JP2006147768A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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JP2006147768A JP2004334493A JP2004334493A JP2006147768A JP 2006147768 A JP2006147768 A JP 2006147768A JP 2004334493 A JP2004334493 A JP 2004334493A JP 2004334493 A JP2004334493 A JP 2004334493A JP 2006147768 A JP2006147768 A JP 2006147768A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can stably reduce a shadow region where ions cannot be implanted during an oblique ion implantation step and has an appropriate structure for microfabrication, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: The manufacturing method includes a step to form an insulated separation layer 13 so as to divide a p-type well area 12 into first and second areas; a step to form both a first gate electrode 16 which is formed in the first area 12a apart from the insulated separation layer 13, and a second gate electrode 17 which bridges the insulated separation layer 13 and a second area 12b facing the first gate electrode 16 at the same time; a step to implant p-type impurity ions to the first area 12a from a direction declined by a specified angle from the vertical direction while the one end of the second gate electrode 17 is used as a mask, and furthermore to implant n-type impurity ions from the vertical direction so as to form source/drain areas 19 and 20; and a step to form a well contact layer 21 in the second area 12b by using the other end of the second gate electrode 17 as a mask. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に係り、特に、微細化に好適な構造を有する半導体装置およびその製造方法を提供する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and particularly provides a semiconductor device having a structure suitable for miniaturization and a manufacturing method thereof.

半導体装置の高集積化に伴って、チップサイズの増大を抑制するためにMOSトランジスの微細化や、回路パターンレイアウトの最適化が求められている。   As semiconductor devices are highly integrated, miniaturization of MOS transistors and optimization of circuit pattern layout are required in order to suppress an increase in chip size.

MOSトランジスの微細化により、チャンネル長が短くなるとパンチスルーなどのショートチャネル効果が発生しやすくなるので、ゲート電極下の浅い領域に不純物イオンを導入して、パンチスルーなどのショートチャネル効果の発生を抑制している。   With the miniaturization of MOS transistors, short channel effects such as punch-through are more likely to occur when the channel length is shortened. Impurity ions are introduced into a shallow region under the gate electrode, thereby generating short channel effects such as punch-through. Suppressed.

従来、ゲート電極下の浅い領域に不純物イオンを導入するために用いられる斜めイオン注入工程では、半導体基板にゲート電極パターンとゲート電極パターンに離間して対向したフォトレジストパターンが形成され、フォトレジストパターンは基板の垂直方向より所定角度傾けた方向から注入される不純物イオンの注入を遮断するブロック層として用いられている。   Conventionally, in an oblique ion implantation process used to introduce impurity ions into a shallow region under a gate electrode, a photoresist pattern opposite to the gate electrode pattern and spaced apart from the gate electrode pattern is formed on the semiconductor substrate. Is used as a block layer that blocks implantation of impurity ions implanted from a direction inclined by a predetermined angle from the vertical direction of the substrate.

然しながら、フォトレジストパターンにより不純物イオンが遮られ、不純物イオンが注入されない影領域できるので、半導体装置の集積度の向上が妨げられるという問題がある。   However, since the impurity ions are blocked by the photoresist pattern and a shadow region where no impurity ions are implanted is formed, there is a problem that improvement in the integration degree of the semiconductor device is hindered.

これに対して、斜めイオン注入工程においてブロック層の影となってイオン注入できない領域を低減させ、半導体装置の集積度を向上させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。   On the other hand, a method is known in which an area where ions cannot be implanted due to a shadow of the block layer in the oblique ion implantation process is reduced, and the integration degree of the semiconductor device is improved (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に開示された半導体装置の製造方法では、半導体基板上にゲート電極パターンを形成する工程と、半導体基板上および電極パターン上にフォトレジストを形成する工程と、フォトレジストの表面が電極パターンの表面と同じ高さになるようにフォトレジストを薄膜化する工程と、フォトレジストをパターニングする工程と、電極パターンおよびフォトレジストが形成された半導体基板に対して、半導体基板表面の垂直方向より所定角度傾けた方向から不純物イオンを注入する工程とを有している。   In the method of manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 1, a step of forming a gate electrode pattern on a semiconductor substrate, a step of forming a photoresist on the semiconductor substrate and on the electrode pattern, and the surface of the photoresist is an electrode pattern. The step of thinning the photoresist so as to be the same height as the surface of the substrate, the step of patterning the photoresist, and the semiconductor substrate on which the electrode pattern and the photoresist are formed are predetermined from the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. And a step of implanting impurity ions from a tilted direction.

即ち、ゲート電極より厚いフォトレジストを形成した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法などを用いてフォトレジストを研磨し、フォトレジストの表面高さがゲート電極パターンの表面と同じ高さにしている。これにより、厚いフォトレジストに比べて、斜めイオン注入による影領域を減少させ、半導体装置の集積度を向上させている。   That is, after a photoresist thicker than the gate electrode is formed, the photoresist is polished using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like so that the surface height of the photoresist is the same as the surface of the gate electrode pattern. As a result, the shadow region due to the oblique ion implantation is reduced and the integration degree of the semiconductor device is improved as compared with the thick photoresist.

