JP2004134586A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004134586A JP2004134586A JP2002297720A JP2002297720A JP2004134586A JP 2004134586 A JP2004134586 A JP 2004134586A JP 2002297720 A JP2002297720 A JP 2002297720A JP 2002297720 A JP2002297720 A JP 2002297720A JP 2004134586 A JP2004134586 A JP 2004134586A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- trench
- film
- insulating film
- semiconductor substrate
- wall
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Element Separation (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳細には、アライメントズレ等によりトレンチ素子分離領域に跨る貫通孔が形成されたコンタクト構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年汎用されているサブミクロン及びクォータミクロンデバイスは、通常、多数の露光用マスクを用いて製造されている。各マスクパターンを重ね合わせる際には、必然的に各パターン間に位置合わせずれが発生するが、この位置合わせずれを一定の範囲内に収めないと、設計されたとおりのデバイスは得られず、したがって、デバイスは正常に動作しない。
しかし、半導体集積回路の微細化が進むにつれ、この位置合わせずれの許容範囲、すなわち、位置合わせ余裕は減少している。
【0003】
この位置合わせ余裕を広げるために、種々の手段が検討されており、以下のような半導体装置の製造方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
この手法における半導体装置は、セルフアラインコンタクト(SAC)を実現するものであり、以下のように構成されている。つまり、シリコン基板の素子形成領域に、MOSトランジスタが形成されており、このMOSトランジスタのゲート電極はキャップ酸化膜及びサイドウォールで覆われている。また、これらのキャップ酸化膜、サイドウォール及びシリコン基板を覆うように窒化シリコン膜が形成され、その上に酸化シリコン系の層間絶縁膜が形成されている。層間絶縁膜上には配線層が形成され、その配線層が、層間絶縁膜に設けられた接続孔を通じて、ゲート電極及び素子形成領域のシリコン基板に接続されている。
【0004】
この半導体装置は、以下のように製造される。
まず、シリコン基板1の表面にトレンチ2を形成し、このトレンチ2を含むシリコン基板1上に酸化シリコン膜を形成し、その後、酸化シリコン膜をシリコン基板1表面が露出するまでエッチバックし、トレンチ素子分離膜3(酸化シリコン膜)をトレンチ内に埋め込んで素子分離領域を形成する。続いて、シリコン基板1上にゲート酸化膜4を介してゲート電極5を形成し、図2(a)に示すように、n型低濃度不純物拡散層(LDD)7、ゲート電極5側壁にサイドウォール6及びソース/ドレイン領域となるn型不純物拡散層8を形成する。
任意に、図2(b)に示すように、ゲート電極5及びソース/ドレイン領域上にチタンシリサイド膜9を形成する。
【0005】
次いで、図2(c)に示すように、窒化シリコン膜10及び酸化シリコン膜11による層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によりマスクパターン(図示せず)を形成し、そのマスクパターンをマスクとして用いて、異方性エッチングによりソース/ドレイン領域に至る貫通孔12を形成する。
さらに、図2(d)に示すように、貫通孔12内に金属膜を堆積し、所望の形状にパターニングすることにより、配線電極23を形成する。
したがって、貫通孔12形成のためのマスクパターンに位置合わせずれが生じ、貫通孔12の一部がゲート電極5にオーバーラップしたとしても、層間絶縁膜である窒化シリコン膜10がエッチングストッパとして機能するため、後工程で貫通孔に埋め込まれる配線電極23とゲート電極5とのショートを防止することができ、結果としてマスクの位置合わせ余裕が広がることになる。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−196499号
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにトレンチ素子分離法を用いた場合には、マスクパターン形成のためのフォトリソグラフィ工程において、マスクの位置合わせずれが生じて、貫通孔12の形成位置が、例えば、トレンチ素子分離領域3に跨り、そのまま層間絶縁膜及びトレンチ2内の酸化シリコン膜がオーバーエッチングされると、トレンチ素子分離領域3内のシリコン基板が露出することとなる。この露出したシリコン基板にはPN接合が必ずしも形成されていないため、PN接合が形成されていないシリコン基板と配線電極23との接触により、その露出部において電流がリークするという問題が生じる。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、トレンチ素子分離法によるトレンチ素子分離膜に不測のオーバーエッチングが生じた場合においても、リーク電流の増加による特性劣化を確実に防止できるセルフアラインコンタクトを実現することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、トレンチ内に絶縁膜が埋設されたトレンチ素子分離構造を有する半導体基板に形成された半導体装置であって、トレンチ内壁の一部が高融点金属シリサイド膜で被覆されてなる半導体装置が提供される。
また、本発明によれば、(i)半導体基板に形成されたトレンチ内に、前記半導体基板表面とほぼ面一に絶縁膜を埋め込み、
(ii)得られた半導体基板に少なくとも不純物拡散層を形成し、
(iii)前記トレンチ内の絶縁膜の一部を、前記トレンチ内壁の一部が露出するようにエッチング除去し、
