JP2007158370A - Method of manufacturing semiconductor device having gate with nitride film sidewalls - Google Patents

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陽 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device having a gate with nitride film sidewalls whose shape of shoulders of a stopper nitride film is vertically formed and which can reduce recession of the nitride film during contact hole etching. <P>SOLUTION: In the method of manufacturing the semiconductor device having the gate with nitride film sidewalls by forming a contact by a self-alignment process; a stopper nitride film is deposited after forming a gate 31 with an offset nitride film 32; after performing sidewall etching, an insulating film 34 is formed and a CMP process is performed; an interlayer dielectric 36 is formed on the further planarized gate 31; and accordingly, the CMP process after forming the interlayer dielectric 36 can be eliminated. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化膜サイドウォール付きゲートを有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 having a gate with a nitride film sidewall.

現在、半導体デバイス(半導体装置)の高集積化に伴ってデザインルールの微細化が進んでいる。その中でもコンタクトホールエッチングに対するホール径縮小化への要求は非常に高い。   At present, miniaturization of design rules is progressing along with the high integration of semiconductor devices (semiconductor devices). Among them, the demand for reducing the hole diameter for contact hole etching is very high.

現在開発されている0.20μmデバイスでのゲート間隔は0.22μmで設計されているが、ゲート間に形成されるコンタクトホール径に求められている寸法は、0.06μm程度である。ホトリソグラフィのパターンニングの限界が超解像技術を用いても0.18μm程度であり、ホトリソグラフィのみで0.1μm以下のホールを形成することは不可能である。   The gate interval in the currently developed 0.20 μm device is designed to be 0.22 μm, but the dimension required for the diameter of the contact hole formed between the gates is about 0.06 μm. The limit of photolithography patterning is about 0.18 μm even if super-resolution technology is used, and it is impossible to form a hole of 0.1 μm or less by photolithography alone.

そこで、ポリシリコンのサイドウォールを用いたPSC(Poly−Si・Shrunken Contact)によって0.1μm以下のパターンニングを行っているが、さらに微細化が進んだ場合、PSCによるコンタクトホール形成は非常に難しくなる。それはホトリソグラフィの合わせ余裕が装置のアライメントのずれやマスク精度、短絡防止膜厚の確保などにより0.07〜0.08μmを下回ることができないためである。   Therefore, patterning of 0.1 μm or less is performed by PSC (Poly-Si Shrunken Contact) using a polysilicon side wall, but when further miniaturization progresses, it is very difficult to form a contact hole by PSC. Become. This is because the alignment margin of photolithography cannot fall below 0.07 to 0.08 μm due to misalignment of the apparatus, mask accuracy, securing of a short-circuit prevention film thickness, and the like.

現在のステッパーやスキャナのような機械的な合わせ込みでは、合わせ精度を急速に向上させることは難しく、今後のデバイスで大いに必要となると予測される0.1μm以下のコンタクトホールを、安定にホトリソグラフィ技術のみでパターンニングすることはできない。   With mechanical alignment such as current steppers and scanners, it is difficult to improve alignment accuracy rapidly, and contact holes of 0.1 μm or less, which is expected to be greatly needed in future devices, can be stably photolithography. Patterning is not possible with technology alone.

そこで、ホトリソグラフィの合わせ精度の限界から考え出されたのが、SAC(Self Aligned Contact)プロセスである。SACプロセスはゲートを形成する際、ゲート上にオフセット窒化膜を、ゲート側壁に窒化膜サイドウォールを形成し、これらの窒化膜をストッパー膜とすることによってホトリソグラフィの合わせ精度の向上を行う技術である。   Thus, the SAC (Self Aligned Contact) process has been conceived from the limit of the alignment accuracy of photolithography. The SAC process is a technique for improving the alignment accuracy of photolithography by forming an offset nitride film on the gate and forming a nitride film sidewall on the gate sidewall when forming the gate, and using these nitride films as stopper films. is there.

図6は従来のSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。   FIG. 6 is a process diagram for forming a gate structure in a conventional SAC process.

まず、図6(a)に示すように、シリコン基板1上にゲート酸化膜2、ポリシリコン膜3、WSi膜4、オフセット窒化膜5を順次形成する。   First, as shown in FIG. 6A, a gate oxide film 2, a polysilicon film 3, a WSi film 4, and an offset nitride film 5 are sequentially formed on a silicon substrate 1.

次に、図6(b)に示すように、ホトリソ、エッチングにより、オフセット窒化膜5、WSi膜4、ポリシリコン膜3、ゲート酸化膜2を加工し、ゲート構造を得た後に、ストッパー窒化膜6を堆積する。   Next, as shown in FIG. 6B, the offset nitride film 5, the WSi film 4, the polysilicon film 3, and the gate oxide film 2 are processed by photolithography and etching to obtain a gate structure, and then a stopper nitride film. 6 is deposited.

