JP2002026309A - Manufacturing method of field-effect transistor - Google Patents

Manufacturing method of field-effect transistor

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JP2002026309A
JP2002026309A JP2000209255A JP2000209255A JP2002026309A JP 2002026309 A JP2002026309 A JP 2002026309A JP 2000209255 A JP2000209255 A JP 2000209255A JP 2000209255 A JP2000209255 A JP 2000209255A JP 2002026309 A JP2002026309 A JP 2002026309A
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insulating film
interlayer insulating
replacement gate
silicon nitride
gate
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JP2000209255A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyotaka Tsuji
清孝 辻
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a field-effect transistor, which uses a replacement gate process. SOLUTION: An interlayer insulating film 2 is formed on a substrate 1, and it is vertically removed relative to the substrate 1 so that a part of the substrate 1 is exposed. A silicon nitride film 3 is allowed to stick for covering the interlayer insulating film 2, which is etched so as to remain only on a side surface of the interlayer insulating film 2 to provide a replacement gate wall 4. The interlayer insulating film 2 is removed and ion is implanted with the replacement gate wall 4 as a mask. The implanted ion is annealed for diffusion to form a source diffusion layer 5 and a drain diffusion layer 6. An interlayer insulating film 7 is formed to cover the replacement gate wall 4, the source diffusion layer 5, and the drain diffusion layer 6, and then flattened up to the upper part of the replacement gate wall 4. The replacement gate wall 4 is removed and a gate insulating film 8 and a gate electrode 9 are formed in a gate region.

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、電界効果型トラン
ジスタ(FET)の製造方法に関し、特に、置換ゲート
プロセスを用いて製造するFETの製造方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a field effect transistor (FET), and more particularly, to a method of manufacturing an FET manufactured by using a replacement gate process.

【0002】[0002]

【従来の技術】FET構造の微細化に伴いゲート絶縁膜
としてのゲート酸化膜の薄膜化することが望まれてい
る。例えば、望まれるFET構造の実用化のためには、
ゲート長を100nm以下とすることが要求され、これ
に伴いゲート酸化膜の厚さを2nm以下とすることが要
求される。しかし、ゲート酸化膜の厚さを2nm以下の
厚さとした場合では、リーク電流が増大し、結果として
消費電力が増大し、回路動作が劣化してしまうため実用
化が困難であった。そのために、ゲート絶縁膜として、
酸化膜(SiO2 )より比誘電率の高い高誘電体膜を用
いて、物理膜的な膜厚を薄く、電気的な膜厚を厚くし
て、リーク電流を減少させる手法が取られてきた。しか
し、高誘電体材料は耐熱性の低い(例えば、BSTの耐
熱温度は800℃である)材料が多いため、ソース拡散
層とドレイン拡散層とを形成するための活性化アニール
(約1000℃)を行うと、高誘電体膜とゲート電極と
の反応によりシリサイドおよびSiO2 等の化合物が形
成され、または高誘電体膜とシリコン基板との間の界面
酸化によりSiO2 等が形成されて、高誘電体膜の比誘
電率より比誘電率の低い層が形成される。形成された比
誘電率の低い層は高誘電体膜と直列に接続されることと
なり、これによりゲート容量は小さくなり、結果として
ゲート容量を増大させるために用いた高誘電体膜による
ゲート容量の増大の効果が得られない。
2. Description of the Related Art Along with miniaturization of an FET structure, it is desired to make a gate oxide film as a gate insulating film thinner. For example, to put the desired FET structure into practical use,
It is required that the gate length be 100 nm or less, and accordingly, the thickness of the gate oxide film is required to be 2 nm or less. However, when the thickness of the gate oxide film is 2 nm or less, the leak current increases, and as a result, the power consumption increases and the circuit operation deteriorates, so that it has been difficult to put the gate oxide film to practical use. Therefore, as a gate insulating film,
A method of reducing a leakage current by using a high dielectric film having a higher relative dielectric constant than an oxide film (SiO 2 ) to reduce the physical film thickness and increase the electrical film thickness has been adopted. . However, since many high-dielectric materials have low heat resistance (for example, the heat resistance temperature of BST is 800 ° C.), activation annealing (about 1000 ° C.) for forming the source diffusion layer and the drain diffusion layer is performed. Is performed, silicide and a compound such as SiO 2 are formed by a reaction between the high dielectric film and the gate electrode, or SiO 2 or the like is formed by interfacial oxidation between the high dielectric film and the silicon substrate. A layer having a lower dielectric constant than the dielectric constant of the dielectric film is formed. The formed layer having a low relative dielectric constant is connected in series with the high dielectric film, thereby reducing the gate capacitance. As a result, the gate capacitance of the high dielectric film used to increase the gate capacitance is reduced. The effect of increase cannot be obtained.