(iv)得られた半導体基板上全面に高融点金属膜を形成し、熱処理して、少なくとも前記不純物拡散層上及びトレンチの内壁の一部に高融点金属シリサイド膜を形成することからなる半導体装置の製造方法が提供される。
【0009】
さらに、本発明によれば、半導体基板に形成されたトレンチ内に、該トレンチ内壁の一部が露出するように絶縁膜を埋め込み、得られた半導体基板に少なくとも不純物拡散層を形成し、得られた半導体基板上全面に高融点金属膜を形成し、熱処理して、少なくとも前記不純物拡散層上及びトレンチ内壁の一部に高融点金属シリサイド膜を形成することからなる半導体装置の製造方法が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置は、トレンチ内に絶縁膜が埋設されたトレンチ素子分離構造を有する半導体基板に形成されてなる。半導体基板としては、通常、半導体装置に使用されるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、GaAs、InGaAs、ZnSe等の化合物半導体が挙げられる。なかでもシリコン基板が好ましい。トレンチ素子分離構造におけるトレンチの形状は特に限定されるものではなく、直方体、立方体等の多角柱又は側面がテーパ状の多角錐台形状等であってもよい。絶縁膜としては、特に限定されるものではなく、例えば、酸化シリコン膜(熱酸化膜、低温酸化膜:LTO膜等、高温酸化膜:HTO膜)、窒化シリコン膜、SOG膜、PSG膜、BSG膜、BPSG膜等の単層膜又は積層膜等が挙げられる。なかでも、酸化シリコン膜が好ましい。なお、後述するようにトレンチ内壁の一部が高融点金属シリサイド膜で被覆されているのであれば、絶縁膜は、トレンチ内に、半導体基板の表面と面一に埋設されていてもよいし、半導体基板の表面と面一に埋設されているのではなく、トレンチ内壁の一部を露出するように、言い換えるとトレンチ内壁の一部が絶縁膜に接触しないように埋設されていてもよい。トレンチ内壁において絶縁膜と接触しない一部は、トレンチの上部の一部であることが適当である。特に、半導体基板上に形成される半導体装置の一部を構成するソース/ドレイン領域又はビット線等として機能する不純物拡散層に隣接する部分又はその近傍が絶縁膜と接触していないことが好ましい。
【0011】
トレンチ内壁の一部は、高融点金属シリサイド膜で被覆されていることが必要である。ここで高融点金属シリサイド膜としては、特に限定されるものではなく、例えば、CoSix、NiSix、TiSix及びZrSix等が挙げられる。なお、高融点金属シリサイド膜は、絶縁膜が埋設されていない又は絶縁膜と接触していないトレンチ内壁に対して自己整合的に、言い換えると、絶縁膜が埋設されていないトレンチ内壁の全てを被覆するように形成されていることが好ましい。
【0012】
本発明における半導体装置は、メモリ、ロジックデバイス、信号処理回路等を構成する半導体素子の全てを含み、MOSトランジスタのみならず、バイポーラトランジスタ、抵抗素子、キャパシタ等の全てを含む。
本発明の半導体装置の製造方法では、まず、工程(i)において、半導体基板に形成されたトレンチ内に、半導体基板表面とほぼ面一に絶縁膜を埋め込む。トレンチは、公知の方法、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により、半導体基板上に所望の形状のマスクを形成し、このマスクを用いて半導体基板をエッチングすることにより形成することができる。エッチングはウェットエッチング、ドライエッチング等の種々の方法を利用することができるが、なかでもドライエッチング、特に異方性エッチングであるRIE法を利用することが好ましい。絶縁膜は、トレンチを含む半導体基板上に、例えば、CVD法、スパッタ法、塗布等により所定の膜厚、例えば、トレンチ深さ程度以上、好ましくはトレンチ深さより厚膜で形成し、エッチバックして、半導体基板表面とほぼ面一に絶縁膜を埋め込むことができる。エッチバックは、上記エッチング法のなかから選択することができるが、CMP法が好ましい。
【0013】
次いで、工程(ii)において、得られた半導体基板に少なくとも不純物拡散層を形成する。不純物拡散層は、通常、ソース/ドレイン領域、ビット線又は電極等として機能するものであり、p型又はn型の不純物を所望の濃度となるように半導体基板に導入することにより形成することができる。具体的には、不純物を固相拡散、気相拡散、イオン注入等の種々の方法により導入して、形成することができる。なお、この際、半導体装置がMOSトランジスタ等を構成するのであれば、ゲート電極を形成し、その後、ゲート電極をマスクとして用いて、イオン注入して不純物拡散層を形成することが好ましい。ここでの不純物拡散層は、LDD又はDDD構造を有するものであってもよい。
【0014】
さらに、工程(iii)において、トレンチ内の絶縁膜の一部を、トレンチ内壁の一部が露出するようにエッチング除去する。ここでの絶縁膜の一部のエッチング除去は、上記エッチング法のなかから選択することができるが、ドライエッチング、特に異方性ドライエッチングにより行うことが好ましい。絶縁膜は、均一な厚さで除去してもよいし、部分的にのみ除去してもよい。エッチング除去は、絶縁膜がトレンチ内でトレンチ素子分離膜としての機能を果たし得るのであればどの程度行ってもよく、例えば、先に形成した不純物拡散層の深さよりも深く、不純物拡散層の深さ程度又は不純物拡散層よりも浅く行うことができる。特に、不純物拡散層の深さの20〜50%程度のトレンチ内壁が露出するように又は絶縁膜と接触しないように行うことが好ましい。
【0015】
続いて、工程(iv)において、得られた半導体基板上全面に高融点金属膜を形成し、熱処理する。高融点金属膜としては、例えば、Co、Ni、Ti及びZr等が挙げられる。これらはスパッタ法、CVD法、蒸着法等の種々の方法で形成することができる。膜厚は、例えば、10〜200nm程度が挙げられる。熱処理は、例えば、ランプアニール、EB、RTA等の種々の方法が挙げられ、650〜750℃程度の温度で、10秒間〜1分間程度行うことが適当である。その後、未反応の高融点金属膜を除去することにより、少なくとも不純物拡散層上及び露出したトレンチ内壁表面に、自己整合的に高融点金属シリサイド膜を形成することができる。ここでの未反応高融点金属膜の除去は、当該分野で公知の方法、例えば、ウェットエッチング等により行うことができる。