次いで、図6(c)に示すように、ストッパー窒化膜6を用いて窒化膜サイドウォール7を形成する。   Next, as shown in FIG. 6C, a nitride film sidewall 7 is formed using the stopper nitride film 6.

ここでは窒化膜がストッパーとしての役目を果たすようなプロセス条件、つまり、窒化膜/酸化膜の選択比が高い条件が要求される。高選択比はガス種を変化させ、フロロカーボン膜を保護膜として窒化膜上に堆積させることにより可能であるが、問題なのは入射イオンによるスパッタリングが起こるということである。   Here, a process condition in which the nitride film serves as a stopper, that is, a condition with a high nitride film / oxide film selection ratio is required. A high selectivity can be achieved by changing the gas species and depositing a fluorocarbon film on the nitride film as a protective film, but the problem is that sputtering by incident ions occurs.

ゲート上に生成した窒化膜サイドウォール7は曲率を持っているので、入射イオンによって非常にスパッタリングされやすく、窒化膜/酸化膜の選択比は大きく低下する。スパッタリング率は曲率に大きく依存するので、このサイドウォール7の曲率を小さくすることがスパッタリングの抑制に大いに有用である。   Since the nitride film sidewall 7 formed on the gate has a curvature, it is very easily sputtered by incident ions, and the nitride film / oxide film selection ratio is greatly reduced. Since the sputtering rate greatly depends on the curvature, reducing the curvature of the sidewall 7 is very useful for suppressing the sputtering.

また、更に微細化が進むと、ゲート間のスリット部においてエッチストップが起こることも考えられる。エッチストップの要因の一つとして、入射イオンのフラックスが小さいことが挙げられるが、フラックスを大きくしすぎるとスパッタリングが増大してしまう。このエッチストップとスパッタリングというトレードオフの関係をいかに解決するかが、微細SACプロセスの鍵となる。
なし
In addition, when further miniaturization progresses, it can be considered that an etch stop occurs in the slit portion between the gates. One of the causes of etch stop is that the flux of incident ions is small, but if the flux is too large, sputtering increases. The key to the fine SAC process is how to solve the trade-off between etch stop and sputtering.
None

しかしながら、上記した窒化膜サイドウォールを利用したSACプロセスでは、サイドウォールの窒化膜肩部が必ず曲率を持った形状となるため、コンタクトホールエッチング時の入射イオンのスパッタリングによって肩部が後退し、図7に示すように、ゲート8とのショートが起こるという問題があった。なお、図7において、9Aは層間絶縁膜、9Bはレジストパターンである。   However, in the SAC process using the nitride film sidewall described above, the shoulder of the nitride film on the sidewall always has a curved shape, so that the shoulder is retracted by sputtering of incident ions during contact hole etching. As shown in FIG. 7, there is a problem that a short circuit with the gate 8 occurs. In FIG. 7, 9A is an interlayer insulating film, and 9B is a resist pattern.

このイオンスパッタによる後退量は形状が大きな曲率を持つ程多くなり、逆に垂直な程少なくなる。現在窒化膜上にフロロカーボン膜を保護膜として生成するようなプロセス条件によってSAC構造におけるコンタクトホールエッチングはなされているが、更に微細化が進みエッチストップが顕著に起こるレベルまでホール径が縮小された場合、ホールエッチングの抜け性を向上させるため入射イオンのフラックスを上げる必要性が生じる。   The amount of retreat by ion sputtering increases as the shape has a large curvature, and conversely decreases as the shape becomes vertical. Currently, contact hole etching in the SAC structure is performed under process conditions such that a fluorocarbon film is formed as a protective film on the nitride film, but the hole diameter is reduced to a level at which etch stoppage is noticeable due to further miniaturization. Therefore, it is necessary to increase the flux of incident ions in order to improve the hole etching.

曲率の大きいサイドウォールではイオンのフラックスの増加によりスパッタリングが促進され、選択比が減少すると思われる。そこでスパッタリング率の小さい垂直なサイドウォール形状をSACプロセスに適用することができれば、イオンスパッタによる後退量を減少させることが可能となり、高選択性を実現することができる。   In the side wall with a large curvature, it is considered that the sputtering is promoted by the increase of ion flux, and the selectivity is decreased. Therefore, if a vertical sidewall shape with a low sputtering rate can be applied to the SAC process, it is possible to reduce the amount of receding due to ion sputtering and realize high selectivity.

