JP2009164391A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に係る発明であり、特に、トランジスタが有するソース・ドレイン領域と上層に配設される配線とを電気的に接続するコンタクトプラグを有する半導体装置、および当該半導体装置の製造方法に適用することができる。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and in particular, a semiconductor device having a contact plug that electrically connects a source / drain region of a transistor and a wiring disposed in an upper layer, and The present invention can be applied to the manufacturing method of the semiconductor device.
従来より、トランジスタのソース・ドレイン領域と配線とを電気的に接続するコンタクトプラグを有する、半導体装置が存在する(たとえば、特許文献1)。当該配設は、トランジスタを構成するゲート電極より上方に配設される。したがって、当該コンタクトプラグは、半導体基板からゲート電極より高い位置に至って形成される。当該半導体装置は、次のような工程で形成される。 Conventionally, there is a semiconductor device having a contact plug that electrically connects a source / drain region of a transistor and a wiring (for example, Patent Document 1). The arrangement is arranged above the gate electrode constituting the transistor. Therefore, the contact plug is formed from the semiconductor substrate to a position higher than the gate electrode. The semiconductor device is formed by the following process.
まず、半導体基板の上面内にトランジスタを形成する。次に、ゲート電極を覆うように、層間絶縁膜を半導体基板上に形成する。つまり、当該層間絶縁膜の上面は、ゲート電極の上面より高い位置に存する。次に、当該層間絶縁膜に対して、上面からソース・ドレイン領域に至るコンタクトホールを形成する。その後、当該コンタクトホールに、導電材料を充填することにより、層間絶縁膜にコンタクトプラグが形成される。 First, a transistor is formed in the upper surface of the semiconductor substrate. Next, an interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode. That is, the upper surface of the interlayer insulating film is located higher than the upper surface of the gate electrode. Next, contact holes extending from the upper surface to the source / drain regions are formed in the interlayer insulating film. Thereafter, a contact plug is formed in the interlayer insulating film by filling the contact hole with a conductive material.
しかし、デバイスの高集積化に伴い、トランジスタのソース・ドレイン領域が縮小され、コンタクトプラグ径も縮小されてきた。このように、コンタクトプラグの径が小さくなるに従い、コンタクトプラグの抵抗は無視できない程に高くなってきた。当該コンタクトプラグの高抵抗化に伴い、トランジスタの駆動電流を減少させることもある。しかし、当該駆動電流の減少は、性能劣化の原因となる。したがって、デバイスの高集積化に伴うコンタクトプラグの高抵抗化は、大きな問題となっている。 However, with the high integration of devices, the source / drain regions of transistors have been reduced, and the contact plug diameter has also been reduced. Thus, as the diameter of the contact plug becomes smaller, the resistance of the contact plug has become higher than can be ignored. As the contact plug increases in resistance, the transistor drive current may be reduced. However, the decrease in the drive current causes performance degradation. Therefore, the increase in resistance of the contact plug accompanying the high integration of the device is a big problem.
また、コンタクトプラグ抵抗の低減のためには、コンタクトホールに電気抵抗率が小さい材質を埋め込むことが有効である。そこで、コンタクトプラグの材料として、銅を用いることも考えられる。しかし、当該銅から成るコンタクトプラグは、半導体基板に形成されたソース・ドレイン領域上に直接形成される。したがって、その後の熱処理により、銅がソース・ドレイン領域へと拡散してしまう。このように、ソース・ドレイン領域に銅が拡散すると、接合を破壊するという問題が生じる。なお、バリアメタルを形成したとしても、当該バリアメタルにより、完全に銅の拡散を防止出来ない。 In order to reduce the contact plug resistance, it is effective to embed a material having a low electrical resistivity in the contact hole. Therefore, it is conceivable to use copper as the material for the contact plug. However, the contact plug made of copper is directly formed on the source / drain regions formed in the semiconductor substrate. Therefore, copper is diffused into the source / drain regions by the subsequent heat treatment. Thus, when copper diffuses into the source / drain regions, there arises a problem that the junction is broken. Even if a barrier metal is formed, copper diffusion cannot be completely prevented by the barrier metal.
なお、コンタクトプラグの抵抗を低減する方法として、コンタクトプラグ高さを低くする構成も考えられる。しかし、コンタクトプラグの高を低くすることは、当該コンタクトプラグが形成される層間絶縁膜厚も薄くなる。そして、層間絶縁膜厚が薄くなると、上下層間の配線間容量等において問題が生じ、当該構成も妥当では無い。 As a method for reducing the resistance of the contact plug, a configuration in which the height of the contact plug is lowered is also conceivable. However, reducing the height of the contact plug also reduces the thickness of the interlayer insulating film on which the contact plug is formed. When the interlayer insulating film thickness is reduced, a problem arises in the inter-wiring capacitance between the upper and lower layers, and the configuration is not appropriate.
そこで、本発明は、たとえデバイスが高集積化されたとしても、コンタクトプラグの高抵抗化を抑制することができ、また当該コンタクトプラグの構成材料のソース・ドレイン領域への拡散が起こらず、かつ簡略な製造プロセスにより作製可能な半導体装置、および当該半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can suppress the increase in resistance of the contact plug even if the device is highly integrated, and the diffusion of the constituent material of the contact plug into the source / drain region does not occur. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can be manufactured by a simple manufacturing process and a method for manufacturing the semiconductor device.
