JP2002198521A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device

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JP2002198521A
JP2002198521A JP2000393313A JP2000393313A JP2002198521A JP 2002198521 A JP2002198521 A JP 2002198521A JP 2000393313 A JP2000393313 A JP 2000393313A JP 2000393313 A JP2000393313 A JP 2000393313A JP 2002198521 A JP2002198521 A JP 2002198521A
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insulating film
film
groove
dummy gate
gate pattern
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Masatoshi Nagase
正俊 永瀬
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NEC Corp
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To bury and form a low-resistance gate electrode by a simple method when a MOS transistor is subjected to ultra fining. SOLUTION: A dummy gate electrode 4 and an interlayer insulating film 8a are formed on a silicon substrate 1, and the dummy gate electrode 4 is selectively etched and eliminated for a specific thickness for forming a first groove section 9. The interlayer insulating film 8a on the sidewall of the first groove section 9 is etched for forming the first groove section 9a where opening dimensions are expanded. Then, a dummy gate remainder section 10 is etched and removed for forming a second groove section 11. A dummy gate insulating film 2 is removed, an insulating film with a high dielectric constant is deposited as a gate insulating film, and the second groove section 11 is filled with a conductor material for forming the gate electrode of the MOS transistor. In this case, the dummy gate insulating film 2 may be set to the gate insulating film.

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】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に微細なMOSトランジスタのゲート電極
部の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a gate electrode portion of a fine MOS transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSトランジスタ等の半導体素子の構
造の微細化及び高密度化は依然として精力的に推し進め
られている。微細化については、現在では0.1μm程
度の寸法で形成される半導体素子が用いられ、この寸法
を設計基準にしたロジックデバイスあるいはメモリデバ
イス等の半導体装置が開発検討されてきている。
2. Description of the Related Art Fine structure and high density of semiconductor devices such as MOS transistors are still being vigorously promoted. For miniaturization, a semiconductor element formed with a size of about 0.1 μm is currently used, and a semiconductor device such as a logic device or a memory device using this size as a design standard is being studied.

【0003】このようにMOSトランジスタが微細化し
てくると、ゲート絶縁膜の膜厚はシリコン酸化膜換算で
数nm程度と極薄になる。ここで、ゲート絶縁膜が薄膜
化されると、ゲート絶縁膜を流れるリーク電流が増加す
る。上記のロジックデバイスでは、動作速度を重視する
ためにゲート絶縁膜中のリーク電流は余り問題にしな
い。しかし、メモリデバイスでは上記リーク電流の低減
は必須になる。
As the MOS transistor becomes finer, the thickness of the gate insulating film becomes as thin as several nm in terms of a silicon oxide film. Here, when the thickness of the gate insulating film is reduced, a leak current flowing through the gate insulating film increases. In the above-mentioned logic device, the leakage current in the gate insulating film does not cause much problem because the operation speed is emphasized. However, in a memory device, the reduction of the leak current is indispensable.

【0004】そこで、ゲート絶縁膜を高誘電体膜で構成
し実効酸化膜厚を小さくする手法が必要になってくる。
上記高誘電体膜としてタンタル酸化膜等いろいろのもの
が現在では知られている。しかし、この高誘電体膜はシ
リコン酸化膜、酸窒化膜等に比べて高温処理に弱い。こ
のために、これまでのMOSトランジスタの製造方法と
は異なり、高温処理を経ないようにMOSトランジスタ
を形成する別の方法が必要になる。
Therefore, it is necessary to provide a method for forming the gate insulating film from a high dielectric film to reduce the effective oxide film thickness.
Various materials such as a tantalum oxide film are now known as the high dielectric film. However, this high dielectric film is more vulnerable to high-temperature processing than a silicon oxide film, an oxynitride film or the like. For this reason, unlike the conventional method for manufacturing a MOS transistor, another method for forming the MOS transistor without performing high-temperature processing is required.

【0005】上記のMOSトランジスタの別の方法につ
いて図11と図12に基づいて説明する。図11と図1
2は、Nチャネル型MOSトランジスタの場合の製造工
程順の断面図である。図11(a)に示すように、導電
型がP型のシリコン基板101上にシリコン酸化膜等で
ダミーゲート絶縁膜102を形成し、ダミーゲート絶縁
膜102上に多結晶シリコン膜103を成膜する。そし
て、公知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング
技術とで上記多結晶シリコン膜103とダミーゲート絶
縁膜102とをパターニングする。このようにして、図
11(b)に示すようにシリコン基板101上にダミー
ゲート電極104を形成する。引き続き、リンあるいは
ヒ素のイオン注入と熱処理で低濃度拡散層105を形成
する。
Another method of the above MOS transistor will be described with reference to FIGS. FIG. 11 and FIG.
2 is a cross-sectional view of an N-channel MOS transistor in the order of manufacturing steps. As shown in FIG. 11A, a dummy gate insulating film 102 is formed of a silicon oxide film or the like on a silicon substrate 101 having a P-type conductivity, and a polycrystalline silicon film 103 is formed on the dummy gate insulating film 102. I do. Then, the polycrystalline silicon film 103 and the dummy gate insulating film 102 are patterned by a known photolithography technique and a dry etching technique. Thus, a dummy gate electrode 104 is formed on the silicon substrate 101 as shown in FIG. Subsequently, the low concentration diffusion layer 105 is formed by ion implantation of phosphorus or arsenic and heat treatment.

【0006】次に、図11(c)に示すように、公知の
方法でダミーゲート電極104の側壁にサイドウォール
絶縁膜106を形成する。ここで、サイドウォール絶縁
膜106はシリコン酸化膜で構成される。そして、再度
のN型不純物のイオン注入と熱処理で高濃度拡散層10
7を形成する。
Next, as shown in FIG. 11C, a side wall insulating film 106 is formed on the side wall of the dummy gate electrode 104 by a known method. Here, the sidewall insulating film 106 is formed of a silicon oxide film. Then, the high concentration diffusion layer 10 is again
7 is formed.

【0007】次に、図11(d)に示すように、シリコ
ン基板101上およびダミーゲート電極104を被覆す
るように層間絶縁膜108を堆積させる。この層間絶縁
膜108は、公知のバイアスECR(Electron
Cyclotron Resonance)法で堆積
されたシリコン酸化膜である。
Next, as shown in FIG. 11D, an interlayer insulating film 108 is deposited so as to cover the silicon substrate 101 and the dummy gate electrode 104. This interlayer insulating film 108 is formed of a known bias ECR (Electron).
It is a silicon oxide film deposited by a Cyclotron Resonance method.

【0008】次に、図12(a)に示すように、上記の
層間絶縁膜108を化学機械研磨(CMP)法で平坦化
する。ここで、ダミーゲート電極104が研磨ストッパ
ーとして機能する。そして、この露出したダミーゲート
電極104をエッチングで除去する。このようにして、
図12(b)に示すように、層間絶縁膜108aに溝部
109を形成する。更に、上記溝部109のダミーゲー
ト絶縁膜102も除去する。
Next, as shown in FIG. 12A, the interlayer insulating film 108 is flattened by a chemical mechanical polishing (CMP) method. Here, the dummy gate electrode 104 functions as a polishing stopper. Then, the exposed dummy gate electrode 104 is removed by etching. In this way,
As shown in FIG. 12B, a groove 109 is formed in the interlayer insulating film 108a. Further, the dummy gate insulating film 102 in the groove 109 is also removed.

【0009】次に、図12(c)に示すように、層間絶
縁膜108aの所定の領域に形成した溝部109内にゲ
ート絶縁膜110とゲート電極111を形成する。ここ
で、ゲート電極111は溝部109内に埋め込むように
形成する。以下、上記の構造のゲート電極を埋込みゲー
ト電極という。このようにして、シリコン基板101上
に、低濃度拡散層105と高濃度拡散層107とをソー
ス・ドレイン領域としたLDD(Lightly Do
ped Drain)構造のMOSトランジスタができ
る。ここで、ゲート絶縁膜110はタンタル酸化膜、ハ
フニウム酸化膜等の高誘電率の絶縁膜で構成され、ゲー
ト電極111は銅(Cu)等の低抵抗の金属材料で構成
される。
Next, as shown in FIG. 12C, a gate insulating film 110 and a gate electrode 111 are formed in a groove 109 formed in a predetermined region of the interlayer insulating film 108a. Here, the gate electrode 111 is formed so as to be embedded in the trench 109. Hereinafter, the gate electrode having the above structure is referred to as a buried gate electrode. In this manner, on the silicon substrate 101, the LDD (Lightly Do) using the low concentration diffusion layer 105 and the high concentration diffusion layer 107 as the source / drain regions.
(Ped Drain) MOS transistor. Here, the gate insulating film 110 is made of a high-dielectric-constant insulating film such as a tantalum oxide film or a hafnium oxide film, and the gate electrode 111 is made of a low-resistance metal material such as copper (Cu).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】発明者は、上述した埋
込みゲート電極を有するMOSトランジスタについて詳
細に検討した。
The inventor has studied in detail the MOS transistor having the buried gate electrode described above.

【0011】その結果、本発明者は、ゲート電極の幅寸
法が縮小してくると上述のゲート電極の材料の埋込み性
が困難になることを見いだした。半導体装置を構成する
MOSトランジスタが微細になり、0.1μm程度で設
計されるようになると、ゲート電極の幅寸法は0.1μ
m程度になる。このようなゲート電極幅になると、上述
したゲート電極の材料の埋込みができなくなる。
As a result, the present inventor has found that when the width of the gate electrode is reduced, it becomes difficult to embed the material of the gate electrode. When a MOS transistor constituting a semiconductor device becomes finer and is designed to be about 0.1 μm, the width of a gate electrode becomes 0.1 μm.
m. With such a gate electrode width, the above-described gate electrode material cannot be embedded.