然しながら、フォトレジストを研磨により薄膜化する場合に、フォトレジストはゲート電極より柔らかいので、ゲート電極より薄くなりやすい。
フォトレジストが薄くなり過ぎると、注入されたイオンがフォトレジストを突き抜けてしまい、イオンの侵入を阻止できなくなる問題がある。
However, when the photoresist is thinned by polishing, since the photoresist is softer than the gate electrode, it tends to be thinner than the gate electrode.
If the photoresist becomes too thin, there is a problem that the implanted ions penetrate the photoresist and cannot prevent the intrusion of ions.

また、ゲート電極のパターニングとフォトレジストのパターニングはそれぞれ別工程で行なっているので、露光装置の位置合わせ精度に依存してゲート電極パターンとフォトレジストパターンとの間隔にずれが生じ、斜めイオン注入による影領域の長さがばらつく問題がある。
特開2003−45819号公報(4頁、図3)
Also, since the patterning of the gate electrode and the patterning of the photoresist are performed in separate processes, the gap between the gate electrode pattern and the photoresist pattern is shifted depending on the alignment accuracy of the exposure apparatus, and the oblique ion implantation is performed. There is a problem that the length of the shadow region varies.
JP 2003-45819 A (page 4, FIG. 3)

本発明は、斜めイオン注入工程でイオン注入できない影領域を安定して低減させ、微細化に好適な構造を有する半導体装置およびその製造方法を提供する。   The present invention provides a semiconductor device having a structure suitable for miniaturization, and a method for manufacturing the same, by stably reducing shadow regions that cannot be ion-implanted in an oblique ion implantation process.

上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置の製造方法では、半導体基板表面の第1導電型のウェル領域表面に、前記ウェル領域を第1および第2領域に区画するように絶縁分離層を形成する工程と、前記絶縁分離層と離間して前記第1領域に設けられた第1ゲート電極と、前記絶縁分離層と前記第2領域とに跨がり、且つ前記第1ゲート電極と相対向する第2ゲート電極とを同時に形成する工程と、前記第1ゲート電極を含む前記第1領域および前記第1ゲート電極側の前記第2ゲート電極部分を露出する開口を有する第1フォトレジストパターンを前記半導体基板表面に形成する工程と、前記第1および第2ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の垂直方向より所定角度傾けた方向から第1導電型の不純物イオンを前記第1領域に注入し、更に前記半導体基板の垂直方向より第2導電型の不純物イオンを前記第1領域に注入してソース/ドレイン領域を形成する工程と、前記第1フォトレジストパターンを除去する工程と、前記第2領域に前記第2ゲート電極の一部を含む前記第2領域を露出する開口を有する第2フォトレジストパターンを前記半導体基板表面に形成する工程と、前記第2ゲート電極をマスクとして前記第2領域へのコンタクト手段を形成する工程と、を有することを特徴としている。   In order to achieve the above object, in the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the well region is partitioned into first and second regions on the surface of the first conductivity type well region on the surface of the semiconductor substrate. A step of forming an insulating isolation layer; a first gate electrode provided in the first region apart from the insulating isolation layer; straddling the insulating isolation layer and the second region; and the first gate. A step of simultaneously forming a second gate electrode opposite to the electrode, and a first region having an opening exposing the first region including the first gate electrode and the second gate electrode portion on the first gate electrode side. A step of forming a photoresist pattern on the surface of the semiconductor substrate, and using the first and second gate electrodes as a mask, the first conductivity type impurity ions are introduced from a direction inclined by a predetermined angle from the vertical direction of the semiconductor substrate. Implanting into the first region, and further implanting second conductivity type impurity ions into the first region from the vertical direction of the semiconductor substrate to form source / drain regions, and removing the first photoresist pattern. Forming a second photoresist pattern on the surface of the semiconductor substrate, the second photoresist pattern having an opening exposing the second region including a part of the second gate electrode in the second region; and Forming a contact means to the second region as a mask.

また、本発明の一態様の半導体装置では、半導体基板と、前記半導体基板表面に形成された第1導電型のウェル領域と、前記ウェル領域表面に形成され、且つ前記ウェル領域を第1および第2領域に区画する絶縁分離層と、前記絶縁分離層と離間して前記第1領域に形成された第1ゲート電極と、前記絶縁分離層と前記第2領域とに跨がり、且つ前記第1ゲート電極と相対向して形成された第2ゲート電極と、前記第1ゲート電極に隣接して前記第1領域に形成された第1導電型の不純物領域と、前記第1導電型の不純物領域と前記絶縁分離層との間の前記第1領域に形成された第2導電型のソース/ドレイン領域と、前記第2領域に前記第2ゲート電極に隣接して形成された第1導電型のセルフアラインコンタクト手段と、を有することを特徴としている。   In the semiconductor device of one embodiment of the present invention, a semiconductor substrate, a first conductivity type well region formed on the surface of the semiconductor substrate, a well region formed on the surface of the well region, and the well region defined by the first and first well regions. An insulating isolation layer partitioned into two regions; a first gate electrode formed in the first region spaced apart from the insulating isolation layer; straddling the insulating isolation layer and the second region; and A second gate electrode formed opposite to the gate electrode; a first conductivity type impurity region formed in the first region adjacent to the first gate electrode; and the first conductivity type impurity region. And a second conductivity type source / drain region formed in the first region between the first and second insulating layers, and a first conductivity type formed in the second region adjacent to the second gate electrode. Having self-aligning contact means, It is a symptom.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、十分なイオン遮断能力と高いパターン精度を有するブロック層が得られる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a block layer having sufficient ion blocking ability and high pattern accuracy can be obtained.