【0016】
なお、本発明においては、半導体基板に形成されたトレンチ内に絶縁膜を埋め込むときに、絶縁膜表面を半導体基板表面とほぼ面一に埋め込む代わりに、トレンチの内壁の一部が露出するように絶縁膜を埋め込んでもよい。つまり、絶縁膜表面を、トレンチ内において、半導体基板表面よりも低く位置するように埋め込んでもよい。これにより、上記工程において、半導体基板に不純物拡散層を形成した後、トレンチ内の絶縁膜の一部をエッチング除去する工程を省略することができる。ただし、その場合には、高融点金属シリサイド膜を露出したトレンチ内壁に形成する前に、トレンチ内壁に自然に形成された酸化膜や不純物拡散層形成の際に保護膜として形成した膜を除去しておくことが好ましい。
【0017】
トレンチ内壁の一部に高融点金属シリサイド膜を形成した後、トレンチ表面が半導体基板表面と面一になるように、さらに絶縁膜を埋め込んでもよい。この場合の絶縁膜は、上記と同様のものが挙げられる。
また、本発明においては、高融点金シリサイド膜を形成した後、さらに、工程(v)において、得られた半導体基板上に層間絶縁膜を形成する。ここでの層間絶縁膜は、例えば、酸化シリコン膜(熱酸化膜、低温酸化膜:LTO膜等、高温酸化膜:HTO膜)、窒化シリコン膜、SOG膜、PSG膜、BSG膜、BPSG膜等の単層膜又は積層膜等により形成することができる。層間絶縁膜の膜厚等は、特に限定されるものではなく、任意に設定することができる。層間絶縁膜は、エッチングレートが異なる絶縁膜を、好ましくは、エッチングレートが小さい絶縁膜が最下層となるように、積層構造で形成することが好ましい、これにより、エッチングレートの小さい絶縁膜が層間絶縁膜のエッチングストッパとして機能する。具体的には、酸化シリコン膜/窒化シリコン膜等が適当である。この場合の窒化シリコン膜の膜厚は、例えば、10〜200nm程度が挙げられる。
【0018】
その後、層間絶縁膜に不純物拡散層に至るコンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、通常、フォトリソグラフィ及びエッチング工程により、所定のマスクを用いて、層間絶縁膜の所望の領域、つまり、不純物拡散層上に開口を有するマスクパターンを形成し、そのマスクパターンをマスクとして用いて、ウェットエッチングやドライエッチング等によって形成するが、本発明においては、マスクの位置合わせがずれて、マスクパターンの開口の一部がトレンチ素子分離上に跨ったために、このようなマスクパターンを用いることにより、少なくとも一部がトレンチ素子分離に跨るようなコンタクトホールも含まれる。このようなコンタクトホールは、その底部がトレンチ内壁に接続されることとなるが、そのトレンチ内壁には、上述したように高融点金属シリサイド膜が配置しているため、この高融点金属シリサイド膜がエッチングストッパとなって、直接トレンチ内壁を構成する半導体基板に至ることはない。なお、コンタクトホールの大きさ及び形状は特に限定されるものではなく、任意に設定することができる。
【0019】
コンタクトホール内に導電膜を埋設する。ここでの導電膜は、通常コンタクトプラグ、バリアメタル、配線、電極等に使用されるような金属又は金属化合物膜であることが適当であり、例えば、金、白金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、鉄、モリブデン等の金属又は合金、SnO2、InO2、ZnO、ITO等の透明導電材等の単層又は積層膜が挙げられる。このような膜は、例えばスパッタ法、CVD法、EB法、蒸着法等の種々の方法で形成することができる。このような導電膜は、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、CMP法等により、貫通孔のみを埋め込むコンタクトプラグとして形成されていてもよいし、さらに層間絶縁膜上において所望の形状で、電極又は配線を兼ねて配置していてもよい。なお、導電膜がコンタクトプラグ等として形成される場合には、さらに、これらに接続する配線及び/又は電極を形成することが好ましい。
【0020】
このように、コンタクトホールに導電膜を埋め込まれたとしても、上述の方法により、トレンチ内壁の一部に高融点金属シリサイド膜が配置するために、この高融点金属シリサイド膜がエッチングストッパとなって、導電膜がトレンチ素子分離領域において、半導体基板と直接接触することを防止することができる。
以下に、本発明の半導体装置及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0021】
まず、シリコン基板1の表面に厚さ20nm程度の熱酸化膜を形成した後、その上に、厚さ150nm程度の窒化シリコン膜を減圧CVD法により形成する。フォトリソグラフィ及び異方性ドライエッチングにより、窒化シリコン膜及び熱酸化膜をパターニングし、後にフィールド領域となる領域を開口させる。その後、その窒化シリコン膜及び熱酸化膜をエッチングマスクとして用いて異方性ドライエッチングを行い、シリコン基板1のフィールド領域となる部分に、深さ400nm程度のトレンチ2を形成する。
【0022】
次いで、トレンチ2の内面に厚さ10nm程度の熱酸化膜を形成した後、トレンチ2内を埋め込むように、全面にトレンチ素子分離膜3として、厚さ600nm程度の酸化シリコン膜を減圧CVD法により形成する。化学機械研磨(CMP)法により、窒化シリコン膜をストッパとして用いて、トレンチ素子分離膜3を研磨し、トレンチ2以外の領域のトレンチ素子分離膜3を除去する。この後、熱リン酸を用いたウェットエッチングにより、窒化シリコン膜を除去するとともに、熱酸化膜をエッチング除去して、トレンチ素子分離を形成する。
続いて、得られたシリコン基板1を熱酸化し、全面に厚さ10nm程度の熱酸化膜をゲート酸化膜4として形成する。その上に、厚さ150nm程度のポリシリコン膜を減圧CVD法により形成する。フォトリソグラフィ及び異方性ドライエッチングにより、ポリシリコン膜をパターニングし、ゲート電極5を形成する。
【0023】
次に、比較的低濃度の第1のイオン注入を行い、n型低濃度不純物拡散層(LDD)7を形成し、減圧CVD法により、厚さ150nm程度の酸化シリコン膜を全面に形成した後、その酸化シリコン膜を異方性ドライエッチングによりエッチバックして、ゲート電極の側面にサイドウォール6を形成する。その後、サイドウォール6を備えたゲート電極5とトレンチ素子分離をマスクとして用いて、例えば、加速エネルギー60keV程度、ドーズ3×1015cm−2程度で、ヒ素(As)のイオン注入を行い、ゲート電極5の両側のシリコン基板1の表面近傍領域に、MOSトランジスタのソース及びドレインとなる一対のn型不純物拡散層8を形成する(図1(a))。
