JP2005353981A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method therefor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005353981A JP2005353981A JP2004175500A JP2004175500A JP2005353981A JP 2005353981 A JP2005353981 A JP 2005353981A JP 2004175500 A JP2004175500 A JP 2004175500A JP 2004175500 A JP2004175500 A JP 2004175500A JP 2005353981 A JP2005353981 A JP 2005353981A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- opening
- silicon layer
- semiconductor device
- element isolation
- 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
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、基板に自己整合的に導電性プラグを形成する半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which conductive plugs are formed in a self-aligned manner on a substrate.
近年の半導体装置の高集積化に伴い、設計寸法は微細になってきており、とりわけ下地の半導体素子や配線に対するコンタクトの加工に関しては、微細なホールを形成することに加えて、下地とのアライメントマージンに余裕が無く、これらの加工の出来栄えは半導体製品の品質や製造歩留りに大きな影響を与え、半導体製造プロセスで非常に重要な工程の一つとなっている。 With the recent high integration of semiconductor devices, the design dimensions have become finer. Especially for contact processing on underlying semiconductor elements and wiring, in addition to forming fine holes, alignment with the underlying There is no margin, and the quality of these processes greatly affects the quality and manufacturing yield of semiconductor products, and is one of the most important steps in the semiconductor manufacturing process.
したがって、微細な半導体装置では、通常、下層の半導体層に対してセルフアラインでコンタクトが形成可能な製造プロセスが用いられる。 Therefore, in a fine semiconductor device, a manufacturing process capable of forming a contact by self-alignment with a lower semiconductor layer is usually used.
このようなセルフアラインコンタクトを形成する方法として、従来では例えば、特許文献1中に従来技術として開示されているように、まず、基板上に形成されたゲート電極の側壁にサイドウオールで、エッチングストッパとして機能するシリコン窒化膜を形成しておき、その後シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜を形成し、平坦化を行った後、フォトリソグラフィー技術によりレジストを用いてコンタクトマスクを形成する。そして、このコンタクトマスクを用いて層間絶縁膜のエッチングを行う。このエッチングをシリコン窒化膜に対し十分選択比のある条件で行うと、シリコン窒化膜は殆どエッチングされないので、コンタクトマスクの形成時に多少のアライメントずれがあっても、ゲート電極が露出されることなくセルフアラインでコンタクトホールが開孔できる。なお、この方法で用いる基板には、通常、並列する複数の素子分離絶縁膜がゲート電極と直交するように形成されている。
As a method for forming such a self-aligned contact, conventionally, for example, as disclosed in
この技術では、コンタクトマスクの形成時のアライメントずれが大きくなると、コンタクトホールの底がサイドウオールや素子分離絶縁膜などに乗り上げ、その結果、基板に接するコンタクトホールの面積が小さくなってしまい、コンタクト抵抗の増大を招くことになる。コンタクトホールの径を大きくすることで、この問題に対処することも一応は可能であるが、この径を大きくしすぎると、素子分離絶縁膜を挟んで隣り合うコンタクトホール同士が接触するという問題が発生する。 In this technology, when the misalignment during the formation of the contact mask increases, the bottom of the contact hole rides on the side wall, the element isolation insulating film, etc. Will increase. It is possible to cope with this problem by increasing the diameter of the contact hole. However, if this diameter is too large, the contact holes adjacent to each other across the element isolation insulating film may come into contact. Occur.
このようなことから、選択エピタキシャル成長技術を利用してコンタクトを形成する技術が提案されている。例えば、特許文献2には、MOSトランジスタのソース/ドレイン領域にシリコン層を成長させることで、このシリコン層をコンタクトの一部として形成する技術が知られている。
For this reason, a technique for forming a contact using a selective epitaxial growth technique has been proposed. For example,
この従来技術を図10〜15を用いて簡単に説明する。図11〜15−(a)は、半導体装置のメモリセル部の平面図の図10におけるI−I方向の断面図であり、図11〜15−(b)は、半導体装置のメモリセル部の平面図の図10におけるII−II方向の断面図である。 This prior art will be briefly described with reference to FIGS. FIGS. 11 to 15- (a) are cross-sectional views in the II direction in FIG. 10 of the plan view of the memory cell portion of the semiconductor device, and FIGS. 11 to 15- (b) are diagrams of the memory cell portion of the semiconductor device. It is sectional drawing of the II-II direction in FIG. 10 of a top view.
まず、図11に示すように、基板51上に、ゲート絶縁膜53、ゲート電極54、シリコン酸化膜のキャップ層55を順次形成した後、ゲート電極54と自己整合的にN型不純物を導入し、ソース56/ドレイン57を形成する。その次に、図12に示すように、シリコン窒化膜からなる絶縁膜を堆積し、異方性エッチングによるエッチバックにより基板51表面を露出させるとともに側壁にサイドウオール58を形成する。
First, as shown in FIG. 11, a gate
その次に、異方性の選択エピタキシャル成長技術を用いて、N型不純物を導入しながら、ゲート電極54の上部にまで、素子活性領域上の高さ方向に柱状のシリコン層59を堆積した後、続いて等方性の選択エピタキシャル成長を行いゲート電極54上層のキャップ層55に延びるようにシリコン層60を横方向に成長させると図13のようになる。その次に、図14に示すように基板全面に層間絶縁膜61を堆積し、CMPなどにより平坦化した後、下地のシリコン層60に対してコンタクトする開口部62の形成をフォトリソグラフィー技術によるレジストパターン65の形成と、ドライエッチング技術を用いて行う。そしてその開口部62に導電膜63を埋め込み、所望の電極64を接続して図15に示すような自己整合コンタクトを有する半導体装置を得る。
Then, using an anisotropic selective epitaxial growth technique, a
このようにして、シリコン層60の上面をコンタクトパッドとして機能させることにより、開口径62を大きくすることが可能となり、多少のアライメントずれを生じてもゲート電極54などとショートすることがなくなるのでコンタクト抵抗およびリーク電流の小さい半導体装置が得られる。
しかしながら、上記方法ではアライメントマージンに余裕を持たせるために、コンタクトパッドとなる下地のシリコン層を等方性成長により横方向に成長させているが、これでは隣接するシリコン層どうしが接触する危険性が高い。 However, in the above method, in order to provide a margin for the alignment margin, the underlying silicon layer serving as the contact pad is grown laterally by isotropic growth. However, there is a risk that adjacent silicon layers may come into contact with each other. Is expensive.