その結果、1つのブロック層で、斜めイオン注入工程においてはブロック層の一端をマスクとしてイオンが注入されない影領域を安定して低減することができ、ブロック層の他端をマスクとしてセルフアラインコンタクトを形成することにより、コンタクトプラグ周りの絶縁スペースを短縮することができる。   As a result, one block layer can stably reduce a shadow region where ions are not implanted using one end of the block layer as a mask in the oblique ion implantation process, and self-alignment contact can be performed using the other end of the block layer as a mask. By forming, the insulating space around the contact plug can be shortened.

従って、微細化によりチップサイズが小さく集積度の高い半導体装置を提供することができる。   Therefore, a semiconductor device with a small chip size and a high degree of integration can be provided by miniaturization.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例に係る半導体装置の要部を示す図で、図1(a)はその平面図、図1(b)は図1(a)のA−A線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図、図2乃至図7は半導体装置の製造工程を示す図で、半導体装置のMOSトランジスタを製造する工程を順に示す断面図である。   1A and 1B are diagrams showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view thereof, and FIG. 1B is cut along a line AA in FIG. FIG. 2 to FIG. 7 are views showing the manufacturing process of the semiconductor device, and are sectional views sequentially showing the process of manufacturing the MOS transistor of the semiconductor device.

本実施例は、MOSトランジスの微細化により、短チャネル化にともなうパンチスルーなどのショートチャネル効果の発生を抑制するためにゲート電極下の浅い領域に不純物イオンを導入し、pn接合界面の電界を緩和して耐圧を向上するためにソース/ドレイン領域を低濃度領域と高濃度領域の2種類の不純物領域で形成した2重ドレイン構造と、ウェル領域へのセルフアラインコンタクト構造のMOSトランジスタを有する半導体装置の例である。   In this embodiment, by miniaturizing the MOS transistor, impurity ions are introduced into a shallow region under the gate electrode in order to suppress the occurrence of a short channel effect such as punch-through accompanying the shortening of the channel, and the electric field at the pn junction interface is reduced. A semiconductor having a double drain structure in which source / drain regions are formed of two types of impurity regions, a low concentration region and a high concentration region, and a MOS transistor having a self-aligned contact structure to the well region in order to relax and improve breakdown voltage It is an example of an apparatus.

本明細書において、「ソース/ドレイン領域」とは「ソース領域またはドレイン領域」を意味している。   In this specification, “source / drain region” means “source region or drain region”.

図1に示すように、本実施例の半導体装置10は、半導体基板11、例えばn型シリコン基板に形成されたp型ウェル領域12と、p型ウェル領域12を第1および第2領域12a、12bに区画する絶縁分離層(Shallow Trench Isolation : STI)13、14と、絶縁分離層13と離間して第1領域12a形成された第1ゲート電極16と、絶縁分離層13と第2ウェル層12bとに跨り、且つ第1ゲート電極16と相対向して形成された第2ゲート電極17と、第1ゲート電極16に隣接して第1領域12aに形成されたp型の不純物領域18と、不純物領域18と絶縁分離層13との間の第1領域12aに形成されたn型のソース/ドレイン領域19、20と、第2領域12bに形成されたウェルコンタクト層21とを有している。   As shown in FIG. 1, a semiconductor device 10 of this embodiment includes a p-type well region 12 formed on a semiconductor substrate 11, for example, an n-type silicon substrate, and a p-type well region 12 as a first region 12a, a second region 12a, Insulating isolation layers (Shallow Trench Isolation: STI) 13 and 14 divided into 12b, the first gate electrode 16 formed in the first region 12a apart from the insulating isolation layer 13, the insulating isolation layer 13 and the second well layer A second gate electrode 17 formed over the first gate electrode 16 and opposite to the first gate electrode 16; and a p-type impurity region 18 formed in the first region 12a adjacent to the first gate electrode 16; And n-type source / drain regions 19 and 20 formed in the first region 12a between the impurity region 18 and the insulating isolation layer 13, and a well contact layer 21 formed in the second region 12b. Yes.

更に、ウェルコンタクト層21およびソース領域19にそれぞれ電気的接続されたコンタクトプラグ22、23と、コンタクトプラグ22、23間の短絡を防止するための層間絶縁膜25とを有し、ウェルコンタクトプラグ22はp型ウェル領域12上の第2ゲート電極17に隣接してセルフアラインコンタクトを形成している。   Further, the contact plugs 22 and 23 are electrically connected to the well contact layer 21 and the source region 19, respectively, and an interlayer insulating film 25 for preventing a short circuit between the contact plugs 22 and 23. The well contact plug 22 Forms a self-aligned contact adjacent to the second gate electrode 17 on the p-type well region 12.

