JP2004095903A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004095903A JP2004095903A JP2002255894A JP2002255894A JP2004095903A JP 2004095903 A JP2004095903 A JP 2004095903A JP 2002255894 A JP2002255894 A JP 2002255894A JP 2002255894 A JP2002255894 A JP 2002255894A JP 2004095903 A JP2004095903 A JP 2004095903A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- insulating film
- groove
- source
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソース/ドレイン領域の表面にシリサイドを有する半導体装置およびその製造方法に関し、特に、DRAM混載ロジックLSIのロジック回路に適した半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、DRAMメモリ回路とロジック回路を1チップにまとめたDRAM混載ロジックLSIが活発に研究開発されている。このDRAM混載ロジックLSIは、DRAMメモリとロジック機能が融合した高付加価値LSIであり、電子製品のチップ搭載数を削減できる等の利点を持つ。
【0003】
DRAM混載ロジックLSIにおいては、高速ロジック回路を得るため、ロジック回路のトランジスタのソース/ドレイン領域に自己整合的にシリサイド層が形成される(SALICIDE;self−aligned silicide)。このサリサイド技術では、ゲート電極の側面をシリコン窒化膜等の絶縁膜からなるサイドウォールで保護し、ソース/ドレイン領域表面をシリサイド化する。一方、DRAMメモリ回路では、ソース/ドレイン領域の表面をシリサイド化しないことにより、接合リークを抑制してリフレッシュ特性を向上させている。
【0004】
ロジック回路のトランジスタでは、ソース/ドレイン領域のコンタクトをシリサイド上に形成する。一方、DRAMメモリ回路にはサリサイド技術が応用されず、セル面積縮小のために、セルフアラインコンタクト技術によりビットラインコンタクト等が形成される。
【0005】
DRAM混載ロジックLSIの従来例を、図8〜11を参照して説明する。図8(a)は、DRAM混載ロジックLSIの製造過程を示す断面図であり、DRAMメモリ回路Mとロジック回路Lに、それぞれゲート電極が形成された後の状態を示す。
【0006】
図8(a)に示すように、シリコン基板101の表層にSTI(shallow trench isolation)により素子分離領域102が形成されている。DRAMメモリ回路Mとロジック回路Lには、それぞれゲート酸化膜103、ポリシリコン層104、タングステンシリサイド層105およびHTO(high temperature oxide)マスク106が積層されたゲート電極107M、107Lが形成されている。ゲート電極107M、107Lの幅(ゲート長)は例えば0.15μmである。
【0007】
次に、図9(b)に示すように、DRAMメモリ回路Mおよびロジック回路L上に化学気相成長(CVD)によりシリコン窒化膜108を形成する。図示しないが、シリコン窒化膜108の形成前に、DRAMメモリ回路Mのシリコン基板101に、ゲート電極107Mをマスクとして不純物のイオン注入を行い、ソース/ドレイン領域を形成しておく。一方、ロジック回路Lのシリコン基板101に、ゲート電極107Lをマスクとして不純物のイオン注入を行い、LDD(lightly doped drain)領域を形成しておく。
【0008】
続いて、ロジック回路Lのゲート電極107Lに絶縁膜からなるサイドウォールを形成するため、サイドウォールを形成しないDRAMメモリ回路M等の上にレジスト109を形成する。
次に、図9(c)に示すように、シリコン窒化膜108のエッチバックを行い、ロジック回路Lのゲート電極107Lの側面にサイドウォール110を形成する。その後、レジスト109を除去する。図示しないが、DRAMメモリ回路Mには、シリコン窒化膜108にセルフアラインコンタクト等が形成される。
【0009】
サイドウォール110の形成後、ロジック回路Lのソース/ドレイン領域を形成する工程や、ソース/ドレイン領域をシリサイド化する工程では、これらの処理が不要なDRAMメモリ回路M等を、例えばレジストにより保護しておく。そこで、以降の工程については、ロジック回路Lのみ図示する。
【0010】
図10(d)に示すように、サイドウォール110を形成した後、サイドウォール110をマスクとして不純物のイオン注入を行い、ソース/ドレイン領域111を形成する。サイドウォール110の下部は、ソース/ドレイン領域111よりも低濃度で不純物を含有するLDD領域112である。さらに、例えばコバルト層113等の高融点金属層を形成してから、キャップ層として窒化チタン層114を形成する。
【0011】
次に、第1のRTA(rapid thermal annealing)処理を施し、ソース/ドレイン領域111に自己整合的に金属シリサイド(CoSi)を形成する。続いて、絶縁膜であるHTOマスク106、サイドウォール110および素子分離領域102上に残った不要な金属層(コバルト層113および窒化チタン層114)を、硫酸と過酸化水素水の混合液(硫酸過水)により除去する。
【0012】
その後、第2のRTA処理を施すことにより、図10(e)に示すように、金属シリサイド(CoSi2 )115が形成される。
次に、図11(f)に示すように、全面にシリコン窒化膜116を形成してから、層間絶縁膜117を形成する。層間絶縁膜117には、金属シリサイド115に達する接続孔118が形成される。接続孔118には、例えば上層の配線を構成する金属が埋め込まれる。
【0013】
上記のようにDRAMメモリ回路をロジック回路と混載する技術は、例えば特開平11−3974号公報、特開平11−97649号公報、特開平11−163281号公報、特開平11−220036号公報、特開平11−340437号公報、特開2000−150665号公報に開示されている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の半導体装置の製造方法によれば、図10(e)および図11に示すように、シリコン活性層の端部、すなわちソース/ドレイン領域111と素子分離領域102の境界近傍に、金属シリサイド115が過剰に形成され、瘤状のシリサイド(CoSi2)115aとなる場合がある。