本発明に係る1の実施の形態においては、半導体装置は、ゲート電極、第一の層間絶縁膜、第二の層間絶縁膜、第一のコンタクトプラグ、第二のコンタクトプラグを備えている。そして、第一の層間絶縁膜の上面位置とゲート電極の上面位置とは、同じ高さである。第一のコンタクトプラグは、第一の層間絶縁膜内に形成され、第一の電気抵抗率を有する。第二のコンタクトプラグは、第二の層間絶縁膜内に形成され、第一の電気抵抗率より低い第二の電気抵抗率を有する。 In one embodiment of the present invention, a semiconductor device includes a gate electrode, a first interlayer insulating film, a second interlayer insulating film, a first contact plug, and a second contact plug. The upper surface position of the first interlayer insulating film and the upper surface position of the gate electrode are the same height. The first contact plug is formed in the first interlayer insulating film and has a first electrical resistivity. The second contact plug is formed in the second interlayer insulating film and has a second electrical resistivity lower than the first electrical resistivity.
上記実施の形態によれば、簡略な製造プロセスにより製造可能で、コンタクトプラグの高抵抗化を抑制することができ、また当該コンタクトプラグの構成材料の電極領域への拡散を防止することができる半導体装置を提供できる。 According to the above embodiment, a semiconductor that can be manufactured by a simple manufacturing process, can suppress the increase in resistance of the contact plug, and can prevent diffusion of the constituent material of the contact plug into the electrode region. Equipment can be provided.
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
<
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment.
当該半導体装置は、シリコンから成る半導体基板1の上面内において、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field effect transistor:以下単に、トランジスタと称する)Tr1が形成されている。トランジスタTr1は、半導体基板1の表面内に形成された素子分離絶縁膜2により画定された領域に形成されている。つまり、トランジスタTr1は、素子分離絶縁膜2により、隣接する他の半導体素子と電気的に分離されている。また、トランジスタTr1は、ゲート構造G1およびソース・ドレイン領域(電極領域と把握できる)5を備えている。
In the semiconductor device, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor: hereinafter simply referred to as a transistor) Tr1 is formed in the upper surface of a
ゲート構造G1は、ゲート絶縁膜3とポリシリコンから成るゲート電極(第一のゲート電極と把握できる)4とが当該順に積層された積層体構造を有している。ゲート絶縁膜3は、半導体基板1の上面に形成されている。そして、ゲート電極4は、ゲート絶縁膜3を介して、半導体基板1上に形成されている。当該ゲート電極4の厚さ100nm程度である。なお、当該ゲート構造G1の両側面には、多層構造のサイドウォール膜SWが形成されている。具体的に、サイドウォール膜SWは、L字状のシリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜の積層構造である。
The gate structure G1 has a laminated structure in which a
ソース・ドレイン領域5は、ゲート構造G1の両脇における半導体基板1の表面内に形成されている。ソース・ドレイン領域5は、拡散深さが比較的浅い不純物拡散領域5aと、拡散深さが比較的深い不純物拡散領域5bとから成る2段構成である。なお、ソース・ドレイン領域の上面には、金属シリサイド膜6が形成されている。当該金属シリサイド膜6として、Ni(ニッケル)シリサイドの他に、Co(コバルト),Pt(白金),Ti(チタン),V(バナジウム),Pd(パラジウム),Hf(ハフニウム),Yb(イッテルビウム),Er(エルビウム),Mo(モリブデン),W(タングステン)等の金属を含むシリサイドであっても良い。
The source /
また、半導体基板1上には、第一の層間絶縁膜7が形成されている。当該第一の層間絶縁膜7の上面は、図1に示すように、ゲート電極4の上面と同じ位置である。換言すれば、第一の層間絶縁膜7の膜厚は、ゲート構造G1の高さと同じである。また、第一の層間絶縁膜7内において、第一のコンタクトプラグ8A,8Bが形成されている。両第一のコンタクトプラグ8A,8Bは、膜厚方向に第一の層間絶縁膜7を貫通するように形成されている。
A first interlayer
具体的に、両第一のコンタクトプラグ8A,8Bは、第一の層間絶縁膜7の上面からソース・ドレイン領域5(より具体的には、金属シリサイド膜6)に達して形成されている。つまり、第一のコンタクトプラグ8A,8Bの下面とソース・ドレイン領域5とは、電気的に接続されている。第一のコンタクトプラグ8Aは、第一の層間絶縁膜7を介して、ゲート構造G1の図面右側に形成されている。これに対して、第二のコンタクトプラグ8Bは、第一の層間絶縁膜7を介して、ゲート構造G1の図面左側に形成されている。なお、第一のコンタクトプラグ8Aは、後述するように、平面視において離れて形成された部材間を電気的に接続する配線としても機能しており、第一の層間絶縁膜7内において平面視方向に延設されている。
Specifically, both
ここで、本願において、「コンタクトプラグ」とは、上層部材と下層部材とを電気的に接続する部材であるとする。また、「配線」とは、平面視において水平方向に離れて形成された、部材間を接続する部材であるとする。 Here, in the present application, the “contact plug” is a member that electrically connects the upper layer member and the lower layer member. In addition, the “wiring” is a member that is formed in a horizontal direction apart from each other and that connects the members.