【0003】このような問題を解決するFETの製造方
法として、ゲート絶縁膜とゲート電極とを形成した後に
アニール処理をする通常のFETの製造方法に対して、
アニール処理後にゲート絶縁膜とゲート電極とを形成す
る置換ゲートプロセスを用いるFETの製造方法があ
る。置換ゲートプロセスを用いるMOSFETの製造方
法では、ソース拡散層とドレイン拡散層とを形成するイ
オン注入のために、後の工程で除去するダミーの置換ゲ
ート壁を設ける。次に、注入イオンを拡散させるための
アニール処理を行ってソース拡散層とドレイン拡散層と
を形成し、置換ゲート壁を除去して、ゲート絶縁膜とゲ
ート電極とを形成する。この置換ゲートプロセスを用い
る方法では、ゲート絶縁膜とゲート電極との材料として
耐熱性の低い材料を用いることができる。
As a method of manufacturing an FET that solves such a problem, a method of manufacturing an FET that performs an annealing process after forming a gate insulating film and a gate electrode is described below.
There is a method of manufacturing an FET using a replacement gate process in which a gate insulating film and a gate electrode are formed after an annealing process. In a method of manufacturing a MOSFET using a replacement gate process, a dummy replacement gate wall to be removed in a later step is provided for ion implantation for forming a source diffusion layer and a drain diffusion layer. Next, an annealing process for diffusing implanted ions is performed to form a source diffusion layer and a drain diffusion layer, and the replacement gate wall is removed to form a gate insulating film and a gate electrode. In the method using the replacement gate process, a material having low heat resistance can be used as a material for the gate insulating film and the gate electrode.

【0004】図2(a)〜(f)は、従来の置換ゲート
プロセスを用いる半導体装置の製造方法を示す断面図で
ある。図2に示した製造方法は、FETを置換ゲートプ
ロセスを用いて製造する方法である。図2において、2
1はSi等からなる基板、22はSiO2等からなる置
換ゲート絶縁膜、23は窒化シリコン膜からなる置換ゲ
ート壁、24はソース拡散層、25はドレイン拡散層、
26はPSG等からなる層間絶縁膜、27はAl23
からなるゲート絶縁膜、28はAl等からなるゲート電
極、29はマスク、30はPSG等からなる層間絶縁
膜、および31はAl等のからなる配線層を示してい
る。
FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device using a conventional replacement gate process. The manufacturing method shown in FIG. 2 is a method for manufacturing an FET using a replacement gate process. In FIG. 2, 2
1 is a substrate made of Si or the like, 22 is a substituted gate insulating film made of SiO 2 or the like, 23 is a substituted gate wall made of a silicon nitride film, 24 is a source diffusion layer, 25 is a drain diffusion layer,
26 is an interlayer insulating film made of PSG or the like, 27 is a gate insulating film made of Al 2 O 3 or the like, 28 is a gate electrode made of Al or the like, 29 is a mask, 30 is an interlayer insulating film made of PSG or the like, and 31 is Al And the like.

【0005】次に、その製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the same will be described.

【0006】まず、図2(a)に示すように、SiO2
等からなる絶縁膜が形成されたシリコン基板21上へ、
例えばCVD法により窒化シリコン膜が付着された後
に、写真現像技術を用いてマスクを形成し、絶縁膜と窒
化シリコン膜とを選択的にエッチングして、置換ゲート
絶縁膜22と置換ゲート壁23とが形成され、置換ゲー
ト絶縁膜22と置換ゲート壁23とが形成されていない
基板21は露出される。
[0006] First, as shown in FIG. 2 (a), SiO 2
Onto a silicon substrate 21 on which an insulating film made of
For example, after a silicon nitride film is deposited by a CVD method, a mask is formed using a photo-developing technique, and the insulating film and the silicon nitride film are selectively etched to form a replacement gate insulating film 22 and a replacement gate wall 23. Is formed, and the substrate 21 where the replacement gate insulating film 22 and the replacement gate wall 23 are not formed is exposed.

【0007】次に、図2(b)に示すように、置換ゲー
ト壁23をマスクとしてAs+ がシリコン基板21へイ
オン注入された後に、アニール処理を行い注入されたイ
オンを活性化させてソース拡散層24とドレイン拡散層
25とが形成される。次に、置換ゲート壁23を覆うよ
うにPSG等からなる層間絶縁膜26が形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, after As.sup. + Is ion-implanted into the silicon substrate 21 using the replacement gate wall 23 as a mask, an annealing process is performed to activate the implanted ions and to perform the source implantation. A diffusion layer 24 and a drain diffusion layer 25 are formed. Next, an interlayer insulating film 26 made of PSG or the like is formed so as to cover the replacement gate wall 23.

【0008】次に、図2(c)に示すように、CMP
(化学的機械的研磨)等の技術を用いて、層間絶縁膜2
6は平坦化される。平坦化は、置換ゲート壁23の上部
が露出するまで行われる。
[0008] Next, as shown in FIG.
(Chemical mechanical polishing) or the like, using an interlayer insulating film 2
6 is flattened. The planarization is performed until the upper part of the replacement gate wall 23 is exposed.