それに加えて、シリコン層自体を導電性プラグとしてしまうと金属材料に比べて抵抗が高くなる問題がある。 In addition, if the silicon layer itself is used as a conductive plug, there is a problem that the resistance becomes higher than that of a metal material.
また、層間絶縁膜への開口部の形成にフォトリソグラフィー技術を用いているため、隣接する接続孔の間隔が狭くなると、露光装置などの状態が変動した場合に、開口部どうしが接触したり、隣のコンタクトパッドに接触してリークの原因となることから微細化が困難となる。 In addition, since the photolithographic technique is used to form the opening in the interlayer insulating film, when the interval between adjacent connection holes is narrowed, when the state of the exposure apparatus or the like changes, the openings contact each other, Miniaturization is difficult because it contacts the adjacent contact pad and causes leakage.
さらに、フラッシュメモリなどのメモリ製品では特に、大部分を占めるメモリセルパターンは、セルサイズがメモリ容量に影響を及ぼすため、線幅の加工ピッチを狭く設計されていることが多く、このような設計ルールを考慮すると、微細な加工が可能かどうかはリソグラフィ装置に関する技術への依存度が高く、高解像度を有する露光装置がないと微細な開口部形成は困難な状況になると言える。 Furthermore, especially in memory products such as flash memory, the memory cell pattern that occupies the majority is often designed with a narrow line width processing pitch because the cell size affects the memory capacity. Considering the rules, whether or not fine processing is possible is highly dependent on the technology relating to the lithography apparatus, and it can be said that it is difficult to form a fine opening without an exposure apparatus having high resolution.
上記のような微細加工をリソグラフィ装置技術だけに頼っていては、設計ルールが微細化するにつれ、リソグラフィ装置はますます複雑精緻で高価になり、しかもその装置を逐次導入しなければならなくなる。このように、リソグラフィ装置のみに頼った加工方法では、いずれ限界がくる可能性もある。 If the above-described microfabrication relies solely on lithography apparatus technology, as the design rule becomes finer, the lithography apparatus becomes increasingly complex and expensive, and the apparatus must be sequentially introduced. In this way, there is a possibility that the processing method depending only on the lithography apparatus will eventually reach its limit.
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、高性能なリソグラフィ装置を用いずに正確にコンタクトホールを形成することができ、装置全体の小型化が可能な半導体装置の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method of manufacturing a semiconductor device that can accurately form a contact hole without using a high-performance lithography apparatus and can reduce the size of the entire apparatus. Is.
本発明の半導体装置の製造方法は、並列する複数の素子分離絶縁膜と、この素子分離絶縁膜と交差すると共に上層に第一の絶縁膜を有して並列する複数のゲート電極とが形成される半導体基板に、その表面を覆う第二の絶縁膜を形成する工程と、第一の絶縁膜でゲート電極を保護しながら、基板表面及び素子分離絶縁膜を露出させると共にゲート電極側面を覆う部分を残すように第二の絶縁膜を選択的に除去する工程と、異方性の選択エピタキシャル成長により、基板の露出部分からシリコン層を高さ方向に成長させる工程と、シリコン層の一部が露出するようにシリコン層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、シリコン層を選択的にエッチバックすることにより、第一の開口部を形成する工程と、第一の開口部に少なくとも金属を含む材料を充填して導電性プラグを形成する工程とを有することを特徴とする。 According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a plurality of element isolation insulating films arranged in parallel and a plurality of gate electrodes arranged in parallel with the first insulating film as an upper layer intersecting with the element isolation insulating film are formed. Forming a second insulating film covering the surface of the semiconductor substrate, and a portion that exposes the substrate surface and the element isolation insulating film and covers the side surface of the gate electrode while protecting the gate electrode with the first insulating film A step of selectively removing the second insulating film so as to leave a layer, a step of growing the silicon layer in the height direction from the exposed portion of the substrate by anisotropic selective epitaxial growth, and a portion of the silicon layer exposed A step of forming an interlayer insulating film covering the silicon layer, a step of forming a first opening by selectively etching back the silicon layer, and a material containing at least a metal in the first opening Characterized by a step of forming a conductive plug is filled.