また、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは、最外側に形成されたバリアメタル膜8aと内側に形成されたタングステン(W)膜8bとから構成されている。また、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは、第一の電気抵抗率を有する。ここで、バリアメタル膜8aの膜厚は薄い。つまり、第一のコンタクトプラグ8A,8Bの大部分が、タングステン膜8bにより構成されている。
The
第一の層間絶縁膜7上には、第二の層間絶縁膜9が形成されている。当該第二の層間絶縁膜9内において、第二のコンタクトプラグ10が形成されている。第二のコンタクトプラグ10は、膜厚方向に第二の層間絶縁膜9を貫通するように形成されている。具体的に、第二のコンタクトプラグ10は、第二の層間絶縁膜9の上面から第一のコンタクトプラグ8A,8Bの上面に達して形成されている。つまり、第二のコンタクトプラグ10の下面と第一のコンタクトプラグ8A,8Bの上面とは、電気的に接続されている。
A second
また、第二のコンタクトプラグ10は、最外側に形成されたバリアメタル膜10aと内側に形成された銅(Cu)膜10bとから構成されている。また、第二のコンタクトプラグ10は、第二の電気抵抗率を有する。ここで、第二の電気抵抗率は、上記第一の電気抵抗率より低い。なお、バリアメタル膜10aの膜厚は薄い。つまり、第二のコンタクトプラグ10の大部分が、銅膜10bにより構成されている。
The
なお、当該バリアメタル膜10aとして、TaN(窒化タンタル)の単層またはTa(タンタル)とTaNとの積層を採用できる。その他に、バリアメタル膜10aとして、Ru(ルテニウム),W,Mn(マンガン)、またはこれらの窒化物、酸化物、珪化物等を採用することができる。
As the
第二の層間絶縁膜9上には、第三の層間絶縁膜11が形成されている。当該第三の層間絶縁膜11内において、銅配線12が配設されている。銅配線12の下面は、第二のコンタクトプラグ10の上面と電気的に接続されている。当該構成から分かるように、銅配線12とソース・ドレイン領域5とは、第一のコンタクトプラグ8A,8Bおよび第二のコンタクトプラグ10を介して、電気的に接続される。また、銅配線12は、最外側に形成されたバリアメタル膜12aと内側に形成された銅(Cu)膜12bとから構成されている。
A third
なお、銅配線12が配設される第三の層間絶縁膜11としては、シリコン酸化膜でも良いが、低比誘電率膜であることがより望ましい。たとえば、第三の層間絶縁膜11として、SiOC膜等と、SiCO、SiCNやSiN膜等とを組み合わせた低比誘電率膜を採用することができる。
The third
次に、図1に示した半導体装置の製造方法について、工程断面図を用いて詳細に説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to process cross-sectional views.
図2に示すように、シリコンから成る半導体基板1を用意する。そして、当該半導体基板1の表面内に、素子分離絶縁膜2を形成する。図2において、当該素子分離絶縁膜2により区画された領域が、トランジスタ形成領域である。
As shown in FIG. 2, a
次に、半導体基板1上に、絶縁膜(たとえば、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、ハフニウムシリケート等の高比誘電率膜)を形成する。次に、当該絶縁膜上に、ポリシリコン膜を形成する。次に、当該ポリシリコン膜上に、シリコン酸化膜を形成する。その後、絶縁膜、ポリシリコン膜およびシリコン酸化膜を、所定の形状にパターニングする。これにより、図3に示すように、トランジスタ形成領域の半導体基板1上に、ゲート絶縁膜3、ゲート電極4およびハードマスクHMから成る積層体が形成される。
Next, an insulating film (for example, a high dielectric constant film such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or hafnium silicate) is formed on the
次に、上部にハードマスクHMが形成されたゲート構造G1をマスクとして用いて、所定の導電型を有する不純物イオンを半導体基板1に注入する(第一のイオン注入)。当該第一のイオン注入を所望のエネルギーおよび所望の注入濃度条件で実施する。これにより、図4に示すように、ゲート構造G1の両脇における半導体基板1の表面内に、拡散深さが比較的浅い不純物拡散領域5aが形成される。
Next, impurity ions having a predetermined conductivity type are implanted into the
次に、ゲート絶縁膜3、ゲート電極4およびハードマスクHMから成る積層体を覆うように、半導体基板1上に、シリコン酸化膜s1を成膜する。当該シリコン酸化膜s1の膜厚は、比較的薄い。次に、シリコン酸化膜s1上に、シリコン窒化膜s2を成膜する。当該シリコン窒化膜s2の膜厚は、シリコン酸化膜s1の膜厚よりも厚めである。次に、当該シリコン酸化膜s1およびシリコン窒化膜s2に対して、異方性エッチング処理を施す。これにより、図5に示すように、ゲート電極4を含む積層体の両側面に、2層構造のサイドウォール膜SWが形成される。
Next, a silicon oxide film s1 is formed on the
次に、上部にハードマスクHM、両側面にサイドウォール膜SWが形成されたゲート構造G1をマスクとして用いて、所定の導電型を有する不純物イオンを半導体基板1に注入する(第二のイオン注入)。当該第二のイオン注入を所望のエネルギーおよび所望の注入濃度条件で実施する。これにより、図6に示すように、側面にサイドウォール膜SWが形成されたゲート構造G1の両脇における半導体基板1の表面内に、拡散深さが比較的深い不純物拡散領域5bが形成される。そして、不純物拡散領域5aと不純物拡散領域5bとにより、2段構造のソース・ドレイン領域5が形成される。
Next, impurity ions having a predetermined conductivity type are implanted into the
図6までの工程により、半導体基板1の上に形成されたゲート構造G1と、半導体基板1の表面内に形成されたソース・ドレインとを少なくとも有する、トランジスタTr1が形成される。
Through the steps up to FIG. 6, the transistor Tr <b> 1 having at least the gate structure G <b> 1 formed on the