【0009】次に、図2(d)に示すように、選択性の
高いエッチング法により置換ゲート壁23と置換ゲート
絶縁膜22とは選択的にエッチングされる。この際に、
置換ゲート壁23をエッチングして形成するためには、
置換ゲート壁23の材料として層間絶縁膜25よりも高
いエッチングの選択比を得る材料を用いることが必要で
ある。通常、基板21にシリコンを用いる場合、層間絶
縁膜26にはBPSG,SiO2 ,およびPSG等の二
酸化シリコン系の材料が用いられる。シリコン製造工程
に使用でき、二酸化シリコン系の材料よりも高いエッチ
ングの選択比がある材料とエッチング方法との組み合わ
せとしては、窒化シリコンと熱リン酸を用いるエッチン
グ方法との組合せが最適である。このために、置換ゲー
ト壁23の材料として窒化シリコンが用いられる。
Next, as shown in FIG. 2D, the replacement gate wall 23 and the replacement gate insulating film 22 are selectively etched by a highly selective etching method. At this time,
In order to form the replacement gate wall 23 by etching,
It is necessary to use a material having a higher etching selectivity than the interlayer insulating film 25 as a material of the replacement gate wall 23. Normally, when silicon is used for the substrate 21, a silicon dioxide-based material such as BPSG, SiO 2 , and PSG is used for the interlayer insulating film 26. As a combination of a material that can be used in a silicon manufacturing process and has a higher etching selectivity than a silicon dioxide-based material and an etching method, a combination of an etching method using silicon nitride and hot phosphoric acid is optimal. For this purpose, silicon nitride is used as the material of the replacement gate wall 23.

【0010】次に、図2(e)に示すように、被覆性の
良い成長方法を用いて絶縁膜層27とゲート電極28と
が形成される。
Next, as shown in FIG. 2E, an insulating film layer 27 and a gate electrode 28 are formed by using a growth method having good covering properties.

【0011】次に、図2(f)に示すように、例えば写
真現像技術を用いてマスク29を形成して、ゲート電極
28とゲート絶縁膜27とは選択的にエッチングされ
る。次に、マスク29は除去される。
Next, as shown in FIG. 2F, a mask 29 is formed using, for example, a photo-developing technique, and the gate electrode 28 and the gate insulating film 27 are selectively etched. Next, the mask 29 is removed.

【0012】最後に、図2(g)に示すように、全体を
覆うようにPSG等からなる層間絶縁膜30が形成さ
れ、ゲート電極27と,ソース拡散層24と,ドレイン
拡散層25とがコンタクトを取れるように層間絶縁膜3
0にコンタクトホールが形成され、コンタクトホールに
Al等の配線金属が充填される。次にAl等の配線金属
からなる配線層31が形成されてFETが得られる。
Finally, as shown in FIG. 2G, an interlayer insulating film 30 made of PSG or the like is formed so as to cover the whole, and the gate electrode 27, the source diffusion layer 24, and the drain diffusion layer 25 are formed. Interlayer insulating film 3 to make contact
0, a contact hole is formed, and the contact hole is filled with a wiring metal such as Al. Next, a wiring layer 31 made of a wiring metal such as Al is formed to obtain an FET.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1の
問題点は、置換ゲート壁を形成するために置換ゲート壁
の材料である窒化シリコン膜と基板であるシリコンとを
異方性エッチングする際に、所望の選択性を得ることが
困難であり、シリコン基板もエッチングしてしまうこと
である。
However, the first problem is that when forming a replacement gate wall, anisotropic etching is performed between a silicon nitride film as a material of the replacement gate wall and silicon as a substrate. It is difficult to obtain desired selectivity, and the silicon substrate is also etched.

【0014】その理由は、通常、窒化シリコン膜の異方
性エッチングに用いられるエッチングガス(塩素系、S
6系など)は、シリコン基板をエッチングする性質が
あるためである。
The reason is that an etching gas (chlorine-based, sulfur-based,
F 6 system, etc.), and there is a property of etching a silicon substrate.

【0015】第2の問題点は、置換ゲート壁に用いる窒
化シリコン膜はエッチングが困難な材料であり、またエ
ッチングする膜厚が置換ゲート壁の高さであるために、
置換ゲート壁を基板に対して垂直に形成するのが困難で
あるということである。
The second problem is that the silicon nitride film used for the replacement gate wall is a material that is difficult to etch, and the thickness to be etched is the height of the replacement gate wall.
It is difficult to form the replacement gate wall perpendicular to the substrate.

【0016】その理由は、置換ゲートを形成するために
エッチングする膜厚が、ゲートの高さでありエッチング
が広範囲であるために、エッチングの精度がゲート形状
に大きく影響するためである。
The reason is that, since the film thickness to be etched to form the replacement gate is the height of the gate and the etching is performed in a wide range, the etching accuracy greatly affects the gate shape.

【0017】ゲート形状が垂直である必要性について説
明する。高集積化が要求されるFET構造においては、
ゲートを垂直な形状ではなく、従来のようにエッチング
に伴いゲート長が長くなる形状はパターン設計に余裕が
ないため実状にはそぐわない。また、アスペクト比の高
い置換ゲート壁を除去した後の溝にゲート絶縁膜とゲー
ト電極を形成するためには、従来のようなエッチングに
伴いゲート長が長くなる形状よりも垂直に形成されたゲ
ート形状の方が容易である。すなわち、高集積化にとも
ないゲート長を短くパターン設計され、これに伴いゲー
ト形状のアスペクト比が大きくなるため、垂直に形成さ
れるゲート形状でなければ、高集積化のFET構造に要
求されるゲート形状を物理的に得ることができない。こ
のために、置換ゲート壁は垂直に形成されることが要求
される。
The necessity of the vertical gate shape will be described. In FET structures that require high integration,
The shape in which the gate is not vertical and the gate length is increased due to etching as in the related art does not fit the actual condition because there is no room for pattern design. Also, in order to form the gate insulating film and the gate electrode in the trench after removing the replacement gate wall having a high aspect ratio, the gate formed vertically is formed more vertically than the conventional shape in which the gate length is increased by etching. The shape is easier. That is, as the gate length becomes shorter and the pattern is designed with higher integration, the aspect ratio of the gate shape becomes larger. As a result, if the gate shape is not vertically formed, the gate required for a highly integrated FET structure is required. The shape cannot be physically obtained. This requires that the replacement gate wall be formed vertically.