【0024】
続いて、図1(b)に示すように、異方性ドライエッチ法によりトレンチ素子分離膜3を50nm程度除去する。この際のトレンチ素子分離膜3の除去量は、n型不純物拡散層8の深さの30〜50%であり、n型不純物拡散層8よりも浅く設定される。
次に、スパッタ法により高融点金属膜としてチタン膜を50nm程度、全面に成膜し、RTA法により700℃程度で約30秒間熱処理した後、得られたシリコン基板1を、硫酸と過酸化水素水の混合液に浸す。その後、シリコン基板1を水酸化アンモニウムと過酸化水素水の混合液に浸液し、RTA法により850℃程度で約10秒間熱処理することにより、図1(c)に示すように、ゲート電極5上、n型不純物拡散層8上及びその側壁部分に高融点金属シリサイド膜9としてチタンシリサイド膜を40〜80nm程度形成する。
【0025】
さらに、図1(d)に示すように、減圧CVD法で全面に膜厚30nm程度の窒化シリコン膜10を堆積させ、次に、減圧CVD法により、厚さ900nm程度の酸化シリコン膜11を全面に形成する。その後、化学機械研磨(CMP)法により、酸化シリコン膜11を200nm程度研磨し、層間絶縁膜を形成する。フォトリソグラフィ及び異方性ドライエッチングにより、各MOSトランジスタのn型不純物拡散層8の直上位置の層間絶縁膜に、n型不純物拡散層8に至る貫通孔12を形成する。
【0026】
次に、図1(e)に示すように、スパッタ法で、チタン膜及び窒化チタン膜を積層した積層膜14を約150nm程度形成し、ブランケット法により貫通孔12内にタングステン膜15を埋め込む。その後、銅を約1%含んだアルミニウム金属膜を堆積し、フォトリソグラフィ及び異方性ドライエッチングによりアルミニウム金属膜を配線電極16にパターニングする。
このような半導体装置の製造方法では、酸化シリコン系の層間絶縁膜にセルフアラインコンタクト(SAC)をエッチング形成する際に露光マスクの位置合わせずれが生じても、トレンチ側壁部分には高融点金属シリサイド膜が形成されており、この高融点金属シリサイド膜は、層間絶縁膜のエッチングに対して、高いエッチング選択比を有するので、トレンチ内のシリコン基板端が露出することはない。
上記方法により形成した半導体装置では、メタル配線であるアルミニウム金属膜16とシリコン基板1との間の耐圧が、5〜10V程度であり、正常な耐圧が得られ、チタンシリサイド膜のリークの防止を図ることができる。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、層間絶縁膜にセルフアラインコンタクト(SAC)をエッチング形成する際に、露光マスクの位置合わせずれ、層間絶縁膜厚及びエッチング量の揺らぎ等により、トレンチ素子分離が不測にエッチングされた場合においても、トレンチ側壁部分には高融点金属シリサイド膜が形成されており、この高融点金属シリサイド膜は層間絶縁膜に対して高いエッチング選択比を有するので、半導体基板を露出することを回避することができる。したがって、半導体基板と配線電極とが直接接触することを防止して、電流のリークを防止することができ、高い信頼性のある半導体装置を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するための要部の概略断面工程図である。
【図2】従来の半導体装置の製造方法を示す要部の概略断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板(半導体基板)
2 トレンチ
3 トレンチ素子分離膜
4 ゲート酸化膜
5 ゲート電極
6 サイドウォール
7 n型低濃度不純物拡散層
8 n型不純物拡散層
9 高融点金属シリサイド膜
10 窒化シリコン膜
11 酸化シリコン膜
12 貫通孔
13 窒化シリコン膜
14 積層膜
15 タングステン膜
16、23 配線電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a contact structure in which a through-hole is formed across a trench element isolation region due to alignment deviation or the like, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Submicron and quarter micron devices that are widely used in recent years are usually manufactured using a large number of exposure masks. When overlaying each mask pattern, misalignment occurs inevitably between the patterns, but if this misalignment is not within a certain range, the device as designed cannot be obtained, Therefore, the device does not operate normally.
However, as the miniaturization of the semiconductor integrated circuit progresses, the allowable range of the misalignment, that is, the margin for alignment decreases.
[0003]
Various means have been studied in order to increase the alignment margin, and the following method of manufacturing a semiconductor device has been proposed (for example, Patent Document 1).