次に、図6に示した構造体において、露出した半導体基板1上面に形成された自然酸化膜(図示せず)を除去する。その後、図6に示した構造体に対して、スパッタ法を施す。これにより、図7に示すように、ゲート電極4を含む積層体を覆うように、半導体基板1上に、例えばニッケル等からなる金属膜21を形成する。当該金属膜21の膜厚は、例えば10nm程度である。次に、金属膜21に対して、さらにスパッタ法を施す。これにより、図7に示すように、金属膜21上に酸化防止用のTiN膜22が形成される。当該TiN膜22の膜厚は、例えば10nm程度である。
Next, in the structure shown in FIG. 6, a natural oxide film (not shown) formed on the exposed upper surface of the
次に、周知のサリサイド法を施す。具体的に、図7に示した構造体に対して、250℃〜400℃の熱処理を施す。当該熱処理により、金属膜21と半導体基板1の表面のシリコンとが反応する。反応後の様子を図8に示す。図8に示すように、ソース・ドレイン領域5の表面内には、金属シリサイド膜6が形成される。なお、シリサイド化しなかった金属膜21とTiN膜22とは、硫酸と過酸化水素水の混合液等により除去される(図8)。
Next, a known salicide method is applied. Specifically, heat treatment at 250 ° C. to 400 ° C. is performed on the structure shown in FIG. By the heat treatment, the
次に、図8に示した構造体に対して、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を施す。これにより、ゲート電極4を含む積層体を覆うように、半導体基板1上に第一の層間絶縁膜7が形成される。当該第一の層間絶縁膜7は、シリコン酸化膜から成る。その後、第一の層間絶縁膜7およびハードマスクHMに対して、CMP(Chemical Mechanical Polishing) 法を施す。これにより、図9に示すように、第一の層間絶縁膜7が平坦化され、さらにハードマスクHMが除去される。図9に示すように、第一の層間絶縁膜7の上面と、ポリシリコンから成るゲート電極4の上面とが、面一となっている。換言すれば、第一の層間絶縁膜7の上面から、ゲート構造G1の上面が露出している。また、図9に示すように、ゲート電極4とゲート絶縁膜3とにより、ゲート構造G1が形成される。
Next, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is performed on the structure shown in FIG. Thereby, a first
次に、図9に示した構造体に対して、スパッタ法を施す。これにより、図10に示すように、第一の層間絶縁膜7上およびゲート電極4上に、ニッケル等の金属膜23が形成される。ここで、図10に示す工程までは、ゲート電極4はポリシリコンから成ることに注目すべきである。
Next, a sputtering method is performed on the structure shown in FIG. Thereby, as shown in FIG. 10, a
次に、図10に示した構造体に対して、サリサイド法を施す。これにより、図11に示す構造において、ゲート電極4はフルシリサイド化される。つまり、図11に示す構造において、ゲート電極4は、金属シリサイドから成る。その後、未反応の金属膜23を除去する。これにより、第一の層間絶縁膜7の上面から、フルシリサイド化されたゲート電極4の上面を再度露出させる。つまり、第一の層間絶縁膜7の上面と、フルシリサイド化されたゲート電極4の上面とは、面一である。
Next, the salicide method is performed on the structure shown in FIG. Thereby, in the structure shown in FIG. 11, the
次に、リソグラフィーおよびエッチングの組み合わせにより、第一の層間絶縁膜7に、トレンチ7aおよびコンタクトホール7bを形成する(図12)。ここで、トレンチ7aおよびコンタクトホール7bは共に、第一の層間絶縁膜7の上面から半導体基板1の上面(より具体的には、ソース・ドレイン領域(電極領域)5)に至って、貫通して形成されている。
Next, a trench 7a and a contact hole 7b are formed in the first
トレンチ7aは、第一の層間絶縁膜7を介して、ゲート構造G1の図面右側に形成されている。図12に示すように、トレンチ7aの底部からは、素子分離絶縁膜2および金属シリサイド膜6が露出している。また、トレンチ7aは、第一の層間絶縁膜7内において延設されている。他方、コンタクトホール7bは、第一の層間絶縁膜7を介して、ゲート構造G1の図面左側に形成されている。図12に示すように、コンタクトホール7bの底部からは、金属シリサイド膜6が露出している。また、コンタクトホール7bは、トレンチ7aのように第一の層間絶縁膜7内において延設されているのでは無く、平面視において島状に形成されている。
The trench 7a is formed on the right side of the drawing of the gate structure G1 with the first
なお、トレンチ7aおよびコンタクトホール7bは共に、第一の層間絶縁膜7を貫通して形成されている。よって、本明細書において、トレンチ7aおよびコンタクトホール7bは共に、第一のコンタクトホール7a,7bと称する。
Both the trench 7a and the contact hole 7b are formed so as to penetrate the first
次に、第一のコンタクトホール7a,7bの底面から露出している部分に存在する自然酸化膜を除去する。その後、当該第一のコンタクトホール7a,7b内に、第一のコンタクトプラグ8A,8Bを形成する。ここで、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは共に、第一の電気抵抗率を有する。 Next, the natural oxide film present in the portions exposed from the bottom surfaces of the first contact holes 7a and 7b is removed. Thereafter, first contact plugs 8A and 8B are formed in the first contact holes 7a and 7b. Here, the first contact plugs 8A and 8B both have the first electrical resistivity.