【0015】
特に、コバルト層113にRTAを比較的高温の条件、例えば840℃、30秒で行った場合等には、瘤状のシリサイド115aが形成されやすい。瘤状のシリサイド115aは例えば幅60nm、高さ80nm程度で形成される。シリコン活性層端部での過剰なシリサイド化は、コバルト層113が厚く、コバルトの供給量が多いことと、シリコン活性層端部において面方位(100)以外の方位からシリコン結晶が成長していることに起因すると考えられている。
【0016】
このような瘤状のシリサイド115aが、ソース/ドレイン領域111とその周囲の半導体基板101との界面のp/n接合の付近に到達すると、接合部に由来するリーク電流(ジャンクションリーク)が増大する。図11のデバイスにおいては、p+ またはn+ 型ソース/ドレイン領域111とその上層の1層目の配線を接続する、接続孔118のコンタクト部でのリーク電流が増大する。
【0017】
特に、図11に示すように、上層配線の金属が直接、ソース/ドレイン領域111(または金属シリサイド115)と接続するボーダレス構造では、リーク電流が増大しやすく、デバイスの性能や品質の低下につながる。ロジック回路の電気特性が低下すると、DRAM混載ロジックLSI全体でも高品質を実現できない。
【0018】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、したがって本発明は、サリサイド技術によりシリサイド化されたソース/ドレイン領域で、リーク電流を低減できる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、素子形成領域を含む半導体基板と、前記半導体基板の表層に前記素子形成領域を囲むように形成された溝であって、前記溝の壁面と前記半導体基板の表面との境界近傍が角を丸めた曲面となっている前記溝と、前記溝に埋め込まれた絶縁膜であって、前記曲面に接しないように前記溝の上端近傍のみ、上方ほど前記素子形成領域から離れるように加工されたテーパ状の断面を有する前記絶縁膜と、前記素子形成領域上の一部にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極に自己整合的に、前記素子形成領域の表層に形成されたLDD領域と、前記ゲート電極の側面に形成された絶縁膜からなるサイドウォールと、前記サイドウォールに自己整合的に、かつ前記溝との境界では前記曲面に沿って、前記素子形成領域の表層に形成されたソース領域およびドレイン領域と、前記ソース領域およびドレイン領域に自己整合的に、前記曲面上を含む前記ソース領域およびドレイン領域表面に形成された金属シリサイドとを有することを特徴とする。
【0020】
また、上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の一部である素子形成領域を囲むように、前記半導体基板の表層に溝を形成する工程であって、前記溝の壁面と前記半導体基板の表面との境界近傍が角を丸めた曲面となるように前記溝を加工する工程と、前記溝に絶縁膜を埋め込む工程と、前記素子形成領域上の一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極に自己整合的に、前記素子形成領域の表層にLDD領域を形成する工程と、前記ゲート電極の側面に絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、前記絶縁膜が前記曲面に接しないように、前記溝の上端近傍のみ前記絶縁膜を上方ほど前記素子形成領域から離れるようなテーパ状に加工する工程と、前記サイドウォールに自己整合的に、かつ前記溝との境界では前記曲面に沿って、前記素子形成領域の表層にソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、前記ソース領域およびドレイン領域に自己整合的に、前記曲面上を含む前記ソース領域およびドレイン領域表面に金属シリサイドを形成する工程とを有することを特徴とする。
【0021】
これにより、ソース/ドレイン領域と素子分離領域との境界部でのシリサイドの過剰な成長を抑制できる。したがって、シリサイドの過剰な成長に起因するリーク電流が抑制され、信頼性の高い回路を形成できる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の半導体装置およびその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の実施形態は、DRAM混載ロジックLSIのロジック回路に形成されるトランジスタの例である。
【0023】
本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、まず、図1(a)に示すように、シリコン基板1の素子形成領域上にシリコン酸化膜2を介してシリコン窒化膜3を形成する。シリコン酸化膜2は、シリコン基板1とシリコン窒化膜3の応力の差を緩和する。
【0024】
シリコン酸化膜2はシリコン基板1の表面を熱酸化して形成する。シリコン窒化膜3は、低圧CVD(LP−CVD; low pressure CVD)により全面に形成してから、レジストをマスクとしてエッチングを行って、素子形成領域上のみに残す。
【0025】
続いて、シリコン窒化膜3およびシリコン酸化膜2をマスクとしてシリコン基板1にドライエッチングを行い、トレンチ4を形成する。このとき、エッチング条件を途中で変化させながら、エッチングを連続して行い、トレンチ4の間口4aをラウンド状に加工する。
【0026】
例えば、誘導結合プラズマ(ICP;inductively coupled plasma)型エッチング装置を用いて、まず、第1のエッチング条件でエッチングを行い、シリコン窒化膜3の開口部3aに対して、シリコン酸化膜2の開口部2aがよりエッチングされた状態とする。第1のエッチング条件は例えば、ガス流量をCHF3 /CF4 =85/15(sccm)、圧力を6.7Pa、ICPソースパワーを600W、バイアスパワーを300W、基板温度を60℃とする。
【0027】
次に、第2のエッチング条件に変更して、シリコン基板1に異方性エッチングを行い、トレンチ4を形成する。第2のエッチング条件では、トレンチ4の間口4aがラウンド状に加工されない。第2のエッチング条件は例えば、ガス流量をHBr/O2 =190/10(sccm)、圧力を2Pa、ICPソースパワーを600W、バイアスパワーを200W、基板温度を60℃とする。
【0028】