【0012】本発明の主目的は、MOSトランジスタが
超微細化した場合に、ゲート電極を簡便な方法で埋込み
形成できるようにすることにある。
It is a main object of the present invention to enable a gate electrode to be buried by a simple method when a MOS transistor is miniaturized.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】このために本発明の半導
体装置の製造方法は、MOSトランジスタの製造におい
て、半導体基板の表面に第1の絶縁膜を形成し該第1の
絶縁膜上にダミーゲートパターンを形成する工程と、前
記ダミーゲートパターンをマスクとした不純物のイオン
注入とその後の熱処理とでMOSトランジスタのソース
・ドレイン領域となる拡散層を形成する工程と、前記ダ
ミーゲートパターンの側壁に第2の絶縁膜を形成し、前
記ダミーゲートパターンおよび第2の絶縁膜を被覆する
第3の絶縁膜を堆積させた後に前記第3の絶縁膜の表面
を除去し前記ダミーゲートパターンの上面および第2の
絶縁膜の上部を露出させる工程と、前記ダミーゲートパ
ターンを所定の厚さ分だけ選択的にエッチング除去し前
記ダミーゲートパターンの残存部の表面を底面とし前記
第2の絶縁膜を側面とする第1の溝部を形成する工程
と、前記第1の溝部の側壁の第2の絶縁膜をエッチング
し前記第1の溝部の開口寸法を拡大させる工程と、前記
ダミーゲートパターンの残存部をエッチング除去し、前
記残存部のエッチング領域と前記第1の溝部とで構成さ
れた第2の溝部を形成する工程と、前記第2の溝部に導
電体材料を充填し前記MOSトランジスタのゲート電極
とする工程とを含む。
According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first insulating film on a surface of a semiconductor substrate and forming a dummy on the first insulating film in manufacturing a MOS transistor; A step of forming a gate pattern; a step of forming a diffusion layer serving as a source / drain region of a MOS transistor by ion implantation of impurities using the dummy gate pattern as a mask and a subsequent heat treatment; After forming a second insulating film and depositing a third insulating film covering the dummy gate pattern and the second insulating film, the surface of the third insulating film is removed, and the upper surface of the dummy gate pattern and Exposing an upper portion of the second insulating film; and selectively removing the dummy gate pattern by a predetermined thickness to remove the dummy gate pattern. Forming a first groove with the surface of the remaining portion of the blade as a bottom surface and the second insulating film as a side surface; and etching the second insulating film on the side wall of the first groove to form the first groove. Enlarging the opening dimension of the groove, etching and removing the remaining portion of the dummy gate pattern, and forming a second groove formed by the etching region of the remaining portion and the first groove; Filling the second trench with a conductive material to form a gate electrode of the MOS transistor.

【0014】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、MOSトランジスタの製造において、半導体基板の
表面に第1の絶縁膜を形成し該第1の絶縁膜上にダミー
ゲートパターンを形成する工程と、前記ダミーゲートパ
ターンをマスクとした不純物のイオン注入とその後の熱
処理とでMOSトランジスタのソース・ドレイン領域と
なる拡散層を形成する工程と、前記ダミーゲートパター
ンを被覆する第3の絶縁膜を堆積させた後に前記第3の
絶縁膜の表面を除去し前記ダミーゲートパターンの上面
を露出させる工程と、前記ダミーゲートパターンを所定
の厚さ分だけ選択的にエッチング除去し前記ダミーゲー
トパターンのエッチング除去領域に第1の溝部を形成す
る工程と、前記第1の溝部側壁の前記第3の絶縁膜をエ
ッチングし前記第1の溝部の開口寸法を拡大させる工程
と、前記ダミーゲートパターンの残存部をエッチング除
去し、前記残存部のエッチング領域と前記第1の溝部と
で構成された第2の溝部を形成する工程と、前記第2の
溝部に導電体材料を充填し前記MOSトランジスタのゲ
ート電極とする工程とを含む。
Alternatively, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes, in the manufacture of a MOS transistor, a step of forming a first insulating film on a surface of a semiconductor substrate and forming a dummy gate pattern on the first insulating film. Forming a diffusion layer serving as a source / drain region of a MOS transistor by ion implantation of impurities using the dummy gate pattern as a mask and a subsequent heat treatment, and depositing a third insulating film covering the dummy gate pattern Removing the surface of the third insulating film to expose the upper surface of the dummy gate pattern, and selectively removing the dummy gate pattern by a predetermined thickness to remove the dummy gate pattern by etching. Forming a first groove in the region; and etching the third insulating film on the side wall of the first groove to form the first groove. A step of enlarging the opening dimension of the groove part, a step of etching and removing the remaining part of the dummy gate pattern, and forming a second groove part composed of an etching region of the remaining part and the first groove part; Filling the second trench with a conductive material to form a gate electrode of the MOS transistor.

【0015】ここで、前記ダミーゲートパターンは積層
する上層と下層の半導体膜あるいは導電膜で構成され、
前記ダミーゲートパターンのエッチング除去の領域が前
記上層の半導体膜あるいは導電膜であり前記ダミーゲー
トパターンの残存部が前記下層の半導体膜あるいは導電
膜である。又は、前記ダミーゲートパターンが積層する
下層の半導体膜あるいは導電膜と上層の第4の絶縁膜と
で構成され、前記ダミーゲートパターンのエッチング除
去の領域が前記上層の第4の絶縁膜であり前記ダミーゲ
ートパターンの残存部が前記下層の半導体膜あるいは導
電膜である。
Here, the dummy gate pattern is composed of laminated upper and lower semiconductor films or conductive films,
The region where the dummy gate pattern is removed by etching is the upper semiconductor film or conductive film, and the remaining portion of the dummy gate pattern is the lower semiconductor film or conductive film. Alternatively, the dummy gate pattern is composed of a lower semiconductor film or conductive film laminated thereon and an upper fourth insulating film, and the region of the dummy gate pattern to be removed by etching is the upper fourth insulating film, The remaining portion of the dummy gate pattern is the lower semiconductor film or conductive film.

【0016】そして、前記第1の絶縁膜をMOSトラン
ジスタのゲート絶縁膜とする。又は、前記第2の溝部を
形成後に前記第1の絶縁膜を除去し、前記第1の絶縁膜
よりも誘電率の高い高誘電率絶縁膜を被着させ該前記高
誘電率絶縁膜をMOSトランジスタのゲート絶縁膜とす
る。
The first insulating film is used as a gate insulating film of a MOS transistor. Alternatively, after forming the second groove, the first insulating film is removed, a high dielectric constant insulating film having a higher dielectric constant than the first insulating film is applied, and the high dielectric constant insulating film is formed of a MOS. A gate insulating film of a transistor.

【0017】そして、前記第2の絶縁膜あるいは前記第
3の絶縁膜はシリコン酸化膜であり、前記半導体膜はシ
リコン膜である。又は、前記第3の絶縁膜はシリコン酸
化膜であり前記第2の絶縁膜あるいは前記第4の絶縁膜
はシリコン窒化膜であり、前記半導体膜はシリコン膜で
ある。
Further, the second insulating film or the third insulating film is a silicon oxide film, and the semiconductor film is a silicon film. Alternatively, the third insulating film is a silicon oxide film, the second insulating film or the fourth insulating film is a silicon nitride film, and the semiconductor film is a silicon film.

【0018】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、MOSトランジスタの製造において、半導体基板の
表面にゲート絶縁膜を形成し該ゲート絶縁膜上にゲート
電極膜、絶縁膜、積層する下層膜および上層膜をこの順
に堆積させる工程と、前記ゲート電極膜、絶縁膜、積層
する上層/下層膜をMOSトランジスタのゲートパター
ンに加工する工程と、前記ゲートパターンをマスクとし
た不純物のイオン注入とその後の熱処理とでMOSトラ
ンジスタのソース・ドレイン領域となる拡散層を形成す
る工程と、前記ゲートパターンの側壁に第2の絶縁膜を
形成し、前記ゲートパターンおよび第2の絶縁膜を被覆
する第3の絶縁膜を堆積させた後に前記第3の絶縁膜の
表面を除去し前記ゲートパターンの上層膜および第2の
絶縁膜の上部を露出させる工程と、前記ゲートパターン
のうち前記上層膜をエッチング除去し前記下層膜の表面
を底面とし前記第2の絶縁膜を側面とする第1の溝部を
形成する工程と、前記第1の溝部の側壁の第2の絶縁膜
をエッチングし前記第1の溝部の開口寸法を拡大させる
工程と、前記ゲートパターンのうち前記下層膜と絶縁膜
をエッチング除去し、前記下層膜と絶縁膜のエッチング
領域と前記第1の溝部とで構成される第2の溝部を形成
する工程と、前記ゲート電極膜に接続する導電体材料を
前記第2の溝部に充填し前記MOSトランジスタのゲー
ト電極とする工程とを含む。
Alternatively, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in manufacturing a MOS transistor, a gate insulating film is formed on a surface of a semiconductor substrate, and a gate electrode film, an insulating film, a lower layer film to be laminated, and A step of depositing an upper layer film in this order; a step of processing the gate electrode film, the insulating film, and the laminated upper / lower layer film into a gate pattern of a MOS transistor; and ion implantation of impurities using the gate pattern as a mask; Forming a diffusion layer to be a source / drain region of the MOS transistor by heat treatment; and forming a second insulating film on a side wall of the gate pattern and covering the gate pattern and the second insulating film. After depositing the insulating film, the surface of the third insulating film is removed to expose the upper layer of the gate pattern and the upper portion of the second insulating film. Forming a first groove having the surface of the lower film as a bottom surface and the second insulating film as a side surface by etching and removing the upper layer film of the gate pattern; Etching the second insulating film on the side wall to enlarge the opening dimension of the first groove; etching and removing the lower film and the insulating film in the gate pattern to form an etched region of the lower film and the insulating film; Forming a second groove composed of the first groove and filling the second groove with a conductive material connected to the gate electrode film to form a gate electrode of the MOS transistor; Including.