具体的に、図12に示す構造体に対してスパッタ法若しくはCVD法を施す。これにより、第一のコンタクトホール7a,7bの両側面部および底面と、第一の層間絶縁膜7の上面と、ゲート電極4の上面に、TiとTiNとから成る積層膜のバリアメタル膜8aを成膜する。当該バリアメタル膜8aの膜厚は、例えば5〜10nm程度である。その後、バリアメタル膜8aに対してCVD法を施す。これにより、バリアメタル8a上に、タングステン膜8bを成膜する。その後、バリアメタル膜8aおよびタングステン膜8bに対して、CMP法を施す。
Specifically, sputtering or CVD is performed on the structure shown in FIG. Thereby, the
これにより、第一のコンタクトホール7a,7bにのみ、バリアメタル膜8aおよびタングステン膜8bを残存させる。つまり、図13に示すように、ゲート電極4および第一の層間絶縁膜7を再び露出させ、第一のコンタクトホール7a,7bには、第一のコンタクトプラグ8A,8Bが形成される。図13の構成に示すように、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは共に、バリヤメタル8aとタングステン膜8bの積層構造である。なお、上記の通り、第一のコンタクトプラグ8A,8Bのほとんどがタングステン膜8bで構成されている。
Thereby, the
図14は、図13に示す製造途中の半導体装置の平面図である。図14に示すように、図面右側には、第一の層間絶縁膜7内に延設された、配線として機能する第一のコンタクトプラグ8Aが形成される。図13に示すように、配線として機能する第一のコンタクトプラグ8Aは、素子分離絶縁膜2に至って配設されている。当該配線として機能する第一のコンタクトプラグ8Aにより、平面視において離れて形成された部材間(図1では、ソース・ドレイン領域5と第二のコンタクトプラグ10)を電気的に接続される。
FIG. 14 is a plan view of the semiconductor device shown in FIG. As shown in FIG. 14, on the right side of the drawing, a
他方、図面左側には、第一の層間絶縁膜7内に島状に形成された、第一のコンタクトプラグ8Bが存在する。なお、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは共に、ソース・ドレイン領域5と第一の層間絶縁膜7の上面に存在する部材とを電気的に接続する、コンタクトプラグとして機能する。したがって、本発明では、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは共に、コンタクトプラグと称している。
On the other hand, a
次に、図13に示す構造体に対してCVD法を施す。これにより、図15に示すように、第一の層間絶縁膜7上および第一のコンタクトプラグ8A,8B上に、第二の層間絶縁膜9を形成する。第二の層間絶縁膜9として、たとえばシリコン酸化膜を採用することができる。
Next, a CVD method is performed on the structure shown in FIG. Thereby, as shown in FIG. 15, the second
次に、リソグラフィーおよびエッチングの組み合わせにより、第二の層間絶縁膜9に、第二のコンタクトホール9aを形成する(図16)。ここで、各第二のコンタクトホール9aは、第二の層間絶縁膜9の上面から第一の層間絶縁膜7の上面(より具体的には、第一のコンタクトプラグ8A,8B)に至って、貫通して形成されている。
Next, a
図面右側に形成されている第二のコンタクトホール9aの底部からは、コンタクトプラグおよび配線として機能する第一のコンタクトプラグ8Aの上面が露出している。他方、図面左側に形成されている第二のコンタクトホール9aの底部からは、コンタクトプラグとして機能する第一のコンタクトプラグ8Bの上面が露出している。
From the bottom of the
次に、第二のコンタクトホール9a内に、第二のコンタクトプラグ10を形成する。ここで、第二のコンタクトプラグ10は共に、第二の電気抵抗率を有する。なお、当該第二の電気抵抗率は、第一のコンタクトプラグ8A,8Bが有する第一の電気抵抗率よりも小さい(低い)。
Next, a
具体的に、図16に示す構造体に対してCVD法若しくはスパッタ法を施す。これにより、第二のコンタクトホール9aの両側面部および底面と、第二の層間絶縁膜9の上面とに、TaとTaNとから成る積層膜のバリアメタル膜10aを成膜する。当該バリアメタル膜10aの膜厚は、例えば5〜10nm程度である。その後、バリアメタル膜10aに対してスパッタ法を施す。これにより、バリアメタル10a上に、シード層として、銅若しくはルテニウムを形成する。その後、メッキ法を実施することにより、銅膜10bを成膜する。その後、バリアメタル膜10aおよび銅膜10bに対して、CMP法を施す。
Specifically, a CVD method or a sputtering method is performed on the structure shown in FIG. Thus, a
これにより、第二のコンタクトホール9aにのみ、バリアメタル膜10aおよび銅膜10bを残存させる。つまり、図17に示すように、第二の層間絶縁膜9を再び露出させ、第二のコンタクトホール9aは、第二のコンタクトプラグ10が形成される。図17の構成に示すように、第二のコンタクトプラグ10は共に、バリヤメタル10aと銅膜10bの積層構造である。なお、上記の通り、第二のコンタクトプラグ10のほとんどが銅膜10bで構成されている。
Thereby, the
なお、図17に示すように、図面右側の第二のコンタクトプラグ10は、第一のコンタクトプラグ8Aと電気的に接続される。他方、図面左側の第二のコンタクトプラグ10は、第一のコンタクトプラグ8Bと電気的に接続される。つまり、第二のコンタクトプラグ10は共に、第一のコンタクトプラグ8A,8Bと、より上層に形成された部材とを電気的に接続する、コンタクトプラグとして機能する。
As shown in FIG. 17, the
その後、CVD法により、第二の層間絶縁膜9上に、シリコン酸化膜等から成る第三の層間絶縁膜11を形成する。そして、トレンチ形成、スパッタ法、メッキ法等を実施することにより、当該第三の層間絶縁膜11に、銅配線12を配設する(図1参照)。ここで、銅配線12は、バリアメタル膜12aと銅膜12bとの積層構造である。また、銅配線12の下面は、第二のコンタクトプラグ12の上面と接続されている。したがって、第一のコンタクトプラグ8A,8Bおよび第二のコンタクトプラグ10を介して、ソース・ドレイン領域5と銅配線12とは電気的に接続される。
Thereafter, a third
以上により、図1に示す構造を有する半導体装置が完成する。 Thus, the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 is completed.