第1および第2ゲート電極16、17には、それぞれ上面および側面を保護するためのオフセットスペーサ26、27が形成され、ソース/ドレイン領域19、20には、pn接合界面の電界を緩和するために浅い高濃度層と深い低濃度層を備えた2重ドレイン構造30とが形成されている。   The first and second gate electrodes 16 and 17 are formed with offset spacers 26 and 27 for protecting the upper surface and side surfaces, respectively, and the source / drain regions 19 and 20 are for relaxing the electric field at the pn junction interface. A double drain structure 30 having a shallow high concentration layer and a deep low concentration layer is formed.

次に、半導体装置10の製造方法について説明する。始に、図2に示すように、p型ウェル領域12が形成された半導体基板11の表面に、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とTEOS膜を積層した保護膜50を形成し、フォトリソグラフィ技術によりトレンチ開口のパターニングを行い、異方性エッチング、例えばRIE法により保護膜50を所定の形状にエッチングして、半導体基板11の上面の一部を露出させる。
次に、TEOS膜をマスクとして異方性エッチングにより半導体基板11をエッチングして、例えば深さ0.3μm程度のトレンチを形成する。
次に、トレンチの内壁を熱酸化した後、例えばCVD法によりシリコン酸化膜を形成してトレンチを埋め込むことにより、p型ウェル領域12を第1および第2領域12a、12bに区画するように絶縁分離層13、14を形成する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 10 will be described. First, as shown in FIG. 2, a protective film 50 in which, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a TEOS film are stacked is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 on which the p-type well region 12 is formed, and photolithography technology is applied. Then, the trench opening is patterned, and the protective film 50 is etched into a predetermined shape by anisotropic etching, for example, RIE to expose a part of the upper surface of the semiconductor substrate 11.
Next, the semiconductor substrate 11 is etched by anisotropic etching using the TEOS film as a mask to form, for example, a trench having a depth of about 0.3 μm.
Next, after thermally oxidizing the inner wall of the trench, for example, a silicon oxide film is formed by a CVD method and the trench is embedded to insulate the p-type well region 12 into the first and second regions 12a and 12b. Separation layers 13 and 14 are formed.

次に、図3に示すように、例えば熱酸化法を用いて、全面にシリコン酸化膜を厚さ8nm程度に形成する。このシリコン酸化膜はゲート絶縁膜51となる。次に、CVD法を用いて、全面にポリシリコン膜を厚さ100nm程度に形成する。
そして、例えばスパッタ法を用いて、ポリシリコン膜の上面にタングステンシリサイド膜を厚さ55nm程度に形成する。さらに、例えばCVD法を用いて、タングステンシリサイド膜の上面にシリコン窒化膜を厚さ150nm程度に形成する。
さらに、シリコン窒化膜の上面に所定の形状にパターニングされた図示せぬレジストをマスクとして、異方性エッチング、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法を用いてシリコン窒化膜及びタングステンシリサイド膜並びにポリシリコン膜をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 3, a silicon oxide film is formed to a thickness of about 8 nm on the entire surface by using, for example, a thermal oxidation method. This silicon oxide film becomes the gate insulating film 51. Next, a polysilicon film is formed to a thickness of about 100 nm on the entire surface by CVD.
Then, a tungsten silicide film is formed to a thickness of about 55 nm on the upper surface of the polysilicon film by using, for example, a sputtering method. Further, for example, a CVD method is used to form a silicon nitride film on the upper surface of the tungsten silicide film to a thickness of about 150 nm.
Further, using a resist (not shown) patterned in a predetermined shape on the upper surface of the silicon nitride film as a mask, the silicon nitride film, the tungsten silicide film, and the polysilicon film using anisotropic etching, for example, RIE (Reactive Ion Etching) method Etch.

このシリコン窒化膜及びタングステンシリサイド膜並びにポリシリコン膜が第1および第2ゲート電極16、17となり、絶縁分離層13と離間して第1領域12aに設けられた第1ゲート電極16と、絶縁分離層13と第2領域12bに跨り、且つ第1ゲート電極16と相対向する第2ゲート電極17が同時に形成される。   The silicon nitride film, the tungsten silicide film, and the polysilicon film become the first and second gate electrodes 16 and 17, and are separated from the first gate electrode 16 provided in the first region 12a so as to be separated from the insulating separation layer 13. A second gate electrode 17 straddling the layer 13 and the second region 12b and facing the first gate electrode 16 is simultaneously formed.