【0019】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、MOSトランジスタの製造において、半導体基板の
表面にゲート絶縁膜を形成し該ゲート絶縁膜上にゲート
電極膜、絶縁膜、積層する下層膜および上層膜をこの順
に堆積させる工程と、前記ゲート電極膜、絶縁膜、積層
する上層/下層膜をMOSトランジスタのゲートパター
ンに加工する工程と、前記ゲートパターンをマスクとし
た不純物のイオン注入とその後の熱処理とでMOSトラ
ンジスタのソース・ドレイン領域となる拡散層を形成す
る工程と、前記ゲートパターンを被覆する第3の絶縁膜
を堆積させた後に前記第3の絶縁膜の表面を除去し前記
ゲートパターンの上層膜を露出させる工程と、前記ゲー
トパターンのうち前記上層膜をエッチング除去し前記上
層膜のエッチング除去領域に第1の溝部を形成する工程
と、前記第1の溝部側壁の前記第3の絶縁膜をエッチン
グし前記第1の溝部の開口寸法を拡大させる工程と、前
記ゲートパターンのうち前記下層膜と絶縁膜をエッチン
グ除去し、前記下層膜と絶縁膜のエッチング領域と前記
第1の溝部とで構成される第2の溝部を形成する工程
と、前記ゲート電極膜に接続する導電体材料を前記第2
の溝部に充填し前記MOSトランジスタのゲート電極と
する工程とを含む。
Alternatively, in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in manufacturing a MOS transistor, a gate insulating film is formed on a surface of a semiconductor substrate, and a gate electrode film, an insulating film, a lower film to be laminated, A step of depositing an upper layer film in this order; a step of processing the gate electrode film, the insulating film, and the laminated upper / lower layer film into a gate pattern of a MOS transistor; and ion implantation of impurities using the gate pattern as a mask; Forming a diffusion layer to be a source / drain region of a MOS transistor by heat treatment, and removing a surface of the third insulating film after depositing a third insulating film covering the gate pattern; Exposing the upper layer film, and etching the upper layer film by etching away the upper layer film in the gate pattern. Forming a first groove in the removed region, etching the third insulating film on the side wall of the first groove to enlarge the opening dimension of the first groove, and forming the lower layer of the gate pattern. Removing a film and an insulating film by etching to form a second groove portion including the etching region of the lower film and the insulating film and the first groove portion; and forming a conductive material connected to the gate electrode film. The second
And filling the trenches as the gate electrodes of the MOS transistors.

【0020】本発明では、上述したように初め第1の溝
部を形成した後この第1の溝部の開口寸法を拡大させ、
断面形状が2段構造になる第2の溝部を形成する。そし
て、この第2の溝部に導電体材料を埋めるようにする。
According to the present invention, after the first groove is first formed as described above, the opening size of the first groove is increased.
A second groove having a two-stage cross section is formed. Then, the conductive material is buried in the second groove.

【0021】このために、MOSトランジスタの低抵抗
のゲート電極材料を上記の溝内に埋め込むことが非常に
容易になる。そして、高誘電率の絶縁膜をゲート絶縁膜
とし埋込みゲート電極を有する微細なMOSトランジス
タの製造が簡便になる。
For this reason, it becomes very easy to bury the low-resistance gate electrode material of the MOS transistor in the above-mentioned trench. Then, the manufacture of a fine MOS transistor having a buried gate electrode using the insulating film having a high dielectric constant as a gate insulating film is simplified.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】次に、本発明の第1の実施の形態
を図1乃至図3に基づいて説明する。図1乃至図3は、
Nチャネル型MOSトランジスタの場合の本発明の製造
工程順の断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3
FIG. 4 is a cross-sectional view of an N-channel MOS transistor in the order of the manufacturing process according to the present invention.

【0023】従来の技術で説明したのと同様に、図1
(a)に示す導電型がP型のシリコン基板1上に、膜厚
が3nm程度のシリコン酸化膜等でダミーゲート絶縁膜
2を形成し、ダミーゲート絶縁膜2上に多結晶シリコン
膜3を成膜する。このダミーゲート絶縁膜が第1の絶縁
膜となる。そして、公知のフォトリソグラフィ技術とド
ライエッチング技術とで上記多結晶シリコン膜3とダミ
ーゲート絶縁膜2とをパターニングする。ここで、多結
晶シリコン膜3の膜厚は200nm程度であり、上記ド
ライエッチングでは、ICP(Inductive C
oupled Plasma)エッチング装置を用いマ
ルチステップの手法を用いる。そこで、反応ガスとして
は、第1ステップにCl2 、HBr、O2 の混合ガスを
用い、第2ステップにHBr、O2 の混合ガスを用い
る。このようにして、ダミーゲート絶縁膜2のドライエ
ッチングを防止し、その下のシリコン基板1表面をドラ
イエッチングから保護する。このようにして、図1
(b)に示すように、幅寸法が0.1μmのダミーゲー
ト電極4を形成する。このダミーゲート電極がダミーゲ
ートパターンとなる。そして、上述のダミーゲート電極
4をマスクの一部にしてリン等のN型不純物をイオン注
入し熱処理を施す。このようにして、低濃度拡散層5を
形成する。
As described in the prior art, FIG.
1A, a dummy gate insulating film 2 made of a silicon oxide film or the like having a thickness of about 3 nm is formed on a P-type silicon substrate 1 having a conductivity type, and a polycrystalline silicon film 3 is formed on the dummy gate insulating film 2. Form a film. This dummy gate insulating film becomes a first insulating film. Then, the polycrystalline silicon film 3 and the dummy gate insulating film 2 are patterned by a known photolithography technique and a dry etching technique. Here, the thickness of the polycrystalline silicon film 3 is about 200 nm, and in the above dry etching, an ICP (Inductive C
multi-step method using an combined plasma (etched) apparatus. Therefore, as the reaction gas, Cl 2, HBr, a mixture gas of O 2 used in the first step, using HBr, mixed gas of O 2 in the second step. Thus, the dry etching of the dummy gate insulating film 2 is prevented, and the surface of the silicon substrate 1 thereunder is protected from the dry etching. Thus, FIG.
As shown in (b), a dummy gate electrode 4 having a width of 0.1 μm is formed. This dummy gate electrode becomes a dummy gate pattern. Then, heat treatment is performed by ion-implanting an N-type impurity such as phosphorus using the dummy gate electrode 4 as a part of the mask. Thus, the low concentration diffusion layer 5 is formed.

【0024】次に、図1(c)に示すように、シリコン
酸化膜の成膜とエッチバックとでダミーゲート電極4の
側壁に第2の絶縁膜としてサイドウォール絶縁膜6を形
成する。そして、再度のヒ素等のN型不純物のイオン注
入と熱処理で高濃度拡散層7を形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, a side wall insulating film 6 is formed as a second insulating film on the side wall of the dummy gate electrode 4 by forming a silicon oxide film and etching back. Then, a high concentration diffusion layer 7 is formed by ion implantation of N-type impurities such as arsenic again and heat treatment.

【0025】次に、図1(d)に示すように、シリコン
基板1上およびダミーゲート電極4を被覆するように第
3の絶縁膜として層間絶縁膜8を堆積させる。ここで、
この層間絶縁膜8は、公知のCVD(化学気相成長)法
で堆積した膜厚500nm程度のシリコン酸化膜であ
る。
Next, as shown in FIG. 1D, an interlayer insulating film 8 is deposited as a third insulating film so as to cover the silicon substrate 1 and the dummy gate electrode 4. here,
The interlayer insulating film 8 is a silicon oxide film having a thickness of about 500 nm deposited by a known CVD (chemical vapor deposition) method.

【0026】次に、図2(a)に示すように、層間絶縁
膜8をCMP法で平坦化し層間絶縁膜8aとする。ここ
で、ダミーゲート電極4が研磨ストッパーとして機能す
る。そして、この露出したダミーゲート電極4の一部を
エッチングする。このようにして、図2(b)に示すよ
うに、層間絶縁膜8aに第1の溝部9を形成する。この
第1の溝部の寸法は0.1μmである。ここで、ダミー
ゲート残部10の膜厚は、ダミーゲート電極4の1/3
〜1/2である。
Next, as shown in FIG. 2A, the interlayer insulating film 8 is flattened by a CMP method to form an interlayer insulating film 8a. Here, the dummy gate electrode 4 functions as a polishing stopper. Then, a part of the exposed dummy gate electrode 4 is etched. In this way, as shown in FIG. 2B, the first groove 9 is formed in the interlayer insulating film 8a. The size of the first groove is 0.1 μm. Here, the thickness of the remaining dummy gate 10 is 1 / of that of the dummy gate electrode 4.
1 /.

【0027】次に、希フッ酸をエッチャントとしたウェ
ットエッチングで、層間絶縁膜8aの等方性の全面エッ
チングを施し、図2(c)に示すような第1の溝9aを
形成する。ここで、エッチング量は50nm程度であ
る。このようにして、寸法が0.1μmの第1の溝部9
は寸法が0.2μmの第1の溝部9aとなる。ここで、
上述したダミーゲート残部10は、その下部のダミーゲ
ート絶縁膜2及びダミーゲート残部10側壁の層間絶縁
膜8aを上記ウェットエッチングから保護する。ここ
で、化学薬液によるウェットエッチングに代えて等方的
なプラズマエッチングを用いてもよい。
Next, the entire surface of the interlayer insulating film 8a is isotropically etched by wet etching using dilute hydrofluoric acid as an etchant to form a first groove 9a as shown in FIG. 2C. Here, the etching amount is about 50 nm. Thus, the first groove 9 having a size of 0.1 μm is formed.
Is a first groove 9a having a size of 0.2 μm. here,
The above-mentioned dummy gate remaining portion 10 protects the lower portion of the dummy gate insulating film 2 and the interlayer insulating film 8a on the side wall of the dummy gate remaining portion 10 from the wet etching. Here, isotropic plasma etching may be used instead of wet etching using a chemical solution.