なお、上記では、ゲート電極4のフルシリサイド化について言及した。しかし、ゲート電極4のサリサイド化(即ちゲート電極4の表面のみシリサイド化するプロセス)であっても良い。当該サリサイド化を適用する場合には、ハードマスクHMの形成を省略し、ゲート電極4の上面が露出した状態で、図7で説明したシリサイド化を実施すれば良い。当該サリサイド化の場合、図10を用いて説明したフルシリサイドプロセスは、当然省略される。
In the above description, the full silicidation of the
ところで、図18に示す構成の場合には、「発明が解決しようとする課題」において言及した問題が生じる。つまり、ソース・ドレイン領域5と銅配線12とが、層間絶縁膜50内に形成された一のコンタクトプラグ51で接続されている構成では、デバイスの高集積化に伴うコンタクトプラグの高抵抗化の問題が生じる。また、当該高抵抗化を抑制するために、当該一のコンタクトプラグ51の主成分を銅で構成すると、ソース・ドレイン領域5への銅の拡散が問題として生じる。
By the way, in the case of the configuration shown in FIG. 18, the problem mentioned in “Problems to be solved by the invention” occurs. That is, in the configuration in which the source /
そこで、本実施の形態に係る半導体装置では、ソース・ドレイン領域5と、より上層に配設される部材(たとえば銅配線12)とは、二つのコンタクトプラグ8A,8B,10を介して接続されている。つまり、ソース・ドレイン領域5とより上層に配設される部材との間に存するコンタクトプラグが、第一のコンタクトプラグ8A,8Bと第二のコンタクトプラグ10とにより、二つに分割されている。そして、第二のコンタクトプラグ10が有する第二の電気抵抗率は、第一のコンタクトプラグ8A,8Bが有する第一の電気抵抗率よりも低い。
Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, source /
したがって、第一のコンタクトプラグ8A,8Bの構成材料は、コンタクトプラグ8A,8B,10の構成材料のソース・ドレイン領域5への拡散防止の観点から、選択できる。そして、第二のコンタクトプラグ10の構成材料は、コンタクトプラグの低抵抗化の観点から、選択できる。よって、たとえデバイスが高集積化されたとしても、コンタクトプラグの高抵抗化を抑制することができる。さらに、当該コンタクトプラグ8A,8B,10の構成材料のソース・ドレイン領域5への拡散を防止できる。
Therefore, the constituent materials of the first contact plugs 8A, 8B can be selected from the viewpoint of preventing diffusion of the constituent materials of the contact plugs 8A, 8B, 10 into the source /
また、本実施の形態に係る半導体装置では、ゲート電極4の上面と第一の層間絶縁膜7の上面とは、面一である。そして、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは、当該第一の層間絶縁膜7を上下方向に貫通している。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the upper surface of the
図9〜11は、フルシリサイド化プロセスにおいて、従来から必要とされる工程である。したがって、たとえば、本実施の形態のようにゲート電極4のフルシリサイド(FUSI)プロセスを適用した場合には、大きなプロセスの変更無く、図1に示す構成を作製できる。つまり、本実施の形態では、上面が、ゲート電極4の上面(ゲート構造G1の上面とも把握できる)と同じ高さ位置である第一の層間絶縁膜7を、半導体基板上に形成する工程、第一の層間絶縁膜7を貫通する第一のコンタクトホール7a,7bを形成する工程を含む。したがって、ゲート電極4のフルシリサイド化を行う場合等には、簡略なプロセスにより図1に示す構成を有する半導体装置を作製できる。
9 to 11 are steps conventionally required in the full silicidation process. Therefore, for example, when the full silicide (FUSI) process of the
比較的高い第一の電気抵抗率を有する第一のコンタクトプラグ8A,8Bの高さは、上記の通り、ゲート電極4の高さと同一である。つまり、第一のコンタクトプラグ8A,8Bの高さは、比較的低いことが分かる。したがって、コンタクトプラグ全体の抵抗値に対する、第一のコンタクトプラグ8A,8Bの抵抗値の割合を小さくできる。換言すれば、コンタクトプラグ全体における低抵抗化を図ることができる。
The heights of the first contact plugs 8A and 8B having a relatively high first electrical resistivity are the same as the height of the
また、本実施の形態に係る半導体装置では、第一のコンタクトプラグ8Aは、第一の層間絶縁膜7内において延設されており、配線としても機能している。したがって、上層に配設されるメタル配線のパターンレイアウトの自由度を、向上させることができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the
また、上記実施の形態では、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは、タングステン(タングステン膜8b)が主成分であった。この他に、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは、タンタル、チタンおよびルテニウムの、いずれかを主成分として含んでいても良い。または、前記で列記した窒化物、酸化物、珪化物等(たとえば、タンタルシリサイド、タンタルシリコンナイトライド)も、第一のコンタクトプラグ8A,8Bの主成分として採用できる。