The semiconductor device according to this method realizes a self-aligned contact (SAC) and is configured as follows. That is, the MOS transistor is formed in the element formation region of the silicon substrate, and the gate electrode of the MOS transistor is covered with the cap oxide film and the sidewall. Further, a silicon nitride film is formed so as to cover the cap oxide film, the sidewalls, and the silicon substrate, and a silicon oxide-based interlayer insulating film is formed thereon. A wiring layer is formed on the interlayer insulating film, and the wiring layer is connected to the gate electrode and the silicon substrate in the element formation region through a connection hole provided in the interlayer insulating film.
[0004]
This semiconductor device is manufactured as follows.
First, a
Optionally, as shown in FIG. 2B, a titanium silicide film 9 is formed on the
[0005]
Next, as shown in FIG. 2C, an interlayer insulating film including the
Further, as shown in FIG. 2D, a
Therefore, even if the mask pattern for forming the through
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-196499
[Problems to be solved by the invention]
However, when the trench element isolation method is used as described above, misalignment of the mask occurs in a photolithography process for forming a mask pattern, and the formation position of the through-
The present invention has been made in view of the above problems, and even when unexpected overetching occurs in a trench element isolation film by a trench element isolation method, a self-aligned contact that can reliably prevent characteristic deterioration due to an increase in leakage current. It is an object to provide a semiconductor device that can be realized and a method for manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided a semiconductor device formed on a semiconductor substrate having a trench element isolation structure in which an insulating film is buried in a trench, wherein a part of the inner wall of the trench is covered with a refractory metal silicide film. An apparatus is provided.
Further, according to the present invention, (i) an insulating film is buried in a trench formed in the semiconductor substrate almost flush with the surface of the semiconductor substrate,
(Ii) forming at least an impurity diffusion layer on the obtained semiconductor substrate;
(Iii) etching away a part of the insulating film in the trench such that a part of the inner wall of the trench is exposed;
(Iv) A semiconductor device comprising forming a refractory metal film on the entire surface of the obtained semiconductor substrate and heat-treating to form a refractory metal silicide film on at least the impurity diffusion layer and at least a part of the inner wall of the trench. Is provided.