本発明は、上記問題点を除去し、ストッパー窒化膜肩部の形状が垂直化され、コンタクトホールエッチングでの窒化膜の後退を低減することができる窒化膜サイドウォール付きゲートを有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention eliminates the above-described problems, and manufactures a semiconductor device having a gate with a nitride film sidewall in which the shape of the shoulder of the stopper nitride film is made vertical, and the recession of the nitride film during contact hole etching can be reduced. It aims to provide a method.

本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕自己整合プロセスによりコンタクトを形成する窒化膜サイドウォール付きゲートを有する半導体装置の製造方法において、オフセット窒化膜付きゲートを生成後、ストッパー窒化膜を堆積させ、サイドウォールエッチング後、絶縁膜を生成しCMP処理を施し、更に平坦化された前記ゲート上に層間絶縁膜を生成し、この層間絶縁膜生成後のCMP処理を省くようにしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In a method of manufacturing a semiconductor device having a gate with a nitride film sidewall in which a contact is formed by a self-alignment process, after forming a gate with an offset nitride film, depositing a stopper nitride film, etching the sidewall, The interlayer insulating film is formed on the flattened gate, and the CMP process after the generation of the interlayer insulating film is omitted.

〔2〕自己整合プロセスによりコンタクトを形成する窒化膜サイドウォール付きゲートを有する半導体装置の製造方法において、オフセット窒化膜上に犠牲膜の付いたゲートを生成後、ストッパー窒化膜を堆積させ、サイドウォールエッチング後、絶縁膜を生成しCMP処理を施し、更に平坦化された前記ゲート上に層間絶縁膜を生成し、この層間絶縁膜生成後のCMP処理を省くようにしたものである。   [2] In a method of manufacturing a semiconductor device having a gate with a nitride film sidewall in which a contact is formed by a self-alignment process, after forming a gate with a sacrificial film on the offset nitride film, a stopper nitride film is deposited, After the etching, an insulating film is generated and subjected to a CMP process. Further, an interlayer insulating film is generated on the planarized gate, and the CMP process after the generation of the interlayer insulating film is omitted.

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。   According to the present invention, the following effects can be achieved.

(A)ストッパー窒化膜肩部の形状がほぼ垂直化され、コンタクトホールエッチングでの窒化膜の後退を低減することができる。これにより、コンタクトホールのエッチング時間のマージンを大きくすることができ、マイクロローディング効果の影響を受けやすい微細SAC構造やプロセス条件でもエッチング時間を延ばすことによりエッチングが可能となる。さらに、窒化膜/酸化膜の選択比もあがるので窒化膜を薄膜化することができる。   (A) The shape of the shoulder of the stopper nitride film is substantially vertical, and the recession of the nitride film due to contact hole etching can be reduced. As a result, the margin of the contact hole etching time can be increased, and etching can be performed by extending the etching time even in a fine SAC structure and process conditions that are easily affected by the microloading effect. Further, since the nitride film / oxide film selectivity increases, the nitride film can be made thinner.

(B)上記(A)におけるCMP工程をサイドウォールエッチング前に行うのではなく、サイドウォールエッチング後に行うことで、コンタクトホールエッチングによる窒化膜肩部の後退を更に低減することができる。   (B) The CMP step in (A) above is not performed before the sidewall etching, but is performed after the sidewall etching, whereby the recess of the nitride film shoulder due to the contact hole etching can be further reduced.

また、サイドウォールエッチング後にCMP処理を行うため、オフセット窒化膜(ゲート上)の膜厚を考慮しつつ、窒化膜肩部の垂直化に必要なCMP研磨量を設定することができる。   Further, since the CMP process is performed after the sidewall etching, it is possible to set the CMP polishing amount necessary for verticalizing the shoulder of the nitride film in consideration of the thickness of the offset nitride film (on the gate).

(C)CMP処理前にウエハ全面に絶縁膜を生成することにより、パターン密度による研磨量の不均一を抑制することができる。   (C) By forming an insulating film on the entire surface of the wafer before the CMP process, non-uniform polishing amount due to pattern density can be suppressed.

また、従来のプロセスにおいて層間絶縁膜生成後に行われているCMP処理をサイドウォール垂直化時に行うことによって、総工程数を変えることなく、工程の順序を変えただけで窒化膜サイドウォール形状の垂直化と層間絶縁膜の平坦化を同時に行うことができる。   In addition, by performing the CMP process performed after the generation of the interlayer insulating film in the conventional process at the time of verticalizing the sidewalls, the vertical shape of the nitride sidewalls can be changed only by changing the order of the steps without changing the total number of steps. And planarization of the interlayer insulating film can be performed simultaneously.

