JP2003188376A - Mis field-effect transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

Mis field-effect transistor and method of manufacturing the same

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JP2003188376A
JP2003188376A JP2001385570A JP2001385570A JP2003188376A JP 2003188376 A JP2003188376 A JP 2003188376A JP 2001385570 A JP2001385570 A JP 2001385570A JP 2001385570 A JP2001385570 A JP 2001385570A JP 2003188376 A JP2003188376 A JP 2003188376A
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insulating film
effect transistor
trench
self
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Takehide Shirato
白土猛英
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a super-fine MIS field-effect transistor of a low-melting-point-metal gate type having a gate length shorter than the resolution limit of a photo-resist. <P>SOLUTION: This super-fine MIS field-effect transistor comprises a trench isolation region 3 which is selectively formed in a p-type silicon substrate and in which an oxide film is filled; a gate electrode (Al) 8 formed on the p-type silicon substrate demarcated by the trench isolation region 3 via a gate insulating film 6 and a barrier metal 7, and having a gate length shorter than the resolution limit of a photo-resist (formed by forming a trench having a width that corresponds to the resolution limit of the photo-resist, forming an insulating film on the inside wall to form a finer trench, and filling this trench); a first insulating film 9 formed on the side face of the gate electrode 8 and both side faces of which are formed perpendicular to the p-type silicon substrate 1; a second insulating film 10 formed adjoining the first insulating film 9, and in the p-type silicon substrate, n-type source/drain regions 4 formed underneath the first insulating film 9 self-aligned by the gate electrode 8; and n<SP>+</SP>-type source/drain regions 5 formed underneath the second insulating film 10 self-aligned by the first insulating film 9. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路に係り、
特に高集積、高速、高性能、低電力且つ高信頼なショー
トチャネルのMIS電界効果トランジスタに関する。従
来、MIS電界効果トランジスタの高速化においては、
ゲート長(チャネル長)の微細化に重点がおかれ、この
際問題になるドレイン近傍の強電界のために生じるホッ
トキャリア効果による寿命上の伝達コンダクタンスの劣
化を改善するためにLDD(ightly ope
rain)構造を形成することにより対処されて
きた。ゲート長の微細化に対する電気的な対策は今後と
も十分に対応可能であると思われるが、一方ゲート長の
微細化に関する技術が限界に近づきつつある。従来よ
り、ゲート長の決定は、フォトリソグラフィーによって
解像されたフォトレジストのパターンをマスク層として
ゲート電極材料を異方性ドライエッチングすることによ
りなされてきた。しかし現時点において、フォトレジス
トの安定して解像できる下限値は100nm 程度で、量産技
術として使用したいゲート長の値にほぼ近づきつつあ
り、フォトレジストの解像限界に頼っているだけではさ
らなる微細化が難しくなってきつつある。またゲート長
の微細化をはかっている割りには高速化が達成されてい
ないという欠点があり、パターンの微細化以外に高集積
化が達成されていないという欠点もあった。そこで、フ
ォトレジストの解像限界以下のゲート長を有し、さらな
る高速化が可能な超微細なショートチャネルのMIS電
界効果トランジスタを形成できる手段が要望されてい
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit,
In particular, it relates to a highly integrated, high speed, high performance, low power and highly reliable short channel MIS field effect transistor. Conventionally, in increasing the speed of a MIS field effect transistor,
Gate length emphasis on miniaturization (channel length) is placed, LDD (L ightly D in order to improve the deterioration of the transmission conductance of the lifetime due to hot carrier effect caused for strong electric field in the vicinity of the drain of this time becomes a problem ope
It has been addressed by forming the d D rain) structure. It seems that electrical countermeasures for miniaturization of the gate length will be able to sufficiently cope with the future, but on the other hand, the technology for miniaturization of the gate length is approaching its limit. Conventionally, the gate length has been determined by anisotropic dry etching of a gate electrode material using a photoresist pattern resolved by photolithography as a mask layer. However, at the present time, the lower limit value for stable resolution of photoresist is about 100 nm, which is approaching the gate length value that is desired to be used in mass production technology, and further miniaturization can be achieved only by relying on the resolution limit of photoresist. Is getting harder. Further, there is a drawback that speeding up is not achieved despite the miniaturization of the gate length, and there is a drawback that high integration is not achieved other than the miniaturization of the pattern. Therefore, there is a demand for a means capable of forming an ultrafine short channel MIS field effect transistor having a gate length equal to or shorter than the resolution limit of photoresist and capable of further speeding up.

【0002】[0002]

【従来の技術】図31及び図32は従来のMIS電界効
果トランジスタで、図31はチャネル長方向の模式側断
面図、図32はチャネル幅方向の模式側断面図で、p型
のシリコン基板を使用して形成したショートチャネルの
NチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導体
集積回路の一部を示しており、51はp型のシリコン基
板、52はp型不純物ウエル領域、53は素子分離領域形成
用トレンチ及び埋め込み酸化膜、54はn型ソースドレイ
ン領域、55はn+ 型ソースドレイン領域、56はゲート酸
化膜(SiO2)、57はゲート電極(WSi/PolySi)、58は
下地酸化膜、59はサイドウオール、60は不純物ブロック
用酸化膜、61はBPSG膜、62はバリアメタル、63は導
電プラグ、64はバリアメタル、65はAlCu配線、66バリア
メタルを示している。同図においては、p型のシリコン
基板51に酸化膜を埋め込んだトレンチ素子分離領域53が
選択的に設けられ、トレンチ素子分離領域53により画定
されたp型のシリコン基板51上にゲート酸化膜(SiO2
56を介して100nm 程度のゲート長を有するゲート電極
(WSi/polySi)57が設けられ、チャネル幅方向のゲー
ト電極57はトレンチ素子分離領域53上に突き出して設け
られ、ゲート電極57の側壁に上部が曲がって形成された
サイドウオール59が設けられ、p型のシリコン基板51に
は、ゲート電極57に自己整合してn型ソースドレイン領
域54及びサイドウオール59に自己整合してn+ 型ソース
ドレイン領域55が設けられ、p型のシリコン基板51上に
設けられたBPSG膜61の一部を選択的に開孔したビア
を埋め込んだバリアメタル62を有する導電プラグ63を介
して上下にバリアメタル(64、66)を有するAlCu配線65
が接続されている構造からなるNチャネルのLDD構造
のMIS電界効果トランジスタが形成されている。製造
方法は示していないが、ゲート電極57は解像されたフォ
トレジストにより設定されたゲート長に形成され、また
すべて同じ300 nm程度の膜厚に形成されている。したが
って、解像されたフォトレジストパターンによって設定
されるゲート長を有するゲート電極しか形成できないた
め、さらなるショートチャネルを有するMIS電界効果
トランジスタを形成することができなかった。また、L
DD構造を形成することにより、ドレイン領域近傍の電
界が緩和され、ホットキャリア効果による寿命上の伝達
コンダクタンスの劣化は改善され、ショートチャネル化
は可能であるが、あらかじめ形成したゲート電極及びサ
イドウオールに自己整合してそれぞれn型ソースドレイ
ン領域及びn+ 型ソースドレイン領域を形成するため、
n型及びn+ 型ソースドレイン領域の活性化に高温処理
が必要とされることから、ゲート電極及びソースドレイ
ン領域の抵抗の低減ができなかったこと、ゲート電極を
半導体層である多結晶シリコン層で形成しなければなら
なかったので、多結晶シリコン層が空乏化されることに
よる空乏層の存在のために、実効的なゲート絶縁膜(ゲ
ート絶縁膜の厚さとゲート電極の空乏層の厚さとの合
計)の薄膜化が難しかったこと等によりショートチャネ
ル化をはかっている割りには高速化が達成されていない
という欠点があり、またゲート電極がトレンチ素子分離
領域上に延在して設けられているので、隣接して別のM
IS電界効果トランジスタが形成される場合は集積度が
上がらず、パターンの微細化以外に高集積化が達成され
ていないという欠点もあった。
31 and 32 show a conventional MIS field effect transistor, FIG. 31 is a schematic side sectional view in the channel length direction, and FIG. 32 is a schematic side sectional view in the channel width direction, showing a p-type silicon substrate. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a short-channel N-channel MIS field effect transistor formed by using, 51 is a p-type silicon substrate, 52 is a p-type impurity well region, and 53 is an element isolation region formation Trench and buried oxide film, 54 n-type source / drain region, 55 n + type source / drain region, 56 gate oxide film (SiO 2 ), 57 gate electrode (WSi / PolySi), 58 underlayer oxide film, 59 is a side wall, 60 is an impurity blocking oxide film, 61 is a BPSG film, 62 is a barrier metal, 63 is a conductive plug, 64 is a barrier metal, 65 is an AlCu wiring, and 66 is a barrier metal. In the figure, a trench element isolation region 53 in which an oxide film is buried in a p-type silicon substrate 51 is selectively provided, and a gate oxide film (on the p-type silicon substrate 51 defined by the trench element isolation region 53 SiO 2 )
A gate electrode (WSi / polySi) 57 having a gate length of about 100 nm is provided via 56, and the gate electrode 57 in the channel width direction is provided so as to protrude above the trench isolation region 53, and is formed on the side wall of the gate electrode 57 above. is provided sidewall 59 formed bent, the p-type silicon substrate 51, self-aligned to the gate electrode 57 by self-alignment in the n-type source drain region 54 and the side wall 59 n + -type source and drain A region 55 is provided, and a barrier metal (upper and lower) is provided via a conductive plug 63 having a barrier metal 62 in which a via is formed by selectively opening a part of a BPSG film 61 provided on a p-type silicon substrate 51. 64, 66) with AlCu wiring 65
The MIS field-effect transistor of the N-channel LDD structure is formed by the structure in which is connected. Although the manufacturing method is not shown, the gate electrode 57 is formed to have a gate length set by the resolved photoresist, and all are formed to have the same film thickness of about 300 nm. Therefore, since only the gate electrode having the gate length set by the resolved photoresist pattern can be formed, the MIS field effect transistor having the further short channel cannot be formed. Also, L
By forming the DD structure, the electric field in the vicinity of the drain region is relaxed, the deterioration of the transfer conductance over the lifetime due to the hot carrier effect is improved, and a short channel can be formed, but the gate electrode and the side wall formed in advance can be formed. In order to form the n-type source / drain region and the n + -type source / drain region by self-alignment,
Since high temperature treatment is required to activate the n-type and n + -type source / drain regions, the resistance of the gate electrode and the source / drain regions could not be reduced, and the gate electrode was a polycrystalline silicon layer having a semiconductor layer Since the polycrystalline silicon layer is depleted due to the existence of the depletion layer, the effective gate insulating film (gate insulating film thickness and gate electrode depletion layer thickness However, there is a drawback that speeding up has not been achieved in spite of trying to make a short channel because it was difficult to make a thin film, and the gate electrode is provided to extend over the trench element isolation region. So it is next to another M
In the case where the IS field effect transistor is formed, the degree of integration does not increase, and there is a drawback that high integration is not achieved other than the pattern miniaturization.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来例に示されるように、解像されたフォ
トレジストパターンによってゲート電極を形成するた
め、フォトレジストの解像限界以下の微細なゲート長
(チャネル長)を持つMIS電界効果トランジスタが形
成できなかったこと、高速性を改善したMIS電界効果
トランジスタを得るために、ホットキャリア効果を改善
したLDD構造を形成することにより、ショートチャネ
ル化を達成しているが、ソースドレイン領域を自己整合
して微細に形成するために、多結晶シリコンゲート電極
(実際には多結晶シリコンと高融点金属の二重ゲート電
極)を使用しなければならなかったために、ゲート電極
及びソースドレイン領域の抵抗の低減が難しかったこ
と、多結晶シリコンゲート電極にも空乏層が形成され、
実効的なゲート絶縁膜の薄膜化が難しかったこと等によ
りショートチャネル化をはかっている割りには高速化が
達成されていないこと、あるいはパターンの微細化以外
に高集積化が達成されておらず、さらなる高速化の達成
が難しいという問題が顕著になってきたことである。
The problem to be solved by the present invention is, as shown in the conventional example, that a gate electrode is formed by a resolved photoresist pattern. A MIS field effect transistor having a fine gate length (channel length) could not be formed, and an LDD structure with an improved hot carrier effect was formed to obtain a MIS field effect transistor with improved high-speed performance. Although it has achieved channelization, a polycrystalline silicon gate electrode (actually a double gate electrode of polycrystalline silicon and a refractory metal) must be used to form the source / drain region in a self-aligned and fine pattern. It was difficult to reduce the resistance of the gate electrode and the source / drain region because it had to be done. Depletion layer in the electrode is formed,
Due to the difficulty of effective thinning of the gate insulating film, etc., the short channel has been achieved but the speed has not been achieved, or high integration has not been achieved other than pattern miniaturization. However, the problem that it is difficult to achieve even higher speeds has become prominent.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体基板
と、前記半導体基板上に選択的に設けられたゲート絶縁
膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたバリアメタル層
と、前記バリアメタル層上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極に自己整合して前記ゲート電極の側壁
に、両側面が前記半導体基板と概略垂直に設けられた第
1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜に自己整合して前記第
1の絶縁膜に接して設けられた第2の絶縁膜(あるいは
導電膜)と、前記ゲート電極に自己整合して前記第1の
絶縁膜下の前記半導体基板に設けられた低濃度のソース
ドレイン領域と、前記第1の絶縁膜に自己整合して前記
低濃度のソースドレイン領域に接して前記半導体基板に
設けられた高濃度のソースドレイン領域とを備えてなる
本発明のMIS電界効果トランジスタによって解決され
る。
Means for Solving the Problems The above-mentioned problems are solved by a semiconductor substrate, a gate insulating film selectively provided on the semiconductor substrate, a barrier metal layer provided on the gate insulating film, and the barrier metal. A gate electrode provided on the layer,
A first insulating film self-aligned with the gate electrode and provided on both sides of the gate electrode substantially perpendicularly to the semiconductor substrate; and a first insulating film self-aligned with the first insulating film. A second insulating film (or a conductive film) provided in contact with the insulating film, and a low-concentration source / drain region provided in the semiconductor substrate below the first insulating film in self-alignment with the gate electrode. And a high-concentration source / drain region provided in the semiconductor substrate in self-alignment with the first insulating film and in contact with the low-concentration source / drain region. It