[0009]
Further, according to the present invention, an insulating film is buried in a trench formed in a semiconductor substrate so that a part of the inner wall of the trench is exposed, and at least an impurity diffusion layer is formed in the obtained semiconductor substrate. Forming a refractory metal film over the entire surface of the semiconductor substrate, and heat-treating to form a refractory metal silicide film on at least the impurity diffusion layer and at least part of the trench inner wall. You.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The semiconductor device of the present invention is formed on a semiconductor substrate having a trench element isolation structure in which an insulating film is embedded in a trench. The semiconductor substrate is not particularly limited as long as it is generally used for a semiconductor device, and examples thereof include elemental semiconductors such as silicon and germanium, and compound semiconductors such as GaAs, InGaAs, and ZnSe. Among them, a silicon substrate is preferable. The shape of the trench in the trench element isolation structure is not particularly limited, and may be a polygonal prism such as a rectangular parallelepiped or a cube, or a truncated polygonal pyramid having a tapered side surface. The insulating film is not particularly limited. For example, a silicon oxide film (thermal oxide film, low-temperature oxide film: LTO film or the like, high-temperature oxide film: HTO film), silicon nitride film, SOG film, PSG film, BSG A single-layer film such as a film, a BPSG film, or the like, a laminated film, or the like can be given. Among them, a silicon oxide film is preferable. If a part of the inner wall of the trench is covered with the refractory metal silicide film as described later, the insulating film may be buried in the trench, flush with the surface of the semiconductor substrate, Instead of being buried flush with the surface of the semiconductor substrate, it may be buried so that a part of the inner wall of the trench is exposed, in other words, a part of the inner wall of the trench is not in contact with the insulating film. The part of the inner wall of the trench that does not contact the insulating film is suitably a part of the upper part of the trench. In particular, it is preferable that a portion adjacent to an impurity diffusion layer functioning as a source / drain region, a bit line, or the like, which forms part of a semiconductor device formed over a semiconductor substrate, or its vicinity does not contact an insulating film.
[0011]
It is necessary that a part of the inner wall of the trench is covered with a refractory metal silicide film. Here, as the refractory metal silicide film is not particularly limited, for example, CoSi x, NiSi x, etc. TiSi x and ZrSi x and the like. The refractory metal silicide film is self-aligned with the trench inner wall where the insulating film is not buried or not in contact with the insulating film, in other words, covers the entire trench inner wall where the insulating film is not buried. It is preferable to form it.
[0012]
The semiconductor device according to the present invention includes all of the semiconductor elements constituting a memory, a logic device, a signal processing circuit, and the like, and includes not only MOS transistors but also all of bipolar transistors, resistance elements, capacitors, and the like.
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, first, in step (i), an insulating film is buried in a trench formed in a semiconductor substrate so as to be substantially flush with the surface of the semiconductor substrate. The trench can be formed by forming a mask of a desired shape on the semiconductor substrate by a known method, for example, a photolithography and etching process, and etching the semiconductor substrate using the mask. For the etching, various methods such as wet etching and dry etching can be used, and among them, dry etching, in particular, RIE, which is anisotropic etching, is preferably used. The insulating film is formed on the semiconductor substrate including the trench by, for example, a CVD method, a sputtering method, coating, or the like, to have a predetermined thickness, for example, a trench thickness or more, preferably a thicker film than the trench depth, and etch back. Thus, the insulating film can be buried almost flush with the surface of the semiconductor substrate. The etch back can be selected from the above etching methods, but the CMP method is preferable.
[0013]
Next, in a step (ii), at least an impurity diffusion layer is formed on the obtained semiconductor substrate. The impurity diffusion layer generally functions as a source / drain region, a bit line, an electrode, or the like, and can be formed by introducing a p-type or n-type impurity into a semiconductor substrate so as to have a desired concentration. it can. Specifically, it can be formed by introducing impurities by various methods such as solid phase diffusion, gas phase diffusion, and ion implantation. At this time, if the semiconductor device constitutes a MOS transistor or the like, it is preferable to form a gate electrode and then perform ion implantation using the gate electrode as a mask to form an impurity diffusion layer. Here, the impurity diffusion layer may have an LDD or DDD structure.
[0014]
Further, in the step (iii), a part of the insulating film in the trench is removed by etching so that a part of the inner wall of the trench is exposed. Here, the etching removal of a part of the insulating film can be selected from the above etching methods, but is preferably performed by dry etching, particularly, anisotropic dry etching. The insulating film may be removed with a uniform thickness or may be removed only partially. The etching removal may be performed to any extent as long as the insulating film can function as a trench element isolation film in the trench. For example, the etching removal may be deeper than the depth of the impurity diffusion layer formed earlier, It can be performed to a degree or shallower than the impurity diffusion layer. In particular, it is preferable to perform the process so that the inner wall of the trench of about 20 to 50% of the depth of the impurity diffusion layer is exposed or does not contact the insulating film.