次に、図4に示すように、第1および第2ゲート電極16、17が形成された半導体基板11の表面に、フォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ技術により第2ゲート電極17の一部が露出するようにソース/ドレイン領域19、20の開口のパターニングを行ない、第1フォトレジストパターン52を形成する。
次に、一部が露出した第2ゲート電極17と第1フォトレジストパターン52をマスクとして近導体基板11に垂直な方向より所定角度θだけ傾けた方向から、硼素(B)イオンを第1領域12aに加速電圧20KeV、ドーズ1E13atoms/cm2程度でイオン注入し、p型不純物領域18を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, a photoresist film is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 on which the first and second gate electrodes 16 and 17 are formed, and a part of the second gate electrode 17 is formed by photolithography. The first photoresist pattern 52 is formed by patterning the openings of the source / drain regions 19 and 20 so as to be exposed.
Next, boron (B) ions are applied to the first region from a direction inclined by a predetermined angle θ from a direction perpendicular to the near-conductor substrate 11 using the partially exposed second gate electrode 17 and the first photoresist pattern 52 as a mask. 12a is ion-implanted at an acceleration voltage of 20 KeV and a dose of about 1E13 atoms / cm 2 to form a p-type impurity region 18.

ここで、第1ゲート電極16と第2ゲート電極17間の距離L1は、ソース領域19の長さL2と第2ゲート電極17により斜めから入射するBイオンが注入されない影領域の長さL3の和に等しく設定されている。   Here, the distance L1 between the first gate electrode 16 and the second gate electrode 17 is the length L2 of the source region 19 and the length L3 of the shadow region where B ions incident obliquely by the second gate electrode 17 are not implanted. It is set equal to the sum.

ソース領域19の長さL2は、MOSトランジスタの要求仕様に基づいて適宜定めればよいが、例えば330nmで、影領域の長さL3は、例えば斜め入射角度θが20°、第2ゲート電極17の高さH1が300nmの場合に、L3=H1×tan(θ)より110nmとなる。   The length L2 of the source region 19 may be appropriately determined based on the required specifications of the MOS transistor. For example, the length L3 of the shadow region is 330 nm, for example, the oblique incident angle θ is 20 °, and the second gate electrode 17 When the height H1 is 300 nm, L3 = H1 × tan (θ) is 110 nm.

次に、図5に示すように、露出した第2ゲート電極17と第1フォトレジストパターン52をマスクとして半導体基板11に垂直な方向より砒素(As)イオンを第1領域12aに加速電圧10KeV、ドーズ1E15atoms/cm2程度でイオン注入し、2重ドレイン構造となる低濃度層53を形成する。   Next, as shown in FIG. 5, using the exposed second gate electrode 17 and the first photoresist pattern 52 as a mask, arsenic (As) ions are applied to the first region 12a in an acceleration voltage of 10 KeV from a direction perpendicular to the semiconductor substrate 11. Ions are implanted at a dose of about 1E15 atoms / cm 2 to form a low concentration layer 53 having a double drain structure.

次に、図6に示すように、一旦第1フォトレジストパターン52を除去した後、第1および第2ゲート電極16、17が形成された半導体基板11の表面にシリコン窒化膜を形成し、RIE法により選択加工することにより、第1および第2ゲート電極16、17の上面および側面にそれぞれオフセットスペーサ26、27を形成する。
次に、第1および第2ゲート電極16、17が形成された半導体基板11の表面に、フォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ技術により第2ゲート電極17の一部が露出するようにソース/ドレイン領域19、20の開口のパターニングを行ない、再び第1フォトレジストパターン54を形成する。
次に、露出した第2ゲート電極17と第1フォトレジストパターン54をマスクとして半導体基板11に垂直な方向より、Asイオンを第1領域12aに加速電圧20KeV、ドーズ1E15atoms/cm2程度でイオン注入し、2重ドレイン構造となる高濃度層55を形成する。
Next, as shown in FIG. 6, after the first photoresist pattern 52 is once removed, a silicon nitride film is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 on which the first and second gate electrodes 16 and 17 are formed, and RIE is performed. The offset spacers 26 and 27 are formed on the upper and side surfaces of the first and second gate electrodes 16 and 17, respectively, by selective processing by the method.
Next, a photoresist film is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 on which the first and second gate electrodes 16 and 17 are formed, and the source / source is so exposed that a part of the second gate electrode 17 is exposed by photolithography. The openings of the drain regions 19 and 20 are patterned to form a first photoresist pattern 54 again.
Next, As ions are implanted into the first region 12a at an acceleration voltage of 20 KeV and a dose of about 1E15 atoms / cm 2 from the direction perpendicular to the semiconductor substrate 11 using the exposed second gate electrode 17 and first photoresist pattern 54 as a mask. A high concentration layer 55 having a double drain structure is formed.

次に、図7に示すように、第1および第2ゲート電極16、17が形成された半導体基板11の表面に、フォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ技術により第2ゲート電極17の一部が露出するようにウェルコンタクト層21の開口のパターニングを行ない、第2フォトレジストパターン56を形成する。
次に、一部が露出した第2ゲート電極17と第2フォトレジストパターン56をマスクとして半導体基板11に垂直な方向より、Bイオンを第2領域12bに加速電圧10KeV、ドーズ1E15atoms/cm2程度でイオン注入することにより、ウェルコンタクト層21が形成される。
Next, as shown in FIG. 7, a photoresist film is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 on which the first and second gate electrodes 16 and 17 are formed, and a part of the second gate electrode 17 is formed by photolithography. Then, the opening of the well contact layer 21 is patterned so that the second photoresist pattern 56 is formed.
Next, B ions are applied to the second region 12b at an acceleration voltage of 10 KeV and a dose of about 1E15 atoms / cm 2 from the direction perpendicular to the semiconductor substrate 11 using the second gate electrode 17 and the second photoresist pattern 56 that are partially exposed as a mask. The well contact layer 21 is formed by ion implantation.