本発明では、まず、フォトリソグラフィー及びエッチング技術などを用いて、第二の絶縁膜に開口を形成して、基板表面及び素子分離絶縁膜を露出させる。この開口は、溝状に形成することができ、また、第一の絶縁膜でゲート電極を保護しながらエッチングを行うので、第二の絶縁膜の開口は、比較的精度の低いリソグラフィ装置を用いて形成することができる。 In the present invention, first, an opening is formed in the second insulating film using photolithography, etching technique, etc., and the substrate surface and the element isolation insulating film are exposed. This opening can be formed in the shape of a groove, and etching is performed while protecting the gate electrode with the first insulating film, so the opening of the second insulating film uses a lithographic apparatus with relatively low accuracy. Can be formed.
次に、露出部分から上方に延びるシリコン層を成長させる。この際、露出部分のうち素子分離絶縁膜が形成されている部分からはシリコン層は成長しないので、このシリコン層は、基板の露出部分から自己整合的に成長する。次に、このシリコン層を層間絶縁膜で覆った後、このシリコン層を除去することにより、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する。従って、本発明によれば、コンタクトホールは、自己整合的に成長させたシリコン層を除去することにより形成するので、フォトリソグラフィーを行うことなく、コンタクトホールを形成することができる。従って、従来のように、フォトリソグラフィーの際のアライメントずれを考慮してコンタクトホールを大きめに形成したり、コンタクトホール間の距離を大きくする必要がない。従って、本発明によれば、半導体装置の小型化が可能である。 Next, a silicon layer extending upward from the exposed portion is grown. At this time, since the silicon layer does not grow from the exposed portion where the element isolation insulating film is formed, the silicon layer grows in a self-aligned manner from the exposed portion of the substrate. Next, after covering the silicon layer with an interlayer insulating film, the silicon layer is removed, thereby forming a contact hole in the interlayer insulating film. Therefore, according to the present invention, the contact hole is formed by removing the silicon layer grown in a self-aligned manner. Therefore, the contact hole can be formed without performing photolithography. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to form contact holes larger in consideration of misalignment during photolithography, or to increase the distance between contact holes. Therefore, according to the present invention, the semiconductor device can be miniaturized.
1.半導体装置の製造方法
本発明の半導体装置の製造方法は、並列する複数の素子分離絶縁膜と、この素子分離絶縁膜と交差すると共に上層に第一の絶縁膜を有して並列する複数のゲート電極とが形成される半導体基板に、その表面を覆う第二の絶縁膜を形成する工程と、第一の絶縁膜でゲート電極を保護しながら、基板表面及び素子分離絶縁膜を露出させると共にゲート電極側面を覆う部分を残すように第二の絶縁膜を選択的に除去する工程と、異方性の選択エピタキシャル成長により、基板の露出部分からシリコン層を高さ方向に成長させる工程と、シリコン層の一部が露出するようにシリコン層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、シリコン層を選択的にエッチバックすることにより、第一の開口部を形成する工程と、第一の開口部に少なくとも金属を含む材料を充填して導電性プラグを形成する工程とを有することを特徴とする。
1. Manufacturing method of semiconductor device The manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes a plurality of element isolation insulating films arranged in parallel and a plurality of gates parallel to the element isolation insulating film and having a first insulating film as an upper layer. Forming a second insulating film covering the surface of the semiconductor substrate on which the electrode is formed, and exposing the substrate surface and the element isolation insulating film while protecting the gate electrode with the first insulating film and the gate; A step of selectively removing the second insulating film so as to leave a portion covering the side surface of the electrode, a step of growing a silicon layer in the height direction from an exposed portion of the substrate by anisotropic selective epitaxial growth, and a silicon layer Forming an interlayer insulating film covering the silicon layer so that a part of the silicon layer is exposed; forming a first opening by selectively etching back the silicon layer; and Small And a step of filling a material containing a metal to form a conductive plug.
1−1.並列する複数の素子分離絶縁膜と、この素子分離絶縁膜と交差すると共に上層に第一の絶縁膜を有して並列する複数のゲート電極とが形成される半導体基板に、その表面を覆う第二の絶縁膜を形成する工程
半導体基板は、シリコン基板などからなる。半導体基板には、並列する複数の素子分離絶縁膜が形成されている。素子分離絶縁膜は、シリコン酸化膜(材料)などからなり、CVD法などの方法で形成することができる。素子分離絶縁膜は、好ましくは、細長い。また、複数の素子分離絶縁膜は、好ましくは、実質的に平行に並ぶ。
1-1. A semiconductor substrate on which a plurality of parallel element isolation insulating films and a plurality of gate electrodes parallel to each other and having a first insulating film as an upper layer are formed to cover the surface. Step of Forming Second Insulating Film The semiconductor substrate is made of a silicon substrate or the like. A plurality of element isolation insulating films arranged in parallel are formed on the semiconductor substrate. The element isolation insulating film is made of a silicon oxide film (material) or the like and can be formed by a method such as a CVD method. The element isolation insulating film is preferably elongated. The plurality of element isolation insulating films are preferably arranged substantially in parallel.
また、半導体基板は、素子分離絶縁膜と交差すると共に上層に第一の絶縁膜を有して並列する複数のゲート電極を備える。ゲート電極は、好ましくは、素子分離絶縁膜と実質的に直交する。また、複数のゲート電極は、好ましくは、実質的に平行に並ぶ。ゲート電極は、通常、ゲート絶縁膜を介して半導体基板上に形成される。ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜などからなる。ゲート電極は、ポリシリコン膜などからなる。また、ゲート電極は、ポリシリコン膜とタングステンシリサイド膜などの高融点金属シリサイド膜との積層膜からなってもよい。 In addition, the semiconductor substrate includes a plurality of gate electrodes that intersect with the element isolation insulating film and have a first insulating film in an upper layer and are arranged in parallel. The gate electrode is preferably substantially orthogonal to the element isolation insulating film. The plurality of gate electrodes are preferably arranged substantially in parallel. The gate electrode is usually formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film. The gate insulating film is made of a silicon oxide film or the like. The gate electrode is made of a polysilicon film or the like. The gate electrode may be a laminated film of a polysilicon film and a refractory metal silicide film such as a tungsten silicide film.
