JP3381690B2 - Field effect transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

Field effect transistor and method of manufacturing the same

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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 having a gate electrode having a structure in which silicon and copper are laminated 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, further miniaturization of LSI has been studied for higher performance and higher integration. Under such circumstances, along with the miniaturization, it is indispensable to reduce the resistance of the gate electrode of the field effect transistor for high performance. For this reason, the use of a two-layer structure of metal and polysilicon for the gate electrode material has been studied. Therefore, due to its low electrical resistance and its superior workability and chemical stability over gold and silver, it is possible to avoid
It has been proposed to form the gate electrode with a layered 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。
The conventional field effect transistor described above 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. Further, an upper gate electrode 1405 made of copper is provided on the lower gate electrode 1403 via a barrier film 1404 made of titanium nitride or the like. Further, a barrier film 1406 made of titanium nitride or the like is provided on the upper gate electrode 1405. Then, the lower gate electrode 14
03 and the upper gate electrode 1405 form the 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. A source 1409 and a drain 1410 are formed on the silicon substrate 1401 so as to sandwich the low concentration impurity region 1408. Then, the low-concentration impurity region 1408, the source 1409 and the drain 1410, the gate insulating film 1402, and the gate electrode composed of the lower gate electrode 1403 and the upper gate electrode 1405 constitute a field effect transistor having an LDD structure. 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。
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 are formed on the interlayer insulating film 1411. The gate electrode wiring 1412 is connected to the upper gate electrode 1405 via the barrier film 1406 by the plug 1414 in the 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 the side surface and the bottom surface 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。
Further, the source electrode wiring 1413 is connected to the source 1409 by the plug 1415 in the 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 surface and the bottom surface. Further, barrier films 1412a and 1413a made of titanium nitride or the like are formed on the gate electrode wiring 1412 and the source electrode wiring 1413. In addition, the above-mentioned gate electrode wiring 1412
A protective insulating film 1416 is formed over the interlayer insulating film 1411 so as to cover wirings 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, in order to further reduce the resistance, when the gate electrode is composed of a two-layer structure of polysilicon and copper, 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, it diffuses in the sidewall 1407 and the interlayer insulating film 1411 which are silicon oxides, as shown by the arrow line in FIG.
When copper diffuses toward the silicon substrate 1401,
This causes problems such as generation of junction leakage current, reduction of on-current of the transistor, and fluctuation of threshold value. Further, if copper diffuses in the direction of the upper wiring layer, it causes a problem of leak current between wirings.

【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。
The present invention has been made in order to solve the above problems, so that copper can be used as the material of the 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】本発明の請求項1に係る
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、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を配置
れ、最上層が高融点金属から構成された多層膜としたも
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。また、本発明の請求項2にかかる
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、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
、最上層が高融点金属から構成された多層膜であり、
かつ、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
構成されているようにしたものである。
A field effect transistor according to claim 1 of the present invention comprises a lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film, and formed on the lower gate electrode. An upper gate electrode made of copper, and conductive to inject a current sufficient to drive a channel portion into the lower gate electrode to prevent diffusion of copper formed to cover the lower surface of the upper gate electrode.
Of the barrier film, a second barrier film which is formed so as to contact the lower end of the first barrier film and covers both side surfaces of the upper gate electrode, and which prevents diffusion of copper, and the second barrier film. A third barrier film formed to cover the upper surface of the upper gate electrode to prevent the diffusion of copper is formed so as to contact the end portions, and a source / drain formed on the silicon substrate so as to sandwich the region under the lower gate electrode. comprising, a first barrier film is composed of a layer lowest layer is made of a compound of a metal silicide layer or a refractory metal metal, silicon and nitrogen, with the layer or refractory metal metal, silicon and nitrogen of the metal silicide layer arrangement of a refractory metal nitride onto a compound layer
The uppermost layer is a multi-layer film composed of a refractory metal. According to the present invention, the upper gate electrode made of copper is configured to be in contact with the other portion of the field effect transistor via the first, second, and first barrier films. A field effect transistor according to claim 2 of the present invention is 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. A first gate electrode and a lower gate electrode, which has conductivity to inject a sufficient current to drive a channel portion and prevents diffusion of copper formed to cover a lower surface of the upper gate electrode;
Of the barrier film, a second barrier film which is formed so as to contact the lower end of the first barrier film and covers both side surfaces of the upper gate electrode, and which prevents diffusion of copper, and the second barrier film. A third barrier film formed to cover the upper surface of the upper gate electrode to prevent the diffusion of copper is formed so as to contact the end portions, and a source / drain formed on the silicon substrate so as to sandwich the region under the lower gate electrode. The first barrier film comprises a metal silicide layer or a layer composed of a compound of a refractory metal metal and silicon and nitrogen as a lowermost layer. The metal silicide layer or the refractory metal metal, silicon and nitrogen is used as the lowermost layer. A layer of a refractory metal nitride is arranged on a layer made of a compound, and the uppermost layer is a multilayer film made of a refractory metal,
In addition, a side wall formed on the side surfaces of the lower gate electrode and the upper gate electrode is provided, and the second barrier film is constituted by a part of this side wall.

【0010】また、本発明の請求項3に係る電界効果ト
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
を阻止する絶縁材料から構成された第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、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
層膜であるようにしたものである。また、本発明の請求
項4に係る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絶縁材料から構成され
た第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、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り、かつ、上部ゲート電極
上面の上を開放してシリコン基板の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
れているようにしたものである。
A field effect transistor according to a third aspect of 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. And a first barrier film which has conductivity so as to inject a current sufficient to drive the channel portion into the lower gate electrode and which is formed to cover the lower surface of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper. , A second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper, the lower end of which contacts the first barrier film, and the second barrier film whose end contacts the second barrier film. And a third barrier film formed of an insulating material that covers the upper surface of the upper gate electrode and blocks diffusion of copper,
A source / drain formed on a silicon substrate so as to sandwich the region under the lower gate electrode, and the first barrier film is a layer in which the lowermost layer is a metal silicide layer or a compound of a refractory metal metal and silicon and nitrogen. A multi-layered structure in which a refractory metal nitride layer is disposed on the metal silicide layer or the refractory metal metal / silicon / nitrogen compound layer, and the uppermost layer is composed of the refractory metal. It is made to be a membrane. The field effect transistor according to claim 4 of the present invention is a lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate through a gate insulating film, and an upper gate made of copper formed on the lower gate electrode. An electrode, a first barrier film having a conductivity capable of injecting a current sufficient to drive a channel portion into the lower gate electrode, and formed to cover the lower surface of the upper gate electrode to prevent the diffusion of copper; A second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode so as to prevent diffusion of copper, the lower end of which contacts the first barrier film and an end portion of the second barrier film which contacts the second barrier film. A third barrier film formed of an insulating material which covers the upper surface of the gate electrode and which blocks diffusion of copper; and a source / drain formed on the silicon substrate so as to sandwich the region under the lower gate electrode. In the first barrier film, the lowermost layer is composed of a metal silicide layer or a layer formed of a compound of a refractory metal metal and silicon and nitrogen. The metal silicide layer or the refractory metal metal, silicon and nitrogen is used as the lowermost layer. A refractory metal nitride layer is disposed on the compound layer , and the uppermost layer is a multilayer film composed of refractory metal. The insulating film is formed on the insulating layer, and the third barrier film is formed so as to extend on the insulating layer.

【0011】また、本発明の請求項5に係る電界効果ト
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、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り、第2のバリア
膜および第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ているようにしたものであ
る。また、本発明の請求項6に係る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、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ようにしたもの
である。
A field effect transistor according to a fifth aspect of 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. And a first barrier film which has conductivity so as to inject a current sufficient to drive the channel portion into the lower gate electrode and which is formed to cover the lower surface of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper. , A second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper, the lower end of which contacts the first barrier film, and the second barrier film whose end contacts the second barrier film. And a third barrier film formed to cover the upper surface of the upper gate electrode to prevent the diffusion of copper, and a source / drain formed on the silicon substrate so as to sandwich the region below the lower gate electrode. The lowermost layer of the barrier film is composed of a metal silicide layer or a layer made of a compound of refractory metal metal and silicon and nitrogen, and a layer of the metal silicide or a layer made of a compound of refractory metal metal, silicon and nitrogen. A layer of a refractory metal nitride is disposed on the upper side , and the uppermost layer is a multilayer film composed of a refractory metal. The second barrier film and the third barrier film are made of a refractory metal or a refractory metal. It is made of a nitride. The field effect transistor according to claim 6 of the present invention is 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. An electrode, a first barrier film having a conductivity capable of injecting a current sufficient to drive a channel portion into the lower gate electrode, and formed to cover the lower surface of the upper gate electrode to prevent the diffusion of copper; A second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode so as to prevent diffusion of copper, the lower end of which contacts the first barrier film and an end portion of the second barrier film which contacts the second barrier film. A third barrier film formed of either one of silicon nitride or boron nitride, which is formed to cover the upper surface of the gate electrode and blocks diffusion of copper, and silicon so as to sandwich the region below the lower gate electrode. The first barrier film comprises a metal silicide layer or a layer composed of a compound of a refractory metal metal and silicon and nitrogen. The source and drain are formed on the plate. A refractory metal nitride layer is disposed on a layer composed of a refractory metal metal, a compound of silicon and nitrogen, and the uppermost layer is a multilayer film composed of a refractory metal.

【0012】また、本発明の請求項7に係る電界効果ト
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
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のバリア膜および第2のバリア膜を形成する
工程と、溝に第1のバリア膜および第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のバリア膜および第
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。
A method of manufacturing a field effect transistor according to a seventh aspect of the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate and a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film. A step of forming an etching stopper layer on the lower gate electrode, and
A step of forming a sacrificial pattern on the stopper layer, a step of 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, a step of forming the lower gate electrode and the sacrificial pattern Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the silicon substrate, removing the first interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern, and selectively removing the sacrificial pattern. To remove the etching
Step of exposing top surface of per layer and etching stopper
The a step of forming a groove at the bottom gate electrode upper to expose the lower gate electrode upper surface by removing the layers, a conductive to prevent diffusion of copper to cover the side surfaces of the lower gate electrode upper surface and the groove 1 forming a barrier film and the second barrier film, the bottom surface of the first barrier film and the second barrier film through forming an upper gate electrode made of copper upper gate electrode on the inner portion of the groove and Forming a state in which both side surfaces are covered with the first barrier film and the second barrier film, and forming a third barrier film that blocks the diffusion of copper so as to close the exposed upper surface of the upper gate electrode And at least the step of performing. According to the present invention, the upper gate electrode includes the first to third parts, which are different from other parts constituting the field effect transistor.
It is produced in a state of being in contact through the barrier film of.