【0018】第3の問題点は、置換ゲート壁と置換ゲー
ト絶縁膜との加工の精度が写真現像技術とエッチング技
術との精度により決定されるため、実用化に要求される
ゲート長を100nm以下とするような微細な置換ゲー
ト壁の形成は非常に困難であるということである。
The third problem is that the processing accuracy of the replacement gate wall and the replacement gate insulating film is determined by the precision of the photo-developing technique and the etching technique, so that the gate length required for practical use is 100 nm or less. It is very difficult to form a fine replacement gate wall.

【0019】そこで上記従来の問題点を解消すべく、本
発明の目的は、置換ゲート壁を形成する際の異方性エッ
チングの選択性の影響を小さくするFETの製造方法を
提供することにある。
Therefore, in order to solve the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an FET in which the influence of the selectivity of anisotropic etching upon forming a replacement gate wall is reduced. .

【0020】本発明の他の目的は、置換ゲート壁の形状
を予め作製した層間絶縁膜等の壁の形状により決定する
ものとして、基板に対して垂直な置換ゲート壁の形状が
容易に得られるFETの製造方法を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is that the shape of the replacement gate wall is determined by the shape of the wall of the interlayer insulating film or the like formed in advance, so that the shape of the replacement gate wall perpendicular to the substrate can be easily obtained. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an FET.

【0021】さらに、本発明の他の目的は、ゲート長を
置換ゲート壁の成長膜厚により決定するものとして、精
度良く微細な置換ゲート壁を形成するFETの製造方法
を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an FET in which a fine replacement gate wall is formed with high accuracy, assuming that the gate length is determined by the growth film thickness of the replacement gate wall.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明の第1の態様は、置換ゲートプロセスを用いて基板
上にゲート領域と,ソース拡散層と,ドレイン拡散層と
を備える電界効果型トランジスタの製造方法であり、前
記基板上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第
1の層間絶縁膜を前記基板に対して除去し、前記基板の
一部を露出する工程と、前記第1の層間絶縁膜を覆う窒
化シリコン膜を付着し、前記窒化シリコン膜をエッチン
グして前記第1の層間絶縁膜の側面に残留させて、前記
ゲート領域に置換ゲート壁を形成する工程と、前記第1
の層間絶縁膜を除去する工程とを含むこと特徴とする。
To achieve the above object, a first aspect of the present invention is an electric field effect device having a gate region, a source diffusion layer, and a drain diffusion layer on a substrate using a replacement gate process. Forming a first interlayer insulating film on the substrate; removing the first interlayer insulating film from the substrate to expose a part of the substrate; Forming a replacement gate wall in the gate region by depositing a silicon nitride film covering the first interlayer insulating film and etching the silicon nitride film so as to remain on a side surface of the first interlayer insulating film. And the first
Removing the interlayer insulating film.

【0023】本発明による半導体装置の製造方法は、ゲ
ート長を置換ゲート壁の成長膜厚で決定し、また、置換
ゲート壁の形状を予め形成した層間絶縁膜の壁の形状に
より決定するものとして、置換ゲート壁の加工形状を高
精度に制御する置換ゲートプロセスを用いるものとし
た。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the gate length is determined by the growth thickness of the replacement gate wall, and the shape of the replacement gate wall is determined by the shape of the previously formed interlayer insulating film wall. Further, a replacement gate process for controlling the processing shape of the replacement gate wall with high precision is used.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】次に、本発明の上記および他の目
的と,特徴と,利点とを明確にすべく、添付した図面を
参照しながら、本発明の実施の形態を以下に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, in order to clarify the above and other objects, features, and advantages of the present invention, embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. .

【0025】図1は、本発明の実施の形態による半導体
装置の製造方法の一例を説明する図である。図1に示し
た半導体装置は、置換ゲートプロセスを用いたn型MO
SFETである。図1において、1はSi等からなる基
板、2は二酸化シリコン(SiO2 )等からなる層間絶
縁膜、3は窒化シリコン膜、4は窒化シリコン等からな
る置換ゲート壁、5はソース拡散層、6はドレイン拡散
層、7はSiO2 等からなる層間絶縁膜、8はAl23
等の高誘電体膜からなるゲート絶縁膜、9はAl等から
なるゲート電極、10はマスク、11はPSG等からな
る層間絶縁膜、および12はAl等からなる配線層とす
る。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 1 is an n-type MO using a replacement gate process.
SFET. In FIG. 1, 1 is a substrate made of Si or the like, 2 is an interlayer insulating film made of silicon dioxide (SiO 2 ) or the like, 3 is a silicon nitride film, 4 is a replacement gate wall made of silicon nitride or the like, 5 is a source diffusion layer, 6 is a drain diffusion layer, 7 is an interlayer insulating film made of SiO 2 or the like, 8 is Al 2 O 3
, A gate electrode made of Al or the like, 10 a mask, 11 an interlayer insulating film made of PSG or the like, and 12 a wiring layer made of Al or the like.