次に、第2のエッチング条件に比較して異方性が低い第3のエッチング条件で、シリコン基板1にエッチングを行い、トレンチ4の間口4aをラウンド状に加工する。第3のエッチング条件は例えば、ガス流量をCl2 /O2 =150/10(sccm)、圧力を6.7Pa、ICPソースパワーを600W、バイアスパワーを300W、基板温度を60℃とする。以上のような連続加工により、トレンチ間口4aが曲率半径60nm程度のラウンド状の曲面に加工される。
【0029】
上記のように、シリコン基板上の絶縁膜を逆テーパー形状にして、これをマスクとしてエッチングを行い、かつエッチング条件を途中で変化させることにより、トレンチ間口をラウンド形状とする方法は、例えば特開2000−299374号公報に記載されている。
また、特開2000−200829号公報にも、シリコン基板から離れるにつれて外方に広がる逆傾斜形状のマスクを用いてシリコン基板をエッチングし、トレンチの上部を円形状にする方法が開示されている。
【0030】
上記以外にも、トレンチ間口をラウンド形状にする方法が知られている。例えば、特開2000−22141号公報には、エッチングマスクの側面に堆積物が多く生じる条件で第1のエッチングを行ってから、堆積物が生じない第2のエッチングを行い、トレンチ上部で傾斜を緩くする方法が開示されている。
本実施形態において、これらの公知の方法により、トレンチ間口をラウンド状とすることもできる。
【0031】
なお、上記の特開2000−299374号公報、特開2000−200829号公報および特開2000−22141号公報では、トレンチ間口に接するシリコン角部での電界集中を緩和する目的で、トレンチ間口がラウンド状に加工され、シリコン表面をシリサイド化することや、シリコン角部でシリサイド化が過剰に進行することは示されていない。
【0032】
図示しないが、DRAM混載ロジックLSIのDRAMメモリ回路では、上記のようにトレンチ間口を必ずしもラウンド状に加工しなくてもよい。DRAMメモリ回路でトレンチ間口をラウンド状に加工しない場合は、DRAMメモリ回路部分をレジストで被覆して、ロジック回路部分に上記のトレンチ形成を行う。あるいは、DRAMメモリ回路部分のトレンチもロジック回路部分と並行して形成し、トレンチ間口をラウンド状としてもよい。この場合、トレンチ間口に接する部分のシリコンで、局所的な電界集中が抑制される。
【0033】
次に、図1(b)に示すように、シリコン窒化膜3およびシリコン酸化膜2を除去してから、トレンチ4内を含む全面に高密度プラズマ(HDP;high density plasma)型CVDによりシリコン酸化膜5を堆積させる。
次に、図2(c)に示すように、化学機械研磨(CMP;chemical mechanical polishing)によりシリコン基板1上の余分なシリコン酸化膜5を除去し、表面を平坦化する。これにより、トレンチ4内に素子分離領域6が形成される。
【0034】
次に、図2(d)に示すように、シリコン基板1の素子形成領域上にゲート酸化膜7、ポリシリコン層8、タングステンシリサイド層9およびHTOマスク10が積層された構造のゲート電極11を形成する。ゲート電極11は、熱酸化またはCVDによりシリコン基板1上にゲート酸化膜7を形成してから、全面にポリシリコン層8、タングステンシリサイド層9およびHTOマスク10をCVDにより順に積層し、レジストをマスクとして各層にエッチングを行うことにより形成される。その後、ゲート電極11をマスクとしてシリコン基板1に不純物をイオン注入し、LDD領域12を形成する。
【0035】
次に、図3(e)に示すように、ゲート電極11にサイドウォール13を形成する。サイドウォール13は、全面に例えばシリコン窒化膜等の絶縁膜を形成してから、絶縁膜のエッチバックを行うことにより形成される。
さらに、素子分離領域6とLDD領域12との境界部分に開口部を有するレジスト14を形成する。レジスト14の開口部は、素子分離領域6とLDD領域12との境界部分から素子分離領域6側に60nm、LDD領域12側に20nm程度露出するような位置に形成する。
【0036】
次に、図3(f)に示すように、レジスト14をマスクとして、素子分離領域6のシリコン酸化膜にドライエッチングによる異方性加工を行う。エッチングには例えば2周波励起平行平板型RIE(反応性イオンエッチング)装置を用い、エッチング条件はガス流量をC4 F8 /CO/Ar/O2 =15/100/200/5(sccm)、圧力を5.3Pa、上部電極パワーを2000W、下部電極パワーを1200W、電極間隔を20mm、基板温度を0℃とする。
【0037】
これにより、素子分離領域6の酸化膜はテーパ角(側面Sとシリコン基板1の表面とのなす角度)が例えば88°となるように異方性加工される。テーパ角を84〜90°程度とすることにより、続く工程でシリサイドが瘤状に成長するのを防止できる。
【0038】
また、トレンチ間口4aとの境界部分には、断面がラウンド形状となっているシリコン面1aが露出する。このエッチングにより、素子分離領域6のシリコン酸化膜が後退する量は最大で5nm以下と小さいため、トランジスタ特性への影響は無視できる。
【0039】
以降の工程では、ロジック回路のトランジスタのうち、ゲート電極11の片側のみ拡大して図示する。素子分離領域6とLDD領域12との境界部分にエッチングを行った後、図4(g)に示すように、レジスト14を除去して、サイドウォール13をマスクとしてシリコン基板1に不純物をイオン注入し、ソース/ドレイン領域15を形成する。このとき、素子分離領域6との境界近傍のシリコン面1aにも、ラウンド形状に沿ってソース/ドレイン領域15が形成される。
【0040】
次に、図5(h)に示すように、例えばコバルト層16等の高融点金属層を厚さ10nmで形成してから、キャップ層として窒化チタン層17を厚さ30nmで形成する。ここで、トレンチ間口4aでは、シリコン活性層(ソース/ドレイン領域15)がラウンドした断面形状を持ち、かつ、素子分離領域6のシリコン酸化膜の端部がテーパ状に異方性加工されていることから、深さ50nm程度の段差が形成されている。
【0041】
この段差部分では、コバルト層16と窒化チタン層17のステップカバレッジが低く、段差部分での膜厚は平坦な部分での膜厚の約30%となる。具体的には、ラウンドしたシリコン面1a上でコバルト層16の厚さは最小3nm程度となり、窒化チタン層17の厚さは最小9nm程度となる。段差部分で膜厚を約30%に薄膜化した場合、シリコン活性層端部における瘤状のシリサイドの成長を抑制できる。段差部分のステップカバレッジは、図3(f)に示す工程で、素子分離領域6のシリコン酸化膜側面のテーパ角を調節することにより制御できる。
【0042】