第一の絶縁膜は、後工程で第二の絶縁膜に開口を形成する際にゲート電極を保護する。
従って、第一の絶縁膜は、第二の絶縁膜に開口を形成する際に除去されにくい材料で形成することが好ましい。第一の絶縁膜は、シリコン酸化膜などからなる。
ゲート絶縁膜、ゲート電極及び第一の絶縁膜は、例えば、これらを形成する材料で膜を形成し、順次エッチングを行ってパターニングすることができる。
The first insulating film protects the gate electrode when an opening is formed in the second insulating film in a later step.
Therefore, the first insulating film is preferably formed of a material that is difficult to be removed when the opening is formed in the second insulating film. The first insulating film is made of a silicon oxide film or the like.
The gate insulating film, the gate electrode, and the first insulating film can be patterned by, for example, forming a film with a material for forming them and sequentially performing etching.
第二の絶縁膜は、好ましくは、上記半導体基板の全面を覆う。第二の絶縁膜は、シリコン窒化膜などからなる。第一及び第二の絶縁膜の組合せは、第二の絶縁膜に開口を形成する際に第一の絶縁膜が除去されにくいという条件に設定できるものであればよく、例えば、第一の絶縁膜をシリコン窒化膜とし、第二の絶縁膜をシリコン酸化膜としてもよい。このとき、第二の絶縁膜の開口は、レジストパターン形成後にC4F8ガスを用いてドライエッチングという条件で形成することができる。第一及び第二の絶縁膜は、CVD法などで形成することができる。 The second insulating film preferably covers the entire surface of the semiconductor substrate. The second insulating film is made of a silicon nitride film or the like. Any combination of the first and second insulating films may be used as long as the first insulating film cannot be easily removed when the opening is formed in the second insulating film. The film may be a silicon nitride film and the second insulating film may be a silicon oxide film. At this time, the opening of the second insulating film can be formed under the condition of dry etching using C 4 F 8 gas after forming the resist pattern. The first and second insulating films can be formed by a CVD method or the like.
また、第二の絶縁膜を形成する前又は第二の絶縁膜に開口を形成した後などに、基板上方から逆導電型不純物のイオン注入を行う工程を備えてもよい。この際、ゲート電極又は第二の絶縁膜がマスクとなり、イオン注入は、自己整合的に行われる。なお、「逆導電型」とは、基板の導電型と逆の導電型を意味する。 Further, before the second insulating film is formed or after the opening is formed in the second insulating film, a step of performing ion implantation of reverse conductivity type impurities from above the substrate may be provided. At this time, the gate electrode or the second insulating film serves as a mask, and ion implantation is performed in a self-aligned manner. The “reverse conductivity type” means a conductivity type opposite to that of the substrate.
1−2.第一の絶縁膜でゲート電極を保護しながら、基板表面及び素子分離絶縁膜を露出させると共にゲート電極側面を覆う部分を残すように第二の絶縁膜を選択的に除去する工程
この工程は、例えば、ゲート電極間に溝状の開口を有するフォトレジスト層を形成し、この層をマスクとして、第二の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、行うことができる。ゲート電極間には基板領域及び素子分離絶縁膜の領域が交互に並んでいるので、このエッチングにより、基板表面及び素子分離絶縁膜が露出される。フォトレジスト層の溝状の開口は、好ましくは、ゲート電極間の幅よりも広く形成する。この場合、溝に垂直な方向にアライメントずれが生じても、確実に基板を露出させることができるからである。
また、このようにフォトレジスト層の溝状の開口を広く形成すると、ゲート電極上方の第二の絶縁膜もエッチングされるが、ゲート電極は、第一の絶縁膜で保護されているので、ゲート電極がダメージを受けることはない。
1-2. The step of selectively removing the second insulating film so as to expose the substrate surface and the element isolation insulating film while leaving the portion covering the side surface of the gate electrode while protecting the gate electrode with the first insulating film. For example, it can be performed by forming a photoresist layer having a groove-shaped opening between gate electrodes and anisotropically etching the second insulating film using this layer as a mask. Since the substrate regions and the element isolation insulating film regions are alternately arranged between the gate electrodes, the substrate surface and the element isolation insulating film are exposed by this etching. The groove-like opening in the photoresist layer is preferably formed wider than the width between the gate electrodes. In this case, the substrate can be reliably exposed even if an alignment shift occurs in a direction perpendicular to the groove.
In addition, when the groove-like opening of the photoresist layer is formed wide in this way, the second insulating film above the gate electrode is also etched, but the gate electrode is protected by the first insulating film, so that the gate The electrode is not damaged.