【0026】次に、その製造方法について説明する。Next, the manufacturing method will be described.

【0027】まず、図1(a)に示すように、CVD法
によりシリコン基板上1に膜厚が150〜400nmの
SiO2 層間絶縁膜2を形成した後に、例えばドライエ
ッチングによりSiO2 層間絶縁膜2を選択的にエッチ
ングする。この際に、エッチングにより形成された層間
絶縁膜の壁の形状が置換ゲート壁の形状となるため、層
間絶縁膜2の材料には、SiO2 等の精度良く加工する
ことができる材料を用いる。次に、露出したシリコン基
板1と層間絶縁膜2とを覆って窒化シリコン膜3を付着
する。窒化シリコン膜3は、露出された基板1と層間絶
縁膜2の形状を保持しながら、基板1と層間絶縁膜2と
を覆う均一な膜を形成できるCVDのような方法を用い
て形成する。ここで付着した窒化シリコン膜の膜厚がゲ
ート長となる。
[0027] First, as shown in FIG. 1 (a), after the film thickness on the silicon substrate 1 was formed an SiO 2 interlayer insulating film 2 of 150~400nm by CVD, for example, SiO 2 interlayer insulating film by dry etching 2 is selectively etched. At this time, since the shape of the wall of the interlayer insulating film formed by the etching becomes the shape of the replacement gate wall, a material that can be processed with high precision such as SiO 2 is used as the material of the interlayer insulating film 2. Next, a silicon nitride film 3 is attached so as to cover the exposed silicon substrate 1 and the interlayer insulating film 2. The silicon nitride film 3 is formed by using a method such as CVD that can form a uniform film covering the substrate 1 and the interlayer insulating film 2 while maintaining the shapes of the exposed substrate 1 and interlayer insulating film 2. The thickness of the silicon nitride film attached here becomes the gate length.

【0028】次に、例えばCHF3 系のガスを用いる異
方性ドライエッチングにより、基板に対して垂直な層間
絶縁膜2の側面の窒化シリコン膜3はエッチングせず
に、基板1に対して水平な基板1の面上の窒化シリコン
膜3と層間絶縁膜2の面上の窒化シリコン膜3とをエッ
チングする。この異方性エッチングにより、図1(b)
に示すように、基板1に対しての水平方向の基板1と層
間絶縁膜2との上面に形成された窒化シリコン膜3のみ
を選択的にエッチングして、基板1に対して垂直方向の
層間絶縁膜2の側面の窒化シリコン膜3のみを残留させ
る。この残留した窒化シリコン膜3が、置換ゲート壁4
となる。
Next, the silicon nitride film 3 on the side surface of the interlayer insulating film 2 perpendicular to the substrate is not etched by anisotropic dry etching using, for example, a CHF 3 -based gas, but is horizontally The silicon nitride film 3 on the surface of the substrate 1 and the silicon nitride film 3 on the surface of the interlayer insulating film 2 are etched. By this anisotropic etching, FIG.
As shown in FIG. 2, only the silicon nitride film 3 formed on the upper surface of the substrate 1 and the interlayer insulating film 2 in the horizontal direction with respect to the substrate 1 is selectively etched to form an interlayer in the vertical direction with respect to the substrate 1. Only the silicon nitride film 3 on the side surface of the insulating film 2 is left. The remaining silicon nitride film 3 forms the replacement gate wall 4
Becomes

【0029】次に、図1(c)に示すように、例えばフ
ッ酸を用いてSiO2 層間絶縁膜2のみをエッチングす
る。
Next, as shown in FIG. 1C, only the SiO 2 interlayer insulating film 2 is etched using, for example, hydrofluoric acid.

【0030】次に、図1(d)に示すように、置換ゲー
ト壁4をマスクとしてAs+ を、1〜10keVの注入
エネルギーおよび1×1014〜1×1015cm-2の注入
濃度の条件で基板1に注入する。次に、例えば窒素雰囲
気下で900〜1100℃のアニール処理を行って注入
したイオンを活性化させて、深さ30〜100nmのソ
ース拡散層5とドレイン拡散層6とを形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (d), As + is implanted with an implantation energy of 1 to 10 keV and an implantation concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 15 cm −2 using the replacement gate wall 4 as a mask. It is injected into the substrate 1 under the conditions. Next, the implanted ions are activated by performing an annealing process at 900 to 1100 ° C. in a nitrogen atmosphere, for example, to form a source diffusion layer 5 and a drain diffusion layer 6 having a depth of 30 to 100 nm.

【0031】次に、図1(e)に示すように、例えばC
VD法により置換ゲート壁4を覆うようにBPSG等か
らなる層間絶縁膜7を形成し、例えばCMP(化学的機
械的研磨)などの技術を用いて層間絶縁膜7を平坦化す
る。平坦化は、置換ゲート壁4の上部が露出するまで行
う。
Next, as shown in FIG.
An interlayer insulating film 7 made of BPSG or the like is formed so as to cover the replacement gate wall 4 by the VD method, and the interlayer insulating film 7 is flattened using, for example, a technique such as CMP (chemical mechanical polishing). The planarization is performed until the upper part of the replacement gate wall 4 is exposed.

【0032】次に、図1(f)に示すように、例えば、
窒化シリコンをBPSG等の酸化シリコン膜よりも約2
0倍速く溶かす熱リン酸の性質を利用して、層間絶縁膜
7をエッチングせずに、置換ゲート壁4のみをエッチン
グしてゲート電極のための溝を形成する。
Next, for example, as shown in FIG.
Silicon nitride is about 2 times larger than silicon oxide film such as BPSG.
Utilizing the property of hot phosphoric acid that dissolves 0 times faster, only the replacement gate wall 4 is etched without etching the interlayer insulating film 7 to form a groove for the gate electrode.

【0033】次に、図1(g)に示すように、例えば、
1999年のケミカル・ベーパー・デポジションの第5
巻の第1号の7〜9頁(Chemical Vapor Deposition, V
ol.5, No. 1, p.7〜8, 1999)に記載された成膜法であ
るAl(CH33のガスおよびH2O の雰囲気下で行う
ALD(Atomic Layer Depositi
on)法を用いて、Al23膜を2nmの厚さに付着
し、次に、Alを50nmの厚さにリフロースパッタに
より形成して、ゲート絶縁膜8とゲート電極9とを順に
形成する。ALD法は、Al23膜を1原子層ずつ形成
できる非常に被覆性の良い方法であり、アスペクト比が
約3であるような高アスペクト比のホールに対してもA
23膜を形成することが可能である。
Next, for example, as shown in FIG.
Fifth of Chemical Vapor Deposition in 1999
Volume 1 pages 7-9 (Chemical Vapor Deposition, V
ol. 5, No. 1, p. 7-8, 1999). ALD (Atomic Layer Deposit) performed under an atmosphere of Al (CH 3 ) 3 gas and H 2 O, which is a film formation method described in the above-mentioned method.
On), an Al 2 O 3 film is deposited to a thickness of 2 nm by the method, and then Al is formed to a thickness of 50 nm by reflow sputtering to form a gate insulating film 8 and a gate electrode 9 in order. I do. The ALD method is a method having a very good covering property in which an Al 2 O 3 film can be formed one atomic layer at a time.
An l 2 O 3 film can be formed.

【0034】次に、図1(h)に示すように、例えば写
真現像技術を用いてマスク10を形成して、ゲート電極
9とゲート絶縁膜8とを選択的にドライエッチングす
る。次に、マスク10を除去する。
Next, as shown in FIG. 1H, a mask 10 is formed using, for example, a photo-developing technique, and the gate electrode 9 and the gate insulating film 8 are selectively dry-etched. Next, the mask 10 is removed.

【0035】最後に、図1(i)に示すように、全体を
覆うようにPSG等からなる層間絶縁膜11を形成し、
ゲート電極9と,ソース拡散層5と,ドレイン拡散層6
とがコンタクトを取れるように層間絶縁膜11にコンタ
クトホールを形成して、コンタクトホールにAl等を充
填する。次に、Al等からなる配線層12を形成してF
ETが得られる。
Finally, as shown in FIG. 1I, an interlayer insulating film 11 made of PSG or the like is formed so as to cover the whole.
Gate electrode 9, source diffusion layer 5, and drain diffusion layer 6
A contact hole is formed in the interlayer insulating film 11 so that the contact can be made, and the contact hole is filled with Al or the like. Next, a wiring layer 12 made of Al or the like is formed and F
ET is obtained.