【0005】[0005]

【作 用】即ち、本願発明のMIS電界効果トランジ
スタを構成する要点は、 (1) 第1のダミーゲート電極(ゲート酸化膜及びバリア
メタルを介した多結晶シリコン膜) (2) 第1のダミーゲート電極に自己整合して形成した高
濃度のソースドレイン領域 (3) 第1のダミーゲート電極に自己整合して形成した平
坦な第2の絶縁膜 (4) 第1のダミーゲート電極を除去して形成した第1の
トレンチ (5) 第1のトレンチの側壁に形成した絶縁膜(本来のサ
イドウオールは凸パターの側壁に形成するが、本願発明
の側壁絶縁膜は凹パターの側壁に形成した逆サイドウオ
ールのようなもので、異方性ドライエッチングにより、
第1のトレンチに自己整合して形成するために下部側面
は半導体基板に垂直に形成されるが、上部側面は曲面状
に形成される。) (6) 第1のトレンチの側壁絶縁膜により自己整合して形
成された下部は側壁絶縁膜の2倍の幅が小さくなり、上
部はほぼ第1のトレンチと同じ状態に形成された変則的
な第2のトレンチ (7) 第2のトレンチに平坦に埋め込まれた第2のダミー
ゲート電極(この第2のトレンチに第2のダミーゲート
電極を平坦に埋め込んでも逆テーパー構造(下部より上
部の方が幅が広い)となるので、逆テーパー構造を解消
すべく、オーバー研磨し、第2のダミーゲート電極の側
面が半導体基板に垂直になるように形成する必要があ
る。その際側壁絶縁膜の上面も平坦に形成される。この
改善により高濃度のソースドレイン領域と第2のダミー
ゲート電極間に自己整合して低濃度のソースドレイン領
域の形成が可能となる。) (8) 側壁絶縁膜を除去して形成した第3のトレンチ (9) 第2のダミーゲート電極に自己整合して形成した第
3のトレンチ下の低濃度のソースドレイン領域 (10)第3のトレンチに平坦に埋め込まれた第1の絶縁膜 (11)第2のダミーゲート電極を除去して形成した第4の
トレンチ(第2のトレンチと同等のもの) (12)第4のトレンチに平坦に埋め込まれた低融点金属か
らなるゲート電極以上からなっている。 さらなる要点は、各トレンチのアスペクト比を4以下
(望ましくは2以下)に抑えるために、各トレンチの深
さはかなり浅く(即ち埋め込まれる導電膜あるいは絶縁
膜の膜厚を薄く)形成しており、ゲート酸化膜及びバリ
アメタル(兼エッチングストッパー膜)は初期の段階で
形成され、ゲート電極の底面のみに存在する構造をとっ
ており、通常のダマシンプロセス(トレンチ埋め込み、
化学的機械研磨による平坦化プロセス)にみられるよう
にゲート電極の側面及び底面にゲート酸化膜及びバリア
メタルを形成する構造(ゲート電極形成時のアスペクト
比が極めて高くなる構造)をとっていない。また埋め込
むゲート電極をかなり薄くしているために、配線体と接
続をとるゲート電極配線部は、導電プラグ形成用のビア
の開孔におけるエッチングの問題(薄膜のゲート電極も
かなりエッチングされ、側面コンタクト状態になるた
め、コンタクト抵抗が上昇する)を改善するため、厚膜
に形成する工夫もおこなっている。したがって、フォト
レジストの解像限界である第1のダミーゲート電極に各
要素をすべて自己整合して形成したフォトレジストの解
像限界以下の超微細なゲート電極を有するLDD構造の
NチャネルのMIS電界効果トランジスタを形成するこ
とが可能である。また、ゲート酸化膜、ゲート電極、高
濃度のソースドレイン領域の形成材料、形成方法及び基
板構造・・・等を工夫することにより、さらに高速なM
IS電界効果トランジスタを形成することも可能であ
る。
[Operation] That is, the essential points of configuring the MIS field effect transistor of the present invention are: (1) First dummy gate electrode (polycrystalline silicon film via gate oxide film and barrier metal) (2) First dummy High-concentration source / drain region formed by self-alignment with the gate electrode (3) Flat second insulating film formed by self-alignment with the first dummy gate electrode (4) Removing the first dummy gate electrode First trench formed by (5) Insulating film formed on the sidewall of the first trench (the original sidewall is formed on the sidewall of the convex putter, but the sidewall insulating film of the present invention is formed on the sidewall of the concave putter). It's like a reverse side wall, and by anisotropic dry etching,
The lower side surface is formed perpendicular to the semiconductor substrate to be self-aligned with the first trench, while the upper side surface is curved. (6) The width of the lower part formed by self-alignment by the side wall insulating film of the first trench is twice as small as that of the side wall insulating film, and the upper part is formed in almost the same state as the first trench. Second trench gate (7) A second dummy gate electrode that is flatly buried in the second trench (even if the second dummy gate electrode is flatly buried in this second trench, the reverse taper structure The side wall of the second dummy gate electrode must be formed so that the side surface of the second dummy gate electrode is vertical to the semiconductor substrate in order to eliminate the reverse taper structure. The upper surface is also flattened.This improvement enables self-alignment between the high-concentration source / drain region and the second dummy gate electrode to form a low-concentration source / drain region.) (8) Sidewall insulation Formed by removing the film Third trench (9) Low-concentration source / drain region under the third trench formed in self-alignment with the second dummy gate electrode (10) First insulation flatly embedded in the third trench Film (11) Fourth trench formed by removing the second dummy gate electrode (similar to the second trench) (12) Gate electrode made of low melting point metal that is flatly embedded in the fourth trench It consists of the above. A further point is that in order to keep the aspect ratio of each trench to 4 or less (preferably 2 or less), the depth of each trench is formed to be fairly shallow (that is, the embedded conductive film or insulating film is thin). , The gate oxide film and the barrier metal (also as the etching stopper film) are formed in the initial stage and have a structure existing only on the bottom surface of the gate electrode.
As seen in (Chemical mechanical polishing planarization process), the structure in which the gate oxide film and the barrier metal are formed on the side surface and the bottom surface of the gate electrode (the structure in which the aspect ratio is extremely high when the gate electrode is formed) is not taken. Also, since the gate electrode to be embedded is made quite thin, the gate electrode wiring part that connects to the wiring body has a problem of etching in the opening of the via for forming the conductive plug (the gate electrode of the thin film is also considerably etched, and the side contact In order to prevent the contact resistance from increasing, the contact resistance is increased. Therefore, the N-channel MIS electric field of the LDD structure having an ultrafine gate electrode below the resolution limit of the photoresist formed by self-aligning each element on the first dummy gate electrode which is the resolution limit of the photoresist. It is possible to form an effect transistor. Further, by devising the material for forming the gate oxide film, the gate electrode, the high concentration source / drain region, the forming method, the substrate structure, etc.
It is also possible to form an IS field effect transistor.

【0006】[0006]