更に、これにより層間絶縁膜の厚さをCMP研磨率ではなく、層間絶縁膜の堆積率によって設定することができ、より緻密な膜厚の制御が可能となる。   Further, this allows the thickness of the interlayer insulating film to be set not by the CMP polishing rate but by the deposition rate of the interlayer insulating film, thereby enabling more precise control of the film thickness.

(D)ゲート形成前にオフセット窒化膜上に犠牲膜を生成し、その後、ゲートエッチングを行いゲートを形成することにより、CMP処理時の膜質による研磨量の均一性を上げることができる。CMP処理では同時にサイドウォール窒化膜も研磨されるが、上記(C)に比べ、ウエハ内の研磨量の膜質による差は小さいものとなる。上記(C)同様、層間絶縁膜の平坦化と同時にCMP後に層間絶縁膜を生成することによって、層間絶縁膜厚の制御も絶縁膜の堆積率により可能となる。   (D) By forming a sacrificial film on the offset nitride film before forming the gate and then performing gate etching to form the gate, the uniformity of the polishing amount due to the film quality during the CMP process can be improved. In the CMP process, the sidewall nitride film is also polished at the same time, but compared with the above (C), the difference in the polishing amount in the wafer due to the film quality is small. As in the case of (C), the interlayer insulating film is formed after the CMP at the same time as the planarization of the interlayer insulating film, whereby the interlayer insulating film thickness can be controlled by the deposition rate of the insulating film.

(E)SAC構造の欠点であるワードライン平行方向への合わせがストッパー窒化膜によって保証される。サイドウォールエッチング後に窒化膜を生成するので、CMPによりゲート上のストッパー窒化膜は研磨されるが、ゲートの側壁と下地上には残る。この下地上に残った窒化膜によりコンタクトホールエッチングの際にアクティブ領域や素子分離領域が削られることはない。   (E) The alignment in the word line parallel direction, which is a defect of the SAC structure, is guaranteed by the stopper nitride film. Since the nitride film is formed after the sidewall etching, the stopper nitride film on the gate is polished by CMP, but remains on the side wall and the base of the gate. The active region and the element isolation region are not scraped by the nitride film remaining on the base during the contact hole etching.

本発明の自己整合プロセスによりコンタクトを形成する窒化膜サイドウォール付きゲートを有する半導体装置の製造方法は、オフセット窒化膜付きゲートを生成後、ストッパー窒化膜を堆積させ、サイドウォールエッチング後、絶縁膜を生成しCMP処理を施し、更に平坦化されたゲート上に層間絶縁膜を生成し、この層間絶縁膜生成後のCMP処理を省くようにしたものである。   A method of manufacturing a semiconductor device having a gate with a nitride film sidewall that forms a contact by a self-alignment process of the present invention includes: forming a gate with an offset nitride film; depositing a stopper nitride film; etching a sidewall; Then, a CMP process is performed, an interlayer insulating film is generated on the planarized gate, and the CMP process after the generation of the interlayer insulating film is omitted.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の第1実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。   FIG. 1 is a process diagram for forming a gate structure in a SAC process according to a first embodiment of the present invention.

(1)まず、図1(a)に示すように、ゲートを形成する前にシリコン基板10上にゲート(ゲート材)11を、そのゲート11上にオフセット窒化膜12を生成する。その後、ゲートエッチングを行い、オフセット窒化膜12付きのゲートを形成し、そのゲート上に窒化膜を堆積させる。オフセット窒化膜12の膜厚はCMP処理での膜減りを考慮して従来よりも厚くする。   (1) First, as shown in FIG. 1A, a gate (gate material) 11 is formed on a silicon substrate 10 and an offset nitride film 12 is formed on the gate 11 before forming the gate. Thereafter, gate etching is performed to form a gate with an offset nitride film 12, and a nitride film is deposited on the gate. The thickness of the offset nitride film 12 is made thicker than the conventional one in consideration of film thickness reduction in the CMP process.

(2)次に、ストッパー窒化膜13堆積後、図1(b)に示すように、イオンスパッタされやすい曲率を持つ窒化膜肩部を垂直化するため、ここで、CMP(化学的機械的研磨)処理を行う。   (2) Next, after depositing the stopper nitride film 13, as shown in FIG. 1B, in order to verticalize the shoulder of the nitride film having a curvature that is easily ion-sputtered, CMP (chemical mechanical polishing) is performed here. ) Process.

(3)その後、図1(c)に示すように、サイドウォール窒化膜エッチングを行い、窒化膜サイドウォール14を形成する。   (3) Thereafter, as shown in FIG. 1C, sidewall nitride film etching is performed to form nitride film sidewalls 14.