【0028】次に、ダミーゲート残部10を等方的なド
ライエッチングで選択的に除去する。ここで、等方的な
プラズマエッチング装置を用いマルチステップの手法を
用いる。反応ガスとしては、第1ステップにCl2 、H
Br、O2 の混合ガスを用い、第2ステップにHBr、
2 の混合ガスを用い、ダミーゲート絶縁膜2のドライ
エッチングを防止し、その下のシリコン基板1表面をド
ライエッチングから保護する。このようにして、図2
(d)に示すように、層間絶縁膜8aに第2の溝部11
を形成する。この第2の溝部11の断面形状は、2段構
造の溝となり上述した金属材料の埋め込み性が大幅に向
上する。更に、上記第2の溝部11のダミーゲート絶縁
膜2も除去する。
Next, the remaining dummy gate 10 is selectively removed by isotropic dry etching. Here, a multi-step method is used using an isotropic plasma etching apparatus. As a reaction gas, Cl 2 and H are used in the first step.
Using a mixed gas of Br and O 2 , HBr,
By using a mixed gas of O 2 , dry etching of the dummy gate insulating film 2 is prevented, and the surface of the silicon substrate 1 thereunder is protected from dry etching. Thus, FIG.
As shown in (d), the second groove 11 is formed in the interlayer insulating film 8a.
To form The cross-sectional shape of the second groove portion 11 becomes a groove having a two-stage structure, and the embedding property of the above-described metal material is greatly improved. Further, the dummy gate insulating film 2 in the second groove 11 is also removed.

【0029】次に、図3(a)に示すように、膜厚が2
0nmの高誘電率絶縁膜12を全面に形成する。この高
誘電率絶縁膜12はCVD法で堆積したタンタル酸化膜
等である。そして、この高誘電率絶縁膜12上であり第
2の溝部11を埋め込むように低抵抗導電膜13を形成
する。ここで、低抵抗導電膜13はTiN(窒化チタ
ン)とCuの積層膜である。
Next, as shown in FIG.
A 0 nm high dielectric constant insulating film 12 is formed on the entire surface. The high dielectric constant insulating film 12 is a tantalum oxide film or the like deposited by a CVD method. Then, a low-resistance conductive film 13 is formed on the high-dielectric-constant insulating film 12 so as to fill the second groove 11. Here, the low resistance conductive film 13 is a laminated film of TiN (titanium nitride) and Cu.

【0030】次に、上述した低抵抗導電膜13をCMP
法で研磨し、図3(b)に示すように、層間絶縁膜8a
の所定の領域に形成した第2の溝部11内にゲート絶縁
膜14とゲート電極15を形成する。このようにして、
低濃度拡散層5と高濃度拡散層7とをソース・ドレイン
領域としたLDD構造のMOSトランジスタができる。
ここで、ゲート絶縁膜14はタンタル酸化膜、ハフニウ
ム酸化膜等の高誘電率の絶縁膜で構成され、ゲート電極
15は銅等の低抵抗の金属で構成される。
Next, the above-mentioned low resistance conductive film 13 is subjected to CMP.
3B, the interlayer insulating film 8a is polished as shown in FIG.
The gate insulating film 14 and the gate electrode 15 are formed in the second groove 11 formed in the predetermined region. In this way,
A MOS transistor having an LDD structure using the low-concentration diffusion layer 5 and the high-concentration diffusion layer 7 as source / drain regions can be obtained.
Here, the gate insulating film 14 is formed of a high dielectric constant insulating film such as a tantalum oxide film or a hafnium oxide film, and the gate electrode 15 is formed of a low-resistance metal such as copper.

【0031】本発明では、断面形状が2段構造の第2の
溝部を形成する。このために、ゲート電極材料を上記の
溝内に埋め込むことが非常に容易になる。このようにし
て、従来の技術での問題点は完全に解決され、埋込みゲ
ート電極を有する微細なMOSトランジスタの製造が簡
便になる。
In the present invention, the second groove having a two-stage structure in cross section is formed. For this reason, it becomes very easy to embed the gate electrode material in the above-mentioned groove. In this way, the problems of the prior art are completely solved, and the manufacture of a fine MOS transistor having a buried gate electrode is simplified.

【0032】次に、図4と図5に基づいて本発明の第2
の実施の形態を説明する。ここで、図4と図5は、本発
明のMOSトランジスタの製造工程順の断面図である。
ここで、第1の実施の形態で説明したものと同じものは
同一符号で示す。この第2の実施の形態は第1の実施の
形態の変形であり、断面形状が2段構造の溝部形成の制
御性を高める方法を示す。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
An embodiment will be described. Here, FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views in the order of the manufacturing process of the MOS transistor of the present invention.
Here, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The second embodiment is a modification of the first embodiment, and shows a method of improving the controllability of forming a groove having a two-stage cross section.

【0033】図4(a)に示すように、シリコン基板1
上に、膜厚2nm程度の第1のシリコン酸化膜16、膜
厚150nmの第1の多結晶シリコン膜17、膜厚3n
mの第2のシリコン酸化膜18、膜厚200nmの第2
の多結晶シリコン膜19を積層して形成する。
As shown in FIG. 4A, the silicon substrate 1
A first silicon oxide film 16 having a thickness of about 2 nm, a first polycrystalline silicon film 17 having a thickness of 150 nm, a thickness of 3 n
m second silicon oxide film 18 and a 200 nm thick second silicon oxide film 18.
Is formed by laminating the polycrystalline silicon films 19.

【0034】そして、公知のフォトリソグラフィ技術を
用いゲート電極パターンのレジストマスクを形成する。
そして、ドライエッチング技術で上記第2の多結晶シリ
コン膜19、第2のシリコン酸化膜18、第1の多結晶
シリコン膜17を順次にエッチングする。上記ドライエ
ッチングでは、第1の実施の形態で説明したようなIC
Pエッチング装置を用いる。このようにして、図4
(b)に示すように、下部ダミーゲート電極20、上部
ダミーゲート電極21を形成し幅寸法が0.1μmのダ
ミーゲート電極4とする。更に、上述のダミーゲート電
極4をマスクの一部にしてリン等のN型不純物をイオン
注入し熱処理を施し低濃度拡散層5を形成する。
Then, a resist mask of a gate electrode pattern is formed by using a known photolithography technique.
Then, the second polycrystalline silicon film 19, the second silicon oxide film 18, and the first polycrystalline silicon film 17 are sequentially etched by a dry etching technique. In the above dry etching, the IC as described in the first embodiment is used.
A P etching device is used. Thus, FIG.
As shown in FIG. 2B, a lower dummy gate electrode 20 and an upper dummy gate electrode 21 are formed to form a dummy gate electrode 4 having a width of 0.1 μm. Further, using the dummy gate electrode 4 as a part of the mask, an N-type impurity such as phosphorus is ion-implanted and heat-treated to form the low concentration diffusion layer 5.

【0035】次に、図4(c)に示すように、ダミーゲ
ート電極4の側壁にサイドウォール絶縁膜6を形成し、
再度のヒ素等のN型不純物のイオン注入と熱処理で高濃
度拡散層7を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, a sidewall insulating film 6 is formed on the side wall of the dummy gate electrode 4,
The high-concentration diffusion layer 7 is formed again by ion implantation of N-type impurities such as arsenic and heat treatment.

【0036】次に、図4(d)に示すように、シリコン
基板1上およびダミーゲート電極4を被覆するようにシ
リコン酸化膜を堆積させCMP法で平坦化して層間絶縁
膜8aを形成する。ここで、上部ダミーゲート電極21
が研磨ストッパーとして機能する。
Next, as shown in FIG. 4D, a silicon oxide film is deposited so as to cover the silicon substrate 1 and the dummy gate electrode 4, and is planarized by a CMP method to form an interlayer insulating film 8a. Here, the upper dummy gate electrode 21
Functions as a polishing stopper.

【0037】次に、露出する上部ダミーゲート電極21
のみをドライエッチングで選択的に除去する。このドラ
イエッチングでは、上述したICPエッチング装置を用
いマルチステップの手法を用いる。このドライエッチン
グでは、第2のシリコン酸化膜18がエッチングストッ
パーとして機能し、第1の多結晶シリコン膜20は完全
にエッチングから保護される。このようにして、図5
(a)に示すように、層間絶縁膜8aに第1の溝部9の
深さを高精度に制御する。この第1の溝部の深さは0.
20μm(200nm)で、その幅寸法は0.1μmと
なる。
Next, the exposed upper dummy gate electrode 21
Only those are selectively removed by dry etching. In this dry etching, a multi-step method is used using the above-described ICP etching apparatus. In this dry etching, the second silicon oxide film 18 functions as an etching stopper, and the first polycrystalline silicon film 20 is completely protected from etching. Thus, FIG.
As shown in (a), the depth of the first groove 9 in the interlayer insulating film 8a is controlled with high precision. The depth of this first groove is 0.
At 20 μm (200 nm), the width dimension is 0.1 μm.

【0038】次に、希フッ酸をエッチャントとしたウェ
ットエッチングで、層間絶縁膜8aの等方性の全面エッ
チングを施し、図5(b)に示すような第1の溝部9a
を形成する。この場合も、エッチング量は50nm程度
である。このようにして、寸法が0.1μmの第1の溝
部9は寸法が0.2μmの第1の溝部9aとなる。ここ
で、上述した下部ダミーゲート電極20は、その下部の
第1のシリコン酸化膜16及び下部ダミーゲート電極2
0側壁の層間絶縁膜8aを上記ウェットエッチングから
保護する。
Next, the entire surface of the interlayer insulating film 8a is isotropically etched by wet etching using diluted hydrofluoric acid as an etchant to form a first groove 9a as shown in FIG.
To form Also in this case, the etching amount is about 50 nm. In this way, the first groove 9 having the size of 0.1 μm becomes the first groove 9a having the size of 0.2 μm. Here, the lower dummy gate electrode 20 described above is formed by the first silicon oxide film 16 and the lower dummy gate electrode
The interlayer insulating film 8a on the zero side wall is protected from the wet etching.