1−3.異方性の選択エピタキシャル成長により、基板の露出部分からシリコン層を高さ方向に成長させる工程
前工程で露出させた部分のうち素子分離絶縁膜が形成されている部分からはシリコン層は成長しないので、このシリコン層は、基板の露出部分から自己整合的に成長する。シリコン層は、通常、その上面が第一の絶縁膜の上面よりも高くなるように形成される。シリコン層の異方性の選択エピタキシャル成長は、例えば、600〜800℃の温度下で、1×10-3〜5×10-2 Paの圧力で、原料ガスとして例えばジシラン(Si2H6)をH2雰囲気中に流すことで行うことができる。シリコン層は異方性成長するので、素子分離絶縁膜や第二の絶縁膜に乗り上げないように成長される。また、シリコン層は、表面または内部にグレインを有するものであってもよい。なお、シリコン層成長時に、N+不純物ガスを導入したり、イオン注入法を用いて導電性としておいてもよい。なお、「シリコン層」には、シリコンゲルマニウムなどのシリコン合金層も含まれる。
1-3. The process of growing the silicon layer in the height direction from the exposed portion of the substrate by anisotropic selective epitaxial growth Since the silicon layer does not grow from the portion exposed in the previous step, the portion where the element isolation insulating film is formed The silicon layer grows self-aligned from the exposed portion of the substrate. The silicon layer is usually formed such that its upper surface is higher than the upper surface of the first insulating film. For example, anisotropic selective epitaxial growth of a silicon layer is performed by using, for example, disilane (Si 2 H 6 ) as a source gas at a temperature of 600 to 800 ° C. and a pressure of 1 × 10 −3 to 5 × 10 −2 Pa. It can be performed by flowing in an H 2 atmosphere. Since the silicon layer grows anisotropically, it grows so as not to run over the element isolation insulating film and the second insulating film. The silicon layer may have a grain on the surface or inside. Note that N + impurity gas may be introduced during the growth of the silicon layer or may be made conductive by using an ion implantation method. The “silicon layer” includes a silicon alloy layer such as silicon germanium.
1−4.シリコン層の一部が露出するようにシリコン層を覆う層間絶縁膜を形成する工程
この工程は、例えば、シリコン層を完全に覆うように層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜の平坦化によりシリコン層表面を露出させることによって、行うことができる。また、層間絶縁膜の上面がシリコン層の上面よりも低くなるように、層間絶縁膜を形成してもよい。層間絶縁膜は、BPSGなどからなり、例えばCVD法で形成することができる。平坦化は、CMP法で行うことができる。
1-4. The step of forming an interlayer insulating film that covers the silicon layer so that a part of the silicon layer is exposed. This can be done by exposing the layer surface. Further, the interlayer insulating film may be formed so that the upper surface of the interlayer insulating film is lower than the upper surface of the silicon layer. The interlayer insulating film is made of BPSG or the like and can be formed by, for example, a CVD method. Planarization can be performed by a CMP method.
1−5.シリコン層を選択的にエッチバックすることにより、第一の開口部を形成する工程
シリコン層のエッチバックは、層間絶縁膜を除去することなく、シリコン層を除去することができる条件で行い、例えば、HBrガスなどを用いて行うことができる。シリコン層を除去すると、層間絶縁膜に孔(コンタクトホール)が形成される。シリコン層が基板から自己整合的に成長してできたものであるので、コンタクトホールも自己整合的に形成される。従って、従来のように、フォトリソグラフィーの際のアライメントずれを考慮してコンタクトホールを大きめに形成したり、コンタクトホール間の距離を大きくする必要がない。従って、本発明によれば、半導体装置の小型化が可能である。
1-5. The step of forming the first opening by selectively etching back the silicon layer The silicon layer is etched back under the condition that the silicon layer can be removed without removing the interlayer insulating film. , HBr gas or the like can be used. When the silicon layer is removed, a hole (contact hole) is formed in the interlayer insulating film. Since the silicon layer is grown from the substrate in a self-aligned manner, contact holes are also formed in a self-aligned manner. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to form contact holes larger in consideration of misalignment during photolithography, or to increase the distance between contact holes. Therefore, according to the present invention, the semiconductor device can be miniaturized.
1−6.第一の開口部に少なくとも金属を含む材料を充填して導電性プラグを形成する工程
この工程は、例えば、開口部にTiNなどのバリアメタル層を介してWなどの導電膜を埋め込むことによって、行うことができる。
1-6. The step of filling the first opening with a material containing at least a metal to form a conductive plug. This step is performed by, for example, embedding a conductive film such as W through a barrier metal layer such as TiN in the opening. It can be carried out.
1−7.その他
第一の開口部以外の任意の領域に第二の開口部を形成する工程をさらに備えてもよい。
第二の開口部は、例えば、メモリセルと周辺回路を有する半導体装置において、周辺回路に形成する。周辺回路はメモリセルほど、チップ面積に影響しないため、設計ルールにゆとりを持たせていることが多く、この場合、第二の開口部は、層間絶縁膜に従来のフォトリソグラフィー法およびドライエッチングを用いて形成することができる。第二の開口部は、第一の開口部を形成する前又は後に、形成することができる。
また、第二の開口部に少なくとも金属を含む材料を充填して導電性プラグを形成する工程をさらに備えてもよい。この工程は、例えば、開口部にTiNなどのバリアメタル層を介してWなどの導電膜を埋め込むことによって、行うことができる。第二の開口部への導電性プラグの形成は、第一の開口部への導電性プラグの形成の前若しくは後に行ってもよく、これと同時に行ってもよい。
1-7. Others The method may further include a step of forming the second opening in an arbitrary region other than the first opening.