【0013】また、本発明の請求項8に係る電界効果ト
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
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
電極上面および溝の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のバリア膜および第2のバリア膜
を形成する工程と、溝の内部に第1のバリア膜および
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のバリア
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。
Further, a method of manufacturing a field effect transistor according to claim 8 of the present invention comprises a step of forming a gate insulating film on a silicon substrate, and a step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film. By forming an etching stopper layer on the lower gate electrode, forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, and introducing impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate using the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask. A step of forming the source / drain, a step of 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 a step of selectively forming the first interlayer insulating film. forming a groove in the lower gate electrode upper to expose the upper surface of the sacrificial pattern is removed, selectively the sacrificial pattern Conductive and removed by the blocking thereby exposing an etching stopper layer top surface, a step of exposing the lower gate electrode upper surface by removing the etching stopper layer, the diffusion of copper to cover the side surfaces of the lower gate electrode upper surface and the groove Of forming a first barrier film and a second barrier film having a property, and forming an upper gate electrode made of copper inside the groove through the first barrier film and the second barrier film to form an upper gate The bottom and both sides of the electrode are the first barrier
A step of covering with the film and the second barrier film,
And a step of forming a third barrier film that blocks the diffusion of copper so as to block the exposed upper surface of the upper gate electrode. According to the present invention, the upper gate electrode is formed in a state of being in contact with other portions forming the field effect transistor via the first to third barrier films. The sacrificial pattern is under the specified etching treatment conditions.
Is it a material that etches faster than silicon oxide?
Consists of

【0014】また、本発明の請求項17に係る電界効果
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、溝の内部に第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、加えて、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。また、第2のバリア膜
は側壁で兼用される。
The field effect according to claim 17 of the present invention.
The method of manufacturing a transistor is based on the fact that a gate is formed on a silicon substrate.
The process of forming the edge film and the silicon on the gate insulating film
Forming a lower gate electrode, and the lower gate electrode
The process of forming a sacrificial pattern on top and the lower gate electrode and
And a predetermined amount of silicon substrate using the sacrificial pattern as a mask
Source / drain is formed by introducing impurities into the region
Process and both sides of lower gate electrode and sacrificial pattern
A side wall made of an insulating material that prevents the diffusion of copper
To cover the process and the lower gate electrode and the sacrificial pattern
A first layer of silicon oxide on a silicon substrate
The step of forming an insulating film, and removing the first interlayer insulating film
The step of exposing the upper surface of the sacrificial pattern and the sacrificial pattern
Are selectively removed to form a groove above the lower gate electrode
Process and cover the top surface of the lower gate electrode so that both ends contact the sidewalls
First burr having conductivity to prevent copper diffusion
A step of forming a film, and the first barrier film is placed inside the groove.
To form an upper gate electrode made of copper.
The bottom of the pole is covered with the first barrier film
And a step of making it covered with the second barrier film
Diffuse copper so as to cover the exposed upper surface of the gate electrode.
Forming a third barrier film for blocking at least
Provided, in addition, a film of refractory metal in contact with the lower gate electrode
And a heat treatment to contact the lower gate electrode
The refractory metal film is silicided to contact the lower gate electrode.
To form a silicide film of a refractory metal to form a first barrier
And a step of forming a part of the film.
According to the present invention, the upper gate electrode is formed in a state of being in contact with other portions forming the field effect transistor via the first to third barrier films. Also, the second barrier film
Is also used on the side wall.

【0015】また、本発明の請求項18に係る電界効果
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、溝の内部に第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
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。
According to an eighteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a field effect transistor, comprising: forming a gate on a silicon substrate.
The process of forming the edge film and the silicon on the gate insulating film
Forming a lower gate electrode, and the lower gate electrode
Step of forming an etching stopper layer on top and etching
Forming a sacrificial pattern on the insulating stopper layer,
Use the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask
By introducing impurities into the specified amount area of the substrate,
Drain formation process, lower gate electrode, etch
Copper on both sides of the stopper layer and the sacrificial pattern.
Forming sidewalls of insulating material that prevent diffusion
And the lower gate electrode, etching stopper layer, and
And silicon on the silicon substrate to cover the sacrificial pattern.
A step of forming a first interlayer insulating film made of a silicon oxide,
The first interlayer insulating film is removed to expose the upper surface of the sacrificial pattern
Etching and selectively removing the sacrificial pattern
Step of exposing the upper surface of the stopper layer and etching
Remove the stopper layer to form a groove above the lower gate electrode
And the lower gate electrode in close contact with the upper surface
Has a conductivity that blocks the diffusion of copper so that it contacts the sidewalls.
Forming a first barrier film, and
Forming an upper gate electrode made of copper through the barrier film of
The bottom surface of the upper gate electrode is covered with the first barrier film.
It is assumed that the side surface is covered with the second barrier film having the side wall.
And the exposed upper surface of the upper gate electrode.
Of forming a third barrier film that blocks the diffusion of copper
And at least. According to this invention,
The upper gate electrode is formed in a state of being in contact with the other part of the field effect transistor via the first to third barrier films. The second barrier film is also used as the side wall.

【0016】また、本発明の請求項19に係る電界効果
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、溝の内
部に第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。
According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a field effect transistor, comprising: forming a gate on a silicon substrate.
The process of forming the edge film and the silicon on the gate insulating film
Forming a lower gate electrode, and the lower gate electrode
Step of forming an etching stopper layer on top and etching
Forming a sacrificial pattern on the insulating stopper layer,
Use the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask
By introducing impurities into the specified amount area of the substrate,
Drain formation process, lower gate electrode, etch
Copper on both sides of the stopper layer and the sacrificial pattern.
Forming sidewalls of insulating material that prevent diffusion
And the lower gate electrode, etching stopper layer, and
And silicon on the silicon substrate to cover the sacrificial pattern.
A step of forming a first interlayer insulating film made of a silicon oxide,
On the sacrificial pattern by selectively removing the first interlayer insulating film
Step of exposing the surface and forming a groove above the lower gate electrode
, The sacrificial pattern is selectively removed to remove the etching
Step of exposing top surface of per layer and etching stopper
The process of removing the layer and the upper surface by adhering to the lower gate electrode
A conductor that blocks the diffusion of copper so that both ends of the cover contact the sidewalls.
The step of forming the first barrier film having electrical conductivity and the inside of the groove
Upper gate electrode made of copper through the first barrier film
And the bottom surface of the upper gate electrode is covered with the first barrier film.
And was covered with a second barrier film that has sidewalls on both sides
State and the upper surface where the upper gate electrode is exposed
A third barrier film that blocks the diffusion of copper so as to block the
And at least the step of performing . According to the present invention, the upper gate electrode is formed in a state of being in contact with other portions forming the field effect transistor via the first to third barrier films. The second barrier film is also used as the side wall.

【0017】また、本発明の請求項24に係る電界効果
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の側面を覆うよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜お
よび第2のバリア膜を形成する工程と、溝の内部に第1
のバリア膜および第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のバリア膜および第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、加えて、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のバリア膜
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
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a field effect transistor, comprising: forming a gate on a silicon substrate.
The process of forming the edge film and the silicon on the gate insulating film
Forming a lower gate electrode, and the lower gate electrode
The process of forming a sacrificial pattern on top and the lower gate electrode and
And a predetermined amount of silicon substrate using the sacrificial pattern as a mask
Source / drain is formed by introducing impurities into the region
Process and cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
First layer of silicon oxide on a silicon substrate
The step of forming the inter-layer insulation film and removing the first interlayer insulation film.
Exposing the upper surface of the sacrificial pattern, and the sacrificial pattern
To selectively expose the upper surface of the lower gate electrode.
Form a groove above the lower gate electrode of the first interlayer insulating film
To cover the process and the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove.
The first barrier film and the conductive first barrier film that prevent the diffusion of copper.
And a step of forming a second barrier film, and
Made of copper through the barrier film and the second barrier film of
Forming a gate electrode on the bottom surface of the upper gate electrode and both
The side surface is covered with the first barrier film and the second barrier film
State and the upper surface where the upper gate electrode is exposed
A third barrier film that blocks the diffusion of copper so as to block the
And at least the step of
Is exposed and the groove is formed, the first refractory metal film is formed.
The step of forming a film and the refractory metal on the first refractory metal film.
On the nitride film of this refractory metal
The step of forming a second refractory metal film and the film of copper
Process, copper in the area other than the groove, the first refractory metal film, high melting
The point metal nitride film and the second refractory metal film are removed, and copper is removed.
Upper gate electrode and first refractory metal film, refractory metal
Barrier film consisting of the second nitride film and the second refractory metal film
And a step of forming a second barrier film . According to the present invention, the upper gate electrode has the first to the other parts forming the field effect transistor.
It is produced in a state of being in contact with the third barrier film .

【0018】また、本発明の請求項25に係る電界効果
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の側面を覆うよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜お
よび第2のバリア膜を形成する工程と、溝の内部に第1
のバリア膜および第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のバリア膜および第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、加えて、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からなる化合物膜を成膜する工程
と、この化合物膜の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、化合物膜、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化合物膜と高融点金属
の窒化膜からなる第1のバリア膜および第2のバリア膜
を形成する工程とを少なくとも備えたものである。
The field effect according to claim 25 of the present invention
The method of manufacturing a transistor is based on the fact that a gate is formed on a silicon substrate.
The process of forming the edge film and the silicon on the gate insulating film
Forming a lower gate electrode, and the lower gate electrode
The process of forming a sacrificial pattern on top and the lower gate electrode and
And a predetermined amount of silicon substrate using the sacrificial pattern as a mask
Source / drain is formed by introducing impurities into the region
Process and cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
First layer of silicon oxide on a silicon substrate
The step of forming the inter-layer insulation film and removing the first interlayer insulation film.
Exposing the upper surface of the sacrificial pattern, and the sacrificial pattern
To selectively expose the upper surface of the lower gate electrode.
Form a groove above the lower gate electrode of the first interlayer insulating film
To cover the process and the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove.
The first barrier film and the conductive first barrier film that prevent the diffusion of copper.
And a step of forming a second barrier film, and
Made of copper through the barrier film and the second barrier film of
Forming a gate electrode on the bottom surface of the upper gate electrode and both
The side surface is covered with the first barrier film and the second barrier film
State and the upper surface where the upper gate electrode is exposed
A third barrier film that blocks the diffusion of copper so as to block the
And a lower gate electrode
After the upper surface is exposed and the groove is formed, refractory metal and silicon
Of forming a compound film consisting of a compound of nitrogen and nitrogen
And a nitride film of refractory metal is formed on this compound film
A step, a step of forming a copper film to be an upper gate electrode, and a groove
Copper, compound film, and nitride film of refractory metal in areas other than
The upper gate electrode made of copper, the compound film, and the refractory metal
Barrier film and second barrier film made of the above nitride film
And a step of forming.