次に、第1のRTA処理を施し、ソース/ドレイン領域15に自己整合的に金属シリサイド(CoSi)を形成する。第1のRTA処理は、例えば500℃で30秒行う。
続いて、絶縁膜であるHTOマスク10、サイドウォール13および素子分離領域6上に残った不要な金属層(コバルト層16および窒化チタン層17)を、硫酸過水により除去する。
【0043】
その後、第2のRTA処理を施すことにより、図6(i)に示すように、金属シリサイド(CoSi2 )18が形成される。第2のRTA処理は、例えば850℃で30秒行う。
ここでは、シリコン活性層のラウンドしたシリコン面1a(図5参照)でコバルト層16および窒化チタン層17が薄く形成されていることから、シリサイド化の反応に対するコバルトの供給量が比較的少ない。これにより、トレンチ間口4a近傍での過剰なシリサイド(CoSi2 )の形成が抑制される。金属シリサイド18は、ラウンド状のシリコン面1aを含むソース/ドレイン領域15上に、35〜40nm程度の均一な厚さで形成される。
【0044】
従来の構造および製造方法によれば、図10(e)に示すように、瘤状のシリサイド115aが形成される。瘤状のシリサイド115aの成長を抑制するため、RTA温度を下げると、CoSiからCoSi2 への反応が進行しにくくなり、ソース/ドレイン領域を十分に低抵抗化できなくなる可能性がある。
【0045】
それに対し本実施形態によれば、850℃程度までの加熱であれば、瘤状のシリサイドの形成を抑制できる。したがって、従来の製造方法に比較して、第2のRTA処理の温度を広範囲に設定でき、CoSiからCoSi2 への反応を十分に進行させることが可能となる。ここで、第2のRTA処理の温度の下限は700℃程度が好ましい。第2のRTA処理の温度が700℃を下回ると、CoSi2 をシリコン活性層の表面に均一に成長させるのが難しくなる。
【0046】
その後、図7(j)に示すように、全面にシリコン窒化膜19を形成してから、層間絶縁膜20を形成する。層間絶縁膜20としては、例えばシリコン酸化膜をCVDにより形成する。層間絶縁膜20にレジスト(不図示)をマスクとしてエッチングを行い、接続孔21を形成する。図示しないが、接続孔21を金属等の導電体で埋め込むことにより、コンタクトが形成される。接続孔21を上層の配線を構成する金属で埋め込むことも可能である。
【0047】
上記の本実施形態の半導体装置の構造によれば、素子分離領域6との境界で、ソース/ドレイン領域15がラウンド状のシリコン面1aに均一に形成される。したがって、素子分離領域6との境界部分の金属シリサイド18上に、上層配線が直接接続するように、ボーダレス構造の接続孔21を形成した場合も、金属シリサイド18やソース/ドレイン領域15の局所的な消失や薄膜化が防止される。また、金属シリサイド18は、ソース/ドレイン領域15とその周囲のシリコン基板1との間のp/n接合に到達しない。したがって、ジャンクションリークは増大しない。
【0048】
例えば、図11(f)に示す従来構造においても、ボーダレス構造の接続孔118が形成されているが、図11(f)の構造で、面積80,000μm2 のPSDにボーダレス接続したTEGの1.5V印加時のリーク電流は1.0×10−7(A)以上に達する。
【0049】
それに対し、本実施形態の構造において、上記の従来例と同一の測定条件で、対応する箇所のリーク電流を測定した結果、1×10−9(A)オーダーであった。すなわち、本実施形態の構造によれば、ジャンクションリークが著しく低減される。また、本実施形態のトランジスタをロジック回路に形成することにより、信頼性の高いDRAM混載ロジックLSIが得られる。
【0050】
本発明の半導体装置およびその製造方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、上記の実施形態においては、コバルト層を用いてシリサイドを形成しているが、コバルトのかわりにチタン等の金属を用いてもよい。
また、ポリシリコン層8上にタングステンシリサイド層9を形成せず、ソース/ドレイン領域15をシリサイド化する前にHTOマスク10を除去しておき、ソース/ドレイン領域15をシリサイド化する工程で、ゲート電極11上にも自己整合的にシリサイドを形成してもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0051】
【発明の効果】
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、サリサイド技術によりシリサイド化されたソース/ドレイン領域において、リーク電流を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)および(b)は本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図2】図2(c)および(d)は本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図1(b)に続く工程を示す。
【図3】図3(e)および(f)は本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図2(d)に続く工程を示す。
【図4】図4(g)は本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図3(f)に続く工程を示す。
【図5】図5(h)は本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図4(g)に続く工程を示す。
【図6】図6(i)は本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図5(h)に続く工程を示す。
【図7】図7(j)は本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図6(i)に続く工程を示す。
【図8】図8(a)は従来の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図9】図9(b)および(c)は従来の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図8(a)に続く工程を示す。
【図10】図10(d)および(e)は従来の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図9(c)に続く工程を示す。
【図11】図11(f)は従来の半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図であり、図10(e)に続く工程を示す。
【符号の説明】