[0015]
Subsequently, in a step (iv), a refractory metal film is formed on the entire surface of the obtained semiconductor substrate, and heat treatment is performed. Examples of the high melting point metal film include Co, Ni, Ti, and Zr. These can be formed by various methods such as a sputtering method, a CVD method, and a vapor deposition method. The film thickness is, for example, about 10 to 200 nm. The heat treatment includes, for example, various methods such as lamp annealing, EB, and RTA, and is suitably performed at a temperature of about 650 to 750 ° C. for about 10 seconds to 1 minute. Thereafter, by removing the unreacted high-melting-point metal film, a high-melting-point metal silicide film can be formed in a self-aligning manner at least on the impurity diffusion layer and on the exposed inner wall surface of the trench. The removal of the unreacted high melting point metal film here can be performed by a method known in the art, for example, wet etching or the like.
[0016]
In the present invention, when the insulating film is buried in the trench formed in the semiconductor substrate, a part of the inner wall of the trench is exposed instead of burying the insulating film surface almost flush with the semiconductor substrate surface. An insulating film may be embedded. That is, the surface of the insulating film may be buried in the trench so as to be lower than the surface of the semiconductor substrate. Thus, in the above process, after forming the impurity diffusion layer in the semiconductor substrate, the step of etching and removing a part of the insulating film in the trench can be omitted. However, in this case, before forming the refractory metal silicide film on the exposed inner wall of the trench, the oxide film naturally formed on the inner wall of the trench or the film formed as the protective film when forming the impurity diffusion layer is removed. It is preferable to keep it.
[0017]
After the refractory metal silicide film is formed on a part of the inner wall of the trench, an insulating film may be further embedded so that the trench surface is flush with the semiconductor substrate surface. In this case, the same insulating film as described above can be used.
In the present invention, after forming the high-melting-point gold silicide film, an interlayer insulating film is further formed on the obtained semiconductor substrate in the step (v). The interlayer insulating film here is, for example, a silicon oxide film (thermal oxide film, low-temperature oxide film: LTO film, etc., high-temperature oxide film: HTO film), silicon nitride film, SOG film, PSG film, BSG film, BPSG film, etc. Can be formed by a single layer film or a laminated film. The thickness of the interlayer insulating film and the like are not particularly limited, and can be set arbitrarily. The interlayer insulating film is preferably formed in a laminated structure in which insulating films having different etching rates are formed, preferably such that the insulating film having a small etching rate is the lowermost layer. It functions as an etching stopper for the insulating film. Specifically, a silicon oxide film / silicon nitride film or the like is appropriate. In this case, the thickness of the silicon nitride film is, for example, about 10 to 200 nm.
[0018]
After that, a contact hole reaching the impurity diffusion layer is formed in the interlayer insulating film. In the contact hole, a mask pattern having an opening on a desired region of the interlayer insulating film, that is, an impurity diffusion layer is formed by a photolithography and an etching process using a predetermined mask, and the mask pattern is used as a mask. It is formed by wet etching, dry etching, or the like, but in the present invention, since the mask is misaligned and a part of the opening of the mask pattern straddles the trench element isolation, such a mask pattern is formed. By using such a contact hole, a contact hole at least partially extending over the trench element isolation is also included. The bottom of such a contact hole is connected to the inner wall of the trench, but since the refractory metal silicide film is disposed on the inner wall of the trench as described above, this refractory metal silicide film is As an etching stopper, it does not directly reach the semiconductor substrate forming the inner wall of the trench. The size and shape of the contact hole are not particularly limited, and can be set arbitrarily.
[0019]
A conductive film is buried in the contact hole. The conductive film here is suitably a metal or metal compound film usually used for contact plugs, barrier metals, wirings, electrodes, etc., for example, gold, platinum, silver, copper, aluminum, nickel , Chromium, tungsten, iron, molybdenum and other metals or alloys, and single-layer or laminated films of transparent conductive materials such as SnO 2 , InO 2 , ZnO, and ITO. Such a film can be formed by various methods such as a sputtering method, a CVD method, an EB method, and an evaporation method. Such a conductive film may be formed as a contact plug for embedding only the through hole by, for example, wet etching, dry etching, a CMP method, or the like, or may be formed on the interlayer insulating film in a desired shape with an electrode or a wiring. May also be arranged. Note that in the case where the conductive film is formed as a contact plug or the like, it is preferable to further form a wiring and / or an electrode connected thereto.
[0020]
As described above, even if the conductive film is buried in the contact hole, the refractory metal silicide film is disposed on a part of the inner wall of the trench by the above-described method. In addition, it is possible to prevent the conductive film from directly contacting the semiconductor substrate in the trench element isolation region.