このように第1実施例によれば、ストッパー窒化膜(サイドウォール)肩部の形状がほぼ垂直化され、コンタクトホールエッチングでの窒化膜の後退を低減することができる。これにより、コンタクトホールのエッチング時間のマージンを大きくすることができ、マイクロローディング効果の影響を受けやすい微細SAC構造やプロセス条件でもエッチング時間を延ばすことによりエッチングが可能となる。さらに、窒化膜/酸化膜の選択比もあがるので窒化膜を薄膜化することができる。   As described above, according to the first embodiment, the shape of the shoulder portion of the stopper nitride film (side wall) is substantially vertical, and the recession of the nitride film due to contact hole etching can be reduced. As a result, the margin of the contact hole etching time can be increased, and etching can be performed by extending the etching time even in a fine SAC structure and process conditions that are easily affected by the microloading effect. Further, since the nitride film / oxide film selectivity increases, the nitride film can be made thinner.

次に、本発明の第2実施例について説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described.

図2は本発明の第2実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。   FIG. 2 is a process diagram for forming a gate structure in the SAC process according to the second embodiment of the present invention.

(1)まず、図2(a)に示すように、ゲートを形成する前にシリコン基板20上にゲート21を、このゲート21上にオフセット窒化膜22を生成する。その後、ゲートエッチングを行い、オフセット窒化膜22付きのゲートを形成し、そのゲート上にストッパー窒化膜23を堆積させる。オフセット窒化膜22の膜厚はCMP処理での膜減りを考慮して従来よりも厚くする。   (1) First, as shown in FIG. 2A, a gate 21 is formed on the silicon substrate 20 and an offset nitride film 22 is formed on the gate 21 before forming the gate. Thereafter, gate etching is performed to form a gate with an offset nitride film 22, and a stopper nitride film 23 is deposited on the gate. The thickness of the offset nitride film 22 is made thicker than before in consideration of film thickness reduction in the CMP process.

(2)次いで、図2(b)に示すように、ストッパー窒化膜を形成した後、サイドウォールエッチングにより、窒化膜サイドウォール24を形成する。   (2) Next, as shown in FIG. 2B, after forming a stopper nitride film, a nitride film sidewall 24 is formed by sidewall etching.

(3)次に、図2(c)に示すように、CMP処理をサイドウォールエッチング後に行なう。   (3) Next, as shown in FIG. 2C, the CMP process is performed after the sidewall etching.

このように第2実施例では、CMP処理を窒化膜サイドウォールエッチング前でなく、窒化膜サイドウォールエッチング後に行う。第1実施例のように、窒化膜堆積後CMP処理を行い、その後サイドウォールエッチングを行う方法では、CMP処理で垂直化したストッパー窒化膜がサイドウォールエッチングによって再び曲率を持つ形状になることが考えられる。   As described above, in the second embodiment, the CMP process is performed not after the nitride film sidewall etching but after the nitride film sidewall etching. In the method of performing the CMP process after depositing the nitride film and then performing the sidewall etching as in the first embodiment, it is considered that the stopper nitride film verticalized by the CMP process has a curvature again by the sidewall etching. It is done.

したがって、第2実施例のように、CMP処理をサイドウォールエッチング後に行えば、その形状がストッパー窒化膜の最終形状、最終膜厚となるため、より垂直な窒化膜サイドウォールの形成が可能となる。   Therefore, if the CMP process is performed after sidewall etching as in the second embodiment, the shape becomes the final shape and final film thickness of the stopper nitride film, so that a more vertical nitride film sidewall can be formed. .

このように第2実施例によれば、CMP工程をサイドウォールエッチング前に行うのではなく、サイドウォールエッチング後に行うことで、コンタクトホールエッチングによる窒化膜肩部の後退を更に低減することができる。   As described above, according to the second embodiment, the CMP process is not performed before the sidewall etching, but is performed after the sidewall etching, so that the recess of the nitride film shoulder due to the contact hole etching can be further reduced.

また、サイドウォールエッチング後にCMP処理を行うため、オフセット窒化膜(ゲート上)の膜厚を考慮しつつ、窒化膜肩部の垂直化に必要なCMP研磨量を設定することができる。   Further, since the CMP process is performed after the sidewall etching, it is possible to set the CMP polishing amount necessary for verticalizing the shoulder of the nitride film in consideration of the thickness of the offset nitride film (on the gate).

次に、本発明の第3実施例について説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described.

図3は本発明の第3実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。   FIG. 3 is a process diagram for forming a gate structure in the SAC process according to the third embodiment of the present invention.