【0039】次に、下部ダミーゲート電極20をドライ
エッチングで選択的に除去する。ここでも、ICPのエ
ッチング装置を用いマルチステップの手法を用いる。こ
のようにして、図5(c)に示すように、層間絶縁膜8
aに第2の溝部11を形成する。この第2の溝部11の
断面形状は、2段構造の溝となり上述した金属材料の埋
め込み性が大幅に向上する。更に、上記第2の溝部11
のダミーゲート絶縁膜2も除去する。
Next, the lower dummy gate electrode 20 is selectively removed by dry etching. Here, a multi-step method is used using an ICP etching apparatus. In this way, as shown in FIG.
A second groove portion 11 is formed in a. The cross-sectional shape of the second groove 11 becomes a groove having a two-stage structure, and the embedding property of the above-described metal material is greatly improved. Further, the second groove 11
The dummy gate insulating film 2 is also removed.

【0040】以後は、第1の実施の形態で説明したよう
に高誘電率絶縁膜のゲート絶縁膜とゲート電極を上記の
第2の溝部11に形成する。
Thereafter, as described in the first embodiment, a gate insulating film of a high dielectric constant insulating film and a gate electrode are formed in the above-mentioned second groove portion 11.

【0041】第2の実施の形態では、第1の実施の形態
で説明したのと同様な効果が生じる。そして、この場合
には、2段構造の溝部の断面形状の制御性が大幅に向上
するようになる。
In the second embodiment, the same effects as described in the first embodiment are produced. In this case, the controllability of the cross-sectional shape of the two-stage groove is greatly improved.

【0042】次に、本発明の第3の実施の形態を図6と
図7に基づいて説明する。ここで、図6と図7は、本発
明のMOSトランジスタの製造工程順の断面図である。
ここで、第1(2)の実施の形態で説明したものと同じ
ものは同一符号で示す。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views in the order of the manufacturing process of the MOS transistor of the present invention.
Here, the same components as those described in the first (2) embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0043】図6(a)に示すように、シリコン基板1
上に、膜厚が5nm程度の酸窒化膜22、第1の多結晶
シリコン膜17、第4の絶縁膜であるシリコン窒化膜2
3を積層して形成する。ここで、第1の多結晶シリコン
膜17の膜厚は150nmであり、シリコン窒化膜23
の膜厚は150nmである。
As shown in FIG. 6A, the silicon substrate 1
An oxynitride film 22 having a thickness of about 5 nm, a first polycrystalline silicon film 17, and a silicon nitride film 2 serving as a fourth insulating film are formed thereon.
3 are formed by lamination. Here, the thickness of the first polycrystalline silicon film 17 is 150 nm, and
Has a thickness of 150 nm.

【0044】そして、公知のフォトリソグラフィ技術と
ドライエッチング技術とで上記シリコン窒化膜23と第
1の多結晶シリコン膜17とをパターニングする。この
パターニングでは、初めに反応性イオンエッチング(R
IE)でシリコン窒化膜23を加工しダミーゲート窒化
膜24を形成し、その後にダミーゲート窒化膜24をマ
スクにした上記ICPエッチング装置によるドライエッ
チングで第1の多結晶シリコン膜17を形成する。ここ
で、反応ガスとしては、第1ステップにCl2、HB
r、O2 の混合ガスを用い、第2ステップにHBr、O
2 の混合ガスを用いる。このようにして、図6(b)に
示すように、幅寸法が0.2μmのダミーゲート電極4
を形成する。そして、低濃度拡散層5を形成する。
Then, the silicon nitride film 23 and the first polycrystalline silicon film 17 are patterned by a known photolithography technique and a dry etching technique. In this patterning, reactive ion etching (R
The dummy gate nitride film 24 is formed by processing the silicon nitride film 23 by IE), and then the first polycrystalline silicon film 17 is formed by dry etching using the above-described ICP etching apparatus using the dummy gate nitride film 24 as a mask. Here, as the reaction gas, Cl 2 and HB were used in the first step.
Using a mixed gas of r and O 2 , HBr and O 2 are used in the second step.
The mixed gas of 2 is used. Thus, as shown in FIG. 6B, the dummy gate electrode 4 having a width of 0.2 μm is formed.
To form Then, the low concentration diffusion layer 5 is formed.

【0045】次に、図6(c)に示すように、シリコン
窒化膜の成膜とエッチバックとでダミーゲート電極4の
側壁にサイドウォール絶縁膜25を形成する。そして、
高濃度拡散層7を形成する。ここで、サイドウォール絶
縁膜25の膜厚は100nmである。
Next, as shown in FIG. 6C, a side wall insulating film 25 is formed on the side wall of the dummy gate electrode 4 by forming a silicon nitride film and etching back. And
The high concentration diffusion layer 7 is formed. Here, the thickness of the sidewall insulating film 25 is 100 nm.

【0046】次に、図6(d)に示すように、シリコン
基板1上およびダミーゲート電極4を被覆するように膜
厚700nm程度のシリコン酸化膜を堆積させ、その後
にCMP法で平坦化して層間絶縁膜8aを形成する。こ
こで、ダミーゲート窒化膜24およびサイドウォール絶
縁膜25が研磨ストッパーとして機能する。
Next, as shown in FIG. 6D, a silicon oxide film having a thickness of about 700 nm is deposited on the silicon substrate 1 and the dummy gate electrode 4 so as to cover the dummy gate electrode 4, and then flattened by the CMP method. An interlayer insulating film 8a is formed. Here, the dummy gate nitride film 24 and the side wall insulating film 25 function as a polishing stopper.

【0047】次に、露出するダミーゲート窒化膜24を
ホット燐酸の化学薬液でウェットエッチング除去する。
このウェットエッチングで、サイドウォール絶縁膜25
の上部もエッチングされサイドウォール絶縁膜残部26
が形成される。このサイドウォール絶縁膜残部26は下
部ダミーゲート電極20の高さ程度までとなる。このよ
うにして、図7(a)に示すように、層間絶縁膜8aに
第1の溝部9aを形成する。
Next, the exposed dummy gate nitride film 24 is removed by wet etching with a chemical solution of hot phosphoric acid.
By this wet etching, the sidewall insulating film 25 is formed.
Is also etched, and the sidewall insulating film remains 26
Is formed. The remaining portion of the sidewall insulating film 26 has a height up to about the height of the lower dummy gate electrode 20. Thus, as shown in FIG. 7A, the first groove 9a is formed in the interlayer insulating film 8a.

【0048】このホット燐酸の化学薬液でウェットエッ
チングでは、シリコン酸化膜で構成される層間絶縁膜8
aはエッチングされない。このために、形成される第1
の溝部9aの幅寸法は0.4μmと高精度に制御され、
その深さも150nmと高精度に制御される。
In the wet etching with the chemical solution of hot phosphoric acid, the interlayer insulating film 8 composed of a silicon oxide film is formed.
a is not etched. For this, the first formed
The width of the groove 9a is precisely controlled to 0.4 μm,
The depth is also controlled with a high precision of 150 nm.

【0049】次に、下部ダミーゲート電極20をウェッ
トエッチングで選択的に除去する。このようにして、図
7(b)に示すように、第2の溝部11を形成する。こ
のウェットエッチングでも、シリコン酸化膜で構成され
る層間絶縁膜8aはほとんどエッチングされない。この
ために、第2の溝部11の幅寸法および深さは高精度に
形成できるようになる。また、このウェットエッチング
で酸窒化膜22およびサイドウォール絶縁膜残部26は
エッチングされない。
Next, the lower dummy gate electrode 20 is selectively removed by wet etching. In this way, as shown in FIG. 7B, the second groove 11 is formed. Even in this wet etching, the interlayer insulating film 8a composed of the silicon oxide film is hardly etched. Therefore, the width and depth of the second groove 11 can be formed with high precision. The oxynitride film 22 and the remaining sidewall insulating film 26 are not etched by this wet etching.

【0050】次に、図7(c)に示すように、第2の溝
部11を埋め込むようにTiN等のバリア膜27、Cu
膜28を積層して形成しゲート電極15を形成する。こ
の場合には、酸窒化膜22がそのままMOSトランジス
タのゲート絶縁膜となる。
Next, as shown in FIG. 7C, a barrier film 27 such as TiN
The gate electrode 15 is formed by laminating the films 28. In this case, the oxynitride film 22 becomes the gate insulating film of the MOS transistor as it is.

【0051】第2の実施の形態では、第1の実施の形態
で説明したのと同様な効果が生じる。更に、この場合に
は、第2の溝部11の幅寸法と深さ寸法の制御が大幅に
向上するようになる。
In the second embodiment, the same effects as described in the first embodiment are produced. Further, in this case, the control of the width dimension and the depth dimension of the second groove 11 is greatly improved.

【0052】次に、図8乃至図10に基づいて本発明の
第4の実施の形態を説明する。ここで、図8乃至図10
は、本発明のMOSトランジスタの製造工程順の断面図
である。ここで、先述の実施の形態で説明したものと同
じものは同一符号で示す。この第4の実施の形態は基本
的には第2の実施の形態の変形である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIGS. 8 to 10
3A to 3C are cross-sectional views in the order of the manufacturing steps of the MOS transistor of the present invention. Here, the same components as those described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. The fourth embodiment is basically a modification of the second embodiment.