Hereinafter, embodiments of a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
First, after a thermal oxide film having a thickness of about 20 nm is formed on the surface of the
[0022]
Next, after a thermal oxide film having a thickness of about 10 nm is formed on the inner surface of the
Subsequently, the obtained
[0023]
Next, a first ion implantation of a relatively low concentration is performed to form an n-type low concentration impurity diffusion layer (LDD) 7, and a silicon oxide film having a thickness of about 150 nm is formed on the entire surface by a low pressure CVD method. Then, the silicon oxide film is etched back by anisotropic dry etching to form sidewalls 6 on the side surfaces of the gate electrode. Thereafter, arsenic (As) ion implantation is performed at an acceleration energy of about 60 keV and a dose of about 3 × 10 15 cm −2 , for example, using the
[0024]
Subsequently, as shown in FIG. 1B, the trench
Next, a titanium film as a high melting point metal film is formed on the entire surface by sputtering at a thickness of about 50 nm, and is heat-treated at about 700 ° C. for about 30 seconds by an RTA method, and then the obtained
[0025]
Further, as shown in FIG. 1D, a
[0026]
Next, as shown in FIG. 1E, a
In such a method of manufacturing a semiconductor device, even when a misalignment of an exposure mask occurs when a self-aligned contact (SAC) is formed in a silicon oxide-based interlayer insulating film by etching, a refractory metal silicide is formed on a trench sidewall portion. Since the film is formed and the refractory metal silicide film has a high etching selectivity with respect to the etching of the interlayer insulating film, the end of the silicon substrate in the trench is not exposed.
In the semiconductor device formed by the above method, the withstand voltage between the aluminum metal film 16 as the metal wiring and the
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, when a self-aligned contact (SAC) is formed in an interlayer insulating film by etching, a trench element isolation is unexpectedly etched due to misalignment of an exposure mask, fluctuation of an interlayer insulating film thickness and an etching amount. In this case, the refractory metal silicide film is formed on the side wall of the trench, and the refractory metal silicide film has a high etching selectivity with respect to the interlayer insulating film, thereby avoiding exposing the semiconductor substrate. can do. Therefore, direct contact between the semiconductor substrate and the wiring electrode can be prevented, current leakage can be prevented, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional process drawing of a main part for describing an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a main part showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1 Silicon substrate (semiconductor substrate)
2
Claims (8)
(ii)得られた半導体基板に少なくとも不純物拡散層を形成し、
(iii)前記トレンチ内の絶縁膜の一部を、前記トレンチ内壁の一部が露出するようにエッチング除去し、
(iv)得られた半導体基板上全面に高融点金属膜を形成し、熱処理して、少なくとも前記不純物拡散層上及びトレンチの内壁の一部に高融点金属シリサイド膜を形成することからなる半導体装置の製造方法。(I) an insulating film is buried in a trench formed in the semiconductor substrate substantially flush with the surface of the semiconductor substrate;
(Ii) forming at least an impurity diffusion layer on the obtained semiconductor substrate;
(Iii) etching away a part of the insulating film in the trench such that a part of the inner wall of the trench is exposed;
(Iv) A semiconductor device comprising forming a refractory metal film over the entire surface of the obtained semiconductor substrate and heat-treating to form a refractory metal silicide film on at least the impurity diffusion layer and at least part of the inner wall of the trench. Manufacturing method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002297720A JP3877667B2 (en) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002297720A JP3877667B2 (en) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004134586A true JP2004134586A (en) | 2004-04-30 |
JP3877667B2 JP3877667B2 (en) | 2007-02-07 |
Family
ID=32287349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002297720A Expired - Fee Related JP3877667B2 (en) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3877667B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100407399C (en) * | 2004-12-03 | 2008-07-30 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Method of adjusting transistor structural-stress in shallow trench isolation |
-
2002
- 2002-10-10 JP JP2002297720A patent/JP3877667B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100407399C (en) * | 2004-12-03 | 2008-07-30 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Method of adjusting transistor structural-stress in shallow trench isolation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3877667B2 (en) | 2007-02-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5656861A (en) | Self-aligning contact and interconnect structure | |
JP3669919B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2001148472A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JP3022744B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR100319681B1 (en) | Field Effect Transistor and Method of Manufacturing the Same | |
US20070252279A1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device having a silicidation blocking layer | |
JP2585140B2 (en) | Wiring contact structure of semiconductor device | |
US5397910A (en) | Semiconductor integrated circuit device with wiring microstructure formed on gates and method of manufacturing the same | |
US6034401A (en) | Local interconnection process for preventing dopant cross diffusion in shared gate electrodes | |
KR100236248B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JPH10223770A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
JPH09260655A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP2007027348A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
US7427796B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing a semiconductor device | |
US6204539B1 (en) | Semiconductor apparatus and manufacturing method therefor | |
JPH06333944A (en) | Semiconductor device | |
US7326644B2 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
JP3877667B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR100273296B1 (en) | Method for fabricating mos transistor | |
JP4457426B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JPH06204173A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP3116889B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2003133546A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
KR20000000869A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
KR100672672B1 (en) | Method for Forming Semi-conductor Device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050615 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060712 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060718 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060915 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061024 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Effective date: 20061031 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 3 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091110 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 4 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101110 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 5 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111110 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |