101 is exposed on the bottom surface, and the upper surface of the upper gate electrode 104 is exposed on the bottom surface of the through hole 113.

【0035】次に、図5(o)に示すように、コンタク
トホール112,スルーホール113の側面および底面
を含め、層間絶縁膜111上に窒化チタンとチタンとの
2層構造のバリア膜114を形成する。これは、CVD
法により形成し、膜厚は各々50nmおよび10nm程
度とすればよい。引き続いて、図5(p)に示すよう
に、バリア膜114上にタングステンからなるW膜11
5を、例えば、低圧CVD法により膜厚400nm程度
に形成する。
Next, as shown in FIG. 5 (o), a barrier film 114 having a two-layer structure of titanium nitride and titanium is formed on the interlayer insulating film 111 including the side and bottom surfaces of the contact hole 112 and the through hole 113. Form. This is CVD
The thickness may be about 50 nm and about 10 nm, respectively. Subsequently, as shown in FIG. 5 (p), the W film 11 made of tungsten is formed on the barrier film 114.
5 is formed to a thickness of about 400 nm by, for example, a low pressure CVD method.

【0036】次に、コンタクトホール112,スルーホ
ール113が埋まった状態となる程度に、上記のW膜1
15をドライエッチングなどにより除去する。このこと
により、プラグ112a,113aを形成した後(図5
(q))、銅が1%程度のアルミニウム銅合金からなる
合金膜115aを、スパッタ法により膜厚500nm程
度に形成する。加えて、スパッタ法により、窒化チタン
からなるバリア膜116を、膜厚30nm程度に形成す
る。そして、合金膜115aおよびバリア膜114,1
16をパターニングすれば、図5(r)に示すように、
ソース電極配線117およびゲート電極配線118が形
成できる。
Next, the W film 1 is reduced to such an extent that the contact hole 112 and the through hole 113 are buried.
15 is removed by dry etching or the like. As a result, after the plugs 112a and 113a are formed (FIG.
(Q)) An alloy film 115a made of an aluminum copper alloy containing about 1% of copper is formed to a thickness of about 500 nm by a sputtering method. In addition, a barrier film 116 made of titanium nitride is formed to a thickness of about 30 nm by a sputtering method. Then, the alloy film 115a and the barrier films 114, 1
By patterning No. 16, as shown in FIG.
A source electrode wiring 117 and a gate electrode wiring 118 can be formed.

【0037】以上示したように製造すれば、ソース・ド
レインを形成した後で、銅からなる上部ゲート電極が形
成される。すなわち、ソース・ドレイン形成のための高
温の活性化熱処理の後で、上部ゲート電極が形成される
ことになるので、融点があまり高くない銅を用いて上部
ゲート電極を構成することができる。なお、上記実施の
形態1では、バリア膜(第1,第2のバリア膜)105
として窒化タンタルを用いるようにしたが、これに限る
ものではなく、窒化チタン,窒化タングステン,窒化タ
ンタル,窒化モリブデン,窒化チタンシリサイド,窒化
タングステンシリサイドなどの窒化物(高融点金属とシ
リコンと窒素の化合物)や、タンタルやチタンタングス
テンなどの金属材料を用いるようにしてもよい。
According to the above-described manufacturing method, an upper gate electrode made of copper is formed after forming the source / drain. That is, since the upper gate electrode is formed after the high-temperature activation heat treatment for forming the source / drain, the upper gate electrode can be formed using copper whose melting point is not so high. In the first embodiment, the barrier film (first and second barrier films) 105
Although tantalum nitride is used as a material, the present invention is not limited to this, and nitrides such as titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, molybdenum nitride, titanium nitride silicide, and tungsten silicide (compounds of refractory metal, silicon, and nitrogen) ) Or a metal material such as tantalum or titanium tungsten.

【0038】ところで、上述したバリア膜(第1〜第3
のバリア膜)に、酸素を構成要素としない銅の拡散を阻
止する機能を有する材料を用いるようにしてもよい。上
部ゲート電極は銅から構成するので、このように酸素が
なければ、銅の酸化を抑制することが可能となる。ま
た、上部ゲート電極の下面に配置するバリア膜(第1の
バリア膜)に、例えば、窒化シリコンなどを用いるよう
にしてもよい。すなわち、このバリア膜には、下部ゲー
ト電極にチャネル部を駆動するに足りる電流が注入でき
る導電性があればよいので、窒化シリコンを用いても膜
厚をトンネル電流が流れる程度としておけばよい。この
場合、下部ゲート電極表面を例えば2nm程度窒化すれ
ば、この窒化した部分でバリア膜を形成することができ
る。
By the way, the above-described barrier film (first to third barrier films)
For the barrier film), a material having a function of preventing diffusion of copper that does not include oxygen as a component may be used. Since the upper gate electrode is made of copper, the oxidation of copper can be suppressed without such oxygen. Further, for example, silicon nitride or the like may be used for the barrier film (first barrier film) disposed on the lower surface of the upper gate electrode. That is, the barrier film only needs to have conductivity enough to inject a current sufficient to drive the channel portion into the lower gate electrode. Therefore, even if silicon nitride is used, the film thickness may be set to such a value that a tunnel current flows. In this case, if the lower gate electrode surface is nitrided, for example, by about 2 nm, a barrier film can be formed at the nitrided portion.

【0039】また、上述した銅の上部ゲート電極の側面
に配置されるバリア膜(第2のバリア膜)と下部ゲート
電極との間に配置されるバリア膜(第1のバリア膜)
は、2層以上の膜で構成された多層膜であってもよい。
固体中の拡散においては、固体材料の界面または粒界
(膜が多結晶の場合)に拡散種が析出する可能性が高
い。このため、バリア膜を積層した多層膜することで、
膜間の界面に微量に拡散する銅を捕獲し、拡散種の拡散
をよりいっそう防止することが可能となる。この多層膜
は、高融点金属,または高融点金属の複合膜とすると良
い。例えば、Taと窒化Taとの複合膜とするとよい。
熱的に安定な金属窒化物に銅などの金属は拡散しずらい
ため、バリア膜として高融点金属の窒化膜を用いること
で点欠陥量も少なくなり、点欠陥を介した銅の拡散は抑
制される。
A barrier film (first barrier film) disposed between the above-described barrier film (second barrier film) disposed on the side surface of the upper gate electrode and the lower gate electrode.
May be a multilayer film composed of two or more layers.
In diffusion in a solid, there is a high possibility that a diffusion species is precipitated at an interface or a grain boundary of the solid material (when the film is polycrystalline). Therefore, by forming a multilayer film in which barrier films are stacked,
A small amount of copper diffused at the interface between the films is captured, and the diffusion of the diffused species can be further prevented. This multilayer film is preferably a high melting point metal or a composite film of a high melting point metal. For example, a composite film of Ta and Ta nitride may be used.
Since metals such as copper do not easily diffuse into thermally stable metal nitrides, the amount of point defects is reduced by using a refractory metal nitride film as a barrier film, and the diffusion of copper via point defects is suppressed. You.

【0040】高融点金属シリサイドが、多層膜構造を有
した第1のバリア膜の一部としてシリコンの下部ゲート
電極に接して配置されることも、電界効果トランジスタ
の動作性能の向上に効果的である。シリサイドとシリコ
ンとの界面では、ショットキーバリア形成が抑制されか
つ接触抵抗が低減されるからである。多層膜の第1のバ
リア膜において、銅と接する膜を高融点金属とすること
も、銅と第1のバリア膜との密着性向上には効果的であ
る。高融点金属とシリコンと窒素の化合物が、多層膜構
造を有した第1のバリア膜の一部としてシリコンの下部
電極に接して配置されることも、デバイス製造歩留り向
上に有効である。上記の化合物は、シリコンと密着性が
よいからである。例えば、タングステンの窒化物をCV
D法や反応性コリメートスパッタ法などで溝内に成膜
し、500℃程度の温度で熱処理することで、上記の化
合物は形成できる。このとき、シリコンと高融点金属窒
化物との反応で、上記の化合物は形成されるため、シリ
コンとの密着性は向上する。
The fact that the refractory metal silicide is disposed in contact with the lower gate electrode of silicon as a part of the first barrier film having a multilayer structure is also effective in improving the operation performance of the field effect transistor. is there. This is because at the interface between silicide and silicon, Schottky barrier formation is suppressed and contact resistance is reduced. It is also effective to improve the adhesion between copper and the first barrier film by using a high-melting-point metal as the film in contact with copper in the first barrier film of the multilayer film. The arrangement of the compound of the refractory metal, silicon, and nitrogen as a part of the first barrier film having a multilayer structure in contact with the lower electrode of silicon is also effective in improving the device manufacturing yield. This is because the above compound has good adhesion to silicon. For example, tungsten nitride is converted to CV
The above compound can be formed by forming a film in the groove by the method D or the reactive collimating sputtering method and performing a heat treatment at a temperature of about 500 ° C. At this time, the above compound is formed by the reaction between silicon and the refractory metal nitride, so that the adhesion to silicon is improved.

【0041】実施の形態2 次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。ま
ず、この実施の形態2の電界効果トランジスタの製造方
法について説明する。はじめに、図6(a)に示すよう
に、シリコン基板601上にドライ酸化により膜厚6n
m程度にゲート絶縁膜602を形成する。引き続いて、
ゲート絶縁膜602上に低圧CVD法により膜厚50n
m程度にn形の不純物が導入されたポリシリコン膜70
3を形成し、この上に、CVD法により膜厚10nm程
度に酸化シリコン膜704を形成する。加えて、この酸
化シリコン膜704上に、CVD法により膜厚100〜
300nm程度にポリシリコン膜705を形成する
Embodiment 2 Next, a second embodiment of the present invention will be described. First, a method for manufacturing the field effect transistor according to the second embodiment will be described. First, as shown in FIG. 6A, a 6-nm-thick film is formed on a silicon substrate 601 by dry oxidation.
A gate insulating film 602 is formed to a thickness of about m. Subsequently,
On the gate insulating film 602, a film thickness of 50 n is formed by a low pressure CVD method.
Polysilicon film 70 into which n-type impurity is introduced to about m
3, and a silicon oxide film 704 is formed thereon with a thickness of about 10 nm by a CVD method. In addition, a film thickness of 100 to 100
Form a polysilicon film 705 about 300 nm thick

【0042】次に、図6(b)に示すように、レジスト
パターン706をマスクとしたドライエッチングによ
り、ポリシリコン膜705,酸化シリコン膜704,お
よび,ポリシリコン膜703を選択的に除去し、下部ゲ
ート電極603,エッチングストッパー層704a,お
よび,犠牲パターン705aを形成する。次いで、レジ
ストパターン706を除去した後、図6(c)に示すよ
うに、犠牲パターン705aおよび下部ゲート電極60
3をマスクとして選択的にイオン注入することで、低濃
度不純物領域(LDD)608を形成する。ここでは、
Asを注入エネルギー20eVでイオン注入し、この注
入量は1×1013cm-2程度とすればよい。
Next, as shown in FIG. 6B, the polysilicon film 705, the silicon oxide film 704, and the polysilicon film 703 are selectively removed by dry etching using the resist pattern 706 as a mask. A lower gate electrode 603, an etching stopper layer 704a, and a sacrificial pattern 705a are formed. Next, after removing the resist pattern 706, as shown in FIG. 6C, the sacrificial pattern 705a and the lower gate electrode 60 are formed.
The low concentration impurity region (LDD) 608 is formed by selectively implanting ions using the mask 3 as a mask. here,
As is ion-implanted at an implantation energy of 20 eV, and the implantation amount may be about 1 × 10 13 cm −2 .

【0043】次に、図6(d)に示すように、全面にシ
リコン酸化膜707を形成する。これは、TEOSを原
料とした低圧CVD法によりシリコン酸化物を堆積する
ことで行えばよい。そして、垂直異方性を有している反
応性イオンエッチング(RIE)により、シリコン酸化
膜707をエッチバックすることで、図6(e)に示す
ように、下部ゲート電極603および犠牲パターン70
5aの側面に、サイドウォール607を形成する。な
お、このサイドウォール607は、窒化シリコンから構
成するようにしてもよい。この場合も、酸化シリコンか
ら形成する場合と同様に形成できる。
Next, as shown in FIG. 6D, a silicon oxide film 707 is formed on the entire surface. This may be performed by depositing silicon oxide by a low-pressure CVD method using TEOS as a raw material. Then, the silicon oxide film 707 is etched back by reactive ion etching (RIE) having vertical anisotropy, thereby forming the lower gate electrode 603 and the sacrificial pattern 70 as shown in FIG.
A side wall 607 is formed on the side surface of 5a. Note that the sidewall 607 may be made of silicon nitride. Also in this case, it can be formed in the same manner as when it is formed from silicon oxide.