ここで、絶縁分離層13とウェルコンタクト21間の距離L4は、第2ゲート電極17に対するセルフアラインコンタクトプラグの電気的絶縁性を確保できる距離、例えば110nm程度に設定されている。   Here, the distance L4 between the insulating isolation layer 13 and the well contact 21 is set to a distance that can ensure electrical insulation of the self-aligned contact plug with respect to the second gate electrode 17, for example, about 110 nm.

次に、第1および第2ゲート電極16、17が形成された半導体基板11の表面に層間絶縁膜25、例えばシリコン酸化膜をCVD法により形成し、フォトリソグラフィ技術、RIE法により、第2ゲート電極17の一部が露出するようにウェルコンタクト層21のコンタクトホール(図示せず)を形成する。
次に、CVD法により不純物を添加したポリシリコンまたはタングステンをコンタクトホールに埋め込み、第2ゲート電極17に対するセルフアラインコンタクトプラグ22を形成する。
Next, an interlayer insulating film 25, for example, a silicon oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 on which the first and second gate electrodes 16 and 17 are formed by the CVD method, and the second gate is formed by the photolithography technique and the RIE method. A contact hole (not shown) of the well contact layer 21 is formed so that a part of the electrode 17 is exposed.
Next, polysilicon or tungsten doped with impurities is buried in the contact hole by a CVD method to form a self-aligned contact plug 22 for the second gate electrode 17.

次に、同様にして、ソース領域19のコンタクトプラグ23、およびドレイン領域20のコンタクトプラグ(図示せず)を形成することにより、図1に示す半導体装置10が完成する。   Next, the contact plug 23 in the source region 19 and the contact plug (not shown) in the drain region 20 are formed in the same manner, thereby completing the semiconductor device 10 shown in FIG.

図8は、第2ゲート電極17による微細化の効果を従来例と比較して示す図で、図8(a)が本実施例の場合、図8(b)が従来例の場合である。   8A and 8B are diagrams showing the effect of miniaturization by the second gate electrode 17 in comparison with the conventional example. FIG. 8A shows the case of this embodiment and FIG. 8B shows the case of the conventional example.

図8(a)に示すように、絶縁分離層13と第2領域12bとに跨り、且つ第1ゲート電極と相対向した第2ゲート電極17を第1ゲート電極16と同時に形成したので、図6に示すように、プロセスばらつきによりレジスト開口端がMOSトランジスタ部Aとウェルコンタクト部Bの境界からずれてウェルコンタクト活性化領域C上に到達した場合には、第2ゲート電極17がブロック層となり、ウェルコンタクト活性化領域Cにソース/ドレイン領域を形成するためのAsイオンの誤注入が行われることを防ぐことが可能である。   As shown in FIG. 8A, the second gate electrode 17 straddling the insulating separation layer 13 and the second region 12b and facing the first gate electrode is formed simultaneously with the first gate electrode 16. As shown in FIG. 6, when the resist opening end deviates from the boundary between the MOS transistor part A and the well contact part B and reaches the well contact activation region C due to process variations, the second gate electrode 17 becomes a block layer. It is possible to prevent erroneous implantation of As ions for forming source / drain regions in the well contact activation region C.

また、ウェルコンタクト層21へのコンタクトプラグ22に第2ゲート配線17に対するセルフアラインコンタクトを用いているので、第2ゲート配線17とコンタクトプラグ22間に必要なスペースを削減することができる。   In addition, since a self-aligned contact with the second gate wiring 17 is used for the contact plug 22 to the well contact layer 21, a necessary space between the second gate wiring 17 and the contact plug 22 can be reduced.

従って、ソース領域19からウェルコンタクトプラグ22との距離L5は、影領域の長さL3(110nm)と絶縁分離層13と第2ゲート電極17の間の距離L4(110nm)と露光装置の位置合わせ誤差、例えば170nmを考慮して340nm程度あれば十分である。   Therefore, the distance L5 from the source region 19 to the well contact plug 22 is the length L3 (110 nm) of the shadow region, the distance L4 (110 nm) between the insulating separation layer 13 and the second gate electrode 17, and the alignment of the exposure apparatus. Considering an error, for example, 170 nm, about 340 nm is sufficient.

一方、図8(b)に示すように、MOSトランジスタ部Eとウェルコンタクト部Fを電気的に分離する絶縁分離層63上に形成されるブロック層が従来のフォトレジストの場合には、フォトレジストの高さは1000nm程度であり、斜めイオン注入による影領域の長さL6は360nm程度になる。
露光装置の位置合わせ誤差、例えば170nmを考慮して、ソース領域19に斜めイオン注入がされない不良を防止するために、絶縁分離層63の長さL7は影領域の長さL6と露光装置の位置合わせ誤差の和の530nm程度が必要である。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the block layer formed on the insulating isolation layer 63 that electrically isolates the MOS transistor portion E and the well contact portion F is a conventional photoresist, the photoresist Is about 1000 nm, and the length L6 of the shadow region by oblique ion implantation is about 360 nm.
In consideration of the alignment error of the exposure apparatus, for example, 170 nm, the length L7 of the insulating separation layer 63 is equal to the length L6 of the shadow area and the position of the exposure apparatus in order to prevent the defect that the oblique ion implantation is not performed in the source region 19. The sum of the alignment errors needs to be about 530 nm.

また、ソース/ドレイン領域を形成するためのAsイオン注入工程においては、ブロック層の位置ズレによりウェルコンタクト活性化領域Cの一部にAsイオンが誤注入されるのを防止するために、絶縁分離層63とブロック層の重ね合わせ長さは露光装置の位置合わせ誤差を見込む必要があるので、絶縁分離層63の長さL7としては530nm程度が妥当である。   In addition, in the As ion implantation process for forming the source / drain regions, insulation isolation is performed in order to prevent As ions from being erroneously implanted into a part of the well contact activation region C due to the displacement of the block layer. Since the overlap length of the layer 63 and the block layer needs to allow for an alignment error of the exposure apparatus, an appropriate length L7 of the insulating separation layer 63 is about 530 nm.

従って、ソース領域19からウェルコンタクトプラグ62との距離L8は、絶縁分離層63の長さL7(530nm)と絶縁分離層63とウェルコンタクトプラグ62間の距離L4(110nm)の和の640nm程度が必要である。   Therefore, the distance L8 from the source region 19 to the well contact plug 62 is about 640 nm which is the sum of the length L7 (530 nm) of the insulating separation layer 63 and the distance L4 (110 nm) between the insulating separation layer 63 and the well contact plug 62. is necessary.

これにより、第2ゲート電極17をブロック層に用いることにより、ソース領域19からウェルコンタクトプラグ22との距離は、従来のL8(640nm)からL5(340nm)に短縮することが可能である。   Accordingly, by using the second gate electrode 17 as a block layer, the distance from the source region 19 to the well contact plug 22 can be shortened from the conventional L8 (640 nm) to L5 (340 nm).

以上説明したように、本発明の実施例に係わる半導体装置の製造方法によれば、第1ゲート電極16とイオン注入工程においてブロック層となる第2ゲート電極17を同時に形成しているので、十分なイオン遮断能力と高いパターン精度を有するブロック層が得られる。   As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the first gate electrode 16 and the second gate electrode 17 that becomes a block layer in the ion implantation process are formed simultaneously. A block layer having an excellent ion blocking ability and high pattern accuracy can be obtained.

その結果、1つのブロック層で、斜めイオン注入工程においてはブロック層の一端をマスクとしてイオンが注入されない影領域を安定して低減することができ、ブロック層の他端をマスクとしてセルフアラインコンタクトを形成することにより、コンタクトプラグ周りの絶縁スペースを短縮することができる。
従って、微細化によりチップサイズが小さく集積度の高い半導体装置が得られる。
As a result, one block layer can stably reduce a shadow region where ions are not implanted using one end of the block layer as a mask in the oblique ion implantation process, and self-alignment contact can be performed using the other end of the block layer as a mask. By forming, the insulating space around the contact plug can be shortened.
Therefore, a semiconductor device with a small chip size and a high degree of integration can be obtained by miniaturization.

ここでは、不純物領域18と絶縁分離層13との間の第1領域12aにソース領域19を形成した場合について説明したが、ドレイン領域20を形成する場合についても同様に行なうことができる。   Here, the case where the source region 19 is formed in the first region 12a between the impurity region 18 and the insulating separation layer 13 has been described, but the case where the drain region 20 is formed can be similarly performed.

本発明の実施例に係半導体装置を示す図で、図1(a)はその平面図、図1(b)は図1(a)のA−A線に沿って切断し矢印方向から眺めた断面図である。FIG. 1A is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a plan view thereof, and FIG. 1B is cut along a line AA in FIG. It is sectional drawing. 本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る第2ゲート電極の効果を説明するための図。The figure for demonstrating the effect of the 2nd gate electrode which concerns on the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体装置
11 半導体基板
12 p型ウェル領域
12a 第1領域
12b 第2領域
13、14、63 絶縁分離層(STI)
16 第1ゲート電極
17 第2ゲート電極
18 p型不純物層
19 ソース領域
20 ドレイン領域
21、61 ウェルコンタクト層
22、23、62 コンタクトプラグ
25 層間絶縁膜
26、27 オフセットスペーサ
30 2重ドレイン構造
50 保護膜
51 ゲート絶縁膜
52、54 第1フォトレジストパターン
53 低濃度層
55 高濃度層
56 第2フォトレジストパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor device 11 Semiconductor substrate 12 P-type well area | region 12a 1st area | region 12b 2nd area | region 13, 14, 63 Insulation isolation layer (STI)
16 First gate electrode 17 Second gate electrode 18 P-type impurity layer 19 Source region 20 Drain region 21, 61 Well contact layer 22, 23, 62 Contact plug 25 Interlayer insulating film 26, 27 Offset spacer 30 Double drain structure 50 Protection Film 51 Gate insulating films 52 and 54 First photoresist pattern 53 Low concentration layer 55 High concentration layer 56 Second photoresist pattern

Claims (4)

半導体基板表面に互いに離間し、且つ相対向する第1ゲート電極および第2ゲート電極を同時に形成する工程と、
前記第2ゲート電極をマスクとして前記半導体基板の垂直方向より所定角度傾けた方向から不純物イオンを注入して、前記第1ゲート電極下の前記半導体基板内に不純物領域を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first gate electrode and a second gate electrode that are spaced apart from each other and opposite each other on the surface of the semiconductor substrate;
And implanting impurity ions from a direction inclined at a predetermined angle from the vertical direction of the semiconductor substrate using the second gate electrode as a mask to form an impurity region in the semiconductor substrate under the first gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor device.
半導体基板表面の第1導電型のウェル領域表面に、前記ウェル領域を第1および第2領域に区画するように絶縁分離層を形成する工程と、
前記絶縁分離層と離間して前記第1領域に設けられた第1ゲート電極と、前記絶縁分離層と前記第2領域とに跨がり、且つ前記第1ゲート電極と相対向する第2ゲート電極とを同時に形成する工程と、
前記第1ゲート電極を含む前記第1領域および前記第1ゲート電極側の前記第2ゲート電極部分を露出する開口を有する第1フォトレジストパターンを前記半導体基板表面に形成する工程と、
前記第1および第2ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の垂直方向より所定角度傾けた方向から第1導電型の不純物イオンを前記第1領域に注入し、更に前記半導体基板の垂直方向より第2導電型の不純物イオンを前記第1領域に注入してソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記第1フォトレジストパターンを除去する工程と、
前記第2領域に前記第2ゲート電極の一部を含む前記第2領域を露出する開口を有する第2フォトレジストパターンを前記半導体基板表面に形成する工程と、
前記第2ゲート電極をマスクとして前記第2領域へのコンタクト手段を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an insulating isolation layer on the surface of the first conductivity type well region on the surface of the semiconductor substrate so as to partition the well region into first and second regions;
A first gate electrode provided in the first region apart from the insulating isolation layer, and a second gate electrode straddling the insulating isolation layer and the second region and facing the first gate electrode And simultaneously forming
Forming a first photoresist pattern on the surface of the semiconductor substrate having an opening exposing the first region including the first gate electrode and the second gate electrode portion on the first gate electrode side;
Using the first and second gate electrodes as masks, impurity ions of the first conductivity type are implanted into the first region from a direction inclined by a predetermined angle from the vertical direction of the semiconductor substrate, and further from the vertical direction of the semiconductor substrate. Implanting two conductivity type impurity ions into the first region to form source / drain regions;
Removing the first photoresist pattern;
Forming a second photoresist pattern on the surface of the semiconductor substrate having an opening exposing the second region including a part of the second gate electrode in the second region;
Forming a contact means with respect to the second region using the second gate electrode as a mask.
前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極間の距離が、前記ソース/ドレイン領域の長さと、前記垂直方向より所定角度傾けた方向から第1導電型の不純物イオンを注入するときに前記第2ゲート電極に遮断されてイオン注入されない影領域の長さとの和に等しいことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   The distance between the first gate electrode and the second gate electrode is such that when the first conductivity type impurity ions are implanted from the direction inclined by a predetermined angle from the length of the source / drain region and the vertical direction, 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the method is equal to a sum of a length of a shadow region blocked by the gate electrode and not ion-implanted. 半導体基板と、
前記半導体基板表面に形成された第1導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域表面に形成され、且つ前記ウェル領域を第1および第2領域に区画する絶縁分離層と、
前記絶縁分離層と離間して前記第1領域に形成された第1ゲート電極と、
前記絶縁分離層と前記第2領域とに跨がり、且つ前記第1ゲート電極と相対向して形成された第2ゲート電極と、
前記第1ゲート電極に隣接して前記第1領域に形成された第1導電型の不純物領域と、
前記第1導電型の不純物領域と前記絶縁分離層との間の前記第1領域に形成された第2導電型のソース/ドレイン領域と、
前記第2領域に前記第2ゲート電極に隣接して形成された第1導電型のセルフアラインコンタクト手段と
を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first conductivity type well region formed on the surface of the semiconductor substrate;
An insulating isolation layer formed on the surface of the well region and partitioning the well region into first and second regions;
A first gate electrode formed in the first region apart from the insulating separation layer;
A second gate electrode formed across the insulating isolation layer and the second region and facing the first gate electrode;
A first conductivity type impurity region formed in the first region adjacent to the first gate electrode;
A second conductivity type source / drain region formed in the first region between the first conductivity type impurity region and the insulating isolation layer;
A semiconductor device comprising: a first conductivity type self-alignment contact means formed adjacent to the second gate electrode in the second region.
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