The second opening is formed in the peripheral circuit in a semiconductor device having a memory cell and a peripheral circuit, for example. Peripheral circuits do not affect the chip area as much as memory cells, so there is often room for design rules. Can be formed. The second opening can be formed before or after forming the first opening.
Further, the method may further include a step of filling the second opening with a material containing at least a metal to form a conductive plug. This step can be performed, for example, by embedding a conductive film such as W through a barrier metal layer such as TiN in the opening. The formation of the conductive plug in the second opening may be performed before or after the formation of the conductive plug in the first opening, or at the same time.
2.半導体装置の構造
本発明の半導体装置は、並列する複数の素子分離絶縁膜と、素子分離絶縁膜と交差するとともに側面に側壁絶縁膜を有して並列する複数のゲート電極と、素子分離絶縁膜及びゲート電極を覆うと共に、隣接する素子分離絶縁膜、及び隣接するゲート電極の側壁絶縁膜に囲まれる領域を露出させる開口を備える層間絶縁膜とを基板上に備え、層間絶縁膜の表面での開口のサイズは、基板表面での開口のサイズと実質的に等しい。
2. Structure of Semiconductor Device A semiconductor device according to the present invention includes a plurality of element isolation insulating films arranged in parallel, a plurality of gate electrodes parallel to each other having a sidewall insulating film on a side surface and intersecting the element isolation insulating film, and an element isolation insulating film And an interlayer insulating film that covers the gate electrode and that has an adjacent element isolation insulating film and an opening that exposes a region surrounded by the side wall insulating film of the adjacent gate electrode on the substrate. The size of the opening is substantially equal to the size of the opening on the substrate surface.
従来の半導体装置は、開口の一部が側壁絶縁膜又は素子分離絶縁膜の上に乗り上げ、そのため、開口の底面と基板との接触面積が小さくなり、コンタクト抵抗が大きくなっていた。本発明によれば、開口の底面の全体が確実に基板と接触しているので、従来の問題点は解消されている。また、本実施例の半導体装置の開口のサイズは、必要最低限の大きさであるので、本実施例によれば、半導体装置の小型化を図ることができる。 In the conventional semiconductor device, a part of the opening runs on the side wall insulating film or the element isolation insulating film. Therefore, the contact area between the bottom surface of the opening and the substrate is reduced, and the contact resistance is increased. According to the present invention, since the entire bottom surface of the opening is reliably in contact with the substrate, the conventional problems are solved. In addition, since the size of the opening of the semiconductor device of this embodiment is the minimum necessary size, the semiconductor device can be miniaturized according to this embodiment.
また、開口は、金属を含む材料で充填されていてもよい。このようにコンタクトが形成されると、コンタクトの抵抗が小さくなる。 The opening may be filled with a material containing a metal. When the contact is formed in this way, the contact resistance is reduced.
また、ゲート電極は、素子分離絶縁膜と実質的に直交することが好ましい。
その他、半導体装置の製造方法についての説明は、その趣旨に反しない限り、半導体装置の構造についても当てはまる。
The gate electrode is preferably substantially orthogonal to the element isolation insulating film.
In addition, the description of the method for manufacturing a semiconductor device is applicable to the structure of the semiconductor device as long as it does not contradict the purpose.
本発明の実施例1を図1〜9を用いて説明する。図1は、本発明の半導体装置の構造を示す平面図である。また、図2〜9−(a)は、図1におけるI-I方向の断面図であり、図2〜9−(b)は、図1におけるII-II方向の断面図である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing the structure of the semiconductor device of the present invention. 2-9- (a) is a cross-sectional view in the II direction in FIG. 1, and FIGS. 2-9- (b) are cross-sectional views in the II-II direction in FIG.
本実施例の半導体装置は、図2に示すように、並列する複数の素子分離絶縁膜2と、素子分離絶縁膜2と実質的に直交するとともに側面に側壁絶縁膜9を有して並列する複数のゲート電極Gと、素子分離絶縁膜2及びゲート電極Gを覆うと共に、隣接する素子分離絶縁膜2、及び隣接するゲート電極Gの側壁絶縁膜9に囲まれる領域を露出させる開口13を備える層間絶縁膜12とを基板1上に備え、層間絶縁膜12の表面での開口13のサイズは、基板表面での開口13のサイズと実質的に等しい。また、開口13は、金属を含む材料で充填されて、導電性プラグ14が形成されている。なお、基板1には、ソース領域7及びドレイン領域8が形成され、ゲート電極Gの上層には、第一の絶縁膜6が形成されている。また、導電性プラグ14には、メタル電極15が接続されている。
As shown in FIG. 2, the semiconductor device of the present embodiment is arranged in parallel with a plurality of element
従来の半導体装置は、開口13の一部が側壁絶縁膜9又は素子分離絶縁膜2の上に乗り上げ、そのため、開口13の底面と基板との接触面積が小さくなり、コンタクト抵抗が大きくなっていた。本実施例によれば、層間絶縁膜12の表面での開口13のサイズは、基板表面での開口13のサイズと実質的に等しいので、従来の問題点は解消されている。また、本実施例の半導体装置の開口13のサイズは、必要最低限の大きさであるので、本実施例によれば、半導体装置の小型化を図ることができる。また、本実施例の半導体装置では、開口13が金属を含む材料で充填されて導電性プラグが形成されているので、導電性プラグ14の抵抗が小さい。
In the conventional semiconductor device, a part of the
以下、図2で示した半導体装置の製造方法を図3〜9の断面図を用いて説明する。
まず、トレンチ深さ250nmの素子分離絶縁膜2を有するP型半導体基板1上に、10nmのゲート絶縁膜3を介して厚さ150nmのポリシリコン膜4と厚さ100nmのたとえばタングステンシリサイド膜からなる高融点金属シリサイド膜5と、その上層にキャップ層としてシリコン酸化膜からなる第一の絶縁膜6を100nm積層した後に、素子分離絶縁層(TR)に対して直交するように第一の絶縁膜6、並びに高融点金属シリサイド膜5とポリシリコン膜4を順次エッチングにより選択的にパターニングしてゲート電極Gを形成し、図3に示す構造を得る。
Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 will be described using the cross-sectional views of FIGS.