【0036】すなわち、上記実施の形態では、まず基板
1上の層間絶縁膜2を置換ゲート壁4を形成したい場所
の置換ゲート壁4のどちらか一方の片側の外側に沿って
基板1に対して垂直にエッチングして、層間絶縁膜2の
壁を形成する。次に、後に置換ゲート壁4とする窒化シ
リコン膜3を層間絶縁膜2を覆って付着する。この際
に、置換ゲート壁4になる窒化シリコン膜3には被覆性
の良い方法を用いて付着するために、窒化シリコン膜3
の形状は基板1に対して垂直にエッチングされた層間絶
縁膜2の形状に沿う形状となる。置換ゲート壁4になる
窒化シリコン膜3は、基板1と層間絶縁膜2とを覆って
形成されるが、異方性エッチングにより基板1と層間絶
縁膜2との上面に形成された窒化シリコン膜3を除去し
て、層間絶縁膜2の側面の窒化シリコン膜3のみを残留
させる。このような工程により形成されたゲート長は、
付着した窒化シリコン膜3の膜厚と同じである。また、
エッチングする膜厚がゲート長となる。これにより、エ
ッチングする膜厚をゲートの高さとする従来の方法に比
べて、エッチングする膜厚を薄くすることができ、エッ
チングの影響を抑えることができる。CVD法を用いる
窒化シリコン膜3の付着方法では、最小膜厚5nmにお
いて、面内膜厚のばらつきの程度を±10%以内に抑え
ることが十分に可能であり、実用化に要求される100
nmの微細なゲート長を精度良く形成することが可能と
なる。
That is, in the above-described embodiment, first, the interlayer insulating film 2 on the substrate 1 is formed on the substrate 1 along one of the outer sides of one of the replacement gate walls 4 where the replacement gate wall 4 is to be formed. The wall of the interlayer insulating film 2 is formed by vertical etching. Next, a silicon nitride film 3 to be a replacement gate wall 4 later is attached so as to cover the interlayer insulating film 2. At this time, the silicon nitride film 3 which becomes the replacement gate wall 4 is adhered to the silicon nitride film 3 by using a method having good coverage.
Has a shape following the shape of the interlayer insulating film 2 etched perpendicularly to the substrate 1. The silicon nitride film 3 serving as the replacement gate wall 4 is formed so as to cover the substrate 1 and the interlayer insulating film 2, and is formed on the upper surface of the substrate 1 and the interlayer insulating film 2 by anisotropic etching. 3 is removed to leave only the silicon nitride film 3 on the side surface of the interlayer insulating film 2. The gate length formed by such a process is:
The thickness is the same as the thickness of the attached silicon nitride film 3. Also,
The film thickness to be etched becomes the gate length. This makes it possible to reduce the thickness of the film to be etched, as compared with the conventional method in which the film thickness to be etched is the height of the gate, and suppress the influence of the etching. According to the method of depositing the silicon nitride film 3 using the CVD method, it is possible to sufficiently suppress the degree of variation of the in-plane film thickness to within ± 10% at the minimum film thickness of 5 nm, which is required for practical use.
It is possible to accurately form a fine gate length of nm.

【0037】上記実施の形態では、高誘電体膜をAl2
3として説明したが、本発明では高誘電体膜とはSi
2よりも比誘電率の高いものを意図するものであり、
Al2 3の代わりに、例えば、耐熱性が800℃以下で
あるBST,Ta23,HfO2,ZrO2 ,PLZ
T,SrTiO3 およびSi34等を用いることもでき
る。また、上記実施の形態では、As+ の注入によるn
型FETに置換ゲートプロセスを適用した場合について
説明したが、p型FETに置換ゲートプロセスを適用す
ることもでき、この場合にはAs+ の代わりにB+ ,B
2 +,およびIn+ 等を用いることができる。
In the above embodiment, the high dielectric film is made of AlTwo
OThreeHowever, in the present invention, the high dielectric film is Si
OTwoIt is intended to have a higher relative dielectric constant than
AlTwoO ThreeInstead of, for example, if the heat resistance is 800 ° C or less
A certain BST, TaTwoOThree, HfOTwo, ZrOTwo , PLZ
T, SrTiOThree And SiThreeNFourEtc. can also be used
You. In the above embodiment, As+ N by injection of
The case of applying the replacement gate process to the type FET
As described above, the replacement gate process is applied to the p-type FET.
In this case, As+ B instead of+ , B
FTwo +, And In+ Etc. can be used.

【0038】また、本実施の形態においては、置換ゲー
ト壁を垂直に形成したが、ゲート長に余裕がある場合に
は、置換ゲート壁にテーパを形成してもよい。この場合
には、後に形成されるゲート絶縁膜およびゲート電極の
被膜性と平坦性とが向上して、積層工程が容易になる。
In this embodiment, the replacement gate wall is formed vertically, but if there is a margin in the gate length, the replacement gate wall may be tapered. In this case, the coatability and flatness of the gate insulating film and the gate electrode formed later are improved, and the lamination process is facilitated.

【0039】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において
適宜変更できる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の効
果は、異方性エッチングの影響を受けにくいことであ
る。その理由は、異方性エッチングに使用するCHF3
ガスに変え基板をエッチングしないものとし、また、異
方性エッチングする膜厚をゲート高さからゲート長へ薄
くしたため、異方性エッチングの影響を小さくできるた
めである。
As described above, the first effect of the present invention is that it is hardly affected by anisotropic etching. The reason is that CHF 3 used for anisotropic etching
This is because the substrate is not etched instead of the gas and the thickness of the anisotropic etching is reduced from the gate height to the gate length, so that the influence of the anisotropic etching can be reduced.

【0041】本発明の第2の効果は、実用化に所望され
る100nm以下のゲート長を有する置換ゲート壁を形
成することができることである。その理由は、ゲート長
を、従来の写真現像技術とエッチング技術とにより決定
される方法ではなく、成長膜厚により決定する方法とし
たためである。
A second effect of the present invention is that a replacement gate wall having a gate length of 100 nm or less, which is desired for practical use, can be formed. The reason is that the gate length is determined not by the conventional photo-developing technique and etching technique but by the growth film thickness.

【0042】本発明の第3の効果は、置換ゲート壁を基
板に対して垂直な形状に形成できることである。その理
由は、置換ゲート壁の形状を、精度良く加工することが
できる材料で作製された層間絶縁膜の壁の形状により決
定するためである。
A third effect of the present invention is that the replacement gate wall can be formed in a shape perpendicular to the substrate. The reason is that the shape of the replacement gate wall is determined by the shape of the wall of the interlayer insulating film made of a material that can be processed with high accuracy.