【実施例】以下本発明を、図示実施例により具体的に説
明する。図1は本発明のMIS電界効果トランジスタに
おける第1の実施例の模式側断面図(チャネル長方
向)、図2は本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の実施例の模式側断面図(チャネル幅方向)、
図3は本発明のMIS電界効果トランジスタにおける第
2の実施例の模式側断面図(チャネル長方向)、図4は
本発明のMIS電界効果トランジスタにおける第2の実
施例の模式側断面図(チャネル幅方向)、図5は本発明
のMIS電界効果トランジスタにおける第3の実施例の
模式側断面図(チャネル幅方向)、図6は本発明のMI
S電界効果トランジスタにおける第4の実施例の模式側
断面図(チャネル幅方向)、図7は本発明のMIS電界
効果トランジスタにおける第5の実施例の模式側断面図
(チャネル長方向)、図8は本発明のMIS電界効果ト
ランジスタにおける第6の実施例の模式側断面図(チャ
ネル長方向)、図9は本発明のMIS電界効果トランジ
スタにおける第7の実施例の模式側断面図(チャネル長
方向)、図10は本発明のMIS電界効果トランジスタ
における第8の実施例の模式側断面図(チャネル長方
向)、図11は本発明のMIS電界効果トランジスタに
おける第9の実施例の模式側断面図(チャネル長方
向)、図12は本発明のMIS電界効果トランジスタに
おける第10の実施例の模式側断面図(チャネル長方
向)、図13〜図22は本発明のMIS電界効果トラン
ジスタにおける第1の製造方法の工程断面図、図23〜
図30は本発明のMIS電界効果トランジスタにおける
第2の製造方法の工程断面図である。全図を通じ同一対
象物は同一符号で示す。ただし、側断面図における斜線
は主要な絶縁膜のみに記載し、また発明の要部を示すた
め、水平方向及び垂直方向のサイズは正確な寸法を示し
ていない。図1及び図2は本発明のMIS電界効果トラ
ンジスタにおける第1の実施例で、図1はチャネル長方
向の模式側断面図、図2はチャネル幅方向の模式側断面
図で、p型のシリコン基板を使用して形成した超微細な
NチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導体
集積回路の一部を示しており、1は1015cm-3程度のp型
のシリコン基板、2は1016cm-3程度のp型不純物ウエル
領域、3は素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸
化膜(SiO2)、4は1017cm-3程度のn型ソースドレイン
領域、5は1020cm-3程度のn+ 型ソースドレイン領域、
6は12nm程度のゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 )、7は20
nm程度のバリアメタル兼エッチングストッパー膜(TiN
)、8はゲート長(チャネル長)30nm程度のゲート電
極(Al)、9は第1の絶縁膜(側壁酸化膜、SiO2)、10
は第2の絶縁膜(SiO2)、11は500 nm程度の燐珪酸ガラ
ス(PSG )膜、12は20nm程度のバリアメタル(TiN )、
13は導電プラグ(W)、14は50nm程度のバリアメタル
(TiN )、15は500 nm程度のAlCu配線(数%のCuを含
む)、16は50nm程度のバリアメタル(TiN )を示してい
る。同図においては、p型のシリコン基板1に酸化膜を
埋め込んだトレンチ素子分離領域3が選択的に設けら
れ、このトレンチ素子分離領域3により画定されたp型
のシリコン基板1上にゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 )6
及びバリアメタル(兼エッチングストッパー膜、TiN )
7を介して、フォトレジストの解像限界以下のゲート長
(チャネル長)を有するゲート電極(Al)8が設けら
れ、ゲート電極8の側面には、両側面がp型のシリコン
基板1に垂直に形成され、上面が平坦に形成された第1
の絶縁膜(側壁酸化膜、SiO2)9が設けられ、この第1
の絶縁膜9に接して第2の絶縁膜(SiO2)10が設けら
れ、p型のシリコン基板1には、閾値電圧を制御するp
型不純物ウエル領域が設けられ、ゲート電極8に自己整
合して第1の絶縁膜9下にn型ソースドレイン領域4及
び第1の絶縁膜9に自己整合して第2の絶縁膜10下にn
+ 型ソースドレイン領域5が設けられており、平坦に形
成されたゲート電極8、第1の絶縁膜9及び第2の絶縁
膜10上には平坦に形成された層間絶縁膜(PSG )11が設
けられ、n+ 型ソースドレイン領域5の一部には、層間
絶縁膜11を開孔したビアが設けられ、このビアをバリア
メタル(TiN )12を介して平坦に埋め込んだ導電プラグ
(W)13が設けられ、導電プラグ13に上下にバリアメタ
ル(TiN 、14、16)を有するAlCu配線15が接続されてい
る構造からなる超微細なNチャネルのMIS電界効果ト
ランジスタが形成されている。製造方法は後に詳述する
が、本発明のゲート電極は、ダブルダミーゲート電極
(第1及び第2のダミーゲート電極)及びダブルダマシ
ン法(第2のダミーゲート電極及び最終のゲート電極の
埋め込み形成)を使用しており、フォトレジストの解像
下限値に形成されたトレンチの側壁に絶縁膜を設けるこ
とにより形成された、さらに微細なトレンチを埋め込む
ことにより、フォトレジストの解像限界以下(現時点の
技術における)のゲート長(チャネル長)30nm程度に形
成され、また埋め込まれるトレンチのアスペクト比(微
細なトレンチの埋め込みにはアスペクト比は4以下が必
要)を考慮し、膜厚50nm程度に形成されている。また図
2より明らかなように、AlCu配線15と接続をとるゲート
電極配線部は、導電プラグ形成用のビアの開孔における
エッチングの問題(薄膜のゲート電極もかなりエッチン
グされ、側面コンタクト状態になるため、コンタクト抵
抗が上昇する)及び埋め込まれるトレンチのアスペクト
比等を考慮し、300nm 程度の膜厚で、やや幅広く形成さ
れている。したがって、フォトレジストの解像限界以下
の超微細なゲート長(チャネル長)を有するLDD構造
のNチャネルのMIS電界効果トランジスタを形成する
ことが可能である。またトレンチ素子分離領域及びフォ
トレジストの解像下限値に形成された第1のダミーゲー
ト電極(第1のダミーゲート電極(多結晶シリコン)は
素子分離領域に位置合わせして形成)に自己整合して、
各要素(第1の絶縁膜、第2の絶縁膜、ゲート電極、低
濃度及び高濃度不純物ソースドレイン領域、ゲート酸化
膜及びバリアメタル)を形成することが可能である。ま
た不純物領域の活性化に高温処理が必要なソースドレイ
ン領域をゲート電極の形成前に自己整合して形成できる
ことにより、低抵抗な低融点金属(Al)からなるゲート
電極を形成できるため、ゲート電極の低抵抗化及び空乏
層の存在しないゲート電極の形成(実効的なゲート酸化
膜の薄膜化)も可能である。また高誘電率を有するTa2O
5 をゲート酸化膜として使用できるため、ゲート酸化膜
の厚膜化が可能で、ゲート電極と半導体基板間の微小な
電流リークの改善及びゲート容量の低減も可能であり、
同時にSiO2膜換算ではゲート酸化膜の薄膜化も可能であ
る。またゲート電極、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜の
上面を段差がない連続した平坦面に形成できることによ
り、極めて信頼性の高い層間絶縁膜及び配線体を形成す
ることもできる。この結果、高速、高信頼、高性能及び
高集積を併せ持つフォトレジストの解像限界以下の超微
細な低融点金属ゲート電極を有するLDD構造のMIS
電界効果トランジスタを得ることができる。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to illustrated examples. 1 is a schematic side sectional view (channel length direction) of a first embodiment of a MIS field effect transistor of the present invention, and FIG. 2 is a schematic side sectional view (channel) of a first embodiment of a MIS field effect transistor of the present invention. Width direction),
3 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (in the channel length direction), and FIG. 4 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (the channel). Width direction), FIG. 5 is a schematic side sectional view of the third embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel width direction), and FIG. 6 is an MI of the present invention.
FIG. 8 is a schematic side sectional view (channel width direction) of the fourth embodiment of the S field effect transistor, and FIG. 7 is a schematic side sectional view (channel length direction) of the fifth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention. Is a schematic side sectional view of the sixth embodiment of the MIS field-effect transistor of the present invention (channel length direction), and FIG. 9 is a schematic side sectional view of the seventh embodiment of the MIS field-effect transistor of the present invention (channel length direction). ), FIG. 10 is a schematic side sectional view of the eighth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (in the channel length direction), and FIG. 11 is a schematic side sectional view of the ninth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention. (Channel length direction), FIG. 12 is a schematic side cross-sectional view of the tenth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel length direction), and FIGS. Sectional views of a first method for manufacturing the light of the MIS field-effect transistor, 23 to
FIG. 30 is a process sectional view of the second manufacturing method of the MIS field effect transistor of the present invention. The same object is denoted by the same symbol throughout the drawings. However, since the diagonal lines in the side sectional view are shown only in the main insulating film and show the essential part of the invention, the sizes in the horizontal direction and the vertical direction do not show accurate dimensions. 1 and 2 show a first embodiment of the MIS field-effect transistor of the present invention. FIG. 1 is a schematic side sectional view in the channel length direction, and FIG. 2 is a schematic side sectional view in the channel width direction. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including an ultra-fine N-channel MIS field effect transistor formed by using a substrate, where 1 is a p-type silicon substrate of about 10 15 cm −3 , and 2 is 10 16 cm p-type impurity-well region of about -3, the element isolation region forming trench and buried oxide film 3 (SiO 2), is 10 17 cm -3 of about n-type source drain region 4, 5 about 10 20 cm -3 N + type source / drain region,
6 is a gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) of about 12 nm, 7 is 20
Barrier metal and etching stopper film (TiN
), 8 is a gate electrode (Al) having a gate length (channel length) of about 30 nm, 9 is a first insulating film (sidewall oxide film, SiO 2 ), 10
Is a second insulating film (SiO 2 ), 11 is a phosphosilicate glass (PSG) film of about 500 nm, 12 is a barrier metal (TiN) of about 20 nm,
13 is a conductive plug (W), 14 is a barrier metal (TiN) of about 50 nm, 15 is an AlCu wiring of about 500 nm (containing several% of Cu), and 16 is a barrier metal (TiN) of about 50 nm. . In the figure, a trench element isolation region 3 having an oxide film buried in a p-type silicon substrate 1 is selectively provided, and a gate oxide film is formed on the p-type silicon substrate 1 defined by the trench element isolation region 3. (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) 6
And barrier metal (also etching stopper film, TiN)
A gate electrode (Al) 8 having a gate length (channel length) less than or equal to the resolution limit of the photoresist is provided via the via 7, and both side surfaces of the gate electrode 8 are perpendicular to the p-type silicon substrate 1. Formed on the first surface having a flat upper surface
Insulating film (sidewall oxide film, SiO 2 ) 9 of
The second insulating film (SiO 2 ) 10 is provided in contact with the insulating film 9 of the p-type silicon substrate 1, and the p-type silicon substrate 1 has p
A type impurity well region is provided, self-aligned with the gate electrode 8 and under the first insulating film 9, and self-aligned with the n-type source / drain region 4 and the first insulating film 9 under the second insulating film 10. n
A + type source / drain region 5 is provided, and a flat interlayer insulating film (PSG) 11 is formed on the flat gate electrode 8, the first insulating film 9 and the second insulating film 10. A via is provided in a part of the n + -type source / drain region 5 to open the interlayer insulating film 11, and the via is flatly buried via a barrier metal (TiN) 12 to form a conductive plug (W). An ultrafine N-channel MIS field effect transistor having a structure in which 13 is provided and AlCu wirings 15 having barrier metals (TiN, 14, 16) are connected to the conductive plug 13 at the upper and lower sides is formed. Although the manufacturing method will be described in detail later, the gate electrode of the present invention includes a double dummy gate electrode (first and second dummy gate electrodes) and a double damascene method (embedding formation of the second dummy gate electrode and the final gate electrode). ) Is used, and by embedding a finer trench formed by providing an insulating film on the side wall of the trench formed at the lower limit of the resolution of the photoresist, the The gate length (channel length) is about 30 nm, and the aspect ratio of the trench to be embedded (aspect ratio of 4 or less is required to fill a fine trench) is taken into consideration to form a film thickness of about 50 nm. Has been done. As is clear from FIG. 2, the gate electrode wiring portion connected to the AlCu wiring 15 has a problem of etching in the opening of the via for forming the conductive plug (the thin film gate electrode is also considerably etched and becomes a side contact state). Therefore, considering the contact resistance rises) and the aspect ratio of the trench to be embedded, the film is formed with a thickness of about 300 nm and is rather wide. Therefore, it is possible to form an N-channel MIS field-effect transistor of LDD structure having an ultrafine gate length (channel length) equal to or less than the resolution limit of photoresist. Further, it is self-aligned with the trench element isolation region and the first dummy gate electrode formed at the lower limit of resolution of the photoresist (the first dummy gate electrode (polycrystalline silicon) is formed in alignment with the element isolation region). hand,
Each element (first insulating film, second insulating film, gate electrode, low-concentration and high-concentration impurity source / drain regions, gate oxide film, and barrier metal) can be formed. In addition, since the source / drain regions, which require high-temperature treatment for activation of the impurity regions, can be formed in a self-aligned manner before the gate electrodes are formed, a gate electrode made of a low melting point metal (Al) can be formed. It is also possible to reduce the resistance and to form a gate electrode without a depletion layer (effective thinning of the gate oxide film). Also, Ta 2 O having a high dielectric constant
Since 5 can be used as a gate oxide film, it is possible to increase the thickness of the gate oxide film, improve minute current leakage between the gate electrode and the semiconductor substrate, and reduce the gate capacitance.
At the same time, the gate oxide film can be thinned in terms of SiO 2 film. Further, since the upper surfaces of the gate electrode, the first insulating film, and the second insulating film can be formed as continuous flat surfaces without steps, an extremely highly reliable interlayer insulating film and wiring body can be formed. As a result, the MIS of the LDD structure having an ultrafine low melting point metal gate electrode below the resolution limit of a photoresist having high speed, high reliability, high performance and high integration.
A field effect transistor can be obtained.

【0007】図3及び図4は本発明のMIS電界効果ト
ランジスタにおける第2の実施例で、図3はチャネル長
方向の模式側断面図、図4はチャネル幅方向の模式側断
面図で、p型のシリコン基板を使用して形成した超微細
なNチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導
体集積回路の一部を示しており、1〜16は図1と同じ物
を、17は選択化学気相成長導電膜(タングステン膜、上
部ゲート電極)、18はバリアメタル(TiN )を示してい
る。同図においては、ゲート電極(Al) 8の直上に選択
化学気相成長タングステン膜からなる上部ゲート電極17
(第1の実施例同様コンタクト抵抗の増加防止用)及び
上部ゲート電極の側壁にバリアメタル18が設けられ、素
子領域の上部ゲート電極17の一部直上にバリアメタル
(TiN )12を有する導電プラグ(W)13が設けられ、こ
の導電プラグ13に上下にバリアメタル(TiN 、14、16)
を有するAlCu配線15が接続されている以外は第1の実施
例と同じ構造のNチャネルのLDD構造のMIS電界効
果トランジスタが形成されている。本実施例において
も、第1の実施例と同じ効果を得ることができ、また素
子分離領域にほとんど延在しないゲート電極を形成でき
るため、より高集積化を達成することが可能である。
3 and 4 show a second embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention. FIG. 3 is a schematic side sectional view in the channel length direction, and FIG. 4 is a schematic side sectional view in the channel width direction. 2 shows a part of a semiconductor integrated circuit including an ultra-fine N-channel MIS field effect transistor formed using a silicon substrate of the same type, 1 to 16 are the same as those in FIG. 1, and 17 is a selective chemical vapor phase. The grown conductive film (tungsten film, upper gate electrode), 18 is a barrier metal (TiN 3). In the figure, an upper gate electrode 17 made of a selective chemical vapor deposition tungsten film is formed directly on the gate electrode (Al) 8.
(For preventing increase in contact resistance as in the first embodiment), a barrier metal 18 is provided on the side wall of the upper gate electrode, and a conductive plug having the barrier metal (TiN) 12 directly on a part of the upper gate electrode 17 in the element region. (W) 13 is provided, and barrier metal (TiN, 14, 16) is formed on the top and bottom of this conductive plug 13.
An MIS field-effect transistor of the N-channel LDD structure having the same structure as that of the first embodiment is formed except that the AlCu wiring 15 having is connected. Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and since the gate electrode that hardly extends in the element isolation region can be formed, higher integration can be achieved.

【0008】図5は本発明のMIS電界効果トランジス
タにおける第3の実施例の模式側断面図(チャネル幅方
向)で、p型のシリコン基板を使用して形成した超微細
なNチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導
体集積回路の一部を示しており、1〜3、6〜18は図1
及び図3と同じ物を、19は薄い酸化膜(SiO2、選択化学
気相成長導電膜形成用のマスク層)を示している。同図
においては、素子分離領域のゲート電極(Al) 8の一部
直上に選択化学気相成長タングステン膜からなる上部ゲ
ート電極17(コンタクト抵抗の増加防止用)及び上部ゲ
ート電極の側壁にバリアメタル18が設けられ、この上部
ゲート電極17の直上にバリアメタル(TiN )12を有する
導電プラグ(W)13が設けられ、この導電プラグ13に上
下にバリアメタル(TiN 、14、16)を有するAlCu配線15
が接続されている以外は第1の実施例と同じ構造のNチ
ャネルのLDD構造のMIS電界効果トランジスタが形
成されている。本実施例においても、第1の実施例と同
じ効果を得ることができる。
FIG. 5 is a schematic side sectional view (in the channel width direction) of a third embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention, which is an ultrafine N-channel MIS electric field formed by using a p-type silicon substrate. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including an effect transistor, and 1 to 3 and 6 to 18 are shown in FIG.
3 shows the same thing as FIG. 3 and 19 shows a thin oxide film (SiO 2 , a mask layer for forming a selective chemical vapor deposition conductive film). In the figure, an upper gate electrode 17 (for preventing contact resistance increase) made of a selective chemical vapor deposition tungsten film is provided directly above a part of the gate electrode (Al) 8 in the element isolation region, and a barrier metal is provided on the side wall of the upper gate electrode. 18 is provided, a conductive plug (W) 13 having a barrier metal (TiN) 12 is provided immediately above the upper gate electrode 17, and AlCu having barrier metal (TiN, 14, 16) above and below the conductive plug 13. Wiring 15
A MIS field-effect transistor of the N-channel LDD structure having the same structure as that of the first embodiment except that is connected is formed. Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0009】図6は本発明のMIS電界効果トランジス
タにおける第4の実施例の模式側断面図(チャネル幅方
向)で、p型のシリコン基板を使用して形成した超微細
なNチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導
体集積回路の一部を示しており、1〜3、6〜16、19は
図1及び図5と同じ物を示している。同図においては、
素子分離領域のゲート電極(Al) 8の一部直上に直接選
択化学気相成長タングステン膜からなる積層型の導電プ
ラグ13(層間絶縁膜11を開孔したビアをバリアメタルを
介して平坦に埋め込んだ導電プラグではなく、ゲート電
極(Al) 8上に形成した薄い酸化膜19の一部を開孔し、
直接選択化学気相成長タングステン膜を積層させて形成
した導電プラグで、側壁にバリアメタルを形成した後、
層間絶縁膜11で埋め込んで形成した積層型の導電プラ
グ)が設けられ(コンタクト抵抗の増加防止用)、導電
プラグ13の側壁にバリアメタル12が設けられ、この導電
プラグ13に上下にバリアメタル(TiN 、14、16)を有す
るAlCu配線15が接続されている以外は第1の実施例と同
じ構造のNチャネルのLDD構造のMIS電界効果トラ
ンジスタが形成されている。本実施例においても、第1
の実施例と同じ効果を得ることができる。
FIG. 6 is a schematic side sectional view (in the channel width direction) of the fourth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention. It is an ultrafine N-channel MIS electric field formed by using a p-type silicon substrate. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including an effect transistor, and 1 to 3, 6 to 16 and 19 are the same as those in FIGS. In the figure,
Directly above a part of the gate electrode (Al) 8 in the element isolation region, a stacked conductive plug 13 (selective chemical vapor deposition tungsten film is buried flatly via a barrier metal with a via hole opened in the interlayer insulating film 11). Instead of the conductive plug, a part of the thin oxide film 19 formed on the gate electrode (Al) 8 is opened,
After forming a barrier metal on the side wall with a conductive plug formed by stacking direct selective chemical vapor deposition tungsten films,
A laminated conductive plug (embedded with an interlayer insulating film 11) is provided (for preventing an increase in contact resistance), a barrier metal 12 is provided on a side wall of the conductive plug 13, and a barrier metal (above and below) is provided on the conductive plug 13. An MIS field-effect transistor of the N-channel LDD structure having the same structure as that of the first embodiment is formed except that the AlCu wiring 15 having TiN, 14, 16) is connected. Also in this embodiment, the first
It is possible to obtain the same effect as that of the embodiment.

【0010】図7は本発明のMIS電界効果トランジス
タにおける第5の実施例の模式側断面図(チャネル長方
向)で、p型のシリコン基板を使用して形成した超微細
なNチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導
体集積回路の一部を示しており、1〜9、11〜16は図1
と同じ物を、20はバリアメタル(TiN )、21はメタルソ
ースドレイン領域(W)を示している。ただし本実施例
以降の実施例においては、チャネル幅方向の側断面図は
省略されているが、コンタクト抵抗の増加防止用対策と
して、図2、図5あるいは図6のいずれかの対策がとら
れている。なお、本願発明におけるメタルソースドレイ
ン領域とは、シリコン半導体基板に形成した不純物領域
と金属膜との化合物(サリサイド)からなる慣例的なメ
タルソースドレイン領域とは異なり不純物領域を含まな
い金属膜又は合金膜のみの領域である。同図において
は、酸化膜を埋め込んだトレンチ素子分離領域3がゲー
ト電極(Al)8と同じ高さにまで形成され、n+ 型ソース
ドレイン領域5上に、側面及び底面にバリアメタル(Ti
N )20を有するメタルソースドレイン領域(導電膜)21
が形成されている以外は第1の実施例とほぼ同じ構造の
NチャネルのLDD構造のMIS電界効果トランジスタ
が形成されている。本実施例においても、第1の実施例
と同じ効果を得ることができ、またソースドレイン領域
のコンタクト抵抗を低減できることによる高速化が期待
できる。
FIG. 7 is a schematic side sectional view (in the channel length direction) of a fifth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention, which is an ultrafine N channel MIS electric field formed using a p-type silicon substrate. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including an effect transistor, and 1 to 9 and 11 to 16 are shown in FIG.
20 is a barrier metal (TiN) and 21 is a metal source / drain region (W). However, in the embodiments after this embodiment, the side sectional view in the channel width direction is omitted, but as a measure for preventing the increase of the contact resistance, any one of the measures of FIG. 2, FIG. 5 or FIG. 6 is taken. ing. Note that the metal source / drain region in the present invention is a metal film or alloy that does not include an impurity region, unlike a conventional metal source / drain region formed of a compound (salicide) of an impurity region formed on a silicon semiconductor substrate and a metal film. It is the area of the membrane only. In the figure, a trench element isolation region 3 in which an oxide film is buried is formed up to the same height as the gate electrode (Al) 8, and a barrier metal (Ti) is formed on the side surface and the bottom surface on the n + type source / drain region 5.
Metal source / drain region (conductive film) 21 having N 2) 20
A MIS field-effect transistor having an N-channel LDD structure, which has substantially the same structure as that of the first embodiment except that is formed, is formed. Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the speedup can be expected due to the reduction of the contact resistance of the source / drain region.

【0011】図8は本発明のMIS電界効果トランジス
タにおける第6の実施例の模式側断面図(チャネル長方
向)で、貼り合わせSOI(ilicon
n−sulator)ウエハーを使用して形成したSO
I型の超微細なNチャネルのMIS電界効果トランジス
タを含む半導体集積回路の一部を示しており、1、3〜
16は図1と同じ物を、22はSOI用の酸化膜(SiO2)、
23はp型のSOI基板を示している。同図においては、
p型のシリコン基板上に形成した酸化膜(SiO2)22上に
設けたp型のSOI基板23を使用している以外は第1の
実施例と同じ構造のNチャネルのLDD構造のMIS電
界効果トランジスタが形成されている。本実施例におい
ては、第1の実施例の効果に加え、ソースドレイン領域
の接合容量の低減が可能で、さらなる高速化が達成でき
る。また薄膜のSOI基板上にゲート構造を形成してい
るので、SOI基板を完全に空乏化できるため、ゲート
酸化膜下の反転層と基板との間の空乏層容量を無くすこ
とが可能であり、ゲート電極に加えた電圧がゲート電極
と反転層の間だけに印加できることになり、サブスレッ
ショルド特性を改善できるので閾値電圧を低減でき、低
電力化を可能にすることもできる。
[0011] Figure 8 is a schematic side sectional view of a sixth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention in (a channel length direction), the bonded SOI (S ilicon O n I
SO formed using an n-sulator wafer
1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including an I-type ultra-fine N-channel MIS field effect transistor.
16 is the same as that of FIG. 1, 22 is an oxide film (SiO 2 ) for SOI,
Reference numeral 23 indicates a p-type SOI substrate. In the figure,
The MIS electric field of the N-channel LDD structure having the same structure as that of the first embodiment except that the p-type SOI substrate 23 provided on the oxide film (SiO 2 ) 22 formed on the p-type silicon substrate is used. An effect transistor is formed. In the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the junction capacitance of the source / drain region can be reduced, and further speedup can be achieved. Further, since the gate structure is formed on the thin SOI substrate, the SOI substrate can be completely depleted, so that the depletion layer capacitance between the inversion layer below the gate oxide film and the substrate can be eliminated. Since the voltage applied to the gate electrode can be applied only between the gate electrode and the inversion layer, the subthreshold characteristic can be improved, the threshold voltage can be reduced, and the power consumption can be reduced.

【0012】図9は本発明のMIS電界効果トランジス
タにおける第7の実施例の模式側断面図(チャネル長方
向)で、貼り合わせSOIウエハーを使用して形成した
SOI型の超微細なNチャネルのMIS電界効果トラン
ジスタを含む半導体集積回路の一部を示しており、1、
3〜9、11〜16、20〜23は図1、図7及び図8と同じ物
を示している。同図においては、p型のシリコン基板上
に形成した酸化膜(SiO2)22上に設けたp型のSOI基
板23を使用し、p型のSOI基板23にはチャネル領域、
n型ソースドレイン領域4及び微小なn+ 型ソースドレ
イン領域5のみを形成し、大部分のソースドレイン領域
を側面及び底面にバリアメタル(TiN )20を有するメタ
ルソースドレイン領域(W)21で形成し、酸化膜を埋め
込んだトレンチ素子分離領域3がゲート電極(Al)8と同
じ高さにまで形成されている以外は第1の実施例とほぼ
同じ構造のNチャネルのLDD構造のMIS電界効果ト
ランジスタが形成されている。本実施例においては、第
1及び第6の実施例の効果に加え、ソースドレイン領域
を低抵抗に形成できるため、より高速化が可能である。
FIG. 9 is a schematic side sectional view (in the channel length direction) of the seventh embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention, which shows an SOI type ultra-fine N channel formed by using a bonded SOI wafer. 1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including a MIS field effect transistor,
3-9, 11-16, and 20-23 show the same thing as FIG. 1, FIG. 7 and FIG. In the figure, a p-type SOI substrate 23 provided on an oxide film (SiO 2 ) 22 formed on a p-type silicon substrate is used, and the p-type SOI substrate 23 has a channel region,
Only the n-type source / drain region 4 and the minute n + -type source / drain region 5 are formed, and most of the source / drain region is formed by the metal source / drain region (W) 21 having the barrier metal (TiN) 20 on the side surface and the bottom surface. However, the MIS field effect of the N-channel LDD structure having substantially the same structure as that of the first embodiment except that the trench element isolation region 3 in which the oxide film is buried is formed to the same height as the gate electrode (Al) 8. A transistor is formed. In the present embodiment, in addition to the effects of the first and sixth embodiments, the source / drain regions can be formed to have a low resistance, so that the speed can be further increased.

【0013】図10は本発明のMIS電界効果トランジ
スタにおける第8の実施例の模式側断面図で、貼り合わ
せSOIウエハーを使用して形成したSOI型の超微細
なNチャネルのMIS電界効果トランジスタを含む半導
体集積回路の一部を示しており、1、3〜9、11〜16、
20、22、23は図1、図7及び図8と同じ物を、24は低融
点メタルソースドレイン領域(Al)を示している。同図
においては、メタルソースドレイン領域に低融点のAlを
形成している以外は第7の実地例と同じ構造のNチャネ
ルのLDD構造のMIS電界効果トランジスタが形成さ
れている。本実施例においては、第1及び第7の実施例
の効果に加え、メタルソースドレイン領域をさらに低抵
抗に形成できるため、さらなる高速化が可能である。
FIG. 10 is a schematic side sectional view of an eighth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention, showing an SOI type ultra-fine N-channel MIS field effect transistor formed by using a bonded SOI wafer. It shows a part of a semiconductor integrated circuit including, 1, 3-9, 11-16,
20, 22 and 23 are the same as those in FIGS. 1, 7 and 8, and 24 is a low melting point metal source / drain region (Al). In the figure, an MIS field-effect transistor of the N-channel LDD structure having the same structure as that of the seventh practical example is formed except that Al having a low melting point is formed in the metal source / drain region. In the present embodiment, in addition to the effects of the first and seventh embodiments, the metal source / drain region can be formed to have a further lower resistance, so that the speed can be further increased.

【0014】図11は本発明のMIS電界効果トランジ
スタにおける第9の実施例の模式側断面図で、p型のシ
リコン基板を使用して形成した超微細なNチャネルのM
IS電界効果トランジスタを含む半導体集積回路の一部
を示しており、1〜9、11〜16、20、21は図1及び図7
と同じ物を示している。同図においては、酸化膜を埋め
込んだトレンチ素子分離領域3がゲート電極(Al)8と同
じ高さにまで形成され、トレンチ素子分離領域3の一部
で、側面及び底面にバリアメタル(TiN )20を有するメ
タルソースドレイン領域(W)21が形成され、メタルソ
ースドレイン領域21の側壁に微小なn+ 型ソースドレイ
ン領域5が形成されている以外は第1の実施例とほぼ同
じ構造のNチャネルのLDD構造のMIS電界効果トラ
ンジスタが形成されている。本実施例においても、第1
の実施例と同じ効果を得ることができ、SOI基板を使
用していないにもかかわらず、ソースドレイン領域の抵
抗及び接合容量を低減できることによる高速化が可能で
ある。
FIG. 11 is a schematic side sectional view of a ninth embodiment of the MIS field-effect transistor of the present invention, which is an ultrafine N-channel M formed by using a p-type silicon substrate.
1 shows a part of a semiconductor integrated circuit including an IS field effect transistor, and 1 to 9, 11 to 16, 20, and 21 are shown in FIGS.
Shows the same thing as. In the figure, a trench element isolation region 3 in which an oxide film is buried is formed up to the same height as the gate electrode (Al) 8, and a barrier metal (TiN) is formed on a side surface and a bottom surface at a part of the trench element isolation region 3. N having substantially the same structure as that of the first embodiment except that a metal source / drain region (W) 21 having 20 is formed and a minute n + type source / drain region 5 is formed on the side wall of the metal source / drain region 21. A MIS field-effect transistor having an LDD structure of the channel is formed. Also in this embodiment, the first
It is possible to obtain the same effect as that of the above embodiment, and it is possible to speed up by reducing the resistance and the junction capacitance of the source / drain region even though the SOI substrate is not used.

【0015】図12は本発明のMIS電界効果トランジ
スタにおける第10の実施例の模式側断面図で、p型の
シリコン基板を使用して形成した超微細なNチャネルの
MIS電界効果トランジスタを含む半導体集積回路の一
部を示しており、1〜9、11〜16は図1と同じ物を示し
ている。同図においては、 第1の絶縁膜と第2の絶縁
膜が一体化された絶縁膜からなっている以外は第1の実
施例と同じ構造のNチャネルのMIS電界効果トランジ
スタが形成されている。本実施例においても、第1の実
施例と同じ効果を得ることができる。
FIG. 12 is a schematic side sectional view of a tenth embodiment of the MIS field-effect transistor of the present invention, which is a semiconductor including an ultrafine N-channel MIS field-effect transistor formed using a p-type silicon substrate. 1 shows a part of an integrated circuit, and 1 to 9 and 11 to 16 are the same as those in FIG. In the figure, an N-channel MIS field effect transistor having the same structure as that of the first embodiment is formed except that the first insulating film and the second insulating film are integrated. . Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0016】次いで本発明に係るMIS電界効果トラン
ジスタの第1の製造方法の実施例については図13〜図
22及び図1を参照して説明し、第2の製造方法の実施
例については図23〜図29、図20〜図22及び図1
を参照して説明する。ただし、ここでは本発明のMIS
電界効果トランジスタの形成に関する製造方法のみを記
述し、一般の半導体集積回路に搭載される各種の素子
(他のトランジスタ、抵抗、容量等)の形成に関する製
造方法の記述は省略する。まず第1の製造方法の実施例
について、図13〜図22及び図1を参照して説明す
る。 図13 通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジスト
(図示せず)をマスク層として、p型のシリコン基板1
を選択的に異方性ドライエッチングし、素子分離領域形
成用のトレンチを形成する。次いでレジスト(図示せ
ず)を除去する。次いで化学気相成長酸化膜(SiO2)を
成長し、化学的機械研磨(hemicalecha
nical olishing 以後CMPと略称す
る)して平坦に埋め込み、トレンチ素子分離領域3を形
成する。 図14 次いで12nm程度のゲート酸化膜6(SiO2/Ta2O5 )を成
長する。次いで20nm程度のバリアメタル兼エッチングス
トッパー膜(TiN )7を成長する。次いで80nm程度の多
結晶シリコン膜(PolySi)25を成長する。次いで通常の
フォトリソグラフィー技術を利用し、レジスト(図示せ
ず)及び酸化膜(SiO2)が埋め込まれたトレンチ素子分
離領域3をマスク層として、p型のシリコン基板1に硼
素のイオン注入をおこなう。次いでレジスト(図示せ
ず)を除去する。次いで高温でランニングし、p型不純
物ウエル領域2を形成し、閾値電圧を制御する。 図15 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)をマスク層として、多結晶シリコン膜
(PolySi)25及びバリアメタル(TiN )7を順次異方性
ドライエッチングし、仮に現時点のレジストの解像限界
とするゲート長100nm 程度の第1のダミーゲート電極
(PolySi)25を形成する。次いでレジスト(図示せず)
を除去する。次いで第1のダミーゲート電極(PolySi)
25及び酸化膜(SiO2)が埋め込まれたトレンチ素子分離
領域3をマスク層として、砒素をイオン注入し、n+
ソースドレイン領域5を画定する。次いで第1のダミー
ゲート電極(PolySi)25直下部以外のゲート酸化膜6
(SiO2/Ta2O5 )をエッチング除去する。 図16 次いで化学気相成長酸化膜(SiO2)を成長する。次いで
化学的機械研磨(CMP)し、平坦に埋め込み第2の絶
縁膜(SiO2)10を形成する。 図17 次いで第1のダミーゲート電極(PolySi)25をエッチン
グ除去し、第1のトレンチを形成する。次いで化学気相
成長により35nm程度の窒化膜(Si3N4 )を成長する。次
いで窒化膜(Si3N4 )を異方性ドライエッチングし、第
1のトレンチの側壁にのみ窒化膜(Si3N4 )26を残し、
中央部にさらに微細な幅30nm程度の第2のトレンチを形
成する。 図18 次いで微細な第2のトレンチを十分に埋め込む程度の多
結晶シリコン膜(PolySi)を成長する。次いで化学的機
械研磨(CMP)し、多結晶シリコン膜(PolySi)を第
2のトレンチに平坦に埋め込む。この時点では埋め込ま
れた多結晶シリコン膜は逆テーパー状態になっているの
で、さらに多結晶シリコン膜(PolySi)の両側面がp型
のシリコン基板1に垂直になるまで(当然第1のトレン
チの側壁に残された窒化膜(Si3N4 )26の両側面もp型
のシリコン基板1に垂直になり上面が平坦になる)約30
nm程度化学的機械研磨(CMP)する。こうしてゲート
長30nm程度、厚さ50nm程度の第2のダミーゲート電極
(PolySi)27が形成される。 図19 次いで窒化膜(Si3N4 )26及びバリアメタル(TiN )7
を順次異方性ドライエッチングし、第3のトレンチを形
成する。次いで酸化膜10及び第2のダミーゲート電極
(PolySi)27をマスク層として、第3のトレンチに燐を
イオン注入し、n型ソースドレイン領域4を画定する。
次いで熱処理をおこない、n型及びn+ 型ソースドレイ
ン領域(4、5)の活性化及び拡散層の制御をおこな
う。次いで余分のゲート酸化膜6(SiO2/Ta2O5 )をエ
ッチング除去する。 図20 次いで化学気相成長酸化膜(SiO2)を成長する。次いで
化学的機械研磨(CMP)し、第3のトレンチに平坦に
埋め込み第1の絶縁膜(SiO2)9を形成する。 図21 次いで第2のダミーゲート電極(PolySi)27をエッチン
グ除去し、第4のトレンチを形成する。次いで図示して
はいないが、通常のフォトリソグラフィー技術を利用
し、レジスト(素子分離領域上のゲート電極と配線体と
の接続をとる部分を開孔)をマスク層として、バリアメ
タル(TiN )7、ゲート酸化膜6(SiO2/Ta2O5 )及び
酸化膜3の一部を順次異方性ドライエッチングする。
(ここで開孔部のアスペクト比が4以下になるように酸
化膜3のエッチング及び開孔の幅を選択する。)次いで
レジストを除去する。次いで第4のトレンチを十分に埋
め込む程度のAl膜をスパッタにより成長する。次いで化
学的機械研磨(CMP)し、第4のトレンチを平坦に埋
め込んだゲート電極(Al) 8を形成する。 図22 次いで化学気相成長により、500 nm程度の燐珪酸ガラス
(PSG )膜11を成長する。次いで通常のフォトリソグラ
フィー技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層
として、選択的にPSG膜11を異方性ドライエッチング
してビアを開孔する。次いでレジスト(図示せず)を除
去する。次いでスパッタにより、バリアメタルとなるTi
N 12を成長する。次いで化学気相成長により、タングス
テン膜13を成長する。次いで化学的機械研磨(CMP)
により、ビアに埋め込み、導電プラグ(W)13を形成す
る。 図1 次いでスパッタにより、バリアメタルとなるTiN 14を50
nm程度成長する。次いでスパッタにより、配線となるAl
(数%のCuを含む)15を500 nm程度成長する。次いでス
パッタにより、バリアメタルとなるTiN 16を50nm程度成
長する。次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用
し、レジスト(図示せず)をマスク層として、バリアメ
タル(TiN )、Al(数%のCuを含む)及びバリアメタル
(TiN )を異方性ドライエッチングしてAlCu配線15を形
成する。次いでレジスト(図示せず)を除去し、本願発
明の第1の製造方法によるダブルダミーゲート電極及び
ダブルダマシン法(ダマシンプロセスとしては絶縁膜の
埋め込み、平坦化にも使用している)を利用したレジス
トの解像限界以下の超微細な低融点金属ゲート型のMI
S電界効果トランジスタを完成する。
Next, an embodiment of the first manufacturing method of the MIS field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 22 and FIG. 1, and an embodiment of the second manufacturing method will be described with reference to FIG. -FIG. 29, FIG. 20-FIG. 22, and FIG.
Will be described with reference to. However, here, the MIS of the present invention
Only the manufacturing method for forming the field effect transistor will be described, and the description of the manufacturing method for forming various elements (other transistors, resistors, capacitors, etc.) mounted on a general semiconductor integrated circuit will be omitted. First, an example of the first manufacturing method will be described with reference to FIGS. 13 to 22 and FIG. 1. FIG. 13 A p-type silicon substrate 1 is formed by using an ordinary photolithography technique and using a resist (not shown) as a mask layer.
Is selectively subjected to anisotropic dry etching to form a trench for forming an element isolation region. Then, the resist (not shown) is removed. Then growing a chemical vapor deposition oxide film (SiO 2), a chemical mechanical polishing (C hemical M echa
nical P olishing after abbreviated as CMP) flatly buried, to form the trench isolation regions 3. Next, a gate oxide film 6 (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) having a thickness of about 12 nm is grown. Then, a barrier metal / etching stopper film (TiN) 7 of about 20 nm is grown. Then, a polycrystalline silicon film (PolySi) 25 having a thickness of about 80 nm is grown. Next, using a normal photolithography technique, boron ions are implanted into the p-type silicon substrate 1 using the trench element isolation region 3 in which a resist (not shown) and an oxide film (SiO 2 ) are embedded as a mask layer. . Then, the resist (not shown) is removed. Next, the p-type impurity well region 2 is formed by running at high temperature, and the threshold voltage is controlled. Next, using a normal photolithography technique, using a resist (not shown) as a mask layer, the polycrystalline silicon film (PolySi) 25 and the barrier metal (TiN) 7 are sequentially anisotropically dry-etched, and if the present A first dummy gate electrode (PolySi) 25 having a gate length of about 100 nm, which is the resolution limit of the resist, is formed. Then resist (not shown)
To remove. Then the first dummy gate electrode (PolySi)
Arsenic is ion-implanted using the trench element isolation region 3 in which 25 and the oxide film (SiO 2 ) are buried as a mask layer to define the n + type source / drain region 5. Next, the gate oxide film 6 except under the first dummy gate electrode (PolySi) 25
(SiO 2 / Ta 2 O 5 ) is removed by etching. Next, a chemical vapor deposition oxide film (SiO 2 ) is grown. Then, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to bury the second insulating film (SiO 2 ) 10 in a flat manner. Next, the first dummy gate electrode (PolySi) 25 is removed by etching to form a first trench. Then, a nitride film (Si 3 N 4 ) having a thickness of about 35 nm is grown by chemical vapor deposition. Next, the nitride film (Si 3 N 4 ) is anisotropically dry-etched, leaving the nitride film (Si 3 N 4 ) 26 only on the side wall of the first trench,
A finer second trench having a width of about 30 nm is formed in the central portion. Next, a polycrystalline silicon film (PolySi) is grown to such an extent that the fine second trench is sufficiently filled. Then, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to bury the polycrystalline silicon film (PolySi) in the second trench evenly. At this point, the embedded polycrystalline silicon film is in an inversely tapered state, so that both side surfaces of the polycrystalline silicon film (PolySi) are further vertical to the p-type silicon substrate 1 (of course, the first trench Both sides of the nitride film (Si 3 N 4 ) 26 left on the side walls are also perpendicular to the p-type silicon substrate 1 and the top surface is flat) About 30
Chemical mechanical polishing (CMP) of about nm is performed. Thus, the second dummy gate electrode (PolySi) 27 having a gate length of about 30 nm and a thickness of about 50 nm is formed. Fig. 19 Next, nitride film (Si 3 N 4 ) 26 and barrier metal (TiN) 7
Is sequentially anisotropically dry-etched to form a third trench. Then, phosphorus is ion-implanted into the third trench using the oxide film 10 and the second dummy gate electrode (PolySi) 27 as a mask layer to define the n-type source / drain region 4.
Next, heat treatment is performed to activate the n-type and n + -type source / drain regions (4, 5) and control the diffusion layer. Then, the extra gate oxide film 6 (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) is removed by etching. Next, a chemical vapor deposition oxide film (SiO 2 ) is grown. Then, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to bury the third trench in a flat manner to form a first insulating film (SiO 2 ) 9. Next, the second dummy gate electrode (PolySi) 27 is removed by etching to form a fourth trench. Next, although not shown in the figure, a barrier metal (TiN) 7 is formed by using a normal photolithography technique and using a resist (a hole for connecting the gate electrode and the wiring body on the element isolation region as an opening) as a mask layer. , The gate oxide film 6 (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) and part of the oxide film 3 are sequentially anisotropically dry-etched.
(Here, the etching of the oxide film 3 and the width of the opening are selected so that the aspect ratio of the opening is 4 or less.) Next, the resist is removed. Next, an Al film is grown by sputtering so as to sufficiently fill the fourth trench. Next, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to form a gate electrode (Al) 8 in which the fourth trench is buried evenly. Next, a phosphosilicate glass (PSG) film 11 having a thickness of about 500 nm is grown by chemical vapor deposition. Then, using a normal photolithography technique, the resist (not shown) is used as a mask layer to selectively anisotropically dry-etch the PSG film 11 to open a via hole. Then, the resist (not shown) is removed. Then, by sputtering, Ti becomes the barrier metal
Grow N 12. Then, the tungsten film 13 is grown by chemical vapor deposition. Then chemical mechanical polishing (CMP)
Thus, the conductive plug (W) 13 is formed by embedding it in the via. Fig. 1 Next, sputtered TiN 14 as barrier metal to 50
Grow about nm. Next, sputtered Al
15 (containing several% of Cu) is grown to about 500 nm. Next, TiN 16 to be a barrier metal is grown to a thickness of about 50 nm by sputtering. Then, using a normal photolithography technique, the barrier metal (TiN), Al (containing several% of Cu) and the barrier metal (TiN) are anisotropically dry-etched using a resist (not shown) as a mask layer. The AlCu wiring 15 is formed. Then, the resist (not shown) is removed, and the double dummy gate electrode and the double damascene method (also used for filling the insulating film and planarizing as a damascene process) according to the first manufacturing method of the present invention are used. Ultra fine low melting point metal gate type MI below the resolution limit of resist
The S field effect transistor is completed.

【0017】次いで第2の製造方法の実施例について、
図23〜図30、図21、図22及び図1を参照して説
明する。 図23 通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジスト
(図示せず)をマスク層として、p型のシリコン基板1
を選択的に異方性ドライエッチングし、素子分離領域形
成用のトレンチを形成する。次いでレジスト(図示せ
ず)を除去する。次いで化学気相成長酸化膜(SiO2)を
成長し、化学的機械研磨(CMP)して平坦に埋め込
み、トレンチ素子分離領域3を形成する。次いで12nm程
度のゲート酸化膜6(SiO2/Ta2O5 )を成長する。次い
で20nm程度のバリアメタル兼エッチングストッパー膜
(TiN )7を成長する。次いで80nm程度の窒化膜(Si3N
4 )28を成長する。次いで通常のフォトリソグラフィー
技術を利用し、レジスト(図示せず)及び酸化膜(Si
O2)が埋め込まれたトレンチ素子分離領域3をマスク層
として、p型のシリコン基板1に硼素のイオン注入をお
こなう。次いでレジスト(図示せず)を除去する。次い
で高温でランニングし、p型不純物ウエル領域2を形成
し、閾値電圧を制御する。 図24 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)をマスク層として、窒化膜(Si3N4
28を異方性ドライエッチングし、仮に現時点のレジスト
の解像限界とする幅100nm 程度の第1のトレンチを開孔
する。(パターンとしては凹凸が逆であるが、第1のダ
ミーゲート電極に相当する。)次いでレジスト(図示せ
ず)を除去する。 図25 次いで化学気相成長により35nm程度の酸化膜(SiO2)を
成長する。次いでこの酸化膜(SiO2)を異方性ドライエ
ッチングし、トレンチの側壁にのみ酸化膜(SiO2)29を
残し、中央部にさらに微細な幅30nm程度の第2のトレン
チを形成する。 図26 次いで微細な第2のトレンチを十分に埋め込む程度の多
結晶シリコン膜(PolySi)を成長する。次いで化学的機
械研磨(CMP)し、多結晶シリコン膜(PolySi)を第
2のトレンチに平坦に埋め込む。この時点では埋め込ま
れた多結晶シリコン膜は逆テーパー状態になっているの
で、さらに多結晶シリコン膜(PolySi)の両側面がp型
のシリコン基板1に垂直になるまで(当然第1のトレン
チの側壁に残された酸化膜(SiO2)29の両側面もp型の
シリコン基板1に垂直になり上面が平坦になる)約30nm
程度化学的機械研磨(CMP)する。こうしてゲート長
30nm程度、厚さ50nm程度の第2のダミーゲート電極(Po
lySi)27が形成される。 図27 次いで酸化膜(SiO2)29及びバリアメタル(TiN )7を
順次異方性ドライエッチングし、第3のトレンチを形成
する。次いで窒化膜(Si3N4 )28及び第2のダミーゲー
ト電極(PolySi)27をマスク層として、第3のトレンチ
に燐をイオン注入し、n型ソースドレイン領域4を画定
する。次いで余分のゲート酸化膜6(SiO2/Ta2O5 )を
異方性ドライエッチングする。 図28 次いで化学気相成長酸化膜(SiO2)を成長する。次いで
化学的機械研磨(CMP)し、第3のトレンチに平坦に
埋め込み第1の絶縁膜(SiO2)9を形成する。 図29 次いで残された窒化膜(Si3N4 )28及びバリアメタル
(TiN )7を順次異方性ドライエッチングする。次いで
側壁に第1の絶縁膜(SiO2)9を有する第2のダミーゲ
ート電極(PolySi)27(これが第1のダミーゲート電極
パターンに相当)及び酸化膜(SiO2)が埋め込まれたト
レンチ素子分離領域3をマスク層として、砒素をイオン
注入し、n+ 型ソースドレイン領域5を画定する。次い
で熱処理をおこない、n型及びn+ 型ソースドレイン領
域(4、5)の活性化及び拡散層の制御をおこなう。次
いで余分のゲート酸化膜6(SiO2/Ta2O5 )をエッチン
グ除去する。 図30 次いで化学気相成長酸化膜(SiO2)を成長する。次いで
化学的機械研磨(CMP)し、平坦に埋め込み第2の絶
縁膜(SiO2)10を形成する。以後、第1の製造方法の実
施例で使用した図21、図22及び図1の工程をおこな
って、本願発明の第2の製造方法によるダブルダミーゲ
ート電極及びダブルダマシン法を利用したレジストの解
像限界以下の超微細な低融点金属ゲート型のMIS電界
効果トランジスタを完成する。
Next, regarding the embodiment of the second manufacturing method,
This will be described with reference to FIGS. 23 to 30, FIG. 21, FIG. 22 and FIG. FIG. 23: A p-type silicon substrate 1 is formed by using a normal photolithography technique and using a resist (not shown) as a mask layer.
Is selectively subjected to anisotropic dry etching to form a trench for forming an element isolation region. Then, the resist (not shown) is removed. Next, a chemical vapor deposition oxide film (SiO 2 ) is grown, and chemical mechanical polishing (CMP) is performed to bury it flatly to form a trench element isolation region 3. Then, a gate oxide film 6 (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) having a thickness of about 12 nm is grown. Then, a barrier metal / etching stopper film (TiN) 7 of about 20 nm is grown. Next, a nitride film (Si 3 N
4 ) grow 28. Then, using a normal photolithography technique, a resist (not shown) and an oxide film (Si
O 2) is used as a mask layer a trench isolation region 3 embedded, ion implantation of boron into the silicon substrate 1 of p-type. Then, the resist (not shown) is removed. Next, the p-type impurity well region 2 is formed by running at high temperature, and the threshold voltage is controlled. Next, using a normal photolithography technique, using a resist (not shown) as a mask layer, a nitride film (Si 3 N 4 ) is formed.
28 is anisotropically dry-etched to open a first trench having a width of about 100 nm, which is the resolution limit of the resist at the present time. (Although the pattern has the opposite concavities and convexities, it corresponds to the first dummy gate electrode.) Next, the resist (not shown) is removed. Next, an oxide film (SiO 2 ) having a thickness of about 35 nm is grown by chemical vapor deposition. Next, this oxide film (SiO 2 ) is anisotropically dry-etched to leave the oxide film (SiO 2 ) 29 only on the sidewalls of the trench, and a second finer trench having a width of about 30 nm is formed in the central portion. Next, a polycrystalline silicon film (PolySi) is grown to such an extent that the fine second trench is sufficiently filled. Then, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to bury the polycrystalline silicon film (PolySi) in the second trench evenly. At this point, the embedded polycrystalline silicon film is in an inversely tapered state, so that both side surfaces of the polycrystalline silicon film (PolySi) are further vertical to the p-type silicon substrate 1 (of course, the first trench Both side surfaces of the oxide film (SiO 2 ) 29 left on the side wall are also perpendicular to the p-type silicon substrate 1 and the top surface is flat) about 30 nm
Chemical mechanical polishing (CMP) is performed. Thus the gate length
The second dummy gate electrode (Po
lySi) 27 is formed. Next, the oxide film (SiO 2 ) 29 and the barrier metal (TiN) 7 are anisotropically dry-etched sequentially to form a third trench. Then, using the nitride film (Si 3 N 4 ) 28 and the second dummy gate electrode (PolySi) 27 as a mask layer, phosphorus is ion-implanted into the third trench to define the n-type source / drain region 4. Next, the extra gate oxide film 6 (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) is anisotropically dry-etched. Next, a chemical vapor deposition oxide film (SiO 2 ) is grown. Then, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to bury the third trench in a flat manner to form a first insulating film (SiO 2 ) 9. Next, the remaining nitride film (Si 3 N 4 ) 28 and barrier metal (TiN) 7 are successively anisotropically dry-etched. Then, a trench element in which a second dummy gate electrode (PolySi) 27 having a first insulating film (SiO 2 ) 9 on its side wall (this corresponds to the first dummy gate electrode pattern) and an oxide film (SiO 2 ) are buried. Using the isolation region 3 as a mask layer, arsenic is ion-implanted to define the n + type source / drain region 5. Next, heat treatment is performed to activate the n-type and n + -type source / drain regions (4, 5) and control the diffusion layer. Then, the extra gate oxide film 6 (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) is removed by etching. Next, a chemical vapor deposition oxide film (SiO 2 ) is grown. Then, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to bury the second insulating film (SiO 2 ) 10 in a flat manner. After that, the steps of FIGS. 21, 22 and 1 used in the embodiment of the first manufacturing method are performed to solve the resist using the double dummy gate electrode and the double damascene method according to the second manufacturing method of the present invention. An ultra-fine, low-melting-point metal gate type MIS field-effect transistor below the image limit is completed.

【0018】上記実施例の説明においては、Nチャネル
のMIS電界効果トランジスタについて説明している
が、PチャネルのMIS電界効果トランジスタに適用し
てもよい(ただし、ホットキャリア効果を考慮しなくて
よいため、低濃度のソースドレイン領域を設ける必要が
ない)し、C−MOS及びバイC−MOSに適用するこ
とも可能である。また、バリアメタルとしてTiN を使用
しているが、これに限定されるものではないし、導電プ
ラグもWに限定されるものでもない。さらにゲート電極
もAlに限定されるものではなく、メタルソースドレイン
領域もWに限定されるものではなく、低抵抗の金属ある
いは金属化合物であればどのようなものであってもよ
い。また、現時点のレジストの解像限界を仮に100nm 程
度としているが、これは現時点の技術において、量産可
能と推定される値を目安として使用したものであり、将
来的技術における絶対的な解像限界を意味しているもの
ではない。さらに飛躍的に微細な解像限界を達成しても
本願発明は有効である。また、上記製造方法において、
第1及び第2のダミーゲート電極として多結晶シリコン
膜(PolySi)を使用しているが、これに限定されず、高
融点金属あるいは高融点金属化合物を使用してもよい。
また第1のトレンチの側壁に絶縁膜を形成し、第2のト
レンチを形成する方法について、第1のトレンチを含む
全面に形成した絶縁膜を異方性ドライエッチングして、
第1のトレンチの側壁に残すことにより第1のトレンチ
の内部にさらに微細な第2のトレンチを形成する方法を
おこなっているが、第1のトレンチの側面及び底面を含
む全面に絶縁膜を形成することにより第1のトレンチの
内部にさらに微細な第2のトレンチを形成し、この第2
のトレンチを十分に埋め込める程度の多結晶シリコン膜
(PolySi)を成長して後、化学的機械研磨(CMP)
し、平坦な側壁絶縁膜及び第2のダミーゲート電極を形
成し、第4のトレンチ形成時に第2のダミーゲート電極
直下に残された余分の絶縁膜(側壁絶縁膜の一部)を除
去する方法をおこなってもよい。
Although the N-channel MIS field-effect transistor has been described in the above description of the embodiments, it may be applied to a P-channel MIS field-effect transistor (however, the hot carrier effect need not be considered. Therefore, it is not necessary to provide a low concentration source / drain region), and it is also possible to apply to C-MOS and bi-C-MOS. Although TiN is used as the barrier metal, it is not limited to this and the conductive plug is not limited to W. Further, the gate electrode is not limited to Al, the metal source / drain region is not limited to W, and any metal or metal compound having a low resistance may be used. In addition, the resolution limit of the resist at the present time is temporarily set to about 100 nm, but this is based on the value estimated to be mass-producible in the current technology as a guide, and the absolute resolution limit in future technology is Does not mean that. The present invention is effective even when the resolution limit is dramatically improved. In the above manufacturing method,
Although a polycrystalline silicon film (PolySi) is used as the first and second dummy gate electrodes, the invention is not limited to this and a refractory metal or a refractory metal compound may be used.
Further, regarding a method of forming an insulating film on the side wall of the first trench and forming a second trench, anisotropic insulating etching is performed on the insulating film formed on the entire surface including the first trench,
A method of forming a finer second trench inside the first trench by leaving it on the sidewall of the first trench is used. However, an insulating film is formed on the entire surface including the side surface and the bottom surface of the first trench. To form a finer second trench inside the first trench.
After growing poly-crystalline silicon film (PolySi) to the extent that the trenches of the above can be sufficiently filled, chemical mechanical polishing (CMP)
Then, a flat side wall insulating film and a second dummy gate electrode are formed, and an extra insulating film (a part of the side wall insulating film) left under the second dummy gate electrode at the time of forming the fourth trench is removed. The method may be performed.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、フォ
トレジストの解像下限値に形成された第1のダミーゲー
ト電極を除去したトレンチを、側壁に自己整合して絶縁
膜を形成することによりさらに微細化し、この微細なト
レンチにゲート電極を埋め込むことにより、フォトレジ
ストの解像限界以下のゲート電極を自己整合的に容易に
形成することができる。したがって、フォトレジストの
マスクパターンによって決定されない、フォトレジスト
の解像限界以下の超微細なゲート電極を有するLDD構
造のNチャネルのMIS電界効果トランジスタを形成す
ることが可能である。またトレンチ素子分離領域及びフ
ォトレジストの解像下限値に形成された第1のダミーゲ
ート電極(第1のダミーゲート電極(多結晶シリコン)
は素子分離領域に位置合わせして形成)に自己整合し
て、各要素(第1の絶縁膜、第2の絶縁膜、ゲート電
極、低濃度及び高濃度不純物ソースドレイン領域、ゲー
ト酸化膜及びバリアメタル)を形成することが可能であ
る。また不純物領域の活性化に高温処理が必要なソース
ドレイン領域をゲート電極の形成前に自己整合して形成
できることにより、低抵抗な低融点金属(Al)からなる
ゲート電極を形成できるため、ゲート電極の低抵抗化及
び空乏層の存在しないゲート電極の形成(実効的なゲー
ト酸化膜の薄膜化)も可能である。また金属層によるメ
タルソースドレイン領域を形成することもでき、ソース
ドレイン領域の低抵抗化及び接合容量の低減化も可能で
ある。また高誘電率を有するTa2O5 をゲート酸化膜とし
て使用できるため、ゲート酸化膜の厚膜化が可能で、ゲ
ート電極と半導体基板(あるいはSOI基板)間の微小
な電流リークの改善及びゲート容量の低減も可能であ
り、同時にSiO2膜換算ではゲート酸化膜の薄膜化も可能
である。また完全空乏化したSOI基板を使用する場合
には、空乏層容量を無くせること及びサブスレッショル
ド特性の改善による閾値電圧の低減も可能である。また
ゲート電極、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜の上面を段
差がない連続した平坦面に形成できることにより、極め
て信頼性の高い層間絶縁膜及び配線体を形成することも
できる。即ち、極めて高速、高信頼、高性能、低電力且
つ高集積な半導体集積回路の形成を可能とするフォトレ
ジストの解像限界以下の超微細な低融点金属ゲート電極
を有するLDD構造のMIS電界効果トランジスタを得
ることができる。
As described above, according to the present invention, the trench from which the first dummy gate electrode formed at the lower limit of resolution of the photoresist is removed is self-aligned with the side wall to form the insulating film. By further miniaturizing the gate electrode and embedding the gate electrode in the fine trench, a gate electrode having a photoresist resolution limit or less can be easily formed in a self-aligned manner. Therefore, it is possible to form an N-channel MIS field-effect transistor of LDD structure having an ultrafine gate electrode having a resolution limit of the photoresist or less, which is not determined by the mask pattern of the photoresist. The first dummy gate electrode (first dummy gate electrode (polycrystalline silicon)) formed at the lower limit of resolution of the trench element isolation region and the photoresist.
Are self-aligned with the element isolation region) and each element (first insulating film, second insulating film, gate electrode, low concentration and high concentration impurity source / drain regions, gate oxide film and barrier) It is possible to form a metal). In addition, since the source / drain regions, which require high-temperature treatment for activation of the impurity regions, can be formed in a self-aligned manner before the gate electrodes are formed, a gate electrode made of a low melting point metal (Al) can be formed. It is also possible to reduce the resistance and to form a gate electrode without a depletion layer (effective thinning of the gate oxide film). Further, a metal source / drain region can be formed by a metal layer, and the resistance of the source / drain region and the junction capacitance can be reduced. In addition, since Ta 2 O 5 having a high dielectric constant can be used as the gate oxide film, the gate oxide film can be made thicker to improve the minute current leakage between the gate electrode and the semiconductor substrate (or the SOI substrate) and to improve the gate. The capacity can be reduced, and at the same time, the gate oxide film can be thinned in terms of SiO 2 film. When a fully depleted SOI substrate is used, the depletion layer capacitance can be eliminated and the threshold voltage can be reduced by improving the subthreshold characteristics. Further, since the upper surfaces of the gate electrode, the first insulating film, and the second insulating film can be formed as continuous flat surfaces without steps, an extremely highly reliable interlayer insulating film and wiring body can be formed. That is, the MIS electric field effect of the LDD structure having an ultrafine low melting point metal gate electrode below the resolution limit of the photoresist, which enables formation of a semiconductor integrated circuit of extremely high speed, high reliability, high performance, low power and high integration. A transistor can be obtained.

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

【図1】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第1の実施例の模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 1 is a schematic side sectional view of a first embodiment of a MIS field effect transistor of the present invention (channel length direction).

【図2】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第1の実施例の模式側断面図(チャネル幅方向)
FIG. 2 is a schematic side sectional view of the first embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel width direction).

【図3】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第2の実施例の模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 3 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel length direction).

【図4】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第2の実施例の模式側断面図(チャネル幅方向)
FIG. 4 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel width direction).

【図5】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第3の実施例の模式側断面図(チャネル幅方向)
FIG. 5 is a schematic side sectional view of a third embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel width direction).

【図6】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第4の実施例の模式側断面図(チャネル幅方向)
FIG. 6 is a schematic side sectional view of a fourth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel width direction).

【図7】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第5の実施例の模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 7 is a schematic side sectional view of a fifth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel length direction).

【図8】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第6の実施例の模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 8 is a schematic side sectional view of a sixth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel length direction).

【図9】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第7の実施例の模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 9 is a schematic side sectional view of a seventh embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel length direction).

【図10】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第8の実施例の模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 10 is a schematic side sectional view of an eighth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel length direction).

【図11】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第9の実施例の模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 11 is a schematic side sectional view of a ninth embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention (channel length direction).

【図12】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第10の実施例の模式側断面図(チャネル長方向)
FIG. 12 is a schematic side sectional view of a tenth embodiment of the MIS field-effect transistor of the present invention (channel length direction).

【図13】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 13 is a process sectional view of the first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図14】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 14 is a process sectional view of the first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図15】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 15 is a process sectional view of a first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図16】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 16 is a process sectional view of the first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図17】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 17 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図18】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 18 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図19】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 19 is a process sectional view of the first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図20】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 20 is a process cross-sectional view of the first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図21】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 21 is a process sectional view of the first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図22】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第1の製造方法の工程断面図
FIG. 22 is a process sectional view of the first manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図23】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第2の製造方法の工程断面図
FIG. 23 is a process sectional view of a second manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図24】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第2の製造方法の工程断面図
FIG. 24 is a process sectional view of a second manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図25】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第2の製造方法の工程断面図
FIG. 25 is a process sectional view of a second manufacturing method for the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図26】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第2の製造方法の工程断面図
FIG. 26 is a process sectional view of the second manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図27】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第2の製造方法の工程断面図
FIG. 27 is a process cross-sectional view of the second manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図28】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第2の製造方法の工程断面図
FIG. 28 is a process sectional view of the second manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図29】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第2の製造方法の工程断面図
FIG. 29 is a process sectional view of a second manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図30】 本発明のMIS電界効果トランジスタにお
ける第2の製造方法の工程断面図
FIG. 30 is a process sectional view of a second manufacturing method of the MIS field-effect transistor of the present invention.

【図31】 従来のMIS電界効果トランジスタの模式
側断面図(チャネル長方向)
FIG. 31 is a schematic side sectional view of a conventional MIS field effect transistor (channel length direction).

【図32】 従来のMIS電界効果トランジスタの模式
側断面図(チャネル幅方向)
FIG. 32 is a schematic side sectional view of a conventional MIS field effect transistor (channel width direction).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型のシリコン基板 2 p型不純物ウエル領域 3 素子分離領域形成用トレンチ及び埋め込み酸化膜
(SiO2) 4 n型ソースドレイン領域 5 n+ 型ソースドレイン領域 6 ゲート酸化膜(SiO2/Ta2O5 ) 7 バリアメタル兼エッチングストッパー膜(TiN ) 8 ゲート電極(Al) 9 第1の絶縁膜(側壁絶縁膜、SiO2) 10 第2の絶縁膜(SiO2) 11 燐珪酸ガラス(PSG )膜 12 バリアメタル(TiN ) 13 導電プラグ(W) 14 バリアメタル(TiN ) 15 AlCu配線 16 バリアメタル(TiN ) 17 選択化学気相成長導電膜(W、上部ゲート電極) 18 バリアメタル(TiN ) 19 薄い酸化膜(SiO2、選択化学気相成長導電膜形成用
のマスク層) 20 バリアメタル(TiN ) 21 メタルソースドレイン領域(W) 22 SOI用の酸化膜(SiO2) 23 p型のSOI基板 24 低融点メタルソースドレイン領域(Al) 25 第1のダミーゲート電極(PolySi) 26 側壁窒化膜(Si3N4 、第2のダミーゲート電極形成
用) 27 第2のダミーゲート電極(PolySi) 28 窒化膜(Si3N4 ) 29 側壁酸化膜(SiO2、第2のダミーゲート電極形成
用)
1 p-type silicon substrate 2 p-type impurity well region 3 element isolation region forming trench and buried oxide film (SiO 2 ) 4 n-type source / drain region 5 n + type source / drain region 6 gate oxide film (SiO 2 / Ta 2 O 5 ) 7 Barrier metal and etching stopper film (TiN) 8 Gate electrode (Al) 9 First insulating film (sidewall insulating film, SiO 2 ) 10 Second insulating film (SiO 2 ) 11 Phosphorus silicate glass (PSG) Film 12 Barrier metal (TiN) 13 Conductive plug (W) 14 Barrier metal (TiN) 15 AlCu wiring 16 Barrier metal (TiN) 17 Selective chemical vapor deposition conductive film (W, upper gate electrode) 18 Barrier metal (TiN) 19 Thin oxide film (SiO 2 , mask layer for forming selective chemical vapor deposition conductive film) 20 Barrier metal (TiN) 21 Metal source / drain region (W) 22 SOI oxide film (SiO 2 ) 23 p-type SOI substrate 24 Low melting point metal sauce Rain region (Al) 25 First dummy gate electrode (PolySi) 26 Sidewall nitride film (Si 3 N 4 for forming second dummy gate electrode) 27 Second dummy gate electrode (PolySi) 28 Nitride film (Si 3 N 4 ) 29 Sidewall oxide film (SiO 2 , for forming second dummy gate electrode)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/43 H01L 29/78 617J 29/786 301P Fターム(参考) 4M104 AA01 AA09 BB02 BB30 CC01 CC05 DD02 DD03 DD04 DD16 DD37 DD43 DD66 DD75 EE03 EE09 EE12 EE16 FF01 FF04 FF18 FF22 FF26 FF27 GG08 GG09 GG10 GG14 HH14 HH20 5F033 GG03 HH04 HH08 HH09 HH19 HH33 JJ19 JJ33 KK01 KK08 KK19 KK33 MM01 MM05 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP07 PP15 QQ08 QQ09 QQ10 QQ16 QQ24 QQ37 QQ48 QQ58 QQ65 QQ73 RR03 RR04 RR06 RR14 SS11 TT02 TT07 TT08 VV06 XX01 XX03 XX10 XX24 5F110 AA01 AA04 CC02 DD05 DD13 EE01 EE03 EE14 EE44 FF01 FF02 FF09 GG02 GG12 HJ01 HJ13 HL01 HL03 HL04 HL06 HL12 HM15 NN03 NN23 NN25 NN62 QQ01 QQ11 QQ17 5F140 AA01 AA39 BA01 BC06 BD01 BD12 BF10 BF11 BF15 BF59 BF60 BG03 BG04 BG30 BG36 BG38 BG40 BG60 BH15 BJ10 BJ11 BJ17 BJ20 BJ27 BK02 BK03 BK13 BK21 CA02 CA03 CB04 CB08 CB10 CC05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 29/43 H01L 29/78 617J 29/786 301P F term (reference) 4M104 AA01 AA09 BB02 BB30 CC01 CC05 DD02 DD03 DD04 DD16 DD37 DD43 DD66 DD75 EE03 EE09 EE12 EE16 FF01 FF04 FF18 FF22 FF26 FF27 GG08 GG09 GG10 GG14 HH14 HH20 5F033 GG03 HH04 HH08 HQ QQ QQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQMQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQMQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQUQOQ there's KKQU KK01 KK01 KK01 KK08. QQ48 QQ58 QQ65 QQ73 RR03 RR04 RR06 RR14 SS11 TT02 TT07 TT08 VV06 XX01 XX03 XX10 XX24 5F110 AA01 AA04 CC02 DD05 DD13 EE01 EE03 EE14 QANNQ25QQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQDD BA01 BC06 BD01 BD12 BF10 BF11 BF15 BF59 BF60 BG03 BG04 BG30 BG36 BG38 BG40 BG60 BH15 BJ10 BJ11 BJ17 B J20 BJ27 BK02 BK03 BK13 BK21 CA02 CA03 CB04 CB08 CB10 CC05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板と、前記半導体基板上に選択的
に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設
けられたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に設
けられたゲート電極と、前記ゲート電極に自己整合して
前記ゲート電極の側壁に、両側面が前記半導体基板と概
略垂直に設けられた第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜
に自己整合して前記第1の絶縁膜に接して設けられた第
2の絶縁膜(あるいは導電膜)と、前記ゲート電極に自
己整合して前記第1の絶縁膜下の前記半導体基板に設け
られた低濃度のソースドレイン領域と、前記第1の絶縁
膜に自己整合して前記低濃度のソースドレイン領域に接
して前記半導体基板に設けられた高濃度のソースドレイ
ン領域とを備えてなることを特徴とするMIS電界効果
トランジスタ。
1. A semiconductor substrate, a gate insulating film selectively provided on the semiconductor substrate, a barrier metal layer provided on the gate insulating film, and a gate electrode provided on the barrier metal layer. A first insulating film self-aligned with the gate electrode and provided on the sidewall of the gate electrode on both side surfaces substantially perpendicular to the semiconductor substrate; and a first insulating film self-aligned with the first insulating film. A second insulating film (or a conductive film) provided in contact with the first insulating film, and a low-concentration source / drain provided in the semiconductor substrate below the first insulating film in self-alignment with the gate electrode. Region and a high-concentration source / drain region provided in the semiconductor substrate in self-alignment with the first insulating film and in contact with the low-concentration source / drain region. Transistor.
【請求項2】第1の絶縁膜と第2の絶縁膜が一体化され
た絶縁膜からなることを特徴とする特許請求の範囲請求
項1記載のMIS電界効果トランジスタ。
2. The MIS field effect transistor according to claim 1, wherein the first insulating film and the second insulating film are formed of an integrated insulating film.
【請求項3】素子分離領域に延在するゲート電極部が、
素子形成領域のゲート電極部より厚膜に形成されている
ことを特徴とする特許請求の範囲請求項1及び請求項2
記載のMIS電界効果トランジスタ。
3. A gate electrode portion extending to an element isolation region,
The device according to claim 1, wherein the gate electrode portion in the element formation region is formed to be thicker than the gate electrode portion.
The MIS field effect transistor described.
【請求項4】前記ゲート電極の上面に接し、前記ゲート
電極に自己整合して設けられた前記ゲート電極より幅広
で、厚膜の上部ゲート電極を有するゲート電極が設けら
れていることを特徴とする特許請求の範囲請求項1及び
請求項2記載のMIS電界効果トランジスタ。
4. A gate electrode is provided which is in contact with the upper surface of the gate electrode and is wider than the gate electrode and self-aligned with the gate electrode, the gate electrode having a thick upper gate electrode. The MIS field effect transistor according to claim 1 or 2, wherein
【請求項5】第1のダミーゲート電極に自己整合して高
濃度のソースドレイン領域が形成され、前記第1のダミ
ーゲート電極に自己整合して、より微細な第2のダミー
ゲート電極が形成され、前記第2のダミーゲート電極に
自己整合して低濃度のソースドレイン領域が形成されて
後、前記第2のダミーゲート電極を除去して形成された
トレンチに低融点ゲート電極を形成したことを含むこと
を特徴とするMIS電界効果トランジスタの製造方法。
5. A high-concentration source / drain region is formed in self-alignment with the first dummy gate electrode, and a finer second dummy gate electrode is formed in self-alignment with the first dummy gate electrode. And forming a low-concentration source / drain region in self-alignment with the second dummy gate electrode, and then forming a low-melting point gate electrode in the trench formed by removing the second dummy gate electrode. A method of manufacturing a MIS field effect transistor, comprising:
【請求項6】第1のダミーゲート電極と同等サイズのト
レンチに自己整合して、より微細な第2のダミーゲート
電極が形成され、前記第2のダミーゲート電極に自己整
合して低濃度のソースドレイン領域が形成され、前記第
2のダミーゲート電極に自己整合して側壁に第1の絶縁
膜が形成され、第1の絶縁膜に自己整合して高濃度のソ
ースドレイン領域が形成された後、前記第2のダミーゲ
ート電極を除去して形成されたトレンチに低融点ゲート
電極を形成したことを含むことを特徴とするMIS電界
効果トランジスタの製造方法。
6. A finer second dummy gate electrode is formed by self-aligning with a trench of the same size as the first dummy gate electrode, and is self-aligning with the second dummy gate electrode so as to have a low concentration. A source / drain region is formed, a first insulating film is formed on a sidewall in self-alignment with the second dummy gate electrode, and a high-concentration source / drain region is formed in self-alignment with the first insulating film. And a low melting point gate electrode is formed in a trench formed by removing the second dummy gate electrode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008311324A (en) * 2007-06-13 2008-12-25 Sony Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN109417094A (en) * 2016-07-01 2019-03-01 英特尔公司 From-it is directed at three grid of gate edge and finFET device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008311324A (en) * 2007-06-13 2008-12-25 Sony Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN109417094A (en) * 2016-07-01 2019-03-01 英特尔公司 From-it is directed at three grid of gate edge and finFET device
US11581315B2 (en) 2016-07-01 2023-02-14 Intel Corporation Self-aligned gate edge trigate and finFET devices

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