First, a
その次に、図4に示すように、例えばひ素からなるN型不純物をゲート電極Gをマスクにイオン注入を行い、トランジスタのソース7/ドレイン8拡散層を形成する。イオン注入は、例えばひ素を10〜30KeVのエネルギーで、基板に対して垂直に1×1014〜1×1015(atm/cm2)程度の条件で行う。尚、トランジスタのソース7/ドレイン8形成のためのイオン注入は後で行うゲート電極Gの側壁にサイドウオール9を形成する工程の後に行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 4, N-type impurities made of, for example, arsenic are ion-implanted using the gate electrode G as a mask to form a
その次に、図5に示すように、LPCVD等を用いて全面にシリコン窒化膜からなる第二の絶縁膜9を100nm堆積する。
Next, as shown in FIG. 5, a second
その次に、図6に示すように、たとえばドレイン領域8に開口を有するフォトレジスト10を形成した後、第二の絶縁膜9を第一の絶縁膜6が露出するまで(第二の絶縁膜9の膜厚相当分)全面エッチバックを行い、ドレイン形成領域8の第二の絶縁膜9を開口させ、半導体基板8表面のみを露出させる。これにより、ドレイン8以外の領域では、素子分離絶縁膜2あるいは、第一の絶縁膜6か第二の絶縁膜9のいずれかの絶縁膜で保護される。例えばゲート電極Gは、第一の絶縁膜6によって保護されている。尚、フォトレジスト10はドレイン8上のみの開口ではなく、その間にある素子分離絶縁膜(TR)も開口させるようにII-II方向に連続して開口する制御性の良い溝パターンを形成させる。これは、比較的高性能な製造装置を用いてフォトリソグラフィーを行わなくてもパターン形成可能であること意味する。本実施例の方法はII-II方向アライメントずれが全く問題にならない点に特に特徴を有し、本実施例の方法によれば、素子分離絶縁膜を挟んで隣接する素子間の距離を小さくすることができる。
Next, as shown in FIG. 6, for example, after a
次に、フォトレジスト10を除去し、選択エピタキシャル成長法を用いて、ドレイン領域8に選択的にシリコン層11を高さ方向に成長させると図7のようになる。選択エピ成長の条件としては、600〜800℃の温度下で、1×10-3〜5×10-2 Paの圧力で、原料ガスとして例えばジシラン(Si2H6)をH2雰囲気中に流すことで、シリコン層11を高さ方向に異方性成長させる。この時、シリコン層11は異方性成長するので、素子分離絶縁膜2や第二の絶縁膜9に乗り上げないように成長される。また、シリコン層11はこれに限定せず、表面または内部にグレインを有するものであってもよい。成長させる膜厚としては、ゲート電極G上部の第一の絶縁膜6以上の高さ(450nm)あればよく、例えば600nm程度成長させる。尚、シリコン層11成長時に、N+不純物ガスを導入したり、イオン注入法を用いて導電性基板としておいてもよい。
Next, when the
その次に、図8に示すように、層間絶縁膜12をシリコン層11表面が露出するように基板全面に形成する。具体的には、たとえば層間絶縁膜12としてBPSGをCVD法により堆積し、CMP法を用いてシリコン層11が露出するまで、層間絶縁膜12を研磨し基板を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 8, an
その次に、層間絶縁膜12がハードマスクとなるようなエッチング選択性を持つHBrガスなどの条件を用いて、シリコン層11のみをエッチバックなどにより基板方向に後退させると図9のようになる。これにより、高性能なフォトリソグラフィー装置を用いることなく、層間絶縁膜12に、ドレイン領域8のゲート側壁9を除いた領域と同じ底面を有する微細な開口部13が形成されることになる。尚、メモリセルと周辺回路を有する半導体装置においては、周辺回路はメモリセルほど、チップ面積に影響しないため、設計ルールにゆとりを持たせていることが多く、この場合には、層間絶縁膜12に従来のフォトリソグラフィー法およびドライエッチングを用いて開口部を開口させてもよい。
Next, when only the
その後は、従来の製造方法と同様に、開口部13にTiNなどのバリアメタル層を介してWなどの導電膜14を埋め込み、Alなどの所望の電極15を接続して図2に示すような自己整合プロセスにより導電性プラグが形成されたメモリセルを備える半導体装置を得る。尚、本実施例はこれに限定せずメモリセルやN型またはP型MOSトランジスタを有する半導体装置にも適応可能である。
Thereafter, as in the conventional manufacturing method, a
また、ソース7/ドレイン8領域の濃度プロファイル制御のための熱処理工程や、CoやNi等の高融点金属で基板をシリサイド化させる工程は上述した工程に適宜挿入可能である。
Further, a heat treatment process for controlling the concentration profile of the
上記製造方法によれば、従来のフォトリソグラフィー法によるコンタクト形成においては、ゲート電極とコンタクトとの距離を確保するために、ゲート電極を一部で変形させる必要がなくなるのでゲート電極を等間隔でかつ真直ぐに配置できる。このためゲート電極の寸法安定性が向上する。 According to the above manufacturing method, in the contact formation by the conventional photolithography method, it is not necessary to partially deform the gate electrode in order to ensure the distance between the gate electrode and the contact. Can be placed straight. For this reason, the dimensional stability of the gate electrode is improved.