【0044】次に、犠牲パターン705a,下部ゲート
電極603,および,サイドウォール607をマスクと
して選択的にイオン注入することで、ソース609およ
びドレイン610を形成する。ここでは、Asを注入エ
ネルギー30eVでイオン注入し、この注入量は2×1
15cm-2程度とすればよい。なお、イオン注入により
形成した不純物導入領域は、例えば、窒素雰囲気で80
0℃・10分および1000℃・10秒の加熱処理を行
い、欠陥の低減と不純物の活性化を行う。
Next, a source 609 and a drain 610 are formed by selective ion implantation using the sacrificial pattern 705a, the lower gate electrode 603, and the sidewall 607 as a mask. Here, As is ion-implanted at an implantation energy of 30 eV, and the implantation amount is 2 × 1.
It may be about 0 15 cm -2 . The impurity introduction region formed by ion implantation is, for example, 80% in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment is performed at 0 ° C. for 10 minutes and at 1000 ° C. for 10 seconds to reduce defects and activate impurities.

【0045】次に、オゾンとTEOSを原料としたCV
Dにより、ボロンリンシリケートガラスを堆積し、これ
らを加熱してフローさせることで、図7(g)に示すよ
うに、膜厚400〜600nm程度に下部層間絶縁膜7
09を形成する。次に、例えば、酸化膜の化学的機械的
研磨(CMP)により下部層間絶縁膜709を所定膜厚
除去し、図7(h)に示すように、犠牲パターン705
a上部を露出させる。次に、酸化膜との高選択性を持た
せたリアクティブイオンエッチングにより犠牲パターン
705aを選択的に除去し、図7(i)に示すように、
下部ゲート電極603上部にサイドウォール607およ
び下部層間絶縁膜709に囲われた溝710を形成す
る。
Next, a CV using ozone and TEOS as raw materials
D, a boron phosphorus silicate glass is deposited, and these are heated and flown to form a lower interlayer insulating film 7 having a thickness of about 400 to 600 nm as shown in FIG.
09 is formed. Next, the lower interlayer insulating film 709 is removed by a predetermined thickness by, for example, chemical mechanical polishing (CMP) of an oxide film, and the sacrificial pattern 705 is formed as shown in FIG.
a Expose the upper part. Next, the sacrifice pattern 705a is selectively removed by reactive ion etching having high selectivity to an oxide film, and as shown in FIG.
A trench 710 surrounded by the sidewall 607 and the lower interlayer insulating film 709 is formed above the lower gate electrode 603.

【0046】続いて、図7(j)に示すように、酸化シ
リコンと選択比のあるエッチング方法によりエッチング
ストッパー層704aを除去し、溝710底部に下部ゲ
ート電極603上面を露出させる。次に、図8(k)に
示すように、溝710の底部,側面を含む下部層間絶縁
膜709上に窒化タンタル膜をスパッタ法により堆積
し、膜厚10nm程度にTaN膜711を形成する。続
いて、図8(l)に示すように、TaN膜711上に銅
をスパッタにより堆積し、加えて堆積した銅を加熱フロ
ーすることで、表面が平坦になった膜厚100〜500
nm程度のCu層712を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7J, the etching stopper layer 704a is removed by an etching method having a selective ratio with respect to silicon oxide, and the upper surface of the lower gate electrode 603 is exposed at the bottom of the groove 710. Next, as shown in FIG. 8K, a tantalum nitride film is deposited on the lower interlayer insulating film 709 including the bottom and side surfaces of the trench 710 by a sputtering method, and a TaN film 711 is formed to a thickness of about 10 nm. Subsequently, as shown in FIG. 8 (l), copper is deposited on the TaN film 711 by sputtering, and the deposited copper is heated and flown to form a film having a flat surface with a thickness of 100 to 500.
A Cu layer 712 having a thickness of about nm is formed.

【0047】ここで、TaN膜711の代わりに、窒化
チタン,タンタル,窒化タングステン,チタンタングス
テンなどの薄膜を用いるようにしても良い。また、Cu
層612は、例えば電界メッキ法やCVD法により形成
するようにしても良い。次に、例えば、金属膜のCMP
により、Cu層712およびTaN膜711を除去する
ことで、図8(m)に示すように、下面および側面が窒
化タンタルかなるバリア膜605に覆われた、銅からな
る上部ゲート電極604が形成された状態とし、加え
て、上部ゲート電極604上以外の下部層間絶縁膜70
9表面を露出させる。なお、TaN膜711の代わり
に、TaN/Ta、Ta/TaN/Ta膜など高融点金
と高融点金属の窒化物の積層膜としてよい。
Here, instead of the TaN film 711, a thin film of titanium nitride, tantalum, tungsten nitride, titanium tungsten or the like may be used. Also, Cu
The layer 612 may be formed by, for example, an electrolytic plating method or a CVD method. Next, for example, CMP of a metal film
By removing the Cu layer 712 and the TaN film 711, as shown in FIG. 8 (m), an upper gate electrode 604 made of copper, whose lower surface and side surfaces are covered with a barrier film 605 made of tantalum nitride, is formed. In addition, the lower interlayer insulating film 70 other than on the upper gate electrode 604
9 Expose the surface. Instead of the TaN film 711, a stacked film of a high melting point metal and a high melting point metal nitride such as a TaN / Ta or Ta / TaN / Ta film may be used.

【0048】また、上記の積層膜の成膜方法にコリメー
トスパッタ法を用いることで、ゲート電極の層抵抗の低
減と溝の幅が減少した場合の層抵抗の増加が抑制され
る。コリメートスパッタ法によれば、原料ターゲットか
らプラズマによりスパッタされた粒子で成膜にきよする
ものは、基板への入射角度はコリーメータにより垂直に
近いものとなる。このため、溝内の側壁に成膜される膜
厚は、溝底部に成膜される膜厚より薄くなる。バリア膜
の材料の抵抗率が銅より高い場合、側面の膜厚が厚い
と、この膜厚に比例して抵抗が増加する。また、溝の幅
が減少した場合、層抵抗が増大する。したがって、上記
のコリメートスパッタ法により、溝内の側壁に成膜され
る膜厚を薄くするようにした方がよい。同様の効果が、
イオン化スパッタ法と呼ばれる方法によっても得られ
る。イオン化スパッタ法は、基板にかけたバイアスによ
りイオン化された原料粒子を基板に対して垂直に近い角
度で入射し,入射した粒子を堆積して成膜する方法であ
り、やはり溝内の側壁に成膜される膜厚を薄くできる。
Further, by using the collimated sputtering method as the method for forming the laminated film, a reduction in the layer resistance of the gate electrode and an increase in the layer resistance when the width of the groove is reduced are suppressed. According to the collimated sputtering method, particles sputtered by a plasma from a raw material target and subjected to film formation have an incident angle to the substrate closer to vertical by a collimator. For this reason, the film thickness formed on the side wall in the groove is smaller than the film thickness formed on the groove bottom. When the material of the barrier film has a higher resistivity than copper, if the thickness of the side surface is large, the resistance increases in proportion to the film thickness. Further, when the width of the groove is reduced, the layer resistance increases. Therefore, it is preferable to reduce the film thickness formed on the side wall in the groove by the above-mentioned collimated sputtering method. A similar effect,
It can also be obtained by a method called ionization sputtering. The ionization sputtering method is a method in which raw material particles ionized by a bias applied to a substrate are incident on the substrate at an almost perpendicular angle, and the incident particles are deposited to form a film. The film thickness to be formed can be reduced.

【0049】次に、図8(n)に示すように、全面に酸
化チタンもしくは窒化シリコンからなる膜厚10〜10
0nm程度のバリア膜606を形成する。これは、例え
ば反応性スパッタ法などにより成膜すればよい。以上の
ことにより、ポリシリコンからなる下部ゲート電極60
3と、周囲をバリア膜605およびバリア膜606で覆
われた銅からなる上部ゲート電極604とからなるゲー
ト電極を備えた電界効果トランジスタが形成されたこと
になる。なお、バリア膜606は、下部層間絶縁膜70
9上にまで延在して形成する必要はない。バリア膜60
6により上部ゲート電極604の上面が覆われるだけの
領域に、バリア膜606が形成されていても良い。この
場合は、バリア膜606が下部層間絶縁膜709上に延
在していないので、バリア膜606を例えば、バリア膜
605と同一の窒化タンタルから構成するようにしても
良い。
Next, as shown in FIG. 8 (n), a film thickness of 10 to 10 of titanium oxide or silicon nitride is formed on the entire surface.
A barrier film 606 of about 0 nm is formed. This may be performed, for example, by a reactive sputtering method. As described above, the lower gate electrode 60 made of polysilicon is formed.
Thus, a field-effect transistor including a gate electrode made of copper and an upper gate electrode 604 made of copper and covered with a barrier film 605 and a barrier film 606 is formed. Note that the barrier film 606 is formed of the lower interlayer insulating film 70.
9 does not need to be formed. Barrier film 60
The barrier film 606 may be formed in a region where only the upper surface of the upper gate electrode 604 is covered by the barrier film 6. In this case, since the barrier film 606 does not extend over the lower interlayer insulating film 709, the barrier film 606 may be made of, for example, the same tantalum nitride as the barrier film 605.

【0050】この後、図8(o)に示すように、バリア
膜606上にボロンとリンが添加されたシリコン酸化物
(BPSG)からなる層間絶縁膜713を、膜厚100
〜500nm程度に形成する。これは、例えば、酸素ガ
スとTEOSとを原料としたCVD法により形成すれば
よい。次に、図9(p)に示すように、コンタクトホー
ル612,613を形成する。これは、公知のフォトリ
ソグラフィグラフにより形成したレジストパターンをマ
スクとした、異方性ドライエッチングにより形成すれば
よい。なお、コンタクトホール612は、底面にシリコ
ン基板601のソース609面が露出し、コンタクトホ
ール613は、底面にシリコン基板601のドレイン6
10面が露出し
Thereafter, as shown in FIG. 8 (o), an interlayer insulating film 713 made of silicon oxide (BPSG) doped with boron and phosphorus is formed on the barrier film 606 to a thickness of 100.
It is formed to about 500 nm. This may be formed, for example, by a CVD method using oxygen gas and TEOS as raw materials. Next, as shown in FIG. 9 (p), contact holes 612 and 613 are formed. This may be formed by anisotropic dry etching using a resist pattern formed by a known photolithography graph as a mask. In the contact hole 612, the source 609 surface of the silicon substrate 601 is exposed at the bottom, and the contact hole 613 is formed at the bottom of the drain substrate 6 of the silicon substrate 601.
10 faces are exposed

【0051】そして、図9(q)に示すように、コンタ
クトホール612,613を介し、アルミニウムなどか
らなるソース電極配線616およびドレイン電極配線6
17形成すればよい。以上のことにより、実施の形態2
においても、ゲート電極がポリシリコンと銅との積層構
造となっているので、ゲート電極の低抵抗化がはかれて
いる。そして、実施の形態2においても、ゲート電極を
構成する銅の部分を、胴部分の上面と下面だけでなく、
側面までバリア膜で覆うようにしたので、シリコン酸化
膜を介した銅の拡散も抑制できるようになる。この結
果、接合リーク電流の発生やトランジスタのオン電流の
低下など、銅が拡散することによる問題が解消されるこ
とになる。
Then, as shown in FIG. 9 (q), the source electrode wiring 616 and the drain electrode wiring 6 made of aluminum or the like are formed through the contact holes 612 and 613.
17 may be formed. As described above, Embodiment 2
Also, since the gate electrode has a laminated structure of polysilicon and copper, the resistance of the gate electrode is reduced. Also in the second embodiment, the copper portion forming the gate electrode is not limited to the upper and lower surfaces of the body portion,
Since the side surfaces are covered with the barrier film, the diffusion of copper through the silicon oxide film can be suppressed. As a result, problems caused by copper diffusion, such as generation of junction leak current and reduction in on-state current of the transistor, can be solved.

【0052】また、実施の形態2においても、ソース・
ドレインを形成した後で、銅からなる上部ゲート電極が
形成される。すなわち、ソース・ドレイン形成のための
高温の活性化熱処理の後で、上部ゲート電極が形成され
ることになるので、融点があまり高くない銅を用いて上
部ゲート電極を構成することができる。
In the second embodiment, the source
After forming the drain, an upper gate electrode made of copper is formed. That is, since the upper gate electrode is formed after the high-temperature activation heat treatment for forming the source / drain, the upper gate electrode can be formed using copper whose melting point is not so high.

【0053】ところで、サイドウォール(側壁)は、窒
化シリコンから構成するようにしてもよい。窒化シリコ
ンなどの銅の拡散を阻止できる材料からサイドウォール
を形成した場合、サイドウォールを前述した上部ゲート
電極側面に配置するバリア膜(第2のバリア膜)として
用いることができる。この場合、新たに上部ゲート電極
側面に配置するバリア膜を形成しなくてもすむ。すなわ
ち、例えば、図4(j)に示したように、溝210の底
部,側面を含む下部層間絶縁膜209上に窒化タンタル
膜をスパッタ法により堆積せず、例えば、下部ゲート電
極103上部を2nm程度窒化して第1のバリア膜とす
る。前述したように、2nm程度の膜厚の窒化シリコン
ならトンネル電流が流れるので、上部ゲート電極との導
通に問題はない。
Incidentally, the side wall (side wall) may be made of silicon nitride. In the case where the sidewall is formed of a material such as silicon nitride which can prevent the diffusion of copper, the sidewall can be used as a barrier film (second barrier film) disposed on the side surface of the above-described upper gate electrode. In this case, it is not necessary to newly form a barrier film disposed on the side surface of the upper gate electrode. That is, for example, as shown in FIG. 4J, a tantalum nitride film is not deposited on the lower interlayer insulating film 209 including the bottom and side surfaces of the groove 210 by a sputtering method. The first barrier film is formed by nitriding to a degree. As described above, a tunnel current flows with silicon nitride having a thickness of about 2 nm, and there is no problem in conduction with the upper gate electrode.

【0054】なお、このとき、下部ゲート電極103上
部を窒化するのではなく、下部ゲート電極103上部
に、銅の拡散を阻止できるほかの導電性を有する材料を
形成するようにしてもよいことはいうまでもない。そし
て、上記の第1のバリア膜上に上部ゲート電極104を
形成すれば、この上部ゲート電極104は下面および両
側面が銅の拡散を阻止する窒化シリコンで覆われた状態
とすることができる。この後、図4(l)以降の工程と
同様にすれば、本発明による電界効果トランジスタを得
ることができる。
At this time, instead of nitriding the upper part of the lower gate electrode 103, another conductive material capable of preventing the diffusion of copper may be formed on the lower gate electrode 103. Needless to say. When the upper gate electrode 104 is formed on the first barrier film, the upper gate electrode 104 can be in a state where the lower surface and both side surfaces are covered with silicon nitride for preventing copper diffusion. Thereafter, the field effect transistor according to the present invention can be obtained by performing the same steps as those in FIG.

【0055】また、サイドウォールを窒化シリコンなど
のシリコン酸化物より所定のエッチング条件ではエッチ
ングされにくいものとした場合、上部ゲート電極上への
配線のコンタクトが容易となる。これは次に理由によ
る。まず、上部ゲート電極上に形成される層間絶縁膜に
コンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介
して上部ゲート電極に配線を接続する。このコンタクト
ホール形成の時、シリコン酸化物からなる層間絶縁膜の
エッチングでは窒化シリコンがほとんどエッチングされ
ないため、コンタクトホール形成位置が少しずれても、
サイドウォールがエッチングされないからである。
Further, when the side walls are made to be harder to be etched under predetermined etching conditions than silicon oxide such as silicon nitride, the contact of the wiring on the upper gate electrode becomes easy. This is due to the following reasons. First, a contact hole is formed in an interlayer insulating film formed on the upper gate electrode, and a wiring is connected to the upper gate electrode through the contact hole. At the time of forming this contact hole, silicon nitride is hardly etched in the etching of the interlayer insulating film made of silicon oxide.
This is because the sidewall is not etched.

【0056】ところで、上記では、図6(b)に示すよ
うに、レジストパターン706をマスクとして下層を加
工するようにしたが、これに限るものではなく、以下に
説明するように、酸化シリコンからなるハードマスクを
用いて加工するようにしてもよい。加えて、ハードマス
クを用いることで、ソース・ドレイン領域に選択的に高
融点金属のシリサイドを形成することができる。
In the above description, as shown in FIG. 6B, the lower layer is processed using the resist pattern 706 as a mask. However, the present invention is not limited to this. The processing may be performed using a hard mask. In addition, by using a hard mask, silicide of a high melting point metal can be selectively formed in the source / drain regions.

【0057】まず、図10(a)に示すように、シリコ
ン基板601上にドライ酸化により膜厚6nm程度にゲ
ート絶縁膜602を形成する。引き続いて、ゲート絶縁
膜602上に低圧CVD法により膜厚50nm程度にn
形の不純物が導入されたポリシリコン膜703を形成
し、この上に、CVD法により膜厚10nm程度に酸化
シリコン膜704を形成し、この酸化シリコン膜704
上に、CVD法により膜厚100〜300nm程度にポ
リシリコン膜705を形成する。加えて、ポリシリコン
膜705a上に、酸化シリコン膜1001を形成する。
なお、この酸化シリコン膜は、窒化シリコン膜としても
よい。
First, as shown in FIG. 10A, a gate insulating film 602 having a thickness of about 6 nm is formed on a silicon substrate 601 by dry oxidation. Subsequently, the thickness of the gate insulating film 602 is reduced to about 50 nm by a low-pressure CVD method.
A polysilicon film 703 into which a shape impurity is introduced is formed, and a silicon oxide film 704 having a thickness of about 10 nm is formed thereon by the CVD method.
A polysilicon film 705 is formed thereon with a thickness of about 100 to 300 nm by a CVD method. In addition, a silicon oxide film 1001 is formed over the polysilicon film 705a.
Note that this silicon oxide film may be a silicon nitride film.

【0058】次に、ポリシリコン膜705,酸化シリコ
ン膜704,および,ポリシリコン膜703,および酸
化シリコン膜1001を、図10(b)に示すように、
レジストパターン706をマスクとしたドライエッチン
グにより選択的に除去し、下部ゲート電極603,エッ
チングストッパー層704a,および犠牲パターン70
5aを形成するとともに、ハードマスク1001aを形
成する。次いで、レジストパターン706を除去した
後、図10(c)に示すように、ハードマスク1001
a,犠牲パターン705aおよび下部ゲート電極603
をマスクとして選択的にイオン注入することで、低濃度
不純物領域(LDD)608を形成する。LDD608
は、Asを注入エネルギー20eVでイオン注入し、こ
の注入量は1×1013cm-2程度とすればよい。
Next, the polysilicon film 705, the silicon oxide film 704, and the polysilicon film 703 and the silicon oxide film 1001, as shown in FIG.
It is selectively removed by dry etching using the resist pattern 706 as a mask, and the lower gate electrode 603, the etching stopper layer 704a, and the sacrificial pattern 70 are removed.
5a and a hard mask 1001a are formed. Next, after removing the resist pattern 706, as shown in FIG.
a, sacrificial pattern 705a and lower gate electrode 603
Is selectively implanted using the mask as a mask to form a low concentration impurity region (LDD) 608. LDD608
In this case, As is ion-implanted at an implantation energy of 20 eV, and the implantation amount may be about 1 × 10 13 cm −2 .

【0059】次に、図10(d)に示すように、TEO
Sを原料とした低圧CVD法によりシリコン酸化物を堆
積することで、全面にシリコン酸化膜707を形成す
る。そして、垂直異方性を有している反応性イオンエッ
チング(RIE)により、シリコン酸化膜707をエッ
チバックすることで、図10(e)に示すように、下部
ゲート電極603および犠牲パターン705aの側面
に、サイドウォール607を形成する。同時に、ゲート
絶縁膜602の下部ゲート電極603とサイドウォール
607で覆われていない領域を除去する。なお、上記の
サイドウォール607は、窒化シリコンから構成するよ
うにしてもよい。この場合も、酸化シリコンから形成す
る場合と同様に形成できる。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 707 is formed on the entire surface by depositing silicon oxide by a low-pressure CVD method using S as a raw material. Then, the silicon oxide film 707 is etched back by reactive ion etching (RIE) having vertical anisotropy, thereby forming the lower gate electrode 603 and the sacrificial pattern 705a as shown in FIG. A sidewall 607 is formed on the side surface. At the same time, a region of the gate insulating film 602 which is not covered with the lower gate electrode 603 and the sidewall 607 is removed. Note that the sidewall 607 may be made of silicon nitride. Also in this case, it can be formed in the same manner as when it is formed from silicon oxide.

【0060】次に、犠牲パターン705a,下部ゲート
電極603,および,サイドウォール607加えてハー
ドマスク1001aをマスクとして選択的にイオン注入
することで、ソース609およびドレイン610を形成
する。ここでも、Asを注入エネルギー30eVでイオ
ン注入し、この注入量は2×1015cm-2程度とすれば
よい。なお、イオン注入により形成した不純物導入領域
は、例えば、窒素雰囲気で800℃・10分および10
00℃・10秒の加熱処理を行い、欠陥の低減と不純物
の活性化を行う。
Next, the source 609 and the drain 610 are formed by selective ion implantation using the hard mask 1001a as a mask in addition to the sacrificial pattern 705a, the lower gate electrode 603, and the sidewall 607. Also here, As is ion-implanted at an implantation energy of 30 eV, and the implantation amount may be about 2 × 10 15 cm −2 . The impurity-introduced region formed by ion implantation is, for example, at 800 ° C. for 10 minutes and 10 minutes in a nitrogen atmosphere.
A heat treatment at 00 ° C. for 10 seconds is performed to reduce defects and activate impurities.

【0061】そして、ハードマスク1001aを用いる
ようにしたので、シリコンからなる犠牲パターン705
a上にはシリサイドを形成することなく、ソース・ドレ
イン領域表面にシリサイドを自己整合的に形成すること
が可能となる。図11(f)に示すように、スパッタ法
などにより、全域にコバルトを膜厚10〜20nmに成
膜して高融点金属膜1002を形成し、RTA(Rapid
Thermal Anneal)法で加熱し、下地シリコン(シリコン
基板601)と高融点金属膜1002を反応させ、図1
1(g)に示すように、ソース609,ドレイン610
上に選択的にシリサイド1003を形成する。このシリ
サイドを形成するための加熱温度は、650〜750℃
程度がよい。また、加熱するときの雰囲気は、窒素また
はアルゴンのような不活性雰囲気がよい。
Since the hard mask 1001a is used, the sacrificial pattern 705 made of silicon is used.
It is possible to form silicide on the surface of the source / drain region in a self-aligned manner without forming silicide on a. As shown in FIG. 11F, a high-melting-point metal film 1002 is formed by depositing cobalt to a film thickness of 10 to 20 nm over the entire region by sputtering or the like, and then RTA (Rapid).
Thermal Anneal) method to cause the underlying silicon (silicon substrate 601) and the refractory metal film 1002 to react with each other.
As shown in FIG. 1 (g), the source 609 and the drain 610
A silicide 1003 is selectively formed thereon. The heating temperature for forming this silicide is 650-750 ° C.
Good degree. Further, an atmosphere for heating is preferably an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

【0062】シリサイドを形成した後、図11(h)に
示すように、塩酸:過酸化水素水:水の混合水溶液を用
いたウエットエッチングにより、下地シリコンと未反応
のコバルトを選択的に除去する。窒素雰囲気で加熱した
場合は、窒化したコバルトが生成されるため、この窒化
したコバルトも塩酸:過酸化水素水:水の混合水溶液を
用いたウエットエッチングにより選択的に除去する。こ
の後、再度、RTA法により750〜850℃程度の温
度で加熱することでシリサイドの低抵抗化が図れる。な
お、高融点金属としては、コバルトのほかにチタン(1
0〜30nm)を用いるようにしてもよい。チタンを用
いる場合、シリサイド加工直後の余剰チタンまたは窒化
チタンの除去には、アンモニア:過酸化水素水:水の混
合水溶液によるウエットエッチングを用いればよい。
After the silicide is formed, as shown in FIG. 11 (h), the base silicon and unreacted cobalt are selectively removed by wet etching using a mixed aqueous solution of hydrochloric acid: hydrogen peroxide solution: water. . When heated in a nitrogen atmosphere, nitrided cobalt is generated, and this nitrided cobalt is also selectively removed by wet etching using a mixed aqueous solution of hydrochloric acid: hydrogen peroxide solution: water. Thereafter, by heating again at a temperature of about 750 to 850 ° C. by the RTA method, the resistance of the silicide can be reduced. In addition, as a high melting point metal, in addition to cobalt, titanium (1
(0 to 30 nm). In the case of using titanium, wet etching with a mixed aqueous solution of ammonia: hydrogen peroxide water: water may be used to remove excess titanium or titanium nitride immediately after silicide processing.

【0063】ソース・ドレイン領域にシリサイドを選択
的に形成したら、図7(g)と同様に、膜厚400〜6
00nm程度に下部層間絶縁膜709を形成し、この
後、例えば、酸化膜の化学的機械的研磨(CMP)によ
り下部層間絶縁膜709を所定膜厚除去し、同時にハー
ドマスも除去して犠牲パターン705a上部を露出させ
る。この後、図7(h)〜図9(q)に示した工程と同
様にすることで、図11(i)に示すように、図9
(q)に示した構成に加えて、シリサイド1003が形
成された状態が得られる。シリサイド1003をソース
609,ドレイン610に選択的に形成するようにした
ので、ソース電極配線616およびドレイン電極配線6
17のコンタクト抵抗を低減することができる。
After the silicide is selectively formed in the source / drain regions, a film thickness of 400 to 6 as in FIG.
A lower interlayer insulating film 709 is formed to a thickness of about 00 nm, and thereafter, the lower interlayer insulating film 709 is removed by a predetermined thickness by, for example, chemical mechanical polishing (CMP) of an oxide film, and at the same time, a hard mass is also removed to remove the sacrificial pattern 705a. Expose the top. Thereafter, by performing the same steps as those shown in FIGS. 7H to 9Q, as shown in FIG.
A state in which the silicide 1003 is formed in addition to the configuration shown in (q) is obtained. Since the silicide 1003 is selectively formed on the source 609 and the drain 610, the source electrode wiring 616 and the drain electrode wiring 6
17 can reduce the contact resistance.

【0064】なお、シリサイドの形成は、前述の実施の
形態1の電界効果トランジスタに適用してもよい。例え
ば、図3(e)に示したサイドウォール107の形成時
に、ゲート絶縁膜102のソース・ドレインとなる領域
上の部分を同時に除去すれば、シリコン基板101のソ
ース・ドレインとなる表面が露出する。この後、図3
(f)と同様に、ソース109,ドレイン110を形成
し、全域にコバルトやチタンなどの高融点金属の膜を形
成すれば、図11(f)〜図11(h)と同様に、ソー
ス・ドレイン上に選択的にシリサイドを形成できる。実
施の形態1では、犠牲パターン204aは窒化シリコン
から構成され、サイドウォール107は酸化シリコンか
ら構成されているので、これら表面にはシリサイドが形
成されない。このように、サイドウォール表面や犠牲膜
表面が、高融点金属と反応しにくいものであれば、ソー
ス・ドレイン上に選択的にシリサイドを形成することが
容易に可能となる。
The formation of silicide may be applied to the field effect transistor of the first embodiment. For example, when portions of the gate insulating film 102 on the regions serving as the source / drain are removed at the same time when the sidewall 107 shown in FIG. 3E is formed, the surfaces serving as the source / drain of the silicon substrate 101 are exposed. . After this, FIG.
If the source 109 and the drain 110 are formed as in (f) and a film of a high melting point metal such as cobalt or titanium is formed in the entire area, the source and drain are formed as in FIGS. 11 (f) to 11 (h). Silicide can be selectively formed on the drain. In the first embodiment, since the sacrificial pattern 204a is made of silicon nitride and the sidewall 107 is made of silicon oxide, no silicide is formed on these surfaces. As described above, if the side wall surface or the sacrificial film surface does not easily react with the high melting point metal, it is possible to easily form a silicide selectively on the source / drain.

【0065】次に、前述した再度ウオールを第2のバリ
ア膜として用いる場合の電界効果トランジスタの製造方
法に関して説明する。まず、図12(a)に示すよう
に、シリコン基板101上にドライ酸化により膜厚6n
m程度に絶縁膜202を形成する。絶縁膜202はゲー
ト絶縁膜となる。引き続いて、絶縁膜202上に低圧C
VD法により膜厚70nm程度にポリシリコン膜203
を形成した後、この場合では、ポリシリコン膜203上
に窒化タンタル膜をスパッタ法により堆積し、膜厚10
nm程度にTaN膜1201を形成する。そして、Ta
N膜1201上に400℃程度の低温のCVD法または
プラズマCVD法により膜厚100nm程度にポリシリ
コン膜705を形成する。
Next, a method of manufacturing a field effect transistor in the case where the above-mentioned wall is used again as the second barrier film will be described. First, as shown in FIG. 12A, a 6-nm-thick film is formed on a silicon substrate 101 by dry oxidation.
An insulating film 202 is formed to a thickness of about m. The insulating film 202 becomes a gate insulating film. Subsequently, a low-pressure C
The polysilicon film 203 is formed to a thickness of about 70 nm by the VD method.
In this case, a tantalum nitride film is deposited on the polysilicon film 203 by a sputtering method to form a
A TaN film 1201 is formed to a thickness of about nm. And Ta
A polysilicon film 705 having a thickness of about 100 nm is formed on the N film 1201 by a low-temperature CVD method at about 400 ° C. or a plasma CVD method.

【0066】次に、図12(b)に示すように、レジス
トパターン205をマスクとしたドライエッチングによ
り、ポリシリコン膜705,TaN膜1201,および
ポリシリコン膜203を選択的に除去し、下部ゲート電
極103および犠牲パターン705aを形成するととも
に、これらに挾まれたバリア膜(第1のバリア膜)12
01aを形成する。次いで、レジストパターン205を
除去した後、図12(c)に示すように、犠牲パターン
705および下部ゲート電極103をマスクとして選択
的にイオン注入することで、低濃度不純物領域(LD
D)108を形成する。ここでも、Asを注入エネルギ
ー20eVでイオン注入し、注入量は3×1013cm-2
程度とすればよい。
Next, as shown in FIG. 12B, the polysilicon film 705, the TaN film 1201, and the polysilicon film 203 are selectively removed by dry etching using the resist pattern 205 as a mask. An electrode 103 and a sacrificial pattern 705a are formed, and a barrier film (first barrier film) 12 sandwiched therebetween is formed.
01a is formed. Next, after the resist pattern 205 is removed, as shown in FIG. 12C, the low-concentration impurity regions (LD
D) Form 108. Here, As is ion-implanted at an implantation energy of 20 eV, and the implantation amount is 3 × 10 13 cm −2.
It should be about the degree.

【0067】次に、図12(d)に示すように、全面に
シリコン窒化膜206aを形成する。そして、垂直異方
性を有している反応性イオンエッチング(RIE)によ
り、シリコン窒化膜206aをエッチバックすること
で、図12(e)に示すように、下部ゲート電極10
3,バリア膜1201a、および犠牲パターン705a
の側面に、サイドウォール107aを形成する。サイド
ウォール107aは、シリコン窒化物から構成されるの
で、銅の拡散を抑制する第2のバリア膜として用いるこ
とができる。次に、図12(f)に示すように、犠牲パ
ターン705a,下部ゲート電極103,および,サイ
ドウォール107aをマスクとして選択的にイオン注入
することで、ソース109およびドレイン110を形成
する。ソース109,ドレイン110の形成は、Asを
注入エネルギー30eVでイオン注入し、注入量は3×
1015cm-2程度とすればよい。
Next, as shown in FIG. 12D, a silicon nitride film 206a is formed on the entire surface. Then, the silicon nitride film 206a is etched back by reactive ion etching (RIE) having vertical anisotropy, thereby forming the lower gate electrode 10 as shown in FIG.
3, barrier film 1201a and sacrificial pattern 705a
Is formed on the side surface of the substrate. Since the sidewall 107a is made of silicon nitride, it can be used as a second barrier film for suppressing copper diffusion. Next, as shown in FIG. 12F, the source 109 and the drain 110 are formed by selective ion implantation using the sacrificial pattern 705a, the lower gate electrode 103, and the sidewall 107a as a mask. For the formation of the source 109 and the drain 110, As is ion-implanted at an implantation energy of 30 eV, and the implantation amount is 3 ×
It may be about 10 15 cm -2 .

【0068】次に、オゾンとTEOSを原料としたCV
Dにより、ボロンリンシリケートガラスを堆積し、図1
3(g)に示すように、膜厚500nm程度に下部層間
絶縁膜209を形成する。次に、酸化膜の化学的機械的
研磨(CMP)により、下部層間絶縁膜209を平坦化
研磨することで、図13(h)に示すように、犠牲パタ
ーン705a上部を露出させる。次に、ポリシリコンが
選択的にエッチングされる条件で犠牲パターン705a
を選択的に除去し、図13(i)に示すように、上面が
バリア膜1201aで覆われた下部ゲート電極103上
部にサイドウォール107aおよび下部層間絶縁膜20
9に囲われた溝210を形成する。
Next, a CV using ozone and TEOS as raw materials
D, a boron phosphorus silicate glass is deposited, and FIG.
As shown in FIG. 3 (g), a lower interlayer insulating film 209 is formed to a thickness of about 500 nm. Next, the lower interlayer insulating film 209 is planarized and polished by chemical mechanical polishing (CMP) of the oxide film, thereby exposing the upper portion of the sacrificial pattern 705a as shown in FIG. Next, the sacrificial pattern 705a is formed under the condition that the polysilicon is selectively etched.
13 (i), the sidewall 107a and the lower interlayer insulating film 20 are formed on the lower gate electrode 103 whose upper surface is covered with the barrier film 1201a, as shown in FIG.
A groove 210 surrounded by 9 is formed.

【0069】次に、図13(j)に示すように、上記の
溝210の底部,側面を含む下部層間絶縁膜209(バ
リア膜1201a)上に銅をスパッタにより堆積し、膜
厚200nm程度のCu層212を形成する。この後、
例えば、金属膜のCMPにより、Cu層212を研磨に
より除去するなど、前記の図4(k)〜図5(q)と同
様の処理を施すことで、図13(r)に示すように、サ
イドウォール107aを第2のバリア膜とした電界効果
トランジスタが形成できる。
Next, as shown in FIG. 13 (j), copper is deposited on the lower interlayer insulating film 209 (barrier film 1201a) including the bottom and side surfaces of the groove 210 by sputtering, and has a thickness of about 200 nm. A Cu layer 212 is formed. After this,
For example, by performing the same processing as in FIGS. 4 (k) to 5 (q) described above, such as removing the Cu layer 212 by polishing by CMP of the metal film, as shown in FIG. A field effect transistor using the sidewall 107a as a second barrier film can be formed.

【0070】なお、TaN膜1201を形成した後、ポ
リシリコン膜を形成する前に、薄く酸化シリコン膜を形
成することで、バリア膜(第1のバリア膜)1201a
と犠牲パターン705aの間に酸化シリコンからなるエ
ッチングストッパー層を設けるようにしてもよい。エッ
チングストッパー層を設けることで、上記の犠牲パター
ン705aの選択除去が、より容易となる。なお、この
エッチングストッパー層は、例えば弗酸溶液によるウエ
ットエッチングで、バリア膜やサイドウォールに対して
選択的に除去できる。この場合、下部層間絶縁膜209
もある程度エッチングされる。以上説明したことによ
り、上部ゲート電極が下部ゲート電極と同一の幅に形成
できるので、上部ゲート電極の幅が実施の形態1に比較
して長くなり、上部ゲート電極の抵抗が低下する。
After the TaN film 1201 is formed and before the polysilicon film is formed, a thin silicon oxide film is formed to form a barrier film (first barrier film) 1201a.
An etching stopper layer made of silicon oxide may be provided between the gate electrode and the sacrificial pattern 705a. Providing the etching stopper layer makes it easier to selectively remove the sacrificial pattern 705a. The etching stopper layer can be selectively removed from the barrier film and the side wall by, for example, wet etching using a hydrofluoric acid solution. In this case, the lower interlayer insulating film 209
Is also etched to some extent. As described above, since the upper gate electrode can be formed to have the same width as the lower gate electrode, the width of the upper gate electrode is longer than that of the first embodiment, and the resistance of the upper gate electrode is reduced.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、シリ
コン基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたシリコン
からなる下部ゲート電極と、この下部ゲート電極上に形
成された銅からなる上部ゲート電極と、下部ゲート電極
にチャネル部を駆動するに足りる電流が注入できる導電
性を有して上部ゲート電極下面を覆うように形成された
銅の拡散を阻止する第1のバリア膜と、この第1のバリ
ア膜に下端が接触して上部ゲート電極の両側面を覆うよ
うに形成された銅の拡散を阻止する第2のバリア膜と、
この第2のバリア膜に端部が接触して上部ゲート電極上
面を覆うように形成された銅の拡散を阻止する第3のバ
リア膜と、下部ゲート電極下の領域を挾むようにシリコ
ン基板に形成されたソース・ドレインとを備えるように
した。従って、上部ゲート電極は、電界効果トランジス
タを構成する多の部分と第1〜第3のバリア膜を介して
接触した状態に構成されている。すなわち、上部ゲート
電極からの銅の拡散がすべての方向に対して阻止できる
ようになる。この結果、この発明は、電界効果トランジ
スタのゲート電極の材料に、トランジスタの特性を劣化
させることなく銅を用いることができるようになるとい
う極めて優れた効果を有している。
As described above, according to the present invention, a lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film, and an upper gate made of copper formed on the lower gate electrode are formed. An electrode, a first barrier film formed to cover the lower surface of the upper gate electrode and to prevent the diffusion of copper, the conductive film being capable of injecting a current sufficient to drive the channel portion into the lower gate electrode; A second barrier film formed so that the lower end contacts the first barrier film and covers both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper;
A third barrier film formed so as to cover the upper surface of the upper gate electrode by contacting the second barrier film at its end to prevent diffusion of copper, and formed on the silicon substrate so as to sandwich a region under the lower gate electrode. The source and the drain are provided. Therefore, the upper gate electrode is configured so as to be in contact with many parts constituting the field effect transistor via the first to third barrier films. That is, diffusion of copper from the upper gate electrode can be prevented in all directions. As a result, the present invention has an extremely excellent effect that copper can be used as the material of the gate electrode of the field effect transistor without deteriorating the characteristics of the transistor.

【0072】また、本発明では、シリコン基板上にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にシリコン
からなる下部ゲート電極を形成する工程と、下部ゲート
電極上に犠牲パターンを形成する工程と、下部ゲート電
極および犠牲パターンをマスクとしてシリコン基板の所
定量域に不純物を導入することでソース・ドレインを形
成する工程と、下部ゲート電極および犠牲パターンを覆
うようにシリコン基板上にシリコン酸化物からなる第1
の層間絶縁膜を形成する工程と、第1の層間絶縁膜を除
去して犠牲パターンの上面を露出させる工程と、犠牲パ
ターンを選択的に除去して下部ゲート電極上面を露出さ
せて第1の層間絶縁膜の下部ゲート電極上部に溝を形成
する工程と、下部ゲート電極上面および溝側面を覆うよ
うに銅の拡散を阻止する導電性を有する第1,第2のバ
リア膜を形成する工程と、溝内に第1,第2のバリア膜
を介して銅からなる上部ゲート電極を形成して上部ゲー
ト電極の底面および両側面が第1および第2のバリア膜
に覆われた状態とする工程と、上部ゲート電極の露出し
ている上面を塞ぐように銅の拡散を阻止する第3のバリ
ア膜を形成する工程とを少なくとも備えるようにした。
Also, in the present invention, a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and a step of forming a sacrificial pattern on the lower gate electrode Forming a source / drain by introducing an impurity into a predetermined area of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask; and forming a silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern. The first consisting of
Forming the first interlayer insulating film, exposing the upper surface of the sacrificial pattern by removing the first interlayer insulating film, and selectively removing the sacrificial pattern to expose the upper surface of the lower gate electrode. Forming a groove above the lower gate electrode of the interlayer insulating film, and forming first and second conductive barrier films for preventing diffusion of copper so as to cover the upper surface of the lower gate electrode and the side surfaces of the groove; Forming an upper gate electrode made of copper in the trench via the first and second barrier films so that the bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are covered with the first and second barrier films. And a step of forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode.

【0073】また、本発明では、シリコン基板上にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にシリコン
からなる下部ゲート電極を形成する工程と、下部ゲート
電極上にエッチングストッパー層を形成する工程と、エ
ッチングストッパー層上に犠牲パターンを形成する工程
と、下部ゲート電極および犠牲パターンをマスクとして
シリコン基板の所定量域に不純物を導入することでソー
ス・ドレインを形成する工程と、下部ゲート電極および
犠牲パターンを覆うようにシリコン基板上にシリコン酸
化物からなる第1の層間絶縁膜を形成する工程と、第1
の層間絶縁膜を選択的に除去して犠牲パターンの上面を
露出させて下部ゲート電極上部に溝を形成する工程と、
犠牲パターンを選択的に除去してエッチングストッパー
層上面を露出させる工程と、エッチングストッパー層を
除去して下部ゲート電極上面を露出させる工程と、下部
ゲート電極上面および溝側面を覆うように銅の拡散を阻
止する導電性を有する第1および第2のバリア膜を形成
する工程と、溝内に第1,第2のバリア膜を介して銅か
らなる上部ゲート電極を形成して上部ゲート電極の底面
および両側面が第1および第2のバリア膜に覆われた状
態とする工程と、上部ゲート電極の露出している上面を
塞ぐように銅の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成す
る工程とを少なくとも備えるようにした。
In the present invention, a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and a step of forming an etching stopper layer on the lower gate electrode Forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined area of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask, Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the sacrificial pattern;
Forming a groove above the lower gate electrode by selectively removing the interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern;
Selectively removing the sacrificial pattern to expose the upper surface of the etching stopper layer, removing the etching stopper layer to expose the lower gate electrode upper surface, and diffusing copper so as to cover the lower gate electrode upper surface and the groove side surface. Forming first and second barrier films having conductivity to prevent the formation of the upper gate electrode, and forming an upper gate electrode made of copper in the trench via the first and second barrier films to form a bottom surface of the upper gate electrode And a step of making both side surfaces covered with the first and second barrier films, and a step of forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode At least.

【0074】以上のように製造するようにしたので、上
部ゲート電極は、電界効果トランジスタを構成する多の
部分と第1〜第3のバリア膜を介して接触した状態に作
製される。すなわち、上部ゲート電極からの銅の拡散が
すべての方向に対して阻止できるようになる。この結
果、この発明は、電界効果トランジスタのゲート電極の
材料に、トランジスタの特性を劣化させることなく銅を
用いることができるようになるという極めて優れた効果
を有している。また、ソース・ドレインを形成した後
で、銅からなる上部ゲート電極が形成されるので、ソー
ス・ドレイン形成のための高温の活性化熱処理の後で、
上部ゲート電極が形成されることになる。この結果、融
点があまり高くない銅を用いて上部ゲート電極を構成す
ることができる。
Since the manufacturing is performed as described above, the upper gate electrode is manufactured in a state of being in contact with many parts constituting the field effect transistor via the first to third barrier films. That is, diffusion of copper from the upper gate electrode can be prevented in all directions. As a result, the present invention has an extremely excellent effect that copper can be used as the material of the gate electrode of the field effect transistor without deteriorating the characteristics of the transistor. Also, since the upper gate electrode made of copper is formed after the source / drain is formed, after the high-temperature activation heat treatment for forming the source / drain,
An upper gate electrode will be formed. As a result, the upper gate electrode can be formed using copper whose melting point is not so high.

【0075】また、本発明では、シリコン基板上にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にシリコン
からなる下部ゲート電極を形成する工程と、下部ゲート
電極上に犠牲パターンを形成する工程と、下部ゲート電
極および犠牲パターンをマスクとしてシリコン基板の所
定量域に不純物を導入することでソース・ドレインを形
成する工程と、下部ゲート電極および犠牲パターンの両
側面に銅の拡散を阻止する絶縁材料からなる側壁を形成
する工程と、下部ゲート電極および犠牲パターンを覆う
ようにシリコン基板上にシリコン酸化物からなる第1の
層間絶縁膜を形成する工程と、第1の層間絶縁膜を除去
して犠牲パターンの上面を露出させる工程と、犠牲パタ
ーンを選択的に除去して下部ゲート電極上部に溝を形成
する工程と、下部ゲート電極上面を覆い両端が側壁に接
触するように銅の拡散を阻止する導電性を有する第1の
バリア膜を形成する工程と、溝内に第1のバリア膜を介
して銅からなる上部ゲート電極を形成して上部ゲート電
極の底面が第1のバリア膜に覆われて両側面が側壁から
なる第2のバリア膜に覆われた状態とする工程と、上部
ゲート電極の露出している上面を塞ぐように銅の拡散を
阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを少なくとも
備えるようにした。
Further, in the present invention, a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and a step of forming a sacrificial pattern on the lower gate electrode Forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined area of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask; and insulating to prevent diffusion of copper on both side surfaces of the lower gate electrode and the sacrificial pattern. Forming a side wall made of a material, forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern, and removing the first interlayer insulating film Exposing the upper surface of the sacrificial pattern to form a groove on the lower gate electrode by selectively removing the sacrificial pattern; Forming a conductive first barrier film covering the upper surface of the gate electrode so as to prevent diffusion of copper so that both ends are in contact with the side walls, and an upper portion made of copper in the groove via the first barrier film. Forming a gate electrode so that the bottom surface of the upper gate electrode is covered with the first barrier film and both side surfaces are covered with the second barrier film having side walls; and the upper gate electrode is exposed. Forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the upper surface.

【0076】また、本発明では、シリコン基板上にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にシリコン
からなる下部ゲート電極を形成する工程と、下部ゲート
電極上にエッチングストッパー層を形成する工程と、エ
ッチングストッパー層上に犠牲パターンを形成する工程
と、下部ゲート電極および犠牲パターンをマスクとして
シリコン基板の所定量域に不純物を導入することでソー
ス・ドレインを形成する工程と、下部ゲート電極,エッ
チングストッパー層,および,犠牲パターンの両側面に
銅の拡散を阻止する絶縁材料からなる側壁を形成する工
程と、下部ゲート電極,エッチングストッパー層,およ
び,犠牲パターンを覆うようにシリコン基板上にシリコ
ン酸化物からなる第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
第1の層間絶縁膜を除去して犠牲パターンの上面を露出
させる工程と、犠牲パターンを選択的に除去してエッチ
ングストッパー層上面を露出させる工程と、エッチング
ストッパー層を除去して下部ゲート電極上部に溝を形成
する工程と、下部ゲート電極に密着して上面を覆い両端
が側壁に接触するように銅の拡散を阻止する導電性を有
する第1のバリア膜を形成する工程と、溝内に第1のバ
リア膜を介して銅からなる上部ゲート電極を形成して上
部ゲート電極の底面が第1のバリア膜に覆われて両側面
が側壁からなる第2のバリア膜に覆われた状態とする工
程と、上部ゲート電極の露出している上面を塞ぐように
銅の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを
少なくとも備えるようにした。
In the present invention, a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and a step of forming an etching stopper layer on the lower gate electrode Forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask, Forming side walls made of an insulating material for preventing diffusion of copper on both side surfaces of the etching stopper layer and the sacrificial pattern, and forming a sidewall on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode, the etching stopper layer, and the sacrificial pattern. Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide;
Removing the first interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern, selectively removing the sacrificial pattern to expose the upper surface of the etching stopper layer, and removing the etching stopper layer to remove the upper surface of the lower gate electrode. Forming a first barrier film having conductivity that is in close contact with the lower gate electrode, covers the upper surface, and prevents copper diffusion so that both ends contact the side walls; A state in which an upper gate electrode made of copper is formed via a first barrier film, and a bottom surface of the upper gate electrode is covered with the first barrier film and both side surfaces are covered with a second barrier film composed of side walls; And a step of forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode.

【0077】また、本発明では、シリコン基板上にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にシリコン
からなる下部ゲート電極を形成する工程と、下部ゲート
電極上にエッチングストッパー層を形成する工程と、エ
ッチングストッパー層上に犠牲パターンを形成する工程
と、下部ゲート電極および犠牲パターンをマスクとして
シリコン基板の所定量域に不純物を導入することでソー
ス・ドレインを形成する工程と、下部ゲート電極,エッ
チングストッパー層,および,犠牲パターンの両側面に
銅の拡散を阻止する絶縁材料からなる側壁を形成する工
程と、下部ゲート電極,エッチングストッパー層,およ
び,犠牲パターンを覆うようにシリコン基板上にシリコ
ン酸化物からなる第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
第1の層間絶縁膜を選択的に除去して犠牲パターンの上
面を露出させて下部ゲート電極上部に溝を形成する工程
と、犠牲パターンを選択的に除去してエッチングストッ
パー層上面を露出させる工程と、エッチングストッパー
層を除去する工程と、下部ゲート電極に密着して上面を
覆い両端が側壁に接触するように銅の拡散を阻止する導
電性を有する第1のバリア膜を形成する工程と、溝内に
第1のバリア膜を介して銅からなる上部ゲート電極を形
成して上部ゲート電極の底面が第1のバリア膜に覆われ
て両側面が側壁からなる第2のバリア膜に覆われた状態
とする工程と、上部ゲート電極の露出している上面を塞
ぐように銅の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成する
工程とを少なくとも備えるようにした。
In the present invention, a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and a step of forming an etching stopper layer on the lower gate electrode Forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined area of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask, Forming side walls made of an insulating material for preventing diffusion of copper on both sides of the etching stopper layer and the sacrificial pattern, and forming the sidewalls on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode, the etching stopper layer, and the sacrificial pattern. Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide;
Selectively removing the first interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern to form a groove above the lower gate electrode; and selectively removing the sacrificial pattern to expose the upper surface of the etching stopper layer. Removing the etching stopper layer; forming a first barrier film having conductivity to prevent diffusion of copper so as to be in close contact with the lower gate electrode and cover the upper surface so that both ends are in contact with the side walls; An upper gate electrode made of copper is formed in the groove via a first barrier film, and the bottom surface of the upper gate electrode is covered with the first barrier film, and both side surfaces are covered with a second barrier film made of side walls. And a step of forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode.

【0078】以上のように製造するようにしたので、上
部ゲート電極は、電界効果トランジスタを構成する多の
部分と第1〜第3のバリア膜を介して接触した状態に作
製される。すなわち、上部ゲート電極からの銅の拡散が
すべての方向に対して阻止できるようになる。この結
果、この発明は、電界効果トランジスタのゲート電極の
材料に、トランジスタの特性を劣化させることなく銅を
用いることができるようになるという極めて優れた効果
を有している。また、第2のバリア膜は側壁で兼用され
るなるので、工程の簡略化が可能となる。また、ソース
・ドレインを形成した後で、銅からなる上部ゲート電極
が形成されるので、ソース・ドレイン形成のための高温
の活性化熱処理の後で、上部ゲート電極が形成されるこ
とになる。この結果、融点があまり高くない銅を用いて
上部ゲート電極を構成することができる。
Since the manufacturing is performed as described above, the upper gate electrode is manufactured in a state of being in contact with many parts constituting the field effect transistor via the first to third barrier films. That is, diffusion of copper from the upper gate electrode can be prevented in all directions. As a result, the present invention has an extremely excellent effect that copper can be used as the material of the gate electrode of the field effect transistor without deteriorating the characteristics of the transistor. Further, since the second barrier film is also used as the side wall, the process can be simplified. Further, since the upper gate electrode made of copper is formed after the source / drain is formed, the upper gate electrode is formed after the high-temperature activation heat treatment for forming the source / drain. As a result, the upper gate electrode can be formed using copper whose melting point is not so high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態における電界効果
トランジスタの構成を模式的に示す示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a field-effect transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 実施の形態1における電界効果トランジスタ
の製造方法を説明するための工程図である。
FIG. 2 is a process chart for describing a method for manufacturing the field-effect transistor in the first embodiment.

【図3】 図2に続く、実施の形態1における電界効果
トランジスタの製造方法を説明するための工程図であ
る。
FIG. 3 is a process drawing following FIG. 2 for explaining the method for manufacturing the field-effect transistor in the first embodiment.

【図4】 図3に続く、実施の形態1における電界効果
トランジスタの製造方法を説明するための工程図であ
る。
FIG. 4 is a process drawing illustrating the method of manufacturing the field-effect transistor according to the first embodiment, following FIG. 3;

【図5】 図4に続く、実施の形態1における電界効果
トランジスタの製造方法を説明するための工程図であ
る。
FIG. 5 is a process chart illustrating a method for manufacturing the field-effect transistor in the first embodiment, following FIG. 4;

【図6】 本発明の第2の実施の形態における電界効果
トランジスタの製造方法を説明するための工程図であ
る。
FIG. 6 is a process chart illustrating a method for manufacturing a field effect transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 図6に続く、実施の形態2における電界効果
トランジスタの製造方法を説明するための工程図であ
る。
FIG. 7 is a process drawing illustrating the method for manufacturing the field-effect transistor in the second embodiment, following FIG. 6;

【図8】 図7に続く、実施の形態2における電界効果
トランジスタの製造方法を説明するための工程図であ
る。
FIG. 8 is a process drawing following FIG. 7 for illustrating the method for manufacturing the field-effect transistor in the second embodiment.

【図9】 図8に続く、実施の形態2における電界効果
トランジスタの製造方法を説明するための工程図であ
る。
FIG. 9 is a process drawing illustrating the method for manufacturing the field-effect transistor in the second embodiment, following FIG. 8;

【図10】 本発明の他の形態における電界効果トラン
ジスタの製造方法を説明するための工程図である。
FIG. 10 is a process chart for describing a method of manufacturing a field-effect transistor according to another embodiment of the present invention.

【図11】 図10に続く、本発明の他の形態における
電界効果トランジスタの製造方法を説明するための工程
図である。
FIG. 11 is a process drawing following FIG. 10 for explaining a method of manufacturing a field-effect transistor in another mode of the present invention.

【図12】 本発明の他の形態における電界効果トラン
ジスタの製造方法を説明するための工程図である。
FIG. 12 is a process chart for describing a method of manufacturing a field-effect transistor according to another embodiment of the present invention.

【図13】 図12に続く、本発明の他の形態における
電界効果トランジスタの製造方法を説明するための工程
図である。
FIG. 13 is a process drawing following FIG. 12 for explaining a method of manufacturing a field-effect transistor in another mode of the present invention.

【図14】 従来よりある電界効果トランジスタの構成
を示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional field-effect transistor.

【符号の説明】 101…シリコン基板、102…ゲート絶縁膜、103
…下部ゲート電極、104…上部ゲート電極、105…
バリア膜(第1,第2のバリア膜)、106…バリア膜
(第3のバリア膜)、107…サイドウォール、108
…低濃度不純物領域、109…ソース、110…ドレイ
ン。
[Description of Signs] 101: silicon substrate, 102: gate insulating film, 103
... lower gate electrode, 104 ... upper gate electrode, 105 ...
Barrier film (first and second barrier films), 106 ... barrier film (third barrier film), 107 ... sidewall, 108
... low-concentration impurity region, 109 ... source, 110 ... drain.

Claims (37)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して
形成されたシリコンからなる下部ゲート電極と、 この下部ゲート電極上に形成された銅からなる上部ゲー
ト電極と、 前記下部ゲート電極にチャネル部を駆動するに足りる電
流が注入できる導電性を有して前記上部ゲート電極下面
を覆うように形成された銅の拡散を阻止する第1のバリ
ア膜と、 この第1のバリア膜に下端が接触して前記上部ゲート電
極の両側面を覆うように形成された銅の拡散を阻止する
第2のバリア膜と、 この第2のバリア膜に端部が接触して前記上部ゲート電
極上面を覆うように形成された銅の拡散を阻止する第3
のバリア膜と、 前記下部ゲート電極下の領域を挾むように前記シリコン
基板に形成されたソース・ドレインとを備えたことを特
徴とする電界効果トランジスタ。
A lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate with a gate insulating film interposed therebetween; an upper gate electrode made of copper formed on the lower gate electrode; A first barrier film formed to cover the lower surface of the upper gate electrode and to prevent diffusion of copper, the first barrier film having conductivity sufficient to inject a current sufficient to drive the first barrier film; A second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper; and an end contacting the second barrier film to cover an upper surface of the upper gate electrode. Third to prevent diffusion of copper formed in
And a source / drain formed on the silicon substrate so as to sandwich a region below the lower gate electrode.
【請求項2】 請求項1記載の電界効果トランジスタに
おいて、 前記下部ゲート電極および上部ゲート電極側面に形成さ
れた側壁を備え、この側壁の一部で前記第2のバリア膜
が構成されることを特徴とする電界効果トランジスタ。
2. The field effect transistor according to claim 1, further comprising: a side wall formed on a side surface of the lower gate electrode and the upper gate electrode, wherein the second barrier film is formed by a part of the side wall. Characteristic field effect transistor.
【請求項3】 請求項1または2記載の電界効果トラン
ジスタにおいて、 前記第3のバリア膜は絶縁材料から構成されたことを特
徴とする電界効果トランジスタ。
3. The field effect transistor according to claim 1, wherein the third barrier film is made of an insulating material.
【請求項4】 請求項3記載の電界効果トランジスタに
おいて、 前記上部ゲート電極上面上を開放して前記シリコン基板
上に形成された絶縁層を備え、 前記第3のバリア膜は前記絶縁層上に延在して形成され
たことを特徴とする電界効果トランジスタ。
4. The field effect transistor according to claim 3, further comprising an insulating layer formed on the silicon substrate by opening an upper surface of the upper gate electrode, wherein the third barrier film is formed on the insulating layer. A field-effect transistor formed to extend.
【請求項5】 請求項3または4記載の電界効果トラン
ジスタにおいて、 前記第2,第3バリア膜は高融点金属もしくは高融点金
属の窒化物から構成されていることを特徴とする電界効
果トランジスタ。
5. The field effect transistor according to claim 3, wherein the second and third barrier films are made of a high melting point metal or a high melting point metal nitride.
【請求項6】 請求項1〜5いずれか1項記載の電界効
果トランジスタにおいて、 前記第1のバリア膜はトンネル電流が流れる厚さに形成
された絶縁材料から構成されていることを特徴とする電
界効果トランジスタ。
6. The field effect transistor according to claim 1, wherein said first barrier film is made of an insulating material formed to a thickness through which a tunnel current flows. Field effect transistor.
【請求項7】 請求項1記載の電界効果トランジスタに
おいて、 前記第1,第2,および,第1のバリア膜は高融点金属
もしくは高融点金属の窒化物から構成されていることを
特徴とする電界効果トランジスタ。
7. The field effect transistor according to claim 1, wherein the first, second, and first barrier films are made of a high melting point metal or a high melting point metal nitride. Field effect transistor.
【請求項8】 請求項2〜6いずれか1項記載の電界効
果トランジスタにおいて、 前記絶縁材料は、窒化シリコンもしくは窒化ボロンのい
ずれか1つから構成されたことを特徴とする電界効果ト
ランジスタ。
8. The field effect transistor according to claim 2, wherein the insulating material is made of one of silicon nitride and boron nitride.
【請求項9】 請求項1〜8いずれか1項記載の電界効
果トランジスタにおいて、 前記第1のバリア膜は2層以上の複数層からなる多層膜
であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
9. The field effect transistor according to claim 1, wherein the first barrier film is a multilayer film including two or more layers.
【請求項10】 請求項1〜8いずれか1項記載の電界
効果トランジスタにおいて、 前記第1のバリア膜は、高融点金属からなる層または高
融点金属シリサイドからなる層または高融点金属金属と
シリコンと窒素との化合物からなる層もしくは高融点金
属の窒化物からなる層のいずれかが組み合わされて複数
層積層された多層膜であることを特徴とする電界効果ト
ランジスタ。
10. The field effect transistor according to claim 1, wherein the first barrier film is a layer made of a high melting point metal, a layer made of a high melting point metal silicide, or a high melting point metal and silicon. Field effect transistor, characterized in that the field effect transistor is a multilayer film formed by laminating a plurality of layers by combining any one of a layer made of a compound of nitrogen and nitrogen or a layer made of a nitride of a high melting point metal.
【請求項11】 請求項10記載の電界効果トランジス
タにおいて、 前記第1のバリア膜は、最下層が金属シリサイド層また
は高融点金属金属とシリコンと窒素との化合物からなる
層から構成された多層膜であることを特徴とする電界効
果トランジスタ。
11. The field effect transistor according to claim 10, wherein the first barrier film has a lowermost layer formed of a metal silicide layer or a layer made of a compound of a refractory metal metal, silicon and nitrogen. A field-effect transistor, characterized in that:
【請求項12】 請求項11記載の電界効果トランジス
タにおいて、 前記第1のバリア膜は、最下層が金属シリサイド層また
は高融点金属金属とシリコンと窒素との化合物からなる
層から構成され、この金属シリサイドの層上に高融点金
属の窒化物の層が配置された多層膜であることを特徴と
する電界効果トランジスタ。
12. The field effect transistor according to claim 11, wherein the lowermost layer of the first barrier film is formed of a metal silicide layer or a layer made of a compound of a refractory metal metal, silicon and nitrogen. A field effect transistor comprising a multilayer film in which a refractory metal nitride layer is disposed on a silicide layer.
【請求項13】 請求項11記載の電界効果トランジス
タにおいて、 前記第1のバリア膜は、最下層が金属シリサイド層また
は高融点金属金属とシリコンと窒素との化合物からなる
層から構成され、この金属シリサイドの層または高融点
金属金属とシリコンと窒素との化合物からなる層の上に
高融点金属の窒化物の層が配置され、最上層が高融点金
属から構成された多層膜であることを特徴とする電界効
果トランジスタ。
13. The field effect transistor according to claim 11, wherein the lowermost layer of the first barrier film is formed of a metal silicide layer or a layer made of a compound of a refractory metal metal, silicon and nitrogen. A refractory metal nitride layer is disposed on a silicide layer or a layer composed of a compound of silicon and nitrogen with a refractory metal metal, and the uppermost layer is a multilayer film composed of the refractory metal. Field-effect transistor.
【請求項14】 請求項1〜13のいずれか1項に記載
の電界効果トランジスタにおいて、 前記ソース・ドレイン表面の所定領域に高融点金属シリ
サイド膜が形成されていることを特徴とする電界効果ト
ランジスタ。
14. The field effect transistor according to claim 1, wherein a refractory metal silicide film is formed in a predetermined region on the surface of the source / drain. .
【請求項15】 シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電極
を形成する工程と、 前記下部ゲート電極上に犠牲パターンを形成する工程
と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンをマスクと
して前記シリコン基板の所定量域に不純物を導入するこ
とでソース・ドレインを形成する工程と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンを覆うよう
に前記シリコン基板上にシリコン酸化物からなる第1の
層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第1の層間絶縁膜を除去して前記犠牲パターンの上
面を露出させる工程と、 前記犠牲パターンを選択的に除去して前記下部ゲート電
極上面を露出させて前記第1の層間絶縁膜の前記下部ゲ
ート電極上部に溝を形成する工程と、 前記下部ゲート電極上面および前記溝側面を覆うように
銅の拡散を阻止する導電性を有する第1,第2のバリア
膜を形成する工程と、 前記溝内に前記第1,第2のバリア膜を介して銅からな
る上部ゲート電極を形成して前記上部ゲート電極の底面
および両側面が前記第1および第2のバリア膜に覆われ
た状態とする工程と、 前記上部ゲート電極の露出している上面を塞ぐように銅
の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを少
なくとも備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ
の製造方法。
15. A step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and a step of forming a sacrificial pattern on the lower gate electrode. Forming a source / drain by introducing an impurity into a predetermined area of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask; and forming the source / drain on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern. Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide, exposing the upper surface of the sacrificial pattern by removing the first interlayer insulating film, and selectively removing the sacrificial pattern. Forming a groove above the lower gate electrode in the first interlayer insulating film by exposing an upper surface of the lower gate electrode; Forming first and second barrier films having conductivity to prevent copper diffusion so as to cover the upper surface of the gate electrode and the side surfaces of the trench; and forming the first and second barrier films in the trench. Forming an upper gate electrode made of copper through the first gate electrode so that the bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are covered with the first and second barrier films; and the upper gate electrode is exposed. Forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover the upper surface.
【請求項16】 請求項15記載の電界効果トランジス
タの製造方法において、 前記犠牲パターンは、所定のエッチング処理条件におい
て、シリコンおよび酸化シリコンより速くエッチングさ
れる材料から構成することを特徴とする電界効果トラン
ジスタの製造方法。
16. The method according to claim 15, wherein the sacrificial pattern is made of a material that is etched faster than silicon and silicon oxide under a predetermined etching condition. A method for manufacturing a transistor.
【請求項17】 シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電極
を形成する工程と、 前記下部ゲート電極上にエッチングストッパー層を形成
する工程と、 前記エッチングストッパー層上に犠牲パターンを形成す
る工程と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンをマスクと
して前記シリコン基板の所定量域に不純物を導入するこ
とでソース・ドレインを形成する工程と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンを覆うよう
に前記シリコン基板上にシリコン酸化物からなる第1の
層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第1の層間絶縁膜を除去して前記犠牲パターンの上
面を露出させる工程と、 前記犠牲パターンを選択的に除去して前記エッチングス
トッパー層上面を露出させる工程と、 前記エッチングストッパー層を除去して前記下部ゲート
電極上面を露出させ前記下部ゲート電極上部に溝を形成
する工程と、 前記下部ゲート電極上面および前記溝側面を覆うように
銅の拡散を阻止する導電性を有する第1および第2のバ
リア膜を形成する工程と、 前記溝内に前記第1,第2のバリア膜を介して銅からな
る上部ゲート電極を形成して前記上部ゲート電極の底面
および両側面が前記第1および第2のバリア膜に覆われ
た状態とする工程と、 前記上部ゲート電極の露出している上面を塞ぐように銅
の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを少
なくとも備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ
の製造方法。
17. A step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and a step of forming an etching stopper layer on the lower gate electrode Forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer; forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask; Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern; removing the first interlayer insulating film to remove an upper surface of the sacrificial pattern; Exposing, selectively removing the sacrificial pattern to expose the etching stopper layer upper surface. Removing the etching stopper layer, exposing the upper surface of the lower gate electrode to form a groove on the lower gate electrode, and diffusing copper so as to cover the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove. Forming a first and a second barrier film having a blocking conductivity; and forming an upper gate electrode made of copper in the groove via the first and second barrier films to form the upper gate electrode. Making the bottom and both sides of the upper gate electrode covered with the first and second barrier films, and blocking the diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode. Forming a field effect transistor.
【請求項18】 シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電極
を形成する工程と、 前記下部ゲート電極上にエッチングストッパー層を形成
する工程と、 前記エッチングストッパー層上に犠牲パターンを形成す
る工程と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンをマスクと
して前記シリコン基板の所定量域に不純物を導入するこ
とでソース・ドレインを形成する工程と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンを覆うよう
に前記シリコン基板上にシリコン酸化物からなる第1の
層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第1の層間絶縁膜を選択的に除去して前記犠牲パタ
ーンの上面を露出させて前記下部ゲート電極上部に溝を
形成する工程と、 前記犠牲パターンを選択的に除去して前記エッチングス
トッパー層上面を露出させる工程と、 前記エッチングストッパー層を除去して前記下部ゲート
電極上面を露出させる工程と、 前記下部ゲート電極上面および前記溝側面を覆うように
銅の拡散を阻止する導電性を有する第1および第2のバ
リア膜を形成する工程と、 前記溝内に前記第1,第2のバリア膜を介して銅からな
る上部ゲート電極を形成して前記上部ゲート電極の底面
および両側面が前記第1および第2のバリア膜に覆われ
た状態とする工程と、 前記上部ゲート電極の露出している上面を塞ぐように銅
の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを少
なくとも備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ
の製造方法。
18. A step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and a step of forming an etching stopper layer on the lower gate electrode. Forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer; forming a source / drain by introducing an impurity into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask; Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover a lower gate electrode and the sacrificial pattern; and selectively removing the first interlayer insulating film from the sacrificial pattern. Forming a groove above the lower gate electrode by exposing the upper surface of the substrate; and selectively removing the sacrificial pattern. Exposing the upper surface of the etching stopper layer, exposing the upper surface of the lower gate electrode by removing the etching stopper layer, and preventing diffusion of copper so as to cover the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove. Forming a first and a second barrier film having a conductive property, and forming an upper gate electrode made of copper in the groove via the first and second barrier films to form the upper gate electrode. Making the bottom surface and both side surfaces covered with the first and second barrier films; and forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover an exposed upper surface of the upper gate electrode. Forming a field effect transistor.
【請求項19】 請求項17または18記載の電界効果
トランジスタの製造方法において、 前記犠牲パターンは、所定のエッチング処理条件におい
て、酸化シリコンより速くエッチングされる材料から構
成することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方
法。
19. The method according to claim 17, wherein the sacrificial pattern is made of a material that is etched faster than silicon oxide under predetermined etching processing conditions. A method for manufacturing a transistor.
【請求項20】 請求項17〜19のいずれか1項に記
載の電界効果トランジスタの製造方法において、 前記犠牲層,エッチングストッパー層,下部ゲート電極
をハードマスクにより加工することを特徴とする電界効
果トランジスタの製造方法。
20. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 17, wherein the sacrificial layer, the etching stopper layer, and the lower gate electrode are processed using a hard mask. A method for manufacturing a transistor.
【請求項21】 請求項17または18に記載の電界効
果トランジスタの製造方法において、 前記犠牲層,エッチングストッパー層,下部ゲート電極
を酸化シリコンまたは窒化シリコンからなるハードマス
クにより加工することを特徴とする電界効果トランジス
タの製造方法。
21. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 17, wherein the sacrificial layer, the etching stopper layer, and the lower gate electrode are processed using a hard mask made of silicon oxide or silicon nitride. A method for manufacturing a field effect transistor.
【請求項22】 請求項15〜21のいずれか1項に記
載の電界効果トランジスタの製造方法において、 前記下部ゲート電極上面が露出し、溝が形成された後、
高融点金属膜を成膜する工程と、 この高融点金属膜上に高融点金属の窒化膜を成膜する工
程と、 銅を成膜する工程と、 前記溝以外の領域の前記銅、前記高融点金属膜、前記高
融点金属の窒化膜を除去し、前記銅からなる上部ゲート
電極と前記高融点金属膜と前記高融点金属の窒化膜から
なる第1および第2のバリア膜を形成する工程とを少な
くとも備えたことを特徴とする電界効果トランジスタの
製造方法。
22. The method of manufacturing a field-effect transistor according to claim 15, wherein after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
A step of forming a high-melting-point metal film; a step of forming a high-melting-point metal nitride film on this high-melting-point metal film; a step of forming copper; Removing the melting point metal film and the refractory metal nitride film, and forming an upper gate electrode made of copper, and the first and second barrier films made of the refractory metal film and the refractory metal nitride film; And a method for manufacturing a field-effect transistor.
【請求項23】 請求項15〜21のいずれか1項に記
載の電界効果トランジスタの製造方法において、 前記下部ゲート電極上面が露出し、溝が形成された後、