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

【図1】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】従来の半導体装置の製造方法を説明する図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 基板 2,7,11,26,30 層間絶縁膜 3 窒化シリコン膜 4,23 置換ゲート壁 5,24 ソース拡散層 6,25 ドレイン拡散層 8,27 ゲート絶縁膜 9,28 ゲート電極 10,29 マスク 12,31 配線層 22 置換ゲート絶縁膜 1, 21 substrate 2, 7, 11, 26, 30 interlayer insulating film 3 silicon nitride film 4, 23 replacement gate wall 5, 24 source diffusion layer 6, 25 drain diffusion layer 8, 27 gate insulating film 9, 28 gate electrode 10 , 29 Mask 12, 31 Wiring layer 22 Replacement gate insulating film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】置換ゲートプロセスを用いて基板上にゲー
ト領域と,ソース拡散層と,ドレイン拡散層とを製造す
る電界効果型トランジスタの製造方法において、 前記基板上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第1の層間絶縁膜を前記基板に対して除去し、前記
基板の一部を露出する工程と、 前記第1の層間絶縁膜を覆う窒化シリコン膜を付着し、
前記窒化シリコン膜をエッチングして前記第1の層間絶
縁膜の側面に残留させて、前記ゲート領域に置換ゲート
壁を形成する工程と、 前記第1の層間絶縁膜を除去する工程とを含むこと特徴
とする電界効果型トランジスタの製造方法。
1. A method for manufacturing a field effect transistor for manufacturing a gate region, a source diffusion layer, and a drain diffusion layer on a substrate by using a replacement gate process, comprising: forming a first interlayer insulating film on the substrate; Forming, removing the first interlayer insulating film from the substrate, and exposing a part of the substrate; adhering a silicon nitride film covering the first interlayer insulating film;
Forming a replacement gate wall in the gate region by etching the silicon nitride film and leaving the silicon nitride film on a side surface of the first interlayer insulating film; and removing the first interlayer insulating film. A method for manufacturing a field-effect transistor.
【請求項2】前記第1の層間絶縁膜を覆う窒化シリコン
膜を付着し、前記窒化シリコン膜をエッチングして前記
第1の層間絶縁膜の側面に残留させて、前記ゲート領域
に置換ゲート壁を形成する工程は、 前記露出された基板と前記第1の層間絶縁膜を覆う前記
窒化シリコン膜をCVDにより付着する工程と、 前記露出された基板の上面と前記第1の層間絶縁膜の上
面とに形成された前記窒化シリコン膜を除去し、前記第
1の層間絶縁膜の側面に形成された前記窒化シリコン膜
を残留させて、前記置換ゲート壁を形成する工程とより
なることを特徴とする請求項1記載の電界効果型トラン
ジスタの製造方法。
2. A replacement gate wall is formed in said gate region by depositing a silicon nitride film covering said first interlayer insulating film and etching said silicon nitride film to remain on the side surface of said first interlayer insulating film. Forming the silicon nitride film by CVD to cover the exposed substrate and the first interlayer insulating film; and forming an upper surface of the exposed substrate and an upper surface of the first interlayer insulating film. Forming the replacement gate wall by removing the silicon nitride film formed in step (i) and leaving the silicon nitride film formed on the side surface of the first interlayer insulating film. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 1.
【請求項3】前記置換ゲート壁をマスクとしてイオン注
入する工程と、 注入したイオンをアニール処理により拡散させて前記ソ
ース拡散層と前記ドレイン拡散層とを形成する工程とを
さらに含むことを特徴とする請求項1または2記載の電
界効果型トランジスタの製造方法。
3. The method according to claim 2, further comprising the steps of: implanting ions using the replacement gate wall as a mask; and diffusing the implanted ions by annealing to form the source diffusion layer and the drain diffusion layer. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 1.
【請求項4】前記置換ゲート壁と,前記ソース拡散層
と,前記ドレイン拡散層とを覆う第2の層間絶縁膜を形
成する工程と、 前記第2の層間絶縁膜を前記置換ゲート壁の上部が露出
するまで研磨する工程とをさらに含むこと特徴とする請
求項1,2,または3記載の電界効果型トランジスタの
製造方法。
4. A step of forming a second interlayer insulating film covering the replacement gate wall, the source diffusion layer, and the drain diffusion layer, and placing the second interlayer insulating film on the replacement gate wall. 4. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 1, further comprising a step of polishing until GaN is exposed.
【請求項5】前記第2の層間絶縁膜としてSiO2 ,P
SG,またはBPSGを用いることを特徴とする請求項
4記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein said second interlayer insulating film is made of SiO 2 , P
5. The method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 4, wherein SG or BPSG is used.
【請求項6】前記窒化シリコン膜は、CHF3 ガスを用
いる前記エッチングにより除去されることを特徴とする
請求項1,2,3,4,または5記載の電界効果型トラ
ンジスタの製造方法。
6. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 1, wherein said silicon nitride film is removed by said etching using CHF 3 gas.
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