G…ゲート電極
1,51…半導体基板
2,52…素子分離絶縁膜
3,53…ゲート絶縁膜
4,54…ポリシリコン膜
5…高融点金属シリサイド膜
6,55…第一の絶縁膜(キャップ層)
7,56…ソース領域
8,57…ドレイン領域
9,58…サイドウオール(第二の絶縁膜)
10,65…フォトレジスト
11,59,60…シリコン層
12,61…層間絶縁膜
13,62…開口部
14,63…導電性プラグ
15,64…メタル電極
G ...
7, 56 ...
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第一の絶縁膜でゲート電極を保護しながら、基板表面及び素子分離絶縁膜を露出させると共にゲート電極側面を覆う部分を残すように第二の絶縁膜を選択的に除去する工程と、
異方性の選択エピタキシャル成長により、基板の露出部分からシリコン層を高さ方向に成長させる工程と、
シリコン層の一部が露出するようにシリコン層を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
シリコン層を選択的にエッチバックすることにより、第一の開口部を形成する工程と、
第一の開口部に少なくとも金属を含む材料を充填して導電性プラグを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor substrate on which a plurality of parallel element isolation insulating films and a plurality of gate electrodes parallel to each other and having a first insulating film as an upper layer are formed to cover the surface. Forming a second insulating film;
Selectively removing the second insulating film so as to expose the substrate surface and the element isolation insulating film while leaving the portion covering the side surface of the gate electrode while protecting the gate electrode with the first insulating film;
A step of growing a silicon layer in a height direction from an exposed portion of the substrate by anisotropic selective epitaxial growth;
Forming an interlayer insulating film covering the silicon layer so that a part of the silicon layer is exposed;
Forming a first opening by selectively etching back the silicon layer;
And a step of filling the first opening with a material containing at least a metal to form a conductive plug.
第二の開口部に少なくとも金属を含む材料を充填して導電性プラグを形成する工程とをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 Forming a second opening in any region other than the first opening;
The manufacturing method according to claim 1, further comprising a step of filling the second opening with a material containing at least a metal to form a conductive plug.
素子分離絶縁膜と交差するとともに側面に側壁絶縁膜を有して並列する複数のゲート電極と、
素子分離絶縁膜及びゲート電極を覆うと共に、隣接する素子分離絶縁膜、及び隣接するゲート電極の側壁絶縁膜に囲まれる領域を露出させる開口を備える層間絶縁膜とを基板上に備え、
層間絶縁膜の表面での開口のサイズは、基板表面での開口のサイズと実質的に等しい半導体装置。 A plurality of element isolation insulating films in parallel;
A plurality of gate electrodes that intersect with the element isolation insulating film and have side wall insulating films on the side surfaces in parallel;
The substrate is provided with an interlayer insulating film that covers the element isolation insulating film and the gate electrode, and has an opening that exposes a region surrounded by the adjacent element isolation insulating film and the side wall insulating film of the adjacent gate electrode,
The size of the opening on the surface of the interlayer insulating film is a semiconductor device that is substantially equal to the size of the opening on the surface of the substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004175500A JP2005353981A (en) | 2004-06-14 | 2004-06-14 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004175500A JP2005353981A (en) | 2004-06-14 | 2004-06-14 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005353981A true JP2005353981A (en) | 2005-12-22 |
Family
ID=35588166
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004175500A Pending JP2005353981A (en) | 2004-06-14 | 2004-06-14 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005353981A (en) |
-
2004
- 2004-06-14 JP JP2004175500A patent/JP2005353981A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11121256B2 (en) | Semiconductor device integrating backside power grid and related integrated circuit and fabrication method | |
US6852597B2 (en) | Method for fabricating power semiconductor device having trench gate structure | |
US6852620B2 (en) | Semiconductor device with self-aligned junction contact hole and method of fabricating the same | |
US6312994B1 (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
JP3828419B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR20100028910A (en) | Semiconductor device having bar type active pattern and method of manufacturing the same | |
US9543298B1 (en) | Single diffusion break structure and cuts later method of making | |
US7339223B2 (en) | Semiconductor devices having dual capping layer patterns and methods of manufacturing the same | |
KR102557123B1 (en) | A semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device | |
US7629215B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
TWI517222B (en) | Method for fabricating transistor gate and semiconductor device comprising transistor gate | |
JP2005116633A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2005123243A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2001257325A (en) | Semiconductor memory and its manufacturing method | |
JPH09260655A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JP2007027348A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP2007095912A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing same | |
JP2007067250A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP2005353981A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JPH11163325A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
US20230377941A1 (en) | Buried Metal for FinFET Device and Method | |
JPH09321249A (en) | Semiconductor integrated circuit device and method of the same | |
JPH0429327A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
KR100266028B1 (en) | Semiconductor device and method for fabricating the same | |
JP2013222720A (en) | Semiconductor device manufacturing method |