(1)まず、図3(a)に示すように、ゲートを形成する前にシリコン基板30上にゲート31を、このゲート31上にオフセット窒化膜32を生成する。その後、ゲートエッチングを行い、オフセット窒化膜32付きのゲート31を形成し、そのゲート31上に窒化膜を堆積させる。オフセット窒化膜32の膜厚はCMP処理での膜減りを考慮して従来よりも厚くする。次に、ストッパー窒化膜(図示なし)を形成した後、サイドウォールエッチングにより、窒化膜サイドウォール33を形成する。そして、その上に絶縁膜34を堆積する。   (1) First, as shown in FIG. 3A, a gate 31 is formed on the silicon substrate 30 and an offset nitride film 32 is formed on the gate 31 before forming the gate. Thereafter, gate etching is performed to form a gate 31 with an offset nitride film 32, and a nitride film is deposited on the gate 31. The thickness of the offset nitride film 32 is made thicker than the conventional one in consideration of film thickness reduction in the CMP process. Next, after forming a stopper nitride film (not shown), a nitride film sidewall 33 is formed by sidewall etching. Then, an insulating film 34 is deposited thereon.

(2)次いで、図3(b)に示すように、CMP処理を行い、窒化膜サイドウォール33を有するゲートを形成する。   (2) Next, as shown in FIG. 3B, a CMP process is performed to form a gate having the nitride film side wall 33.

(3)次に、図3(c)に示すように、層間絶縁膜36を形成し、その後、レジストを塗布して、コンタクトホールを形成するためのレジストパターン37を形成する。   (3) Next, as shown in FIG. 3C, an interlayer insulating film 36 is formed, and then a resist is applied to form a resist pattern 37 for forming contact holes.

前記第2実施例におけるCMP処理において、パターン密度により研磨量のウエハ内不均一が生じることが考えられる。そこで、第3実施例ではこの問題を防止するため、サイドウォールエッチング後、CMP処理前にウエハ全面に絶縁膜34を生成する。これによって、パターン密度による研磨量のウエハ内不均一性は減少する。また、CMP処理後に層間絶縁膜36を生成することによって層間絶縁膜36生成後にCMP処理を行わなくても、平坦化を期待することができる。   In the CMP process in the second embodiment, it is conceivable that non-uniformity of the polishing amount in the wafer occurs due to the pattern density. Therefore, in the third embodiment, in order to prevent this problem, the insulating film 34 is formed on the entire surface of the wafer after the sidewall etching and before the CMP process. This reduces the non-uniformity of the polishing amount in the wafer due to the pattern density. Further, by forming the interlayer insulating film 36 after the CMP process, planarization can be expected without performing the CMP process after the generation of the interlayer insulating film 36.

このように第3実施例によれば、CMP処理前にウエハ全面に絶縁膜を生成することにより、パターン密度による研磨量の不均一を抑制することができる。また、従来のプロセスにおいて層間絶縁膜生成後に行われているCMP処理をサイドウォール垂直化時に行うことによって、総工程数を変えることなく、工程の順序を変えただけで窒化膜サイドウォール形状の垂直化と層間絶縁膜の平坦化を同時に行うことができる。   As described above, according to the third embodiment, by forming the insulating film on the entire surface of the wafer before the CMP process, it is possible to suppress non-uniform polishing amount due to the pattern density. In addition, by performing the CMP process performed after the generation of the interlayer insulating film in the conventional process at the time of verticalizing the sidewalls, the vertical shape of the nitride sidewalls can be changed only by changing the order of the steps without changing the total number of steps. And planarization of the interlayer insulating film can be performed simultaneously.

更に、これにより層間絶縁膜の厚さをCMP研磨率ではなく、層間絶縁膜の堆積率によって設定することができ、より緻密な膜厚の制御が可能となる。   Further, this allows the thickness of the interlayer insulating film to be set not by the CMP polishing rate but by the deposition rate of the interlayer insulating film, thereby enabling more precise control of the film thickness.

次に、本発明の第4実施例について説明する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

図4は本発明の第4実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。   FIG. 4 is a process diagram for forming a gate structure in the SAC process according to the fourth embodiment of the present invention.

(1)まず、図4(a)に示すように、ゲートを形成する前にシリコン基板40上のゲート41上にオフセット窒化膜42を生成し、その上に犠牲膜43を形成する。その後、ゲートエッチングを行い、ストッパー窒化膜(図示なし)を形成した後、サイドウォールエッチングにより、窒化膜サイドウォール44を形成する。そして、その上に絶縁膜45を堆積する。   (1) First, as shown in FIG. 4A, before forming the gate, an offset nitride film 42 is formed on the gate 41 on the silicon substrate 40, and a sacrificial film 43 is formed thereon. Thereafter, gate etching is performed to form a stopper nitride film (not shown), and then a nitride film sidewall 44 is formed by sidewall etching. Then, an insulating film 45 is deposited thereon.