【0019】また、本発明の請求項26に係る電界効果
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の側面を覆うよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜お
よび第2のバリア膜を形成する工程と、溝の内部に第1
のバリア膜および第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のバリア膜および第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、加えて、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からなる化合物膜を成膜する工程
と、この化合物膜の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、化合物膜,高融点金属の窒化
膜,高融点金属膜を除去し、銅からなる上部ゲート電極
と化合物膜,高融点金属の窒化膜,高融点金属膜からな
る第1のバリア膜および第2のバリア膜を形成する工程
とを少なくとも備えたものである。
A field effect according to claim 26 of the present invention.
The method of manufacturing a transistor is based on the fact that a gate is formed on a silicon substrate.
The process of forming the edge film and the silicon on the gate insulating film
Forming a lower gate electrode, and the lower gate electrode
The process of forming a sacrificial pattern on top and the lower gate electrode and
And a predetermined amount of silicon substrate using the sacrificial pattern as a mask
Source / drain is formed by introducing impurities into the region
Process and cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
First layer of silicon oxide on a silicon substrate
The step of forming the inter-layer insulation film and removing the first interlayer insulation film.
Exposing the upper surface of the sacrificial pattern, and the sacrificial pattern
To selectively expose the upper surface of the lower gate electrode.
Form a groove above the lower gate electrode of the first interlayer insulating film
To cover the process and the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove.
The first barrier film and the conductive first barrier film that prevent the diffusion of copper.
And a step of forming a second barrier film, and
Made of copper through the barrier film and the second barrier film of
Forming a gate electrode on the bottom surface of the upper gate electrode and both
The side surface is covered with the first barrier film and the second barrier film
State and the upper surface where the upper gate electrode is exposed
A third barrier film that blocks the diffusion of copper so as to block the
And a lower gate electrode
After the upper surface is exposed and the groove is formed, refractory metal and silicon
Of forming a compound film consisting of a compound of nitrogen and nitrogen
And a nitride film of refractory metal is formed on this compound film
Process and forming a refractory metal film on this refractory metal nitride film.
Film forming process and copper film forming upper gate electrode
And nitriding of copper, compound film, and refractory metal in regions other than trenches
The upper gate electrode made of copper by removing the film and refractory metal film
And compound film, refractory metal nitride film, refractory metal film
Forming a first barrier film and a second barrier film
And at least.

【0020】また、本発明の請求項27に係る電界効果
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の側面を覆うよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜お
よび第2のバリア膜を形成する工程と、溝の内部に第1
のバリア膜および第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のバリア膜および第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、加えて、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のバリア膜および第2のバリア膜を
形成する工程と、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たものであ
る。
The electric field effect according to claim 27 of the present invention
The method of manufacturing a transistor is based on the fact that a gate is formed on a silicon substrate.
The process of forming the edge film and the silicon on the gate insulating film
Forming a lower gate electrode, and the lower gate electrode
The process of forming a sacrificial pattern on top and the lower gate electrode and
And a predetermined amount of silicon substrate using the sacrificial pattern as a mask
Source / drain is formed by introducing impurities into the region
Process and cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
First layer of silicon oxide on a silicon substrate
The step of forming the inter-layer insulation film and removing the first interlayer insulation film.
Exposing the upper surface of the sacrificial pattern, and the sacrificial pattern
To selectively expose the upper surface of the lower gate electrode.
Form a groove above the lower gate electrode of the first interlayer insulating film
To cover the process and the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove.
The first barrier film and the conductive first barrier film that prevent the diffusion of copper.
And a step of forming a second barrier film, and
Made of copper through the barrier film and the second barrier film of
Forming a gate electrode on the bottom surface of the upper gate electrode and both
The side surface is covered with the first barrier film and the second barrier film
State and the upper surface where the upper gate electrode is exposed
A third barrier film that blocks the diffusion of copper so as to block the
And a lower gate electrode
After the upper surface is exposed and the groove is formed, a refractory metal film is formed
And a refractory metal nitride film on the refractory metal film.
Film forming step, copper film forming step, and regions other than the groove
Copper, refractory metal film, refractory metal nitride film removed, copper
Of the upper gate electrode and refractory metal film and refractory metal
The first barrier film and the second barrier film made of a nitride film
The process of forming and contacting the lower gate electrode
Step of forming film and heat treatment to contact lower gate electrode
The refractory metal film is silicided to form the lower gate electrode.
Contact with each other to form a refractory metal silicide film,
(A) At least the step of forming a part of the film.
It

【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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Embodiment First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the field effect transistor according to the first embodiment. The field-effect transistor according to the first embodiment first 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
On 03, an upper gate electrode 104 made of copper is provided. The upper gate electrode 104 has a barrier film (first and second barrier films) made of tantalum nitride so as to cover the lower surface and the side surface.
Barrier film) 105, 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 in a state of being covered with the barrier films 105 and 106 in a cylindrical shape. Then, the lower gate electrode 10
3 and the upper gate electrode 104 form the 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 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. Then, the low-concentration impurity region 108, the source 109 and the drain 110, the gate insulating film 102, and the gate electrode composed of 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, since the gate electrode has the laminated structure of polysilicon and copper, the resistance of the gate electrode is reduced. Further, in the first embodiment, the copper portion forming the gate electrode is covered not only with the upper and lower surfaces but also with the side surfaces, so that the diffusion of copper through the silicon oxide film can be suppressed. Become.
As a result, problems due to diffusion of copper, such as generation of junction leakage current and reduction of transistor on-current, are 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 above-mentioned field effect transistor of the first embodiment will be described. First, FIG.
As shown in (a), an insulating film 202 having a film thickness of about 6 nm is formed on the silicon substrate 101 by dry oxidation. The insulating film 202 becomes a gate insulating film. Subsequently, a polysilicon film 203 having a film thickness of about 70 nm is formed on the insulating film 202 by a low pressure CVD method, and a low voltage CV is formed on the polysilicon film 203.
The silicon nitride film 204 having a thickness of about 100 nm is formed by the D method.
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 by using the resist pattern 205 as a mask.
Are 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, the sacrificial pattern 204a and the lower gate electrode 103 are selectively ion-implanted to form a low-concentration impurity region (LDD) 108. To do. Here, As is ion-implanted with an implantation energy of 20 eV, and the implantation amount is 3 × 10 13.
It may be about cm -2 .

【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, so that the lower gate electrode 103 and the sacrificial pattern 20 are formed as shown in FIG.
Sidewalls 107 are formed on the side surfaces 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 selectively ion-implanting the sacrificial pattern 204a, the lower gate electrode 103, and the side wall 107 as a mask. . Here, As is ion-implanted with 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 to form a lower interlayer insulating film 209 with a film 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, chemical mechanical polishing of the oxide film (CM
P), the lower interlayer insulating film 209 is planarized 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 as shown in FIG. 3I, the sidewall 107 and the lower interlayer insulating film 209 are formed on the lower gate electrode 103. Forming a groove 210 surrounded by. In this wet etching with hot phosphoric acid, since silicon and silicon oxide are not etched so much, 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 above-described first embodiment, C
Although the upper part of the sacrificial pattern 204a is exposed by removing the lower interlayer insulating film 209 by MP, the upper part of the sacrificial pattern 204a may be exposed by the following method. For example, in the case where flattening is possible by reflow like boron silicate glass, the upper part of the sacrificial pattern 204a may be exposed by removing it by dry etching or the like after the lower interlayer insulating film is reflowed and flattened. Good. At this time, in addition to 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 the lower interlayer insulating film, and is flattened by applying the material, and then the flattened coating film is etched back by dry etching or the like to expose the upper portion of the sacrificial pattern 204a. It may be exposed. Here, when the CMP method or the method of flattening using an SOG material and then etching back is used, the lower interlayer insulating film is formed by the usual silicon oxide film by the CVD method or the like without using silicate glass. 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. 4 (j), 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 film thickness of 10 nm.
The TaN film 211 is formed to a certain degree, and then the TaN film 21 is formed.
Copper is sputtered on the surface of 1 and C of about 200 nm
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, the groove 210 is removed as shown in FIG.
The barrier film 105 made of tantalum nitride has therein an upper gate electrode 104 made of copper whose lower and side surfaces are covered, and in addition, the surface of the lower interlayer insulating film 209 other than the upper part 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. 4L, a barrier film 106 made of silicon nitride and having a thickness of about 10 nm is formed on the entire surface.
To form. This may be performed by depositing silicon nitride by the plasma CVD method. As described above, the field effect transistor including the gate electrode including the lower gate electrode 103 made of polysilicon and the upper gate electrode 104 made of copper covered with the barrier film 105 and the barrier film 106 was formed. It 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。
The barrier film 106 does not need to be formed so as to extend onto the lower interlayer insulating film 209. As shown in FIG. 1, the upper gate electrode 10 is formed by the barrier film 106.
The barrier film 106 may be formed in a region where only the upper surface of 4 is covered. In this case, since the barrier film 106 does not extend onto 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) to which boron and phosphorus are added is formed on the barrier film 106 to a thickness of 500.
It is formed to have 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 the 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. The contact hole 112 has a bottom surface exposing the surface of the source 109 of the silicon substrate 101, and a bottom surface of the through hole 113 exposing the upper surface of the upper gate electrode 104.

【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. 5O, 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 surfaces and bottom surfaces of the contact hole 112 and the through hole 113. Form. This is a CVD
The film thickness may be about 50 nm and about 10 nm, respectively. Subsequently, as shown in FIG. 5P, the W film 11 made of tungsten is formed on the barrier film 114.
5 is formed to have a film 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 formed to the extent that the contact hole 112 and the through hole 113 are filled.
15 is removed by dry etching or the like. As a result, after the plugs 112a and 113a are formed (see FIG.
(Q)), an alloy film 115a made of an aluminum-copper alloy with copper of about 1% is formed to a film thickness of about 500 nm by a sputtering method. In addition, the barrier film 116 made of titanium nitride is formed to a thickness of about 30 nm by the sputtering method. Then, the alloy film 115a and the barrier films 114, 1
If 16 is patterned, as shown in FIG.
The source electrode wiring 117 and the 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。
When manufactured as described above, after forming the source / drain, the 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 by 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 the above, 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 nitride silicide (compounds of refractory metal and silicon and nitrogen) are used. ) Or a metal material such as tantalum or titanium tungsten may be used.

【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-mentioned barrier films (first to third)
The barrier film) may be made of a material having a function of preventing diffusion of copper that does not contain oxygen as a constituent element. Since the upper gate electrode is made of copper, the oxidation of copper can be suppressed without oxygen. Further, for example, silicon nitride may be used for the barrier film (first barrier film) arranged on the lower surface of the upper gate electrode. That is, since the barrier film needs to be conductive enough to inject a current sufficient for driving the channel portion into the lower gate electrode, silicon nitride may be used so that the film thickness is such that a tunnel current flows. In this case, if the surface of the lower gate electrode is nitrided by, for example, about 2 nm, the barrier film can be formed in this 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。
Further, a barrier film (first barrier film) arranged between the barrier film (second barrier film) arranged on the side surface of the above-mentioned copper upper gate electrode and the lower gate electrode.
May be a multi-layer film composed of two or more layers.
When diffusing in a solid, there is a high possibility that the diffusing species will be deposited at the interface or grain boundary of the solid material (when the film is polycrystalline). Therefore, by forming a multilayer film in which barrier films are laminated,
It is possible to capture a slight amount of diffused copper at the interface between the films and further prevent the diffusion of the diffused species. This multilayer film is preferably a high melting point metal or a composite film of high melting point metals. For example, a composite film of Ta and Ta nitride may be used.
Since metals such as copper are less likely to diffuse into thermally stable metal nitrides, the use of a refractory metal nitride film as a barrier film also reduces the amount of point defects, and copper diffusion via point defects is suppressed. It

【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。
Disposing the refractory metal silicide in contact with the lower gate electrode of silicon as a part of the first barrier film having a multilayer film structure is also effective for improving the operating performance of the field effect transistor. is there. This is because formation of the Schottky barrier is suppressed and contact resistance is reduced at the interface between the silicide and silicon. In the first barrier film of the multilayer film, it is also effective to improve the adhesiveness between the copper and the first barrier film by making the film in contact with copper a refractory metal. It is also effective for improving the device manufacturing yield that the compound of the refractory metal, silicon and nitrogen is arranged in contact with the lower electrode of silicon as a part of the first barrier film having a multilayer film structure. This is because the above compound has good adhesion to silicon. For example, tungsten nitride is CV
The above compound can be formed by forming a film in the groove by the D method or the reactive collimating sputtering method, and then performing a heat treatment at a temperature of about 500 ° C. At this time, since the above compound is formed by the reaction between silicon and the refractory metal nitride, the adhesion with 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
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. First, a method of manufacturing the field effect transistor according to the second embodiment will be described. First, as shown in FIG. 6A, a film thickness of 6 n is formed on the silicon substrate 601 by dry oxidation.
A gate insulating film 602 is formed with a thickness of about m. Then,
A film thickness of 50 n is formed on the gate insulating film 602 by the low pressure CVD method.
Polysilicon film 70 in which n-type impurities are introduced to about m
3 is formed, and a silicon oxide film 704 having a film thickness of about 10 nm is formed thereon by the CVD method. In addition, a film thickness of 100 to 100 is formed on the silicon oxide film 704 by the CVD method.
A polysilicon film 705 is formed to a thickness of about 300 nm.

【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.
By selectively ion-implanting using 3 as a mask, a low concentration impurity region (LDD) 608 is formed. here,
As is ion-implanted with 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, by etching back the silicon oxide film 707 by reactive ion etching (RIE) having vertical anisotropy, as shown in FIG. 6E, the lower gate electrode 603 and the sacrificial pattern 70 are formed.
Sidewalls 607 are formed on the side surfaces of 5a. The sidewall 607 may be made of silicon nitride. Also in this case, it can be formed in the same manner as the case of forming 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, the source 609 and the drain 610 are formed by selectively ion-implanting the sacrificial pattern 705a, the lower gate electrode 603, and the sidewall 607 as a mask. Here, As is ion-implanted with 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 the ion implantation is, for example, 80 in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment is performed at 0 ° C. for 10 minutes and 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, CV using ozone and TEOS as raw materials
By depositing boron phosphorus silicate glass by D, heating and flowing them, as shown in FIG. 7G, the lower interlayer insulating film 7 is formed to a film thickness of about 400 to 600 nm.
09 is formed. Next, the lower interlayer insulating film 709 is removed by a predetermined film thickness by, for example, chemical mechanical polishing (CMP) of the oxide film, and as shown in FIG.
a) The upper part is exposed. Next, the sacrificial pattern 705a is selectively removed by reactive ion etching having high selectivity with respect to the oxide film, and as shown in FIG.
A trench 710 surrounded by a sidewall 607 and a lower interlayer insulating film 709 is formed on 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 selection ratio with 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 groove 710 by sputtering to form a TaN film 711 with a film 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 flowed to form a film having a flat surface 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 an electroplating method or a CVD method, for example. Next, for example, CMP of a metal film
Thus, by removing the Cu layer 712 and the TaN film 711, an upper gate electrode 604 made of copper is formed, as shown in FIG. In addition, the lower interlayer insulating film 70 other than on the upper gate electrode 604 is formed.
9 expose the surface. Instead of the TaN film 711, a laminated film of high melting point gold and high melting point metal nitride such as 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 collimate sputtering method as the method for forming the above-mentioned laminated film, the layer resistance of the gate electrode is reduced and the layer resistance is suppressed from increasing when the width of the groove is reduced. According to the collimated sputtering method, the particles sputtered by the plasma from the raw material target, which are caused by the film formation, have an angle of incidence on the substrate which is almost vertical due to the collimator. Therefore, the film thickness formed on the sidewall of the groove is thinner than the film thickness formed on the bottom of the groove. When the resistivity of the material of the barrier film is higher than that of copper, if the film thickness on the side surface is large, the resistance increases in proportion to this film thickness. Also, when the width of the groove is reduced, the layer resistance is increased. Therefore, it is better to reduce the film thickness formed on the side wall in the groove by the above-mentioned collimating sputtering method. Similar effect,
It can also be obtained by a method called an ionization sputtering method. The ionization sputtering method is a method in which raw material particles ionized by a bias applied to the substrate are incident on the substrate at an angle close to vertical, and the incident particles are deposited to form a film, which is also formed on the sidewall in the groove. The film thickness 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 made of titanium oxide or silicon nitride is formed on the entire surface.
A barrier film 606 having a thickness of about 0 nm is formed. This may be formed by, for example, a reactive sputtering method. With the above, the lower gate electrode 60 made of polysilicon is formed.
3 and the gate electrode composed of the upper gate electrode 604 made of copper whose periphery is covered with the barrier film 605 and the barrier film 606 are formed. The barrier film 606 is the lower interlayer insulating film 70.
It is not necessary to extend and form over 9. 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 with 6. In this case, since the barrier film 606 does not extend onto 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. 8O, an interlayer insulating film 713 made of silicon oxide (BPSG) to which boron and phosphorus are added is formed on the barrier film 606 to a film thickness of 100.
The thickness is 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. 9P, 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. The contact hole 612 has a bottom surface exposing the surface of the source 609 of the silicon substrate 601, and the contact hole 613 has a bottom surface having the drain 6 of the silicon substrate 601.
10 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. 9Q, the source electrode wiring 616 and the drain electrode wiring 6 made of aluminum or the like are provided through the contact holes 612 and 613.
17 may be formed. From the above, the second embodiment
Also in this case, 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 surface is covered with the barrier film, the diffusion of copper through the silicon oxide film can be suppressed. As a result, problems due to diffusion of copper, such as generation of junction leakage current and reduction of transistor on-current, are 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。
Also 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 by 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。
By the way, the sidewall may be made of silicon nitride. When the sidewall is formed of a material that can prevent diffusion of copper such as silicon nitride, the sidewall can be used as a barrier film (second barrier film) arranged on the side surface of the upper gate electrode described above. In this case, it is not necessary to newly form a barrier film to be arranged 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. It is nitrided to some extent to form a first barrier film. As described above, since tunneling current flows in the case of silicon nitride having a film thickness of about 2 nm, 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 portion of the lower gate electrode 103, it is possible to form a material having other conductivity which can prevent the diffusion of copper on the upper portion of the lower gate electrode 103. Needless to say. Then, by forming the upper gate electrode 104 on the first barrier film, the lower surface and both side surfaces of the upper gate electrode 104 can be covered with silicon nitride that prevents diffusion of copper. After that, the field effect transistor according to the present invention can be obtained by performing the same process as that of 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。
If the side wall is made of a material that is less likely to be etched under a predetermined etching condition than silicon oxide such as silicon nitride, it becomes easy to contact the wiring on the upper gate electrode. This depends on the following reasons. First, a contact hole is formed in the interlayer insulating film formed on the upper gate electrode, and a wiring is connected to the upper gate electrode through this contact hole. At the time of forming this contact hole, since the silicon nitride is hardly etched by etching the interlayer insulating film made of silicon oxide, even if the contact hole forming position is slightly shifted,
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。
By the way, in the above, as shown in FIG. 6B, the lower layer is processed by using the resist pattern 706 as a mask. However, the present invention is not limited to this. You may make it process using a hard mask. In addition, by using the hard mask, silicide of refractory 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 film thickness of about 6 nm is formed on a silicon substrate 601 by dry oxidation. Then, a film having a thickness of about 50 nm is formed on the gate insulating film 602 by a low pressure CVD method.
Form a polysilicon film 703 into which impurities are introduced, and form a silicon oxide film 704 with a film thickness of about 10 nm on the polysilicon film 703 by the CVD method.
A polysilicon film 705 having a film thickness of about 100 to 300 nm is formed thereon by the CVD method. In addition, a silicon oxide film 1001 is formed on 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, as shown in FIG. 10B, the polysilicon film 705, the silicon oxide film 704, the polysilicon film 703, and the silicon oxide film 1001 are formed.
The lower gate electrode 603, the etching stopper layer 704a, and the sacrificial pattern 70 are selectively removed by dry etching using the resist pattern 706 as a mask.
5a is formed, and a hard mask 1001a is formed. Next, after removing the resist pattern 706, as shown in FIG. 10C, the hard mask 1001 is removed.
a, sacrificial pattern 705a and lower gate electrode 603
Is selectively used as a mask to form a low-concentration impurity region (LDD) 608. LDD608
Is ion-implanted with 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. 10 (d), TEO
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, by etching back the silicon oxide film 707 by reactive ion etching (RIE) having vertical anisotropy, as shown in FIG. 10E, the lower gate electrode 603 and the sacrificial pattern 705a are formed. Sidewalls 607 are formed on the side surfaces. 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. The sidewall 607 may be made of silicon nitride. Also in this case, it can be formed in the same manner as the case of forming 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 selectively ion-implanting the sacrifice pattern 705a, the lower gate electrode 603, and the sidewall 607 as well as the hard mask 1001a as a mask. Also here, As may be ion-implanted with an implantation energy of 30 eV, and the implantation amount may be about 2 × 10 15 cm −2 . The impurity introduction region formed by ion implantation is, for example, 800 ° C. for 10 minutes and 10 minutes in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment is performed at 00 ° C. for 10 seconds 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 becomes possible to form silicide on the surface of the source / drain regions in a self-aligned manner without forming silicide on a. As shown in FIG. 11F, a refractory metal film 1002 is formed by depositing cobalt in a film thickness of 10 to 20 nm over the entire area by a sputtering method or the like, and RTA (Rapid
1 is heated by a thermal anneal method to react the underlying silicon (silicon substrate 601) with the refractory metal film 1002.
1 (g), the source 609 and the drain 610
A silicide 1003 is selectively formed thereover. The heating temperature for forming this silicide is 650 to 750 ° C.
The degree is good. The 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 forming the silicide, as shown in FIG. 11H, the underlying silicon and unreacted cobalt are selectively removed by wet etching using a mixed aqueous solution of hydrochloric acid: hydrogen peroxide: water. . When heated in a nitrogen atmosphere, nitrided cobalt is generated, so this nitrided cobalt is also selectively removed by wet etching using a mixed aqueous solution of hydrochloric acid: hydrogen peroxide: water. After that, the resistance of the silicide can be reduced by heating again at a temperature of about 750 to 850 ° C. by the RTA method. In addition to cobalt, titanium (1
0 to 30 nm) may be used. When titanium is used, wet etching with a mixed aqueous solution of ammonia: hydrogen peroxide water: water may be used to remove the excess titanium or titanium nitride immediately after the 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, the film thickness of 400 to 6 is obtained as in the case of FIG.
The lower interlayer insulating film 709 is formed to have a thickness of about 00 nm, and then the lower interlayer insulating film 709 is removed by a predetermined thickness by chemical mechanical polishing (CMP) of the oxide film, and at the same time, the hard mass is also removed to remove the sacrificial pattern 705a. Expose the top. Thereafter, by performing the same steps as shown in FIGS. 7H to 9Q, as shown in FIG.
In addition to the configuration shown in (q), a state in which the silicide 1003 is formed 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 are formed.
The contact resistance of 17 can be reduced.

【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 described above. For example, when the side wall 107 shown in FIG. 3E is formed, if the portions of the gate insulating film 102 on the regions to be the source / drain are simultaneously removed, the surface of the silicon substrate 101 to be the source / drain is exposed. . After this,
Similarly to (f), if the source 109 and the drain 110 are formed and a film of a refractory metal such as cobalt or titanium is formed over the entire area, the source. A 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, silicide is not formed on these surfaces. Thus, if the sidewall surface or the sacrificial film surface is hard to react with the refractory metal, it is possible to easily form the 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 when the above-mentioned wall is used again as the second barrier film will be described. First, as shown in FIG. 12A, a film thickness of 6 n is formed on the silicon substrate 101 by dry oxidation.
The insulating film 202 is formed to a thickness of about m. The insulating film 202 becomes a gate insulating film. Subsequently, a low voltage C is formed on the insulating film 202.
The polysilicon film 203 having a film thickness of about 70 nm is formed by the VD method.
Then, in this case, a tantalum nitride film is deposited on the polysilicon film 203 by a sputtering method to obtain a film thickness of 10
A TaN film 1201 is formed to a thickness of about nm. And Ta
A polysilicon film 705 having a film thickness of about 100 nm is formed on the N film 1201 by a low temperature CVD method of 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, and the lower gate is formed. The barrier film (first barrier film) 12 sandwiched between the electrode 103 and the sacrificial pattern 705a is formed.
01a is formed. Next, after removing the resist pattern 205, as shown in FIG. 12C, by selectively implanting ions using the sacrificial pattern 705 and the lower gate electrode 103 as a mask, the low concentration impurity region (LD
D) 108 is formed. Also here, As is ion-implanted with an implantation energy of 20 eV and the implantation amount is 3 × 10 13 cm -2.
It should be about.

【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, by etching back the silicon nitride film 206a by reactive ion etching (RIE) having vertical anisotropy, as shown in FIG.
3, barrier film 1201a, and sacrificial pattern 705a
A side wall 107a is formed on the side surface of the. Since the sidewall 107a is made of silicon nitride, it can be used as a second barrier film that suppresses the diffusion of copper. Next, as shown in FIG. 12F, the source 109 and the drain 110 are formed by selectively implanting ions by using the sacrificial pattern 705a, the lower gate electrode 103, and the sidewall 107a as a mask. The source 109 and the drain 110 are formed by ion-implanting As with 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, CV using ozone and TEOS as raw materials
According to D, boron phosphorus silicate glass is deposited, and FIG.
As shown in FIG. 3G, the lower interlayer insulating film 209 is formed to have a film 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 to expose 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.
13I, the sidewalls 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. 13J, 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 to have a film thickness of about 200 nm. The Cu layer 212 is formed. After this,
For example, as shown in FIG. 13 (r), by performing the same processing as that of FIG. 4 (k) to FIG. 5 (q) such as removing the Cu layer 212 by polishing by CMP of the metal film. A field effect transistor having 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。
A barrier film (first barrier film) 1201a is formed by forming a thin silicon oxide film after forming the TaN film 1201 and before forming the polysilicon film.
An etching stopper layer made of silicon oxide may be provided between the sacrificial pattern 705a and the sacrificial pattern 705a. By providing the etching stopper layer, the selective removal of the sacrificial pattern 705a becomes easier. The etching stopper layer can be selectively removed with respect to the barrier film and the sidewall by, for example, wet etching with 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 becomes longer than that in the first embodiment, and the resistance of the upper gate electrode decreases.

【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、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. An electrode, a first barrier film having conductivity that can inject a current sufficient to drive the channel portion into the lower gate electrode, and formed to cover the lower surface of the upper gate electrode to prevent the diffusion of copper; A second barrier film which is formed so as to contact the lower end of the first barrier film and covers both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper;
A third barrier film formed to cover the upper surface of the upper gate electrode to prevent the diffusion of copper, which is in contact with the second barrier film at its end portion, and formed on the silicon substrate so as to sandwich the region under the lower gate electrode. The first barrier film of the first barrier film comprises a metal silicide layer or a layer composed of a refractory metal metal and a compound of silicon and nitrogen. The metal silicide layer or the refractory metal is formed. A layer of a refractory metal nitride was arranged on a layer of a compound of metal, silicon, and nitrogen, and the uppermost layer was a multilayer film composed of a refractory metal. Therefore, the upper gate electrode is connected to the other parts of the field effect transistor and the first gate electrode.
~ It is configured to be in contact with the third barrier film. That is, the diffusion of copper from the upper gate electrode can be blocked in all directions. As a result, the present invention provides a material for a gate electrode of a field effect transistor,
It has an extremely excellent effect that copper can be used 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、加えて、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
のバリア膜および第2のバリア膜を形成する工程とを少
なくとも備えるようにした。
Further, in the present invention, the step of forming a gate insulating film on the silicon substrate, the step of forming a lower gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and the step of forming a sacrificial pattern on the lower gate electrode. And a step of 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 silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern. The first consisting of
Forming an 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 lower gate electrode. A step of forming a groove above the lower gate electrode of the interlayer insulating film, and a step of forming conductive first and second barrier films that prevent diffusion of copper so as to cover the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove. A step of forming an upper gate electrode made of copper in the groove through 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. When at least a step of forming a third barrier film that prevents diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode, in addition, game
After the upper surface of the electrode is exposed and the groove is formed, the first high melting point
A step of forming a metal film, and forming a metal film on the first refractory metal film.
A step of forming a nitride film of a refractory metal and the refractory metal
Forming a second refractory metal film on the nitride film of
And the copper in the area other than the groove and the first high melting point gold
Removal of metal film, refractory metal nitride film, and second refractory metal film
And an upper gate electrode made of copper and a first refractory metal film,
A first refractory metal nitride film and a second refractory metal film
And the steps of forming the second barrier film and
Was equipped so that even without.

【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。
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 an etching stopper layer on the lower gate electrode. A step of forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, a step of 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, a lower gate electrode And a step of forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the sacrificial pattern;
Selectively removing the interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern to form a groove above the lower gate electrode,
Selectively removing the sacrificial pattern to expose the upper surface of the etching stopper layer, removing the etching stopper layer to expose the upper surface of 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 conductivity for preventing the above, and forming an upper gate electrode made of copper in the groove through 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 blocking the diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode. And 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
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 it is manufactured as described above, the upper gate electrode is manufactured in a state of being in contact with other portions constituting the field effect transistor through the first to third barrier films. That is, the diffusion of copper from the upper gate electrode can be blocked 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 forming the source / drain, after the high temperature activation heat treatment for forming the source / drain,
The upper gate electrode will be formed. As a result, the upper gate electrode can be formed by 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、加えて、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備えるるようにした。
Further, according to 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. And a step of 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 insulation for preventing diffusion of copper on both sides of the lower gate electrode and the sacrificial pattern. A step of forming a side wall made of a material, a step of 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, selectively removing the sacrificial pattern to form a groove above the lower gate electrode, and Forming a first barrier film having conductivity so as to cover the upper surface of the gate electrode and prevent the diffusion of copper so that both ends contact the side wall; and an upper part made of copper through the first barrier film in the groove. The step of forming the gate electrode so that the bottom surface of the upper gate electrode is covered with the first barrier film and the both side surfaces are covered with the second barrier film having side walls, and the upper gate electrode is exposed. A step of forming a third barrier film for blocking the diffusion of copper so as to block the upper surface, and in addition, a film of a refractory metal in contact with the lower gate electrode
And a heat treatment to contact the lower gate electrode
The refractory metal film is silicided to contact the lower gate electrode.
To form a silicide film of a refractory metal to form a first barrier
Was so that comprising the step of the part of the film.

【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。
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 an etching stopper layer on the lower gate electrode. A step of forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, a step of 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, a lower gate electrode , A step of forming sidewalls made of an insulating material that prevents diffusion of copper on both sides of the etching stopper layer and the sacrificial pattern, and on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode, the etching stopper layer, and the sacrificial pattern. A step of forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide,
A step of removing the first interlayer insulating film to expose the upper surface of the sacrificial pattern; a step of selectively removing the sacrificial pattern to expose the upper surface of the etching stopper layer; A step of forming a groove in the groove, a step of forming a first barrier film having conductivity, which is in close contact with the lower gate electrode and covers the upper surface, and prevents the diffusion of copper so that both ends contact the side wall, A state in which an upper gate electrode made of copper is formed through the first barrier film, 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 a step of forming a third barrier film that blocks the 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。
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 forming an etching stopper layer on the lower gate electrode. A step of forming a sacrificial pattern on the etching stopper layer, a step of 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, a lower gate electrode , A step of forming sidewalls made of an insulating material that prevents diffusion of copper on both sides of the etching stopper layer and the sacrificial pattern, and on the silicon substrate so as to cover the lower gate electrode, the etching stopper layer, and the sacrificial pattern. A step of forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide,
A step of 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 a step of selectively removing the sacrificial pattern to expose the upper surface of the etching stopper layer. A step of removing the etching stopper layer, and a step of forming a conductive first barrier film that adheres to the lower gate electrode, covers the upper surface, and blocks the diffusion of copper so that both ends contact the sidewalls, An upper gate electrode made of copper is formed in the groove through a first barrier film, 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. At least a step of forming a state and a step of forming a third barrier film that blocks the diffusion of copper so as to block the exposed upper surface of the upper gate electrode are provided.

【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 it is manufactured as described above, the upper gate electrode is manufactured in a state of being in contact with many parts constituting the field effect transistor through the first to third barrier films. That is, the diffusion of copper from the upper gate electrode can be blocked 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 forming the source / drain, 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 by using copper whose melting point is not so high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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 sectional view schematically showing 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 diagram for explaining the manufacturing method of 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 diagram for explaining the manufacturing method of the field effect transistor according to the first embodiment, which is subsequent to FIG. 2;

【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 diagram following the process of FIG. 3 for explaining the method for manufacturing the field effect transistor according to the first embodiment.

【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 diagram for explaining the method of manufacturing the field effect transistor according to the first embodiment, which is subsequent to 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 for explaining the manufacturing method of the field-effect transistor in the 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 chart for explaining the method for manufacturing the field effect transistor according to the second embodiment, which is subsequent to 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 diagram following the process of FIG. 7 for explaining the method for manufacturing the field effect transistor according to 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 diagram following the process in FIG. 8 for explaining the method for manufacturing the field effect transistor according to the second embodiment.

【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 drawing for explaining a manufacturing method of 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 diagram that follows FIG. 10 and is for explaining a method for manufacturing a field effect transistor according to another embodiment 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 drawing for explaining a manufacturing method of 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 diagram for explaining the method for manufacturing the field effect transistor according to another embodiment of the present invention, which is subsequent to FIG.

【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 showing the structure of a conventional field effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。
101 ... Silicon substrate, 102 ... Gate insulating film, 103
... Lower gate electrode, 104 ... Upper gate electrode, 105 ...
Barrier film (first and second barrier film), 106 ... Barrier film (third barrier film), 107 ... Side wall, 108
... low-concentration impurity region, 109 ... source, 110 ... drain.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−294462(JP,A) 特開 平7−115196(JP,A) 特開 平7−273326(JP,A) 特開 平11−87701(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/28 H01L 21/44 H01L 29/40 - 29/43 H01L 29/872 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-10-294462 (JP, A) JP-A-7-115196 (JP, A) JP-A-7-273326 (JP, A) JP-A-11- 87701 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/28 H01L 21/44 H01L 29/40-29/43 H01L 29/872

Claims (31)

(57)【特許請求の範囲】(57) [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、 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 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。
1. A lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film, an upper gate electrode made of copper formed on the lower gate electrode, and a channel portion on the lower gate electrode. A first barrier film which has conductivity so that a sufficient current can be injected to prevent the diffusion of copper and is formed so as to cover the lower surface of the upper gate electrode, and the lower end contacts the first barrier film. And a second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper, and an end portion of the second barrier film contacts the upper surface of the upper gate electrode. Third to prevent the diffusion of copper formed on the surface
And a source / drain formed on the silicon substrate so as to sandwich the region under the lower gate electrode, the first barrier film has a lowermost layer of a metal silicide layer or a refractory metal metal and silicon. and is composed of a layer made of a compound of nitrogen, a layer of refractory metal nitride is disposed on a layer made of a compound of the layer or refractory metal metal, silicon and nitrogen of the metal silicide, is the top layer A field effect transistor, which is a multi-layer film composed of a refractory metal.
【請求項2】 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、 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 上層が高融点金属から構成された多層膜であり、 かつ、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
リア膜が構成されているものであることを特徴とする電
界効果トランジスタ。
2. A lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film, an upper gate electrode made of copper formed on the lower gate electrode, and a channel portion on the lower gate electrode. A first barrier film which has conductivity so that a sufficient current can be injected to prevent the diffusion of copper and is formed so as to cover the lower surface of the upper gate electrode, and a lower end contacts the first barrier film. And a second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper, and an end portion of the second barrier film contacts the upper surface of the upper gate electrode. Third to prevent the diffusion of copper formed on the surface
And a source / drain formed on the silicon substrate so as to sandwich the region below the lower gate electrode, the first barrier film has a bottom layer of a metal silicide layer or a refractory metal metal and silicon. And a layer of a compound of nitrogen and a metal silicide layer or a layer of a compound of refractory metal metal and silicon and nitrogen, and a layer of a refractory metal nitride is disposed on the uppermost layer. A multi-layer film made of a refractory metal, which has sidewalls formed on the side surfaces of the lower gate electrode and the upper gate electrode, and a part of the sidewalls constitutes the second barrier film. A field-effect transistor characterized by being present.
【請求項3】 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絶縁
材料から構成された第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、 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 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。
3. A lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film, an upper gate electrode made of copper formed on the lower gate electrode, and a channel portion on the lower gate electrode. A first barrier film which has conductivity so that a sufficient current can be injected to prevent the diffusion of copper and is formed so as to cover the lower surface of the upper gate electrode, and a lower end of the first barrier film contacts the first barrier film. And a second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper, and an end portion of the second barrier film contacts the upper surface of the upper gate electrode. And a source / drain formed on the silicon substrate so as to interpose a region under the lower gate electrode, the third barrier film being formed of an insulating material that prevents copper from diffusing. In the barrier film No. 1, the lowermost layer is composed of a metal silicide layer or a layer made of a compound of refractory metal metal and silicon and nitrogen. This barrier film is made of a metal silicide layer or a compound of refractory metal metal, silicon and nitrogen. A field-effect transistor, wherein a layer of a refractory metal nitride is disposed on the layer , and the uppermost layer is a multilayer film made of a refractory metal.
【請求項4】 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絶縁
材料から構成された第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、 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 上層が高融点金属から構成された多層膜であり、 かつ、前記上部ゲート電極上面の上を開放して前記シリ
コン基板の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
たものであることを特徴とする電界効果トランジスタ。
4. A lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film, an upper gate electrode made of copper formed on the lower gate electrode, and a channel portion on the lower gate electrode. A first barrier film which has conductivity so that a sufficient current can be injected to prevent the diffusion of copper and is formed so as to cover the lower surface of the upper gate electrode, and a lower end of the first barrier film contacts the first barrier film. And a second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper, and an end portion of the second barrier film contacts the upper surface of the upper gate electrode. And a source / drain formed on the silicon substrate so as to interpose a region under the lower gate electrode, the third barrier film being formed of an insulating material that prevents copper from diffusing. In the barrier film No. 1, the lowermost layer is composed of a metal silicide layer or a layer made of a compound of refractory metal metal and silicon and nitrogen. This barrier film is made of a metal silicide layer or a compound of refractory metal metal, silicon and nitrogen. A layer of a refractory metal nitride is disposed on the layer , the uppermost layer is a multilayer film composed of a refractory metal, and the upper surface of the upper gate electrode is opened to form a layer on the silicon substrate. A field effect transistor comprising an insulating layer formed, wherein the third barrier film is formed to extend on the insulating layer.
【請求項5】 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、 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 上層が高融点金属から構成された多層膜であり、 前記第2のバリア膜および前記第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たもの
であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
5. A lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film, an upper gate electrode made of copper formed on the lower gate electrode, and a channel portion on the lower gate electrode. A first barrier film which has conductivity so that a sufficient current can be injected to prevent the diffusion of copper and is formed so as to cover the lower surface of the upper gate electrode, and a lower end of the first barrier film contacts the first barrier film. And a second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper, and an end portion of the second barrier film contacts the upper surface of the upper gate electrode. Third to prevent the diffusion of copper formed on the surface
And a source / drain formed on the silicon substrate so as to sandwich the region below the lower gate electrode, the first barrier film has a bottom layer of a metal silicide layer or a refractory metal metal and silicon. And a layer of a compound of nitrogen and a metal silicide layer or a layer of a compound of refractory metal metal and silicon and nitrogen, and a layer of a refractory metal nitride is disposed on the uppermost layer. An electric field, wherein the second barrier film and the third barrier film are multilayer films made of a refractory metal, and the second barrier film and the third barrier film are made of a refractory metal or a nitride of a refractory metal. Effect transistor.
【請求項6】 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、 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 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。
6. A lower gate electrode made of silicon formed on a silicon substrate via a gate insulating film, an upper gate electrode made of copper formed on the lower gate electrode, and a channel portion on the lower gate electrode. A first barrier film which has conductivity so that a sufficient current can be injected to prevent the diffusion of copper and is formed so as to cover the lower surface of the upper gate electrode, and a lower end of the first barrier film contacts the first barrier film. And a second barrier film formed to cover both side surfaces of the upper gate electrode to prevent diffusion of copper, and an end portion of the second barrier film contacts the upper surface of the upper gate electrode. A third barrier film made of silicon nitride or boron nitride, which prevents the diffusion of copper formed on the silicon substrate, and formed on the silicon substrate so as to sandwich the region under the lower gate electrode. The first barrier film of the first barrier film is composed of a metal silicide layer or a layer made of a compound of refractory metal metal and silicon and nitrogen. The metal silicide layer or refractory metal a layer of refractory metal nitride is disposed on a layer made of a compound of metal and silicon and nitrogen, the field effect transistor, characterized in that the top layer is a multilayer film composed of a refractory metal.
【請求項7】 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の側面を覆うよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜お
よび第2のバリア膜を形成する工程と、 前記溝の内部に前記第1のバリア膜および前記第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のバリ
ア膜および第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
7. A gate insulating film is formed on a silicon substrate.
And 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
And a sacrificial pattern is formed on the etching stopper layer.
And a step of masking the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
To introduce impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate.
And a step of forming source / drain, and so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
A first layer of silicon oxide on the silicon substrate
A step of forming an interlayer insulating film, removing the first interlayer insulating film, and removing the sacrificial pattern;
Exposing the surface, and selectively removing the sacrificial pattern to remove the etching pattern.
Exposing the upper surface of the topper layer and removing the etching stopper layer to remove the lower gate
Exposing the upper surface of the electrode to form a groove above the lower gate electrode
A step of, so as to cover the side surfaces of the lower gate electrode upper surface and the groove
The first barrier film and the conductive first barrier film that prevent the diffusion of copper.
And a step of forming a second barrier film, and the step of forming the first barrier film and the second barrier film inside the groove.
Before forming the upper gate electrode made of copper through the rear film
The bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are the first burrs.
(A) A step of covering with the film and the second barrier film
And copper to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode.
And forming a third barrier film that prevents diffusion little of
Field effect transistor characterized by having at least
Manufacturing method .
【請求項8】 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の側面を覆うよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜お
よび第2のバリア膜を形成する工程と、 前記溝の内部に前記第1のバリア膜および前記第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のバリ
ア膜および第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
8. A gate insulating film is formed on a silicon substrate.
And 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
And a sacrificial pattern is formed on the etching stopper layer.
And a step of masking the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
To introduce impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate.
And a step of forming source / drain, and so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
A first layer of silicon oxide on the silicon substrate
A step of forming an interlayer insulating film, and the sacrificial pattern by selectively removing the first interlayer insulating film.
Exposing the upper surface of the gate to form a groove above the lower gate electrode.
And a step of selectively removing the sacrificial pattern to form the etching pattern.
Exposing a topper layer top surface, said lower gate and removing the etching stopper layer
Exposing the upper surface of the electrode, and covering the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove.
The first barrier film and the conductive first barrier film that prevent the diffusion of copper.
And a step of forming a second barrier film, and the step of forming the first barrier film and the second barrier film inside the groove.
Before forming the upper gate electrode made of copper through the rear film
The bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are the first burrs.
(A) A step of covering with the film and the second barrier film
And copper to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode.
And forming a third barrier film that prevents diffusion little of
Field effect transistor characterized by having at least
Manufacturing method .
【請求項9】 請求項7または8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
9. The field effect transistor according to claim 7 or 8.
In the method of manufacturing a transistor, the sacrificial pattern is exposed to a predetermined etching treatment condition.
The material that etches faster than silicon oxide.
Of manufacturing a field effect transistor characterized by
Law .
【請求項10】 請求項7〜9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、 前記犠牲パターン,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
10. The method according to any one of claims 7 to 9.
In the method for manufacturing a field effect transistor, the sacrificial pattern, the etching stopper layer, the lower gate, and the like.
Characterized in that the electrode is processed with a hard mask
Method for manufacturing field effect transistor .
【請求項11】 請求項7または8に記載の電界効果ト
ランジスタの製造方法において、 前記犠牲パターン,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
11. The field effect transistor according to claim 7 or 8.
In the method of manufacturing a transistor, the sacrificial pattern, the etching stopper layer, the lower gate, and the like.
The cathode electrode is made of silicon oxide or silicon nitride.
Field effect transistor characterized by being processed by a mask
Method of manufacturing a register .
【請求項12】 請求項7〜11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のバリア膜および第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
12. The method according to any one of claims 7 to 11.
In the method for manufacturing a field effect transistor of , after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
A process of forming a refractory metal film and a process of forming a refractory metal nitride film on the refractory metal film.
The step of depositing copper , the copper in the region other than the groove, the refractory metal film, the high
The upper gate made of copper is formed by removing the nitride film of the melting point metal.
From the electrode, the refractory metal film and the nitride film of the refractory metal
For forming the first barrier film and the second barrier film
Field effect tiger, characterized in that a degree of at least
Method of manufacturing a register .
【請求項13】 請求項7〜11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のバリア膜および第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
13. The method according to any one of claims 7 to 11.
In the method for manufacturing a field effect transistor of , after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
Forming a first refractory metal film, and forming a refractory metal nitride film on the first refractory metal film
And the step of forming a second refractory metal film on the refractory metal nitride film.
The step of forming a copper film , the copper in the region other than the groove, the first refractory metal film,
The refractory metal nitride film and the second refractory metal film are removed.
And the upper gate electrode made of copper and the first high melting point
Point metal film, high melting point metal nitride film, second high melting point film
The first barrier film and the second barrier film made of a metal film
Electrodeposition, characterized in that the step comprising at least forming
Method for manufacturing field effect transistor .
【請求項14】 請求項7〜11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からなる化合物
膜を成膜する工程と、 この化合物膜の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、前記化合物膜、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
と前記化合物膜と前記高融点金属の窒化膜からなる第1
のバリア膜および第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
14. The method according to any one of claims 7 to 11.
In the method for manufacturing a field effect transistor of , after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
A compound composed of a refractory metal, a compound of silicon and nitrogen
Step of forming film and step of forming nitride film of refractory metal on this compound film
And a step of forming a copper film to be the upper gate electrode, the copper in the region other than the groove, the compound film, the high melting point
The upper gate electrode made of copper is formed by removing the metal nitride film.
And a compound film and a nitride film of the refractory metal
And a step less to form a barrier film and the second barrier film
Field effect transistor characterized by having at least
Manufacturing method .
【請求項15】 請求項7〜11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からなる化合物
膜を成膜する工程と、 この化合物膜の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、前記化合物膜,前記高融点
金属の窒化膜,前記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化合物膜,前記高融点金属の
窒化膜,前記高融点金属膜からなる第1のバリア膜およ
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。
15. The method according to any one of claims 7 to 11.
In field effect transistors manufacturing method, after the lower gate electrode upper surface is exposed, a groove is formed,
A compound composed of a refractory metal, a compound of silicon and nitrogen
Step of forming film and step of forming nitride film of refractory metal on this compound film
And a process of forming a refractory metal film on this refractory metal nitride film.
The step of depositing copper to be the upper gate electrode, the copper in the region other than the groove, the compound film, and the high melting point.
The metal nitride film and the refractory metal film are removed, and the copper is removed.
Of the upper gate electrode, the compound film, and the refractory metal
A nitride film, a first barrier film composed of the refractory metal film, and
And a step of forming a second barrier film, and a method of manufacturing a field effect transistor.
【請求項16】 請求項12または13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。
16. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 12 , wherein a refractory metal film is formed in contact with the lower gate electrode.
Process and heat treatment to form a refractory metal film in contact with the lower gate electrode
Is silicided to contact the lower gate electrode and has a high melting point.
A metal silicide film is formed to form one of the first barrier film.
Method of manufacturing a field effect transistor, characterized in that the step with at least a part.
【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バリ
ア膜を形成する工程と、 前記溝の内部に前記第1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
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
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 加えて、 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。
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 a sacrificial pattern on the lower gate electrode.
When a step of forming the source and drain by introducing impurities into predetermined weight region of said silicon substrate to the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask, on both side surfaces of the lower gate electrode and the sacrificial pattern
A step of forming a side wall made of an insulating material that prevents diffusion of copper, and a step of 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 expose the upper surface of the sacrificial pattern, and selectively removing the sacrificial pattern to remove the lower gate electrode.
Forming a groove in the uppermost portion, and covering the upper surface of the lower gate electrode so that both ends are in contact with the sidewall.
Forming a first burr <br/> A film having conductivity that prevents the diffusion of copper so that the upper gate electrode made of copper through the first barrier film inside the groove formed a bottom surface of the upper gate electrode is covered with <br/> the first barrier film ne from both sides said side walls
That a step of the covered state to the second barrier film, comprising at least a step of forming a third barrier film that prevents diffusion of copper so as to close the exposed portion of the upper surface of the upper gate electrode, In addition, a film of refractory metal is formed in contact with the lower gate electrode.
Process and heat treatment to form a refractory metal film in contact with the lower gate electrode
Is silicided to contact the lower gate electrode and has a high melting point.
A metal silicide film is formed to form one of the first barrier film.
And a step of forming a part .
【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,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バリア膜を形成する工程と、 前記溝の内部に前記第1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
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
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; Lower gate electrode , the etching stopper layer,
And prevent copper diffusion on both sides of the sacrificial pattern
Forming a side wall made of an insulating material, the lower gate electrode, the etching stopper layer, and
And exposes a step of forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the silicon substrate so as to cover the sacrificial pattern, the upper surface of the sacrificial pattern by removing the first interlayer insulating film and as that engineering, thereby exposing the etching stopper layer upper surface by selectively removing the sacrificial pattern, the steps that form a groove on the lower gate electrode upper and removing the etching stopper layer, the lower Adheres closely to the gate electrode and covers the upper surface, and both ends are on the above side.
Forming a step of forming a first barrier film having conductivity that prevents the diffusion of copper to contact the wall, an upper gate electrode made of copper through the first barrier film inside the groove sides the bottom surface of the upper gate electrode is covered with <br/> the first barrier film Te ne from said side wall
A step of the second barrier film covered state that, with at least a step of forming a third barrier film that prevents diffusion of copper so as to close the exposed portion of the upper surface of the upper gate electrode A method for manufacturing a field effect transistor, comprising:
【請求項19】 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、 前記溝の内部に前記第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。
19. A gate insulating film is formed on a silicon substrate.
And 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
And a sacrificial pattern is formed on the etching stopper layer.
And a step of masking the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
To introduce impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate.
And a step of forming source / drain, the lower gate electrode, the etching stopper layer, and
And prevent copper diffusion on both sides of the sacrificial pattern
Forming a side wall made of an insulating material, the lower gate electrode, the etching stopper layer, and
And the silicon substrate so as to cover the sacrificial pattern
First interlayer insulating film made of silicon oxide is formed on
And the sacrificial pattern by selectively removing the first interlayer insulating film.
Exposing the upper surface of the gate to form a groove above the lower gate electrode.
And a step of selectively removing the sacrificial pattern to form the etching pattern.
Exposing a topper layer top surface, removing the etching stopper layer, both ends cover the upper surface in close contact with the lower gate electrode is the side
Has conductivity that prevents the diffusion of copper to contact the wall
Forming a first barrier film, and comprising copper inside the groove via the first barrier film
Forming a top gate electrode so that the bottom surface of the top gate electrode is
Both side surfaces are covered with the first barrier film and are not formed from the side walls.
Covering the exposed upper surface of the upper gate electrode with copper so as to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode.
And forming a third barrier film that prevents diffusion little of
A method for manufacturing a field effect transistor, which is characterized by having at least one.
【請求項20】 請求項18または19に記載の電界効
果トランジスタの製造方法において、前記犠牲パターン,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 18 , wherein the sacrificial pattern, the etching stopper layer, and the lower gate.
A method of manufacturing a field-effect transistor, characterized in that the gate electrode is processed by a hard mask .
【請求項21】 請求項18または19に記載の電界効
果トランジスタの製造方法において、 前記犠牲パターン,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 of manufacturing a field effect transistor according to claim 18 , wherein the sacrificial pattern, the etching stopper layer, and the lower gate electrode are processed by a hard mask made of silicon oxide or silicon nitride. Of manufacturing a field effect transistor having the same.
【請求項22】 請求項1〜21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。
22. A manufacturing method of a field effect transistor according to any one of claims 1 8-21, forming a refractory metal film in contact with the lower gate electrode
Process and heat treatment to form a refractory metal film in contact with the lower gate electrode
Is silicided to contact the lower gate electrode and has a high melting point.
A metal silicide film is formed to form one of the first barrier film.
And a step of forming a part .
【請求項23】 請求項1〜21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。
23. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 18 , wherein a refractory metal film is formed in contact with the lower gate electrode.
And extent, refractory metal nitride heat treatment to contact with the lower gate electrode
Reacting the film with silicon to contact the lower gate electrode
Form a compound film of refractory metal, silicon and nitrogen,
A step of forming a part of the first barrier film, and a method for manufacturing a field effect transistor.
【請求項24】 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の側面を覆うよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜お
よび第2のバリア膜を形成する工程と、 前記溝の内部に前記第1のバリア膜および前記第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のバリ
ア膜および第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、 加えて、 前記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のバリア膜および第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. Forming a gate insulating film on a silicon substrate
And 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
And a mask for the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
To introduce impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate.
And a step of forming source / drain, and so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
A first layer of silicon oxide on the silicon substrate
A step of forming an interlayer insulating film, removing the first interlayer insulating film, and removing the sacrificial pattern;
Exposing the surface and selectively removing the sacrificial pattern to remove the lower gate electrode.
The upper surface is exposed to expose the lower gate of the first interlayer insulating film.
Forming a groove above the gate electrode and covering the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove.
The first barrier film and the conductive first barrier film that prevent the diffusion of copper.
And a step of forming a second barrier film, and the step of forming the first barrier film and the second barrier film inside the groove.
Before forming the upper gate electrode made of copper through the rear film
The bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are the first burrs.
(A) A step of covering with the film and the second barrier film
And copper to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode.
And forming a third barrier film that prevents diffusion little of
In addition to the above , in addition to exposing the upper surface of the gate electrode and forming a groove,
And forming a refractory metal nitride film on the first refractory metal film.
And the step of forming a second refractory metal film on the refractory metal nitride film.
The step of forming a copper film , the copper in the region other than the groove, the first refractory metal film,
The refractory metal nitride film and the second refractory metal film are removed.
And the upper gate electrode made of copper and the first high melting point
Point metal film, high melting point metal nitride film, second high melting point film
The first barrier film and the second barrier film made of a metal film
And a step of forming the field effect transistor.
【請求項25】 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の側面を覆うよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜お
よび第2のバリア膜を形成する工程と、 前記溝の内部に前記第1のバリア膜および前記第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のバリ
ア膜および第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、 加えて、 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からなる化合物
膜を成膜する工程と、 この化合物膜の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、前記化合物膜、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
と前記化合物膜と前記高融点金属の窒化膜からなる第1
のバリア膜および第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. A gate insulating film is formed on a silicon substrate.
And 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
And a mask for the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
To introduce impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate.
And a step of forming source / drain, and so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
A first layer of silicon oxide on the silicon substrate
A step of forming an interlayer insulating film, removing the first interlayer insulating film, and removing the sacrificial pattern;
Exposing the surface and selectively removing the sacrificial pattern to remove the lower gate electrode.
The upper surface is exposed to expose the lower gate of the first interlayer insulating film.
Forming a groove above the gate electrode and covering the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove.
The first barrier film and the conductive first barrier film that prevent the diffusion of copper.
And a step of forming a second barrier film, and the step of forming the first barrier film and the second barrier film inside the groove.
Before forming the upper gate electrode made of copper through the rear film
The bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are the first burrs.
(A) A step of covering with the film and the second barrier film
And copper to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode.
And forming a third barrier film that prevents diffusion little of
In addition to the above , in addition, after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
A compound composed of a refractory metal, a compound of silicon and nitrogen
Step of forming film and step of forming nitride film of refractory metal on this compound film
And a step of forming a copper film to be the upper gate electrode, the copper in the region other than the groove, the compound film, the high melting point
The upper gate electrode made of copper is formed by removing the metal nitride film.
And a compound film and a nitride film of the refractory metal
And at least a step of forming a barrier film and a second barrier film .
【請求項26】 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の側面を覆うよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜お
よび第2のバリア膜を形成する工程と、 前記溝の内部に前記第1のバリア膜および前記第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のバリ
ア膜および第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、 加えて、 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からなる化合物
膜を成膜する工程と、 この化合物膜の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、前記化合物膜,前記高融点
金属の窒化膜,前記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化合物膜,前記高融点金属の
窒化膜,前記高融点金属膜からなる第1のバリア膜およ
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。
26. Forming a gate insulating film on a silicon substrate
And 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
And a mask for the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
To introduce impurities into a predetermined amount region of the silicon substrate.
And a step of forming source / drain, and so as to cover the lower gate electrode and the sacrificial pattern.
A first layer of silicon oxide on the silicon substrate
A step of forming an interlayer insulating film, removing the first interlayer insulating film, and removing the sacrificial pattern;
Exposing the surface and selectively removing the sacrificial pattern to remove the lower gate electrode.
The upper surface is exposed to expose the lower gate of the first interlayer insulating film.
Forming a groove above the gate electrode and covering the upper surface of the lower gate electrode and the side surface of the groove.
The first barrier film and the conductive first barrier film that prevent the diffusion of copper.
And a step of forming a second barrier film, and the step of forming the first barrier film and the second barrier film inside the groove.
Before forming the upper gate electrode made of copper through the rear film
The bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are the first burrs.
(A) A step of covering with the film and the second barrier film
And copper to cover the exposed upper surface of the upper gate electrode.
And forming a third barrier film that prevents diffusion little of
In addition to the above , in addition, after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
A compound composed of a refractory metal, a compound of silicon and nitrogen
Step of forming film and step of forming nitride film of refractory metal on this compound film
And a process of forming a refractory metal film on this refractory metal nitride film.
The step of depositing copper to be the upper gate electrode, the copper in the region other than the groove, the compound film, and the high melting point.
The metal nitride film and the refractory metal film are removed, and the copper is removed.
Of the upper gate electrode, the compound film, and the refractory metal
A nitride film, a first barrier film composed of the refractory metal film, and
And a step of forming a second barrier film, and a method of manufacturing a field effect transistor.
【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 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の側面をうよう
に銅の拡散を阻止する導電性を有する第1のバリア膜
よび第2のバリア膜を形成する工程と、 前記溝の内部に前記第1のバリア膜および前記第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のバリ
ア膜および第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 加えて、 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のバリア膜および第2のバリア膜を形成する工
程と、 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。
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. said silicon substrate so as to cover the step, the pre-Symbol lower gate electrode and the sacrificial pattern to form the source and drain by introducing impurities into predetermined weight region of said silicon substrate to the lower gate electrode and the sacrificial pattern as a mask Forming a first interlayer insulating film made of silicon oxide on the upper surface, removing the first interlayer insulating film to expose an upper surface of the sacrificial pattern, and selectively removing the sacrificial pattern. the lower gate of said exposed first interlayer insulating film using the lower gate electrode upper surface Te
Forming a groove in the upper portion over gate electrode, a first barrier film having conductivity that prevents the diffusion of copper sides of the covering Migihitsuji <br/> of the lower gate electrode upper surface and the groove Contact
And a step of forming a second barrier film, and the step of forming the first barrier film and the second barrier film inside the groove.
Forming an upper gate electrode made of copper via a rear film so that a bottom surface and both side surfaces of the upper gate electrode are covered with the first barrier film and the second barrier film; At least forming a third barrier film that blocks the diffusion of copper so as to cover the exposed upper surface of the electrode , and in addition, after the upper surface of the lower gate electrode is exposed and a groove is formed,
A process of forming a refractory metal film and a process of forming a refractory metal nitride film on the refractory metal film.
The step of depositing copper , the copper in the region other than the groove, the refractory metal film, the high
The upper gate made of copper is formed by removing the nitride film of the melting point metal.
From the electrode, the refractory metal film and the nitride film of the refractory metal
For forming the first barrier film and the second barrier film
Then, a film of refractory metal is formed in contact with the lower gate electrode.
Process and heat treatment to form a refractory metal film in contact with the lower gate electrode
Is silicided to contact the lower gate electrode and has a high melting point.
A metal silicide film is formed to form one of the first barrier film.
And a step of forming a part .
【請求項28】 請求項17〜19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。
28. The method according to any one of claims 17 to 19.
2. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 1, wherein the sidewall is made of silicon nitride .
【請求項29】 請求項7〜11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。
29. The battery according to any one of claims 7 to 11.
In the method of manufacturing a field effect transistor, the first barrier film is formed on the upper surface of the lower gate electrode by tunneling.
A field effect transistor is manufactured by nitriding to a thickness at which a current flows .
【請求項30】 請求項7〜29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、前記溝の底面に対して垂
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。
30. A method of manufacturing a field effect transistor according to any one of claims 7 to 29, the first or second barrier layer is vertical with respect to the bottom surface of the groove
Increase the number of particles that are incident at a normal or near-normal angle.
A method of manufacturing a field effect transistor, characterized in that the film is formed by the above method.
【請求項31】 請求項7〜30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
とを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
31. A manufacturing method of a field effect transistor according to any one of claims 7-30, before forming the upper gate electrode, the source-drain
A method of manufacturing a field effect transistor, characterized in that a refractory metal silicide is formed in a predetermined region of the in .
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