1…シリコン基板、1a…ラウンドしたシリコン面、2…シリコン酸化膜、2a…開口部、3…シリコン窒化膜、3a…開口部、4…トレンチ、4a…トレンチ間口、5…シリコン酸化膜、6…素子分離領域、7…ゲート酸化膜、8…ポリシリコン層、9…タングステンシリサイド層、10…HTOマスク、11…ゲート電極、12…LDD領域、13…サイドウォール、14…レジスト、15…ソース/ドレイン領域、16…コバルト層、17…窒化チタン層、18…金属シリサイド(CoSi2 )、19…シリコン窒化膜、20…層間絶縁膜、21…接続孔、101…シリコン基板、102…素子分離領域、103…ゲート酸化膜、104…ポリシリコン層、105…タングステンシリサイド層、106…HTOマスク、107M、107L…ゲート電極、108…シリコン窒化膜、109…レジスト、110…サイドウォール、111…ソース/ドレイン領域、112…LDD領域、113…コバルト層、114…窒化チタン層、115…金属シリサイド、116…シリコン窒化膜、117…層間絶縁膜、118…接続孔。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having a silicide on the surface of a source / drain region and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device suitable for a logic circuit of a DRAM embedded logic LSI and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a DRAM embedded logic LSI in which a DRAM memory circuit and a logic circuit are integrated into one chip has been actively researched and developed. The DRAM-embedded logic LSI is a high value-added LSI in which a DRAM memory and a logic function are integrated, and has an advantage that the number of chips mounted on an electronic product can be reduced.
[0003]
In a DRAM-embedded logic LSI, a silicide layer is formed in a source / drain region of a transistor of the logic circuit in a self-aligned manner in order to obtain a high-speed logic circuit (SALICIDE; self-aligned silicide). In this salicide technique, the side surface of the gate electrode is protected by a sidewall made of an insulating film such as a silicon nitride film, and the surface of the source / drain region is silicided. On the other hand, in the DRAM memory circuit, the surface of the source / drain region is not silicided, thereby suppressing junction leak and improving refresh characteristics.
[0004]
In a transistor of a logic circuit, a source / drain region contact is formed on silicide. On the other hand, a salicide technique is not applied to a DRAM memory circuit, and a bit line contact or the like is formed by a self-aligned contact technique to reduce the cell area.
[0005]
A conventional example of a DRAM embedded logic LSI will be described with reference to FIGS. FIG. 8A is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the DRAM embedded logic LSI, and shows a state after the gate electrodes are formed in the DRAM memory circuit M and the logic circuit L, respectively.
[0006]
As shown in FIG. 8A, an
[0007]
Next, as shown in FIG. 9B, a
[0008]
Subsequently, in order to form a sidewall made of an insulating film on the
Next, as shown in FIG. 9C, the
[0009]
In the step of forming the source / drain region of the logic circuit L and the step of silicidizing the source / drain region after the formation of the
[0010]
As shown in FIG. 10D, after forming the
[0011]
Next, a first RTA (rapid thermal annealing) process is performed to form metal silicide (CoSi) in the source /
[0012]
Thereafter, by performing a second RTA process, as shown in FIG. 10E, metal silicide (CoSi 2 ) 115 is formed.
Next, as shown in FIG. 11F, after a
[0013]
As described above, techniques for mixing a DRAM memory circuit with a logic circuit include, for example, JP-A-11-3974, JP-A-11-97649, JP-A-11-163281, and JP-A-11-220036. It is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 11-340437 and Japanese Patent Laid-Open No. 2000-150665.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above-described conventional method of manufacturing a semiconductor device, as shown in FIGS. 10E and 11, the end of the silicon active layer, that is, the vicinity of the boundary between the source /
[0015]
In particular, when RTA is performed on the
[0016]
When such bump-
[0017]
In particular, as shown in FIG. 11, in a borderless structure in which the metal of the upper layer wiring is directly connected to the source / drain region 111 (or the metal silicide 115), the leak current tends to increase, leading to a decrease in device performance and quality. . If the electrical characteristics of the logic circuit deteriorate, high quality cannot be realized even in the DRAM embedded logic LSI as a whole.
[0018]
The present invention has been made in view of the above problems, and accordingly, the present invention provides a semiconductor device capable of reducing a leak current in a source / drain region silicided by a salicide technique and a method of manufacturing the same. Aim.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate including an element formation region, and a groove formed in a surface layer of the semiconductor substrate so as to surround the element formation region, wherein a wall surface of the groove is provided. And the groove in which the vicinity of the boundary with the surface of the semiconductor substrate is a curved surface with rounded corners, and an insulating film embedded in the groove, only near the upper end of the groove so as not to contact the curved surface, The insulating film having a tapered cross section processed so as to be more distant from the element formation region upward, a gate electrode formed on a part of the element formation region via a gate insulating film, A self-aligned LDD region formed in a surface layer of the element formation region; a sidewall made of an insulating film formed on a side surface of the gate electrode; Border Along the curved surface, a source region and a drain region formed in a surface layer of the element forming region, and formed on the surface of the source region and the drain region including the curved surface in a self-aligned manner with the source region and the drain region. Metal silicide.
[0020]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a groove in a surface layer of the semiconductor substrate so as to surround an element formation region that is a part of the semiconductor substrate, Processing the groove so that the vicinity of a boundary between the wall surface of the groove and the surface of the semiconductor substrate is a curved surface with rounded corners; embedding an insulating film in the groove; Forming a gate electrode through a gate insulating film, forming an LDD region in a surface layer of the element formation region in a self-aligned manner with the gate electrode, and forming a side surface of the gate electrode on a side surface of the gate electrode. A step of forming a wall; a step of processing the insulating film only in the vicinity of an upper end of the groove so as to be more away from the element formation region so that the insulating film is not in contact with the curved surface; Forming a source region and a drain region in the surface layer of the element forming region along the curved surface at the boundary with the groove in a self-aligned manner, and self-aligning with the source region and the drain region. Forming a metal silicide on the surface of the source region and the drain region including on a curved surface.
[0021]
Thus, excessive growth of silicide at the boundary between the source / drain region and the element isolation region can be suppressed. Therefore, leakage current due to excessive growth of silicide is suppressed, and a highly reliable circuit can be formed.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a semiconductor device and a method of manufacturing the same of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiment is an example of a transistor formed in a logic circuit of a DRAM embedded logic LSI.
[0023]
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, first, as shown in FIG. 1A, a silicon nitride film 3 is formed on a device formation region of a
[0024]
The silicon oxide film 2 is formed by thermally oxidizing the surface of the
[0025]
Subsequently, dry etching is performed on the
[0026]
For example, using an inductively coupled plasma (ICP) type etching apparatus, first, etching is performed under the first etching condition, and the
[0027]
Next, the trench 4 is formed by performing anisotropic etching on the
[0028]
Next, the
[0029]
As described above, a method in which an insulating film on a silicon substrate is formed into an inversely tapered shape, etching is performed using this as a mask, and the etching condition is changed in the middle to form a trench opening with a round shape is disclosed in, for example, 2000-299374.
Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-200829 discloses a method in which a silicon substrate is etched by using a mask having an inversely inclined shape that spreads outward as the distance from the silicon substrate increases, thereby making the upper portion of the trench circular.
[0030]
In addition to the above, a method of making the trench frontage round is known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-22141 discloses that a first etching is performed under the condition that a large amount of deposits are formed on the side surface of the etching mask, and then a second etching that does not generate a deposit is performed. A loosening method is disclosed.
In the present embodiment, the trench frontage can be rounded by these known methods.
[0031]
In the above JP-A-2000-299374, JP-A-2000-200829 and JP-A-2000-22141, the trench front is rounded in order to reduce the electric field concentration at the silicon corner in contact with the trench front. It is not shown that the silicon surface is silicided or that the silicidation excessively proceeds at the corners of the silicon.
[0032]
Although not shown, in the DRAM memory circuit of the DRAM embedded logic LSI, the trench opening does not necessarily need to be processed in a round shape as described above. If the trench front is not processed in a round shape in the DRAM memory circuit, the DRAM memory circuit portion is covered with a resist, and the above-described trench is formed in the logic circuit portion. Alternatively, the trench of the DRAM memory circuit portion may be formed in parallel with the logic circuit portion, and the trench opening may have a round shape. In this case, local electric field concentration is suppressed at the silicon in contact with the trench opening.
[0033]
Next, as shown in FIG. 1B, after the silicon nitride film 3 and the silicon oxide film 2 are removed, the entire surface including the inside of the trench 4 is subjected to silicon oxide by high-density plasma (HDP) type CVD. A
Next, as shown in FIG. 2C, the excess
[0034]
Next, as shown in FIG. 2D, a
[0035]
Next, as shown in FIG. 3E, a
Further, a resist 14 having an opening at a boundary between the
[0036]
Next, as shown in FIG. 3F, anisotropic processing by dry etching is performed on the silicon oxide film in the
[0037]
Thereby, the oxide film of the
[0038]
Further, a
[0039]
In the subsequent steps, only one side of the
[0040]
Next, as shown in FIG. 5H, a high melting point metal layer such as a
[0041]
In this step portion, the step coverage of the
[0042]
Next, a first RTA process is performed to form metal silicide (CoSi) in the source /
Subsequently, unnecessary metal layers (the
[0043]
Thereafter, by performing a second RTA process, as shown in FIG. 6I, metal silicide (CoSi 2 ) 18 is formed. The second RTA process is performed, for example, at 850 ° C. for 30 seconds.
Here, since the
[0044]
According to the conventional structure and manufacturing method, as shown in FIG. When the RTA temperature is lowered to suppress the growth of the
[0045]
On the other hand, according to the present embodiment, if the heating is performed up to about 850 ° C., the formation of nodular silicide can be suppressed. Therefore, as compared with the conventional manufacturing method, the temperature of the second RTA process can be set in a wider range, and CoSi can be changed to CoSi. 2 Reaction can proceed sufficiently. Here, the lower limit of the temperature of the second RTA process is preferably about 700 ° C. When the temperature of the second RTA process falls below 700 ° C., CoSi 2 Is difficult to grow uniformly on the surface of the silicon active layer.
[0046]
Thereafter, as shown in FIG. 7J, a
[0047]
According to the structure of the semiconductor device of the present embodiment described above, the source /
[0048]
For example, in the conventional structure shown in FIG. 11F, a
[0049]
On the other hand, in the structure of the present embodiment, the leakage current of the corresponding portion was measured under the same measurement conditions as in the above-described conventional example. -9 (A) It was an order. That is, according to the structure of the present embodiment, the junction leak is significantly reduced. Further, by forming the transistor of this embodiment in a logic circuit, a highly reliable DRAM embedded logic LSI can be obtained.
[0050]
Embodiments of the semiconductor device and the method for manufacturing the same of the present invention are not limited to the above description. For example, in the above embodiment, silicide is formed using a cobalt layer, but a metal such as titanium may be used instead of cobalt.
Further, without forming the
In addition, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0051]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device and the method of manufacturing the same of the present invention, it is possible to reduce the leak current in the source / drain regions silicided by the salicide technique.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIGS. 2 (c) and 2 (d) are cross-sectional views showing manufacturing steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, showing a step following FIG. 1 (b).
FIGS. 3 (e) and 3 (f) are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and show the steps subsequent to FIG. 2 (d).
FIG. 4 (g) is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and shows a step following FIG. 3 (f).
FIG. 5 (h) is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and shows a step following FIG. 4 (g).
FIG. 6 (i) is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and shows a step following FIG. 5 (h).
FIG. 7 (j) is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and shows a step following FIG. 6 (i).
FIG. 8A is a cross-sectional view showing a manufacturing step in a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
9 (b) and 9 (c) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional method for manufacturing a semiconductor device, and show a step following FIG. 8 (a).
10 (d) and 10 (e) are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional method for manufacturing a semiconductor device, and show a step following FIG. 9 (c).
FIG. 11 (f) is a cross-sectional view showing a manufacturing step in a conventional method of manufacturing a semiconductor device, and shows a step following FIG. 10 (e).
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
前記半導体基板の表層に前記素子形成領域を囲むように形成された溝であって、前記溝の壁面と前記半導体基板の表面との境界近傍が角を丸めた曲面となっている前記溝と、
前記溝に埋め込まれた絶縁膜であって、前記曲面に接しないように前記溝の上端近傍のみ、上方ほど前記素子形成領域から離れるように加工されたテーパ状の断面を有する前記絶縁膜と、
前記素子形成領域上の一部にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極に自己整合的に、前記素子形成領域の表層に形成されたLDD(lightly doped drain)領域と、
前記ゲート電極の側面に形成された絶縁膜からなるサイドウォールと、
前記サイドウォールに自己整合的に、かつ前記溝との境界では前記曲面に沿って、前記素子形成領域の表層に形成されたソース領域およびドレイン領域と、
前記ソース領域およびドレイン領域に自己整合的に、前記曲面上を含む前記ソース領域およびドレイン領域表面に形成された金属シリサイドとを有する
半導体装置。A semiconductor substrate including an element formation region;
A groove formed on the surface layer of the semiconductor substrate so as to surround the element forming region, wherein the groove near the boundary between the wall surface of the groove and the surface of the semiconductor substrate has a curved surface with rounded corners;
An insulating film embedded in the groove, the insulating film having a tapered cross-section processed so as not to be in contact with the curved surface, only near the upper end of the groove, so as to be further away from the element formation region upward;
A gate electrode formed on a part of the element formation region via a gate insulating film; an LDD (lightly doped drain) region formed in a surface layer of the element formation region in a self-aligned manner with the gate electrode;
A sidewall made of an insulating film formed on a side surface of the gate electrode;
A source region and a drain region formed in a surface layer of the element formation region in a self-alignment with the sidewall and along the curved surface at a boundary with the groove;
And a metal silicide formed on the surface of the source region and the drain region including the curved surface in a self-aligned manner with the source region and the drain region.
請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising the same metal silicide on the gate electrode as the surface of the source region and the drain region.
前記溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記素子形成領域上の一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極に自己整合的に、前記素子形成領域の表層にLDD領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の側面に絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、
前記絶縁膜が前記曲面に接しないように、前記溝の上端近傍のみ前記絶縁膜を上方ほど前記素子形成領域から離れるようなテーパ状に加工する工程と、
前記サイドウォールに自己整合的に、かつ前記溝との境界では前記曲面に沿って、前記素子形成領域の表層にソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース領域およびドレイン領域に自己整合的に、前記曲面上を含む前記ソース領域およびドレイン領域表面に金属シリサイドを形成する工程とを有する
半導体装置の製造方法。Forming a groove in a surface layer of the semiconductor substrate so as to surround an element formation region which is a part of the semiconductor substrate, wherein a curved surface having a rounded corner near a boundary between a wall surface of the groove and a surface of the semiconductor substrate; Processing the groove so that
Burying an insulating film in the groove;
Forming a gate electrode on a part of the element formation region via a gate insulating film;
Forming an LDD region in a surface layer of the element forming region in a self-aligned manner with the gate electrode;
Forming a sidewall made of an insulating film on a side surface of the gate electrode;
Processing the insulating film in a taper shape so that only the upper end of the groove is separated from the element formation region as it goes upward, so that the insulating film does not contact the curved surface;
Forming a source region and a drain region in a surface layer of the element formation region in a self-alignment with the sidewall and along the curved surface at a boundary with the groove;
Forming a metal silicide on the surface of the source and drain regions including on the curved surface in a self-aligned manner with the source and drain regions.
請求項3記載の半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 3, wherein in the step of forming metal silicide on the surface of the source region and the drain region, a metal silicide is formed also on the gate electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002255894A JP2004095903A (en) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002255894A JP2004095903A (en) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004095903A true JP2004095903A (en) | 2004-03-25 |
Family
ID=32061270
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002255894A Pending JP2004095903A (en) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004095903A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006210913A (en) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Hynix Semiconductor Inc | Semiconductor element having stepped gate and manufacturing method thereof |
JP2011176348A (en) * | 2011-04-25 | 2011-09-08 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device |
JP2013030780A (en) * | 2004-03-30 | 2013-02-07 | Samsung Electronics Co Ltd | Low-noise and high-performance lsi element, layout, and method of manufacturing the element |
US8816440B2 (en) | 2004-03-30 | 2014-08-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Low noise and high performance LSI device |
JP2017117963A (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device manufacturing method |
-
2002
- 2002-08-30 JP JP2002255894A patent/JP2004095903A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013030780A (en) * | 2004-03-30 | 2013-02-07 | Samsung Electronics Co Ltd | Low-noise and high-performance lsi element, layout, and method of manufacturing the element |
US8816440B2 (en) | 2004-03-30 | 2014-08-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Low noise and high performance LSI device |
US9093306B2 (en) | 2004-03-30 | 2015-07-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Low noise and high performance LSI device |
US9425182B2 (en) | 2004-03-30 | 2016-08-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Low noise and high performance LSI device |
US9899386B2 (en) | 2004-03-30 | 2018-02-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Low noise and high performance LSI device |
JP2006210913A (en) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Hynix Semiconductor Inc | Semiconductor element having stepped gate and manufacturing method thereof |
JP2011176348A (en) * | 2011-04-25 | 2011-09-08 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device |
JP2017117963A (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device manufacturing method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7879676B2 (en) | High density trench mosfet with single mask pre-defined gate and contact trenches | |
JP4867176B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2005072577A (en) | High integration semiconductor device provided with silicide film capable of assuring contact margin, and manufacturing method therefor | |
JPH09312391A (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
JP2007027738A (en) | Semiconductor device and its manufacture method | |
JP2000223703A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
JP2003109968A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2007019468A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
KR20040079518A (en) | MOSFET having recessed channel and fabricating method thereof | |
US6784098B1 (en) | Method for forming salicide process | |
JP4745187B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2004095903A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP3168992B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
KR20040069515A (en) | MOSFET having recessed channel and fabricating method thereof | |
JP2685033B2 (en) | MIS type FET and manufacturing method thereof | |
US6841449B1 (en) | Two-step process for nickel deposition | |
JP4417808B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP4022989B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR101044385B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP3039419B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2009212364A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2004342908A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR100344837B1 (en) | Semiconductor Device and Method for Fabricating of the Same | |
JPH06244415A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
JP2006108452A (en) | Method of manufacturing semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050523 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070621 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070710 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070910 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080115 |