(2)次いで、図4(b)に示すように、CMP処理を行い、窒化膜サイドウォール44を有するゲートを形成する。   (2) Next, as shown in FIG. 4B, a CMP process is performed to form a gate having a nitride film sidewall 44.

(3)次に、図4(c)に示すように、層間絶縁膜47を形成し、その後、レジストを塗布して、コンタクトホールを形成するためのレジストパターン48を形成する。   (3) Next, as shown in FIG. 4C, an interlayer insulating film 47 is formed, and then a resist is applied to form a resist pattern 48 for forming a contact hole.

前記第3実施例におけるCMP処理において、膜質により研磨量の不均一が生じることが懸念される。前記第2実施例のようにサイドウォールエッチング後にCMP処理を行う場合、オフセット窒化膜(ゲート上)の残膜厚をCMPの研磨量によって設定することができるので、膜質による研磨量の差を減らすため、オフセット窒化膜を薄膜化し、CMP処理前にウエハ全面に生成する絶縁膜と同様の犠牲膜をオフセット窒化膜上に生成する。ゲートエッチングを行いゲートを形成し、第3実施例と同様に、ストッパー窒化膜堆積、サイドウォール窒化膜エッチング、絶縁膜生成、CMPの工程を経て、平坦化された構造上に層間絶縁膜を生成する。   In the CMP process in the third embodiment, there is a concern that the polishing amount may be non-uniform due to the film quality. When the CMP process is performed after the sidewall etching as in the second embodiment, the residual film thickness of the offset nitride film (on the gate) can be set by the CMP polishing amount, thereby reducing the difference in polishing amount due to the film quality. Therefore, the offset nitride film is thinned, and a sacrificial film similar to the insulating film formed on the entire surface of the wafer before the CMP process is formed on the offset nitride film. Gate etching is performed to form an interlayer insulating film on the planarized structure through stopper nitride film deposition, sidewall nitride film etching, insulating film generation, and CMP processes, as in the third embodiment. To do.

このように第4実施例によれば、ゲート形成前にオフセット窒化膜42上に犠牲膜43を生成し、その後、ゲートエッチングを行いゲートを形成することにより、CMP処理時の膜質による研磨量の均一性を上げることができる。CMP処理では同時に窒化膜サイドウォールも研磨されるが、第3実施例に比べ、ウエハ内の研磨量の膜質による差は小さいものとなる。第3実施例同様、層間絶縁膜の平坦化と同時にCMP後に層間絶縁膜を生成することによって、層間絶縁膜厚の制御も絶縁膜の堆積率により可能となる。   As described above, according to the fourth embodiment, the sacrificial film 43 is formed on the offset nitride film 42 before forming the gate, and then the gate is formed by performing gate etching. Uniformity can be increased. In the CMP process, the nitride film sidewall is also polished at the same time, but the difference in the polishing amount in the wafer due to the film quality is small as compared with the third embodiment. As in the third embodiment, the interlayer insulating film is formed after CMP at the same time as the planarization of the interlayer insulating film, so that the interlayer insulating film thickness can be controlled by the deposition rate of the insulating film.

次に、本発明の第5実施例について説明する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.

図5は本発明の第5実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。   FIG. 5 is a process diagram for forming a gate structure in the SAC process according to the fifth embodiment of the present invention.

(1)まず、図5(a)に示すように、ゲートを形成する前にシリコン基板50上のゲート51上にオフセット窒化膜52を生成する。その後、ゲートエッチングを行い、ストッパー窒化膜(図示なし)を形成した後、サイドウォールエッチングにより、窒化膜サイドウォール53を形成する。また、その上に薄膜化された窒化膜54を形成する。   (1) First, as shown in FIG. 5A, an offset nitride film 52 is formed on the gate 51 on the silicon substrate 50 before the gate is formed. Thereafter, gate etching is performed to form a stopper nitride film (not shown), and then a nitride film sidewall 53 is formed by sidewall etching. Further, a thinned nitride film 54 is formed thereon.

(2)次いで、図5(b)に示すように、CMP処理を行い、窒化膜サイドウォール53を有するゲートを形成する。   (2) Next, as shown in FIG. 5B, a CMP process is performed to form a gate having a nitride film side wall 53.