In the above embodiment, the first contact plugs 8A and 8B are mainly composed of tungsten (
これら列記した導電材料を、第一のコンタクトプラグ8A,8Bの主成分とすることにより、コンタクトプラグ8A,8B,10を構成する導電材料のソース・ドレイン領域5への拡散を防止することができる。
By using these listed conductive materials as the main components of the first contact plugs 8A and 8B, diffusion of the conductive material constituting the contact plugs 8A, 8B and 10 into the source /
また、上記実施の形態では、第二のコンタクトプラグ10は、銅(銅膜10b)が主成分であった。この他に、第二のコンタクトプラグ10は、アルミニウム、ロジウム、ルテニウムおよび銀の、いずれかを主成分として含んでいても良い。
In the above embodiment, the
これら列記した導電材料を、第二のコンタクトプラグ10の主成分とすることにより、第一のコンタクトプラグ8A,8Bと第二のコンタクトプラグ10とから成る、コンタクトプラグ全体としての低抵抗化を図ることができる。
By using these listed conductive materials as the main component of the
なお、上記では、第二のコンタクトホール9aの底面および両側面に、バリアメタル膜10aを形成した(図16,17)。しかし、その後、第二のコンタクトホール9aの底面に存するバリアメタル膜10aを、たとえばスパッタエッチングにより除去しても良い。したがって、当該バリアメタル膜10aの除去処理により、第二のコンタクトホール9aの両側面にのみバリアメタル10aが残存する。
In the above description, the
TaN等のバリアメタル膜10aは、銅と較べ数倍高抵抗である。したがって、上記のように、第二のコンタクトホール9aの底面のバリアメタル膜10aを除去する。これにより、図1の構成において、第一のコンタクトプラグ8A,8B−第二のコンタクトプラグ10間の接触抵抗を、より低減させることができる。なお、上記のように、第二のコンタクトプラグ10の下には、タングステン等から成る第一のコンタクトプラグ8A,8Bが存在する。よって、第二のコンタクトプラグ10の構成材料である銅等が、半導体基板1に拡散することを防止できる。また、第二のコンタクトホール9aの両側面には、バリアメタル膜10aが存在する。したがって、第二のコンタクトプラグ10の構成材料である銅等が、第二の層間絶縁膜9内に拡散することを防止できる。
The
また、ゲート電極4と上層の銅配線12とを接続する場合には、図19の構成を採用できる。つまり、上述した第二のコンタクトプラグ10の形成の際に、ゲート電極4の上面と接続する第二のコンタクトプラグ10をも形成する。ゲート電極4と接続する第二のコンタクトプラグ10も、バリアメタル膜10aと銅膜10bとの積層構造である。また、第二のコンタクトプラグ10の上面と接続する銅配線も、バリアメタル膜12aと銅膜12bとの積層構造である。
Further, when the
当該第二のコンタクトプラグ10は、比較的値が小さい第二の電気抵抗率を有する。したがって、図19の構成では、ゲート電極4と第二のコンタクトプラグ10との接触抵抗をより低くできる。よって、フルシリサイド化されたゲート電極4がさらに低抵抗となるため、ゲート電極4を利用して局所的配線(たとえば、電位差の発生を望まないグランドライン等)を、微細な配線で実現できる。
The
なお、ゲート電極4には、ソース・ドレイン領域5における接合が存在しない。したがって、銅等を主成分とする第二のコンタクトプラグ10を直接ゲート電極4に接触させても、当然接合の破壊という問題も心配する必要が無い。
The
また、従来のコンタクトホールは、銅配線12とソース・ドレイン領域5とを連続したホールにより接続している。理想的なコンタクトホールとしては、側壁が垂直な構造即ちコンタクトホールの上部開口径とソース・ドレイン領域5に接する底部開口径が同一であることを期待する。しかしながら、現実のプロセスにおいては、少なからずのテーパー形状になることが避けられず、上部開口径に対し底部開口径が小さくなる。例えば2°程度のテーパーが存在するため、コンタクトホールの深さが深くなる程、上部開口径と底部開口径との差が大きくなり、底部開口径が縮小される。ソース・ドレイン領域5との接触抵抗は、接触面積が縮小されるほど高抵抗になるため、コンタクトホールの深さが深くなる程、コンタクトプラグの抵抗のみならず、ソース・ドレイン領域5との接触抵抗そのものも増大する。本発明では、コンタクトホールを2つに分割することにより、実質的に個々のコンタクトホール深さを浅くすることにより、テーパーを有するコンタクトホール形状でも、上部開口径に対する底部開口径のサイズの縮小を低減することが出来、接触抵抗そのものを従来のコンタクトホールと比較し低減出来るという効果もある。
The conventional contact hole connects the
<実施の形態2>
実施の形態1では、サイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4と第一の層間絶縁膜7とにより、第一のコンタクトプラグ8Aと第一のコンタクトプラグ8Bとが電気的に絶縁されていた。これに対して、本実施の形態では、図20の断面図に示す構成を有する。つまり、本実施の形態では、サイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4により、第一のコンタクトプラグ18同士が電気的に絶縁されている(図20)。
<
In the first embodiment, the
図20において、実施の形態1と同様に、一方のコンタクトプラグ18は、ソース領域5またはドレイン領域5の何れか一方の電極領域(第一の電極領域と把握できる)と電気的に接続している。また、他方のコンタクトプラグ18は、ソース領域5またはドレイン領域5の何れか他方の電極領域(第二の電極領域と把握できる)と電気的に接続している。なお、一方のコンタクトプラグ18および他方のコンタクトプラグ18は共に、実施の形態1で説明した第一のコンタクトプラグ18であること把握できる。また、本実施の形態においても、第一のコンタクトプラグ18を、実施の形態1と同様に、第一の層間絶縁膜7内において配線として機能させても良い。