第1の高融点金属膜を成膜する工程と、 この第1の高融点金属膜上に高融点金属の窒化膜を成膜
する工程と、 この高融点金属の窒化膜上に第2の高融点金属膜を成膜
する工程と、 銅を成膜する工程と、 前記溝以外の領域の前記銅、前記第1の高融点金属膜、
前記高融点金属の窒化膜,前記第2の高融点金属膜を除
去し、前記銅からなる上部ゲート電極と前記第1の高融
点金属膜,前記高融点金属の窒化膜,前記第2の高融点
金属膜からなる第1および第2のバリア膜を形成する工
程とを少なくとも備えたことを特徴とする電界効果トラ
ンジスタの製造方法。
23. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 15, wherein after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
Forming a first refractory metal film; forming a refractory metal nitride film on the first refractory metal film; and forming a second refractory metal nitride film on the refractory metal nitride film. A step of forming a melting point metal film, a step of forming copper, the copper in the region other than the groove, the first high melting point metal film,
The nitride film of the refractory metal and the second refractory metal film are removed, and the upper gate electrode made of copper, the first refractory metal film, the refractory metal nitride film, and the second refractory metal film are removed. Forming a first and a second barrier film made of a melting point metal film.
【請求項24】 請求項15〜21のいずれか1項に記
載の電界効果トランジスタの製造方法において、 前記下部ゲート電極上面が露出し、溝が形成された後、
高融点金属とシリコンと窒素との化合物を成膜する工程
と、 この高融点金属とシリコンと窒素との化合物の膜上に高
融点金属の窒化膜を成膜する工程と、 前記上部ゲート電極となる銅を成膜する工程と、 前記溝以外の領域の前記銅、前記高融点金属膜、前記高
融点金属膜の窒化膜を除去し、前記銅からなる上部ゲー
ト電極と前記高融点金属膜と前記高融点金属の窒化膜か
らなる第1および第2のバリア膜を形成する工程とを少
なくとも備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ
の製造方法。
24. The method of manufacturing a field-effect transistor according to claim 15, wherein after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
Forming a compound of a refractory metal, silicon, and nitrogen; forming a nitride film of the refractory metal on the film of the compound of the refractory metal, silicon, and nitrogen; Forming a copper film, and removing the copper, the high-melting-point metal film, and the nitride film of the high-melting-point metal film in a region other than the groove, and forming an upper gate electrode made of copper and the high-melting-point metal film. Forming at least a first and a second barrier film made of a nitride film of the high melting point metal.
【請求項25】 請求項15〜21のいずれか1項に記
載の電界効果トランジスタの製造方法において、 前記下部ゲート電極上面が露出し、溝が形成された後、
高融点金属とシリコンと窒素との化合物を成膜する工程
と、 この高融点金属とシリコンと窒素との化合物の膜上に高
融点金属の窒化膜を成膜する工程と、 この高融点金属の窒化膜上に高融点金属膜を成膜する工
程と、 前記上部ゲート電極となる銅を成膜する工程と、 前記溝以外の領域の前記銅、前記第1の高融点金属膜,
前記高融点金属膜の窒化膜,前記第2の高融点金属膜を
除去し、前記銅からなる上部ゲート電極と前記第1の高
融点金属膜,前記高融点金属の窒化膜,前記第2の高融
点金属膜からなる第1および第2のバリア膜を形成する
工程とを少なくとも備えたことを特徴とする電界効果ト
ランジスタの製造方法。
25. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 15, wherein after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
Forming a compound of a refractory metal, silicon, and nitrogen; forming a nitride film of the refractory metal on the film of the compound of the refractory metal, silicon, and nitrogen; Forming a refractory metal film on the nitride film, forming copper serving as the upper gate electrode, copper in a region other than the trench, the first refractory metal film,
The nitride film of the refractory metal film and the second refractory metal film are removed, and the upper gate electrode made of copper and the first refractory metal film, the refractory metal nitride film, and the second refractory metal film are removed. Forming a first and a second barrier film made of a refractory metal film.
【請求項26】 請求項22または23に記載の電界効
果トランジスタの製造方法において、 前記下部ゲート電極に接して高融点金属の膜を成膜する
工程と、 熱処理して前記下部ゲート電極に接する高融点金属の膜
をシリサイド化して前記下部ゲート電極に接して高融点
金属のシリサイド膜を形成し、前記第1のバリア膜の一
部とする工程とを少なくとも備えたことを特徴とする電
界効果トランジスタの製造方法。
26. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 22, wherein a step of forming a film of a refractory metal in contact with the lower gate electrode; Forming a high-melting-point metal silicide film in contact with the lower gate electrode by forming a silicide film of the high-melting-point metal into a part of the first barrier film. Manufacturing method.
【請求項27】 シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電極
を形成する工程と、 前記下部ゲート電極上に犠牲パターンを形成する工程
と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンをマスクと
して前記シリコン基板の所定量域に不純物を導入するこ
とでソース・ドレインを形成する工程と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンの両側面に
銅の拡散を阻止する絶縁材料からなる側壁を形成する工
程と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンを覆うよう
に前記シリコン基板上にシリコン酸化物からなる第1の
層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第1の層間絶縁膜を除去して前記犠牲パターンの上
面を露出させる工程と、 前記犠牲パターンを選択的に除去して前記下部ゲート電
極上部に溝を形成する工程と、 前記下部ゲート電極上面を覆い両端が前記側壁に接触す
るように銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリ
ア膜を形成する工程と、 前記溝内に前記第1のバリア膜を介して銅からなる上部
ゲート電極を形成して前記上部ゲート電極の底面が前記
第1のバリア膜に覆われて両側面が前記側壁からなる第
2のバリア膜に覆われた状態とする工程と、 前記上部ゲート電極の露出している上面を塞ぐように銅
の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを少
なくとも備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ
の製造方法。
27. A step of forming a gate insulating film on a silicon substrate; a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film; and a step of forming a sacrificial pattern on the lower gate electrode. Forming a source / drain by introducing an impurity into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask; Forming a side wall made of an insulating material to be blocked; forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern; Removing the interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern; and selectively removing the sacrificial pattern to remove Forming a groove above the lower gate electrode; forming a first barrier film having a conductivity covering the upper surface of the lower gate electrode and preventing diffusion of copper so that both ends are in contact with the side walls; An upper gate electrode made of copper is formed in the trench with the first barrier film interposed therebetween, and a bottom surface of the upper gate electrode is covered with the first barrier film and both side surfaces are formed of the second barrier. A step of forming a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover an exposed upper surface of the upper gate electrode; A method for manufacturing a field effect transistor.
【請求項28】 シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電極
を形成する工程と、 前記下部ゲート電極上にエッチングストッパー層を形成
する工程と、 前記エッチングストッパー層上に犠牲パターンを形成す
る工程と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンをマスクと
して前記シリコン基板の所定量域に不純物を導入するこ
とでソース・ドレインを形成する工程と、 前記下部ゲート電極,前記エッチングストッパー層,お
よび,前記犠牲パターンの両側面に銅の拡散を阻止する
絶縁材料からなる側壁を形成する工程と、 前記下部ゲート電極,前記エッチングストッパー層,お
よび,前記犠牲パターンを覆うように前記シリコン基板
上にシリコン酸化物からなる第1の層間絶縁膜を形成す
る工程と、 前記第1の層間絶縁膜を除去して前記犠牲パターンの上
面を露出させる工程と、 前記犠牲パターンを選択的に除去して前記エッチングス
トッパー層上面を露出させる工程と、 前記エッチングストッパー層を除去して前記下部ゲート
電極上部に溝を形成する工程と、 前記下部ゲート電極に密着して上面を覆い両端が前記側
壁に接触するように銅の拡散を阻止する導電性を有する
第1のバリア膜を形成する工程と、 前記溝内に前記第1のバリア膜を介して銅からなる上部
ゲート電極を形成して前記上部ゲート電極の底面が前記
第1のバリア膜に覆われて両側面が前記側壁からなる第
2のバリア膜に覆われた状態とする工程と、 前記上部ゲート電極の露出している上面を塞ぐように銅
の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを少
なくとも備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ
の製造方法。
28. A step of forming a gate insulating film on a silicon substrate; a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film; and a step of forming an etching stopper layer on the lower gate electrode. Forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer; forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask; Forming a lower gate electrode, the etching stopper layer, and sidewalls made of an insulating material for preventing diffusion of copper on both side surfaces of the sacrificial pattern; and forming the lower gate electrode, the etching stopper layer, and the sacrificial pattern. A first interlayer made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover Forming an insulating film; removing the first interlayer insulating film to expose an upper surface of the sacrificial pattern; and selectively removing the sacrificial pattern to expose the upper surface of the etching stopper layer. Forming a groove on the lower gate electrode by removing the etching stopper layer; and conductively blocking copper diffusion so that the upper surface is covered in close contact with the lower gate electrode and both ends contact the side walls. Forming an upper gate electrode made of copper in the trench with the first barrier film interposed therebetween, and forming a bottom surface of the upper gate electrode on the first barrier film. A step in which both sides are covered with a second barrier film comprising the side wall, and a third barrier film for preventing diffusion of copper so as to cover an exposed upper surface of the upper gate electrode Method of manufacturing a field effect transistor, characterized in that the step comprising at least the formation.
【請求項29】 シリコン基板上にゲート絶縁膜を形成
する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなる下部ゲート電極
を形成する工程と、 前記下部ゲート電極上にエッチングストッパー層を形成
する工程と、 前記エッチングストッパー層上に犠牲パターンを形成す
る工程と、 前記下部ゲート電極および前記犠牲パターンをマスクと
して前記シリコン基板の所定量域に不純物を導入するこ
とでソース・ドレインを形成する工程と、 前記下部ゲート電極,前記エッチングストッパー層,お
よび,前記犠牲パターンの両側面に銅の拡散を阻止する
絶縁材料からなる側壁を形成する工程と、 前記下部ゲート電極,前記エッチングストッパー層,お
よび,前記犠牲パターンを覆うように前記シリコン基板
上にシリコン酸化物からなる第1の層間絶縁膜を形成す
る工程と、 前記第1の層間絶縁膜を選択的に除去して前記犠牲パタ
ーンの上面を露出させて前記下部ゲート電極上部に溝を
形成する工程と、 前記犠牲パターンを選択的に除去して前記エッチングス
トッパー層上面を露出させる工程と、 前記エッチングストッパー層を除去する工程と、 前記下部ゲート電極に密着して上面を覆い両端が前記側
壁に接触するように銅の拡散を阻止する導電性を有する
第1のバリア膜を形成する工程と、 前記溝内に前記第1のバリア膜を介して銅からなる上部
ゲート電極を形成して前記上部ゲート電極の底面が前記
第1のバリア膜に覆われて両側面が前記側壁からなる第
2のバリア膜に覆われた状態とする工程と、 前記上部ゲート電極の露出している上面を塞ぐように銅
の拡散を阻止する第3のバリア膜を形成する工程とを少
なくとも備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ
の製造方法。
29. A step of forming a gate insulating film on a silicon substrate; a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film; and a step of forming an etching stopper layer on the lower gate electrode. Forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer; forming a source / drain by introducing impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask; Forming a lower gate electrode, the etching stopper layer, and sidewalls made of an insulating material for preventing diffusion of copper on both side surfaces of the sacrificial pattern; and forming the lower gate electrode, the etching stopper layer, and the sacrificial pattern. A first interlayer made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover Forming an insulating film; selectively removing the first interlayer insulating film to expose an upper surface of the sacrificial pattern to form a groove above the lower gate electrode; Removing the etching stopper layer, removing the etching stopper layer, and blocking the diffusion of copper so that the upper surface is covered in close contact with the lower gate electrode and both ends contact the side walls. Forming a first barrier film having a conductive property, and forming an upper gate electrode made of copper in the groove via the first barrier film, wherein the bottom surface of the upper gate electrode is the first A step in which both side surfaces are covered with a barrier film and are covered with a second barrier film composed of the side wall; and a third step of preventing diffusion of copper so as to cover an exposed upper surface of the upper gate electrode. of Method of manufacturing a field effect transistor, characterized in that it comprises at least a step of forming a rear film.
【請求項30】 請求項28または29に記載の電界効
果トランジスタの製造方法において、 前記犠牲層,エッチングストッパー層,下部ゲート電極
をハードマスクにより加工することを特徴とする電界効
果トランジスタの製造方法。
30. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 28, wherein the sacrificial layer, the etching stopper layer, and the lower gate electrode are processed using a hard mask.
【請求項31】 請求項28または29に記載の電界効
果トランジスタの製造方法において、 前記犠牲層,エッチングストッパー層,下部ゲート電極
を酸化シリコンまたは窒化シリコンからなるハードマス
クにより加工することを特徴とする電界効果トランジス
タの製造方法。
31. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 28, wherein the sacrificial layer, the etching stopper layer, and the lower gate electrode are processed with a hard mask made of silicon oxide or silicon nitride. A method for manufacturing a field effect transistor.
【請求項32】 請求項27〜31いずれか1項に記載
の電界効果トランジスタの製造方法において、 前記下部ゲート電極に接して高融点金属の膜を成膜する
工程と、 熱処理して前記下部ゲート電極に接する高融点金属の膜
をシリサイド化して前記下部ゲート電極に接して高融点
金属のシリサイド膜を形成し、前記第1のバリア膜の一
部とする工程とを少なくとも備えたことを特徴とする電
界効果トランジスタの製造方法。
32. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 27, wherein a step of forming a high-melting-point metal film in contact with said lower gate electrode; Forming a high-melting-point metal film in contact with the lower gate electrode to form a high-melting-point metal silicide film in contact with the lower gate electrode, and forming the silicide film as a part of the first barrier film. Of manufacturing a field effect transistor.
【請求項33】 請求項27〜31のいずれか1項に記
載の電界効果トランジスタの製造方法において、 前記下部ゲート電極に接して高融点金属膜を成膜する工
程と、 熱処理して前記下部ゲート電極に接する高融点金属窒化
膜をシリコンに反応させて前記下部ゲート電極に接して
高融点金属とシリコンと窒素との化合物膜を形成し、前
記第1のバリア膜の一部とする工程とを少なくとも備え
たことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
33. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 27, wherein a step of forming a refractory metal film in contact with the lower gate electrode; Reacting the refractory metal nitride film in contact with the electrode with silicon to form a compound film of the refractory metal, silicon and nitrogen in contact with the lower gate electrode, and forming a compound film of the first barrier film. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising at least:
【請求項34】 請求項17〜19いずれか1項記載の
電界効果トランジスタの製造方法において、 前記側壁がシリコン窒化物から構成されたことを特徴と
する電界効果トランジスタの製造方法。
34. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 17, wherein said side wall is made of silicon nitride.
【請求項35】 請求項15〜21いずれか1項記載の
電界効果トランジスタの製造方法において、 前記第1のバリア膜は前記下部ゲート電極上面をトンネ
ル電流が流れる厚さまで窒化することで形成することを
特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
35. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 15, wherein the first barrier film is formed by nitriding the upper surface of the lower gate electrode to a thickness through which a tunnel current flows. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising:
【請求項36】 請求項15〜35いずれか1項に記載
の電界効果トランジスタの製造方法において、 第1または第2のバリア膜は、前記溝底面に対して垂直
の角度または垂直に近い角度で入射する粒子を多くした
方法で成膜することを特徴とする電界効果トランジスタ
の製造方法。
36. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 15, wherein the first or second barrier film is formed at an angle perpendicular to or substantially perpendicular to the groove bottom surface. A method for manufacturing a field effect transistor, wherein a film is formed by a method in which incident particles are increased.
【請求項37】 請求項15〜36いずれか1項に記載
の電界効果トランジスタの製造方法において、 前記上部ゲート電極を形成する前に、前記ソース・ドレ
インの所定領域に高融点金属シリサイドが形成されるこ
とを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
37. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 15, wherein a refractory metal silicide is formed in a predetermined region of the source / drain before forming the upper gate electrode. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising:
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