これまで述べてきたSAC構造では、ワードラインに垂直方向に対するホトリソの合わせずれを吸収することはできるが、ワードラインの平行方向に対して構造的な利点はない。そこでサイドウォールエッチング後にストッパーとして窒化膜を薄く生成し、その後、CMP処理を行いサイドウォールの垂直化を図る。CMP後に窒化膜を生成しても良いが窒化膜肩部が曲率を持つことになるので、ストッパーとしての窒化膜54を薄膜化することが重要となる。   The SAC structure described so far can absorb the misalignment of photolithography in the direction perpendicular to the word line, but has no structural advantage in the parallel direction of the word line. Therefore, a thin nitride film is formed as a stopper after the sidewall etching, and then a CMP process is performed to make the sidewall vertical. A nitride film may be formed after CMP, but the shoulder of the nitride film has a curvature, so it is important to reduce the thickness of the nitride film 54 as a stopper.

このように第5実施例によれば、SAC構造の欠点であるワードライン平行方向への合わせがストッパー窒化膜によって保証される。サイドウォールエッチング後に窒化膜を生成するので、CMPによりゲート上のストッパー窒化膜は研磨されるが、ゲートの側壁と下地上には残る。この下地上に残った窒化膜によりコンタクトホールエッチングの際にアクティブ領域や素子分離領域が削られることはない。   Thus, according to the fifth embodiment, alignment in the word line parallel direction, which is a defect of the SAC structure, is guaranteed by the stopper nitride film. Since the nitride film is formed after the sidewall etching, the stopper nitride film on the gate is polished by CMP, but remains on the side wall and the base of the gate. The active region and the element isolation region are not scraped by the nitride film remaining on the base during the contact hole etching.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。   In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

本発明の半導体装置の製造方法は、窒化膜サイドウォール付きゲートを有する半導体装置の製造方法として利用することができる。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be used as a method for manufacturing a semiconductor device having a gate with a nitride film sidewall.

本発明の第1実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。It is a formation process figure of the gate structure in the SAC process which shows the 1st example of the present invention. 本発明の第2実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。It is a formation process figure of the gate structure in the SAC process which shows the 2nd example of the present invention. 本発明の第3実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。It is a formation process figure of the gate structure in the SAC process which shows the 3rd example of the present invention. 本発明の第4実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。It is a formation process figure of the gate structure in the SAC process which shows the 4th example of the present invention. 本発明の第5実施例を示すSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。It is a formation process figure of the gate structure in the SAC process which shows the 5th example of the present invention. 従来のSACプロセスでのゲート構造の形成工程図である。It is a formation process figure of the gate structure in the conventional SAC process. 従来技術の問題点説明図である。It is explanatory drawing of the problem of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols


10,20,30,40,50 シリコン基板
11,21,31,41,51 ゲート
12,22,32,42,52 オフセット窒化膜
13,23 ストッパー窒化膜
14,24,33,44,53 窒化膜サイドウォール
34,45 絶縁膜
36,47 層間絶縁膜
37,48 レジストパターン
43 犠牲膜
54 薄膜化された窒化膜

10, 20, 30, 40, 50 Silicon substrate 11, 21, 31, 41, 51 Gate 12, 22, 32, 42, 52 Offset nitride film 13, 23 Stopper nitride film 14, 24, 33, 44, 53 Nitride film Side walls 34, 45 Insulating film 36, 47 Interlayer insulating film 37, 48 Resist pattern 43 Sacrificial film 54 Thinned nitride film

Claims (2)

自己整合プロセスによりコンタクトを形成する窒化膜サイドウォール付きゲートを有する半導体装置の製造方法において、
オフセット窒化膜付きゲートを生成後、ストッパー窒化膜を堆積させ、サイドウォールエッチング後、絶縁膜を生成しCMP処理を施し、更に平坦化された前記ゲート上に層間絶縁膜を生成し、該層間絶縁膜生成後のCMP処理を省くことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a semiconductor device having a gate with a nitride film sidewall that forms a contact by a self-alignment process,
After generating a gate with an offset nitride film, a stopper nitride film is deposited, sidewall etching is performed, an insulating film is generated and CMP is performed, and an interlayer insulating film is generated on the planarized gate, and the interlayer insulating film is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein CMP processing after film formation is omitted.
自己整合プロセスによりコンタクトを形成する窒化膜サイドウォール付きゲートを有する半導体装置の製造方法において、
オフセット窒化膜上に犠牲膜の付いたゲートを生成後、ストッパー窒化膜を堆積させ、サイドウォールエッチング後、絶縁膜を生成しCMP処理を施し、更に平坦化された前記ゲート上に層間絶縁膜を生成し、該層間絶縁膜生成後のCMP処理を省くことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a semiconductor device having a gate with a nitride film sidewall that forms a contact by a self-alignment process,
After generating a gate with a sacrificial film on the offset nitride film, a stopper nitride film is deposited, sidewall etching is performed, an insulating film is generated and CMP is performed, and an interlayer insulating film is formed on the planarized gate. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that a CMP process after the generation and the interlayer insulating film is omitted is omitted.
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