【0053】図8(a)に示すように、シリコン基板1
上に、膜厚2nm程度の酸窒化膜22、ゲート電極膜2
9、膜厚3nmの第1のシリコン酸化膜16、下層膜で
ある膜厚150nmの第1の多結晶シリコン膜17、膜
厚3nmの第2のシリコン酸化膜18、上層膜である膜
厚200nmの第2の多結晶シリコン膜19を積層して
形成する。ここで、ゲート電極膜29はリン不純物を含
有する膜厚100nm程度の多結晶シリコン膜である。
As shown in FIG. 8A, the silicon substrate 1
An oxynitride film 22 having a thickness of about 2 nm and a gate electrode film 2
9, a first silicon oxide film 16 having a thickness of 3 nm, a first polycrystalline silicon film 17 having a thickness of 150 nm as a lower layer film, a second silicon oxide film 18 having a thickness of 3 nm, and a thickness of 200 nm being an upper layer film Is formed by laminating the second polycrystalline silicon film 19. Here, the gate electrode film 29 is a polycrystalline silicon film containing a phosphorus impurity and having a thickness of about 100 nm.

【0054】そして、第2の実施の形態で説明したよう
に、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術と
で、上記第2の多結晶シリコン膜19、第2のシリコン
酸化膜18、第1の多結晶シリコン膜17、第1のシリ
コン酸化膜16およびゲート電極膜29を順次にエッチ
ングする。このようにして、図8(b)に示すように、
下部ゲート電極30、下部ダミーゲート電極20、上部
ダミーゲート電極21を形成し幅寸法が0.1μmのダ
ミーゲート電極4とする。そして、低濃度拡散層5を形
成する。
Then, as described in the second embodiment, the second polycrystalline silicon film 19, the second silicon oxide film 18, the first polycrystalline The silicon film 17, the first silicon oxide film 16, and the gate electrode film 29 are sequentially etched. In this way, as shown in FIG.
A lower gate electrode 30, a lower dummy gate electrode 20, and an upper dummy gate electrode 21 are formed to form a dummy gate electrode 4 having a width of 0.1 μm. Then, the low concentration diffusion layer 5 is formed.

【0055】次に、図8(c)に示すように、下部ゲー
ト電極30およびダミーゲート電極4の側壁にシリコン
酸化膜でサイドウォール絶縁膜6を形成し、高濃度拡散
層7を形成する。そして、図8(d)に示すように、シ
リコン基板1上およびダミーゲート電極4および下部ゲ
ート電極30を被覆するようにシリコン酸化膜を堆積さ
せCMP法で平坦化して層間絶縁膜8aを形成する。こ
こで、上部ダミーゲート電極21が研磨ストッパーとし
て機能する。
Next, as shown in FIG. 8C, a side wall insulating film 6 of a silicon oxide film is formed on the side walls of the lower gate electrode 30 and the dummy gate electrode 4, and a high concentration diffusion layer 7 is formed. Then, as shown in FIG. 8D, a silicon oxide film is deposited so as to cover the silicon substrate 1 and the dummy gate electrode 4 and the lower gate electrode 30, and is flattened by the CMP method to form an interlayer insulating film 8a. . Here, the upper dummy gate electrode 21 functions as a polishing stopper.

【0056】次に、露出する上部ダミーゲート電極21
のみを第2の実施の形態で説明したようなドライエッチ
ングで選択的に除去する。このドライエッチングでは、
第2のシリコン酸化膜18がエッチングストッパーとし
て機能し、第1の多結晶シリコン膜20は完全にエッチ
ングから保護される。このようにして、図9(a)に示
すように、層間絶縁膜8aに第1の溝部9を形成する。
ここで、この第1の溝部の深さは0.20μmで、その
幅寸法は0.1μmとなる。
Next, the exposed upper dummy gate electrode 21
Only those portions are selectively removed by dry etching as described in the second embodiment. In this dry etching,
The second silicon oxide film 18 functions as an etching stopper, and the first polycrystalline silicon film 20 is completely protected from etching. Thus, as shown in FIG. 9A, the first groove 9 is formed in the interlayer insulating film 8a.
Here, the first groove has a depth of 0.20 μm and a width of 0.1 μm.

【0057】次に、希フッ酸をエッチャントとしたウェ
ットエッチングで、層間絶縁膜8aの等方性の全面エッ
チングを施し、図9(b)に示すような第1の溝部9a
を形成する。ここで、エッチング量は50nm程度であ
る。このようにして、寸法が0.1μmの第1の溝部9
は寸法が0.2μmの第1の溝部9aとなる。ここで、
上述した下部ダミーゲート電極20は、その下部の第1
のシリコン酸化膜16及び下部ゲート電極30側壁の層
間絶縁膜8aを上記ウェットエッチングから保護する。
Next, the interlayer insulating film 8a is isotropically etched by wet etching using dilute hydrofluoric acid as an etchant to form a first groove 9a as shown in FIG.
To form Here, the etching amount is about 50 nm. Thus, the first groove 9 having a size of 0.1 μm is formed.
Is a first groove 9a having a size of 0.2 μm. here,
The lower dummy gate electrode 20 described above has a lower first gate electrode 20.
The silicon oxide film 16 and the interlayer insulating film 8a on the side walls of the lower gate electrode 30 are protected from the wet etching.

【0058】次に、下部ダミーゲート電極20をドライ
エッチングで選択的に除去する。ここで、ICPのエッ
チング装置を用いマルチステップの手法を用いる。この
ようにして、図9(c)に示すように、層間絶縁膜8a
に第2の溝部11を形成する。この第2の溝部11の断
面形状は、2段構造の溝となり上述した金属材料の埋め
込み性が大幅に向上する。
Next, the lower dummy gate electrode 20 is selectively removed by dry etching. Here, a multi-step method is used using an ICP etching apparatus. Thus, as shown in FIG. 9C, the interlayer insulating film 8a
Then, a second groove 11 is formed. The cross-sectional shape of the second groove 11 becomes a groove having a two-stage structure, and the embedding property of the above-described metal material is greatly improved.

【0059】次に、極薄の第1のシリコン酸化膜16を
ウェットエッチングで除去する。このようにして、図9
(d)に示すように、下部ゲート電極30の表面を露出
させる。
Next, the very thin first silicon oxide film 16 is removed by wet etching. Thus, FIG.
As shown in (d), the surface of the lower gate electrode 30 is exposed.

【0060】次に、図10(a)に示すように、下部ゲ
ート電極に接続し第2の溝部11を埋め込むように導電
膜31を形成する。ここで、導電膜31はWN(窒化タ
ングステン)とW(タングステン)とをこの順に積層す
る金属膜である。
Next, as shown in FIG. 10A, a conductive film 31 is formed so as to be connected to the lower gate electrode and to fill the second groove 11. Here, the conductive film 31 is a metal film in which WN (tungsten nitride) and W (tungsten) are stacked in this order.

【0061】次に、上述した導電膜31をCMP法で研
磨し、図10(b)に示すように、層間絶縁膜8aの所
定の領域に形成した第2の溝部11内にゲート絶縁膜と
なる酸窒化膜22、下部ゲート電極30と上部ゲート電
極32を形成する。このようにして、シリコン基板1表
面において低濃度拡散層5と高濃度拡散層7とをソース
・ドレイン領域としたLDD構造のMOSトランジスタ
ができる。
Next, the above-described conductive film 31 is polished by a CMP method, and as shown in FIG. 10B, a gate insulating film and a gate insulating film are formed in a second groove 11 formed in a predetermined region of the interlayer insulating film 8a. An oxynitride film 22, a lower gate electrode 30, and an upper gate electrode 32 are formed. Thus, a MOS transistor having an LDD structure in which the low-concentration diffusion layer 5 and the high-concentration diffusion layer 7 are formed on the surface of the silicon substrate 1 as the source / drain regions can be obtained.

【0062】この実施の形態では、第1および第2の実
施の形態で説明した効果が生じる。更に、ゲート絶縁膜
および下部ゲート電極を予め形成するために、MOSト
ランジスタの製造工程が簡便化できるようになる。
In this embodiment, the effects described in the first and second embodiments are obtained. Further, since the gate insulating film and the lower gate electrode are formed in advance, the manufacturing process of the MOS transistor can be simplified.

【0063】上記の第1および第2の実施の形態では、
ゲート絶縁膜として高誘電率の絶縁膜を使用する場合に
ついて説明した。この場合に、ダミーゲート絶縁膜2あ
るいは第1のシリコン酸化膜16をそのままゲート絶縁
膜として用いてもよい。また、第3の実施の形態におい
て、逆に、酸窒化膜22を除去し高誘電率の絶縁膜をゲ
ート絶縁膜として用いてもよい。
In the first and second embodiments,
The case where a high dielectric constant insulating film is used as the gate insulating film has been described. In this case, the dummy gate insulating film 2 or the first silicon oxide film 16 may be used as it is as the gate insulating film. Conversely, in the third embodiment, the oxynitride film 22 may be removed and an insulating film having a high dielectric constant may be used as the gate insulating film.

【0064】また、上記の実施の形態では、ダミーゲー
ト電極を多結晶シリコン膜で形成していたが、本発明は
これに限定されるものではない。このダミーゲート電極
としては、層間絶縁膜を構成する材料とは異種の材料で
あってエッチング速度を異にするものであればよい。例
えば、高融点金属のシリサイド等の導電膜である。
In the above embodiment, the dummy gate electrode is formed of a polycrystalline silicon film, but the present invention is not limited to this. The dummy gate electrode may be made of a material different from the material forming the interlayer insulating film and having a different etching rate. For example, a conductive film such as a refractory metal silicide is used.

【0065】上述した本発明の実施の形態では、ゲート
電極をCu金属、積層するW/WN金属で形成する場合
について説明しているが、本発明はこれに限定されるも
のではない。その他、アルミニウム(Al)、または、
モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(T
i)のような高融点金属あるいは白金(Pt)、ルテニ
ウム(Ru)のような貴金属で形成する場合でも同様に
適用できる。
In the above-described embodiment of the present invention, the case where the gate electrode is formed of Cu metal or a laminated W / WN metal is described, but the present invention is not limited to this. In addition, aluminum (Al), or
Molybdenum (Mo), tantalum (Ta), titanium (T
The present invention can be similarly applied to the case of forming with a high melting point metal such as i) or a noble metal such as platinum (Pt) or ruthenium (Ru).

【0066】また、上記の実施の形態では、層間絶縁膜
をシリコン酸化膜とする場合について説明しているが、
その他、層間絶縁膜としてSi−Oベースの低誘電率膜
を用いてもよい。そのような絶縁膜としては、シルセス
キオキサン類であるハイドロゲンシルセスキオキサン
(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキ
サン(Methyl Silsesquioxane)、メチレーテッドハイ
ドロゲンシルセスキオキサン(Methylated Hydrogen
Silsesquioxane)、あるいはフルオリネーテッドシルセ
スキオキサン(Furuorinated Silsesquioxane)のよう
な低誘電率膜がある。
In the above embodiment, the case where the interlayer insulating film is a silicon oxide film has been described.
In addition, a low dielectric constant film based on Si—O may be used as the interlayer insulating film. Examples of such an insulating film include hydrogen silsesquioxane which is a silsesquioxane, methyl silsesquioxane, methylated hydrogen silsesquioxane, and methylated hydrogen silsesquioxane.
There is a low dielectric constant film such as Silsesquioxane) or Fluorinated Silsesquioxane.

【0067】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態が
適宜変更され得ることは明らかである。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is clear that the embodiment can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明の要部では、MOSトランジスタ
の製造において、半導体基板の表面にダミーゲートパタ
ーンを形成し、ダミーゲートパターンをマスクとした不
純物のイオン注入等でMOSトランジスタのソース・ド
レイン領域となる拡散層を形成する。そして、ダミーゲ
ートパターンを被う絶縁膜を堆積させた後に上記ダミー
ゲートパターンの上面を露出させる、ダミーゲートパタ
ーンを所定の厚さ分だけ選択的にエッチング除去して第
1の溝部を形成する。次に、第1の溝部側壁をエッチン
グし第1の溝部の開口寸法を拡大させる。そして、ダミ
ーゲートパターンの残存部をエッチング除去して、断面
形状が2段構造になる第2の溝部を形成する。この第2
の溝部に導電体材料を充填しMOSトランジスタのゲー
ト電極を形成する。あるいは、この第2の溝部に高誘電
率のゲート絶縁膜とゲート電極とを形成する。
According to a principal part of the present invention, in the manufacture of a MOS transistor, a dummy gate pattern is formed on the surface of a semiconductor substrate, and the source / drain regions of the MOS transistor are formed by ion implantation of impurities using the dummy gate pattern as a mask. Is formed. After the insulating film covering the dummy gate pattern is deposited, the upper surface of the dummy gate pattern is exposed. The dummy gate pattern is selectively etched away by a predetermined thickness to form a first groove. Next, the opening of the first groove is enlarged by etching the side wall of the first groove. Then, the remaining portion of the dummy gate pattern is removed by etching to form a second groove having a two-stage cross-sectional shape. This second
Is filled with a conductive material to form a gate electrode of a MOS transistor. Alternatively, a gate insulating film having a high dielectric constant and a gate electrode are formed in the second groove.

【0069】本発明の方法では、MOSトランジスタの
低抵抗のゲート電極材料を上記の溝内に埋め込むことが
非常に容易になる。更には、高誘電率の絶縁膜をゲート
絶縁膜とし低抵抗の埋込みゲート電極を有する超微細な
MOSトランジスタの製造が非常に簡便になる。
According to the method of the present invention, it becomes very easy to bury a low-resistance gate electrode material of a MOS transistor in the above-mentioned trench. Furthermore, it becomes very simple to manufacture an ultra-fine MOS transistor having a low-resistance buried gate electrode using a high-dielectric-constant insulating film as a gate insulating film.

【0070】そして、本発明は、MOSトランジスタの
微細化および半導体装置の高密度化あるいは高集積化を
促進する。
The present invention promotes miniaturization of MOS transistors and higher density or higher integration of semiconductor devices.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態を説明するためのM
OSトランジスタの製造工程順の断面図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an M mode for explaining a first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the order of manufacturing steps of an OS transistor.

【図2】上記MOSトランジスタの製造工程の続きを示
す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing process of the MOS transistor.

【図3】上記MOSトランジスタの製造工程の続きを示
す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing process of the MOS transistor.

【図4】本発明の第2の実施の形態を説明するためのM
OSトランジスタの製造工程順の断面図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating M for explaining a second embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the order of manufacturing steps of an OS transistor.

【図5】上記MOSトランジスタの製造工程の続きを示
す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing process of the MOS transistor.

【図6】本発明の第3の実施の形態を説明するためのM
OSトランジスタの製造工程順の断面図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining M according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the order of manufacturing steps of an OS transistor.

【図7】上記MOSトランジスタの製造工程の続きを示
す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing process of the MOS transistor.

【図8】本発明の第4の実施の形態を説明するためのM
OSトランジスタの製造工程順の断面図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the order of manufacturing steps of an OS transistor.

【図9】上記MOSトランジスタの製造工程の続きを示
す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing process of the MOS transistor.

【図10】上記MOSトランジスタの製造工程の続きを
示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing process of the MOS transistor.

【図11】従来の技術を説明するためのMOSトランジ
スタの製造工程順の断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a MOS transistor in a manufacturing process order for describing a conventional technique.

【図12】上記MOSトランジスタの製造工程の続きを
示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a continuation of the manufacturing process of the MOS transistor.

【符号の説明】 1,101 シリコン基板 2,102 ダミーゲート絶縁膜 3,103 多結晶シリコン膜 4,104 ダミーゲート電極 5,105 低濃度拡散層 6,25,106 サイドウォール絶縁膜 7,107 高濃度拡散層 8,8a,108,108a 層間絶縁膜 9,9a 第1の溝部 10 ダミーゲート残部 11 第2の溝部 12 高誘電率絶縁膜 13 低抵抗導電膜 14,110 ゲート絶縁膜 15,111 ゲート電極 16 第1のシリコン酸化膜 17 第1の多結晶シリコン膜 18 第2のシリコン酸化膜 19 第2の多結晶シリコン膜 20 下部ダミーゲート電極 21 上部ダミーゲート電極 22 酸窒化膜 23 シリコン窒化膜 24 ダミーゲート窒化膜 26 サイドウォール絶縁膜残部 27 バリア膜 28 Cu膜 29 ゲート電極膜 30 下部ゲート電極 31 導電膜 32 上部ゲート電極[Description of Signs] 1,101 Silicon substrate 2,102 Dummy gate insulating film 3,103 Polycrystalline silicon film 4,104 Dummy gate electrode 5,105 Low concentration diffusion layer 6,25,106 Side wall insulating film 7,107 High Concentration diffusion layer 8, 8a, 108, 108a Interlayer insulating film 9, 9a First trench 10 Remaining dummy gate 11 Second trench 12 High dielectric constant insulating film 13 Low resistance conductive film 14, 110 Gate insulating film 15, 111 Gate Electrode 16 First silicon oxide film 17 First polycrystalline silicon film 18 Second silicon oxide film 19 Second polycrystalline silicon film 20 Lower dummy gate electrode 21 Upper dummy gate electrode 22 Oxynitride film 23 Silicon nitride film 24 Dummy gate nitride film 26 Remaining sidewall insulating film 27 Barrier film 28 Cu film 29 Gate electrode 30 lower gate electrode 31 conductive film 32 upper gate electrode

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以
下、MOSトランジスタという)の製造において、半導
体基板の表面に第1の絶縁膜を形成し該第1の絶縁膜上
にダミーゲートパターンを形成する工程と、 前記ダミーゲートパターンをマスクとした不純物のイオ
ン注入とその後の熱処理とでMOSトランジスタのソー
ス・ドレイン領域となる拡散層を形成する工程と、 前記ダミーゲートパターンの側壁に第2の絶縁膜を形成
し、前記ダミーゲートパターンおよび第2の絶縁膜を被
覆する第3の絶縁膜を堆積させた後に前記第3の絶縁膜
の表面を除去し前記ダミーゲートパターンの上面および
第2の絶縁膜の上部を露出させる工程と、 前記ダミーゲートパターンを所定の厚さ分だけ選択的に
エッチング除去し前記ダミーゲートパターンの残存部の
表面を底面とし前記第2の絶縁膜を側面とする第1の溝
部を形成する工程と、 前記第1の溝部の側壁の第2の絶縁膜をエッチングし前
記第1の溝部の開口寸法を拡大させる工程と、 前記ダミーゲートパターンの残存部をエッチング除去
し、前記残存部のエッチング領域と前記第1の溝部とで
構成された第2の溝部を形成する工程と、 前記第2の溝部に導電体材料を充填し前記MOSトラン
ジスタのゲート電極とする工程、とを含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
A step of forming a first insulating film on a surface of a semiconductor substrate and forming a dummy gate pattern on the first insulating film in manufacturing an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a MOS transistor); Forming a diffusion layer serving as a source / drain region of a MOS transistor by ion implantation of impurities using the dummy gate pattern as a mask and a subsequent heat treatment; forming a second insulating film on a side wall of the dummy gate pattern Then, after depositing a third insulating film covering the dummy gate pattern and the second insulating film, the surface of the third insulating film is removed, and the upper surface of the dummy gate pattern and the upper portion of the second insulating film are removed. Exposing the dummy gate pattern selectively by a predetermined thickness to remove the remaining dummy gate pattern. Forming a first groove having the surface of the remaining portion as a bottom surface and the second insulating film as a side surface; and etching the second insulating film on a side wall of the first groove to open the first groove. A step of enlarging a dimension, a step of etching and removing a remaining portion of the dummy gate pattern, and a step of forming a second groove formed by an etching region of the remaining portion and the first groove; Filling the trench with a conductive material to form a gate electrode of the MOS transistor.
【請求項2】 MOSトランジスタの製造において、半
導体基板の表面に第1の絶縁膜を形成し該第1の絶縁膜
上にダミーゲートパターンを形成する工程と、 前記ダミーゲートパターンをマスクとした不純物のイオ
ン注入とその後の熱処理とでMOSトランジスタのソー
ス・ドレイン領域となる拡散層を形成する工程と、 前記ダミーゲートパターンを被覆する第3の絶縁膜を堆
積させた後に前記第3の絶縁膜の表面を除去し前記ダミ
ーゲートパターンの上面を露出させる工程と、 前記ダミーゲートパターンを所定の厚さ分だけ選択的に
エッチング除去し前記ダミーゲートパターンのエッチン
グ除去領域に第1の溝部を形成する工程と、 前記第1の溝部側壁の前記第3の絶縁膜をエッチングし
前記第1の溝部の開口寸法を拡大させる工程と、 前記ダミーゲートパターンの残存部をエッチング除去
し、前記残存部のエッチング領域と前記第1の溝部とで
構成された第2の溝部を形成する工程と、 前記第2の溝部に導電体材料を充填し前記MOSトラン
ジスタのゲート電極とする工程、とを含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
2. A method of manufacturing a MOS transistor, comprising: forming a first insulating film on a surface of a semiconductor substrate and forming a dummy gate pattern on the first insulating film; and forming an impurity using the dummy gate pattern as a mask. Forming a diffusion layer to be a source / drain region of a MOS transistor by ion implantation of a metal oxide film and a heat treatment thereafter; and depositing a third insulating film covering the dummy gate pattern. Removing a surface to expose an upper surface of the dummy gate pattern; and selectively removing the dummy gate pattern by a predetermined thickness to form a first groove in an etching-removed region of the dummy gate pattern. Etching the third insulating film on the side wall of the first groove to enlarge the opening dimension of the first groove; Removing the remaining portion of the dummy gate pattern by etching to form a second groove portion including the etching region of the remaining portion and the first groove portion; and filling the second groove portion with a conductive material. Forming a gate electrode of the MOS transistor.
【請求項3】 前記ダミーゲートパターンが積層する上
層と下層の半導体膜あるいは導電膜で構成され、前記ダ
ミーゲートパターンのエッチング除去の領域が前記上層
の半導体膜あるいは導電膜であり前記ダミーゲートパタ
ーンの残存部が前記下層の半導体膜あるいは導電膜であ
ることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導
体装置の製造方法。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the dummy gate pattern is formed of an upper semiconductor layer and a lower semiconductor film or a conductive film, and a region of the dummy gate pattern to be removed by etching is the upper semiconductor film or the conductive film. 3. The method according to claim 1, wherein the remaining portion is the lower semiconductor film or the conductive film.
【請求項4】 前記ダミーゲートパターンが積層する下
層の半導体膜あるいは導電膜と上層の第4の絶縁膜とで
構成され、前記ダミーゲートパターンのエッチング除去
の領域が前記上層の第4の絶縁膜であり前記ダミーゲー
トパターンの残存部が前記下層の半導体膜あるいは導電
膜であることを特徴とする請求項1または請求項2記載
の半導体装置の製造方法。
4. The lower insulating film or conductive film on which the dummy gate pattern is laminated and an upper fourth insulating film, and a region of the dummy gate pattern to be removed by etching is the upper insulating film. 3. The method according to claim 1, wherein the remaining portion of the dummy gate pattern is the lower semiconductor film or the conductive film.
【請求項5】 前記第1の絶縁膜をMOSトランジスタ
のゲート絶縁膜とすることを特徴とする請求項1から請
求項4のうち1つの請求項に記載の半導体装置の製造方
法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said first insulating film is a gate insulating film of a MOS transistor.
【請求項6】 前記第2の溝部を形成後に前記第1の絶
縁膜を除去し、前記第1の絶縁膜よりも誘電率の高い高
誘電率絶縁膜を被着させ該前記高誘電率絶縁膜をMOS
トランジスタのゲート絶縁膜とすることを特徴とする請
求項1から請求項4のうち1つの請求項に記載の半導体
装置の製造方法。
6. The method according to claim 6, wherein the first insulating film is removed after forming the second groove, and a high dielectric constant insulating film having a higher dielectric constant than the first insulating film is applied. MOS film
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is a gate insulating film of a transistor.
【請求項7】 前記第2の絶縁膜あるいは前記第3の絶
縁膜がシリコン酸化膜であり、前記半導体膜がシリコン
膜であることを特徴とする請求項1から請求項6のうち
1つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film or the third insulating film is a silicon oxide film, and the semiconductor film is a silicon film. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to the above item.
【請求項8】 前記第3の絶縁膜がシリコン酸化膜であ
り前記第2の絶縁膜あるいは前記第4の絶縁膜がシリコ
ン窒化膜であり、前記半導体膜がシリコン膜であること
を特徴とする請求項1から請求項6のうち1つの請求項
に記載の半導体装置の製造方法。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the third insulating film is a silicon oxide film, the second insulating film or the fourth insulating film is a silicon nitride film, and the semiconductor film is a silicon film. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項9】 MOSトランジスタの製造において、半
導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成し該ゲート絶縁膜
上にゲート電極膜、絶縁膜、積層する下層膜および上層
膜をこの順に堆積させる工程と、 前記ゲート電極膜、絶縁膜、積層する上層/下層膜をM
OSトランジスタのゲートパターンに加工する工程と、 前記ゲートパターンをマスクとした不純物のイオン注入
とその後の熱処理とでMOSトランジスタのソース・ド
レイン領域となる拡散層を形成する工程と、 前記ゲートパターンの側壁に第2の絶縁膜を形成し、前
記ゲートパターンおよび第2の絶縁膜を被覆する第3の
絶縁膜を堆積させた後に前記第3の絶縁膜の表面を除去
し前記ゲートパターンの上層膜および第2の絶縁膜の上
部を露出させる工程と、 前記ゲートパターンのうち前記上層膜をエッチング除去
し前記下層膜の表面を底面とし前記第2の絶縁膜を側面
とする第1の溝部を形成する工程と、 前記第1の溝部の側壁の第2の絶縁膜をエッチングし前
記第1の溝部の開口寸法を拡大させる工程と、 前記ゲートパターンのうち前記下層膜と絶縁膜をエッチ
ング除去し、前記下層膜と絶縁膜のエッチング領域と前
記第1の溝部とで構成される第2の溝部を形成する工程
と、 前記ゲート電極膜に接続する導電体材料を前記第2の溝
部に充填し前記MOSトランジスタのゲート電極とする
工程、とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
9. A process for manufacturing a MOS transistor, comprising: forming a gate insulating film on a surface of a semiconductor substrate; and depositing a gate electrode film, an insulating film, a laminated lower film and an upper film on the gate insulating film in this order. The gate electrode film, the insulating film, and the laminated upper / lower film are denoted by M
Processing a gate pattern of an OS transistor; forming a diffusion layer to be a source / drain region of a MOS transistor by ion implantation of impurities using the gate pattern as a mask and a subsequent heat treatment; Forming a second insulating film on the substrate; depositing a third insulating film covering the gate pattern and the second insulating film; removing a surface of the third insulating film; Exposing an upper portion of a second insulating film; and etching away the upper layer film of the gate pattern to form a first groove having a surface of the lower film as a bottom surface and a side surface of the second insulating film as a side surface. A step of etching a second insulating film on a side wall of the first groove to enlarge an opening dimension of the first groove; Removing the lower layer film and the insulating film by etching to form a second groove portion including the etching region of the lower layer film and the insulating film and the first groove portion; and a conductor connected to the gate electrode film. Filling the second trench with a material to form a gate electrode of the MOS transistor.
【請求項10】 MOSトランジスタの製造において、
半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成し該ゲート絶縁
膜上にゲート電極膜、絶縁膜、積層する下層膜および上
層膜をこの順に堆積させる工程と、 前記ゲート電極膜、絶縁膜、積層する上層/下層膜をM
OSトランジスタのゲートパターンに加工する工程と、 前記ゲートパターンをマスクとした不純物のイオン注入
とその後の熱処理とでMOSトランジスタのソース・ド
レイン領域となる拡散層を形成する工程と、 前記ゲートパターンを被覆する第3の絶縁膜を堆積させ
た後に前記第3の絶縁膜の表面を除去し前記ゲートパタ
ーンの上層膜を露出させる工程と、 前記ゲートパターンのうち前記上層膜をエッチング除去
し前記上層膜のエッチング除去領域に第1の溝部を形成
する工程と、 前記第1の溝部側壁の前記第3の絶縁膜をエッチングし
前記第1の溝部の開口寸法を拡大させる工程と、 前記ゲートパターンのうち前記下層膜と絶縁膜をエッチ
ング除去し、前記下層膜と絶縁膜のエッチング領域と前
記第1の溝部とで構成される第2の溝部を形成する工程
と、 前記ゲート電極膜に接続する導電体材料を前記第2の溝
部に充填し前記MOSトランジスタのゲート電極とする
工程、とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
10. A method for manufacturing a MOS transistor, comprising:
Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate and depositing a gate electrode film, an insulating film, a laminated lower layer film and an upper layer film in this order on the gate insulating film; and the gate electrode film, the insulating film, and the laminated upper layer. / Lower layer film is M
Processing a gate pattern of the OS transistor; forming a diffusion layer serving as a source / drain region of the MOS transistor by ion implantation of impurities using the gate pattern as a mask and a subsequent heat treatment; covering the gate pattern Removing a surface of the third insulating film to expose an upper layer film of the gate pattern after depositing a third insulating film to be formed; and removing the upper layer film of the gate pattern by etching. Forming a first groove in an etching-removed region; etching the third insulating film on a side wall of the first groove to enlarge an opening dimension of the first groove; A second groove formed by etching and removing the lower layer film and the insulating film, and an etching region of the lower layer film and the insulating film and the first groove portion; Forming a step of the gate electrode of filling the conductive material to be connected to the gate electrode film in the second groove said MOS transistor, a method of manufacturing a semiconductor device which comprises a city.
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