In FIG. 20, as in the first embodiment, one
なお、本願では、便宜上、ゲート構造G1の図面右側に形成されている第一のコンタクトプラグ18およびソース・ドレイン領域5を、一方のコンタクトプラグ18および第一の電極領域6と称する。これに対して、ゲート構造G1の図面左側に形成されている第一のコンタクトプラグ18およびソース・ドレイン領域5を、他方のコンタクトプラグ18および第二の電極領域6と称する。
In the present application, for convenience, the
また、本実施の形態においても、ゲート電極4の両側面には、サイドウォール膜SWが形成されている。しかし、本実施の形態では、当該サイドウォール膜SWは、シリコン窒化膜のみから成る単層構造である。なお、本実施の形態では、ゲート絶縁膜3は、ゲート電極4の下およびサイドウォール膜SWの下に形成されている。本実施の形態においても、ゲート絶縁膜3とゲート電極4とが当該順に積層された積層体により、ゲート構造G1が構成されている。
Also in the present embodiment, sidewall films SW are formed on both side surfaces of the
また、実施の形態1と同様に、ソース・ドレイン領域5は、両側面にサイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4の両脇における、半導体基板1の表面内に各々形成されている。
Similarly to the first embodiment, the source /
第一のコンタクトプラグ18は、実施の形態1で説明したように、第一の層間絶縁膜7の上面から下面へと貫通し形成されている。換言すれば、第一のコンタクトプラグ18は、本実施の形態においても、ソース・ドレイン領域5と第二のコンタクトプラグ10とを電気的に接続する。しかしながら、本実施の形態では、上記一方のコンタクトプラグ18および上記他方のコンタクトプラグ18は、次の形態で第一の層間絶縁膜7内に形成されている。
As described in the first embodiment, the
つまり、図20に示すように、一方のコンタクトプラグ18の一の側面部(図面左側)は、ゲート電極4の一方の側面部(図面右側)に形成されたサイドウォール膜SWと直接、接触している。なお、当該一方のコンタクトプラグ18の他の側面部(図面右側)は、第一の層間絶縁膜7と直接接している。これに対して、他方のコンタクトプラグ18一の側面部(図面右側)は、ゲート電極4の他方の側面部(図面左側)に形成されたサイドウォール膜SWと直接、接触している。なお、当該他方のコンタクトプラグ18の他の側面部(図面左側)は、第一の層間絶縁膜7と直接接している。
That is, as shown in FIG. 20, one side surface (left side of the drawing) of one
さらに、当該一方のコンタクトプラグ18と当該他方のコンタクトプラグ18とは、サイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4(ゲート構造G1)により、電気的に絶縁されている。
Further, the one
本実施の形態に係る半導体装置は、上述した構成以外は、実施の形態1で説明した構成と同じである。たとえば、本実施の形態においても、第一のコンタクトプラグ18は、バリアメタル膜18aとタングステン膜18bとの積層構造である。また、第二のコンタクトプラグ10の有する第二の電気抵抗率は、第一のコンタクトプラグ18の有する第一の電気抵抗率よりも低い。ここで他の構成(実施の形態1と同じ構成)の説明は、省略する。
The semiconductor device according to the present embodiment is the same as the configuration described in the first embodiment except for the configuration described above. For example, also in the present embodiment, the
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described.
まず、図2〜8を用いて説明した工程を実施することにより、図21の構成を作成する。本実施の形態では、適用される方法は実施の形態1とほぼ同じである。しかし、上述したように、ゲート絶縁膜3の形態およびサイドウォール膜SWの形態が異なることに注目すべきである。具体的に、図8の構成と異なり、本実施の形態では図21に示すように、サイドウォール膜SWは、ゲート電極4の側面において、シリコン窒化膜から成る単層構造である。また、ゲート電極4の下およびサイドウォール膜SWの下に、ゲート絶縁膜3が形成されている。
First, the configuration shown in FIG. 21 is created by performing the steps described with reference to FIGS. In the present embodiment, the applied method is almost the same as in the first embodiment. However, it should be noted that the form of the
たとえば、ゲート絶縁膜3をエッチングストッパーとして利用して、ゲート電極4のエッチングを行う。その後、シリコン窒化膜を形成し、エッチバックする。これにより、上述した単層構造のサイドウォール膜SWを形成することができる。また、サイドウォール膜SW形成後、当該サイドウォール膜SWおよびゲート電極4をマスクとして利用して、ゲート絶縁膜3を除去する。これにより、ゲート電極4の下およびサイドウォール膜SWの下に、ゲート絶縁膜3が残存する。
For example, the
さて次に、図9〜11を用いて説明した工程を、図21の構造体に対して施す。これにより、図22に示す構造体が形成される。なお、本実施の形態においても、フルシリサイド化されたゲート電極4(すなわち、ゲート構造G1)の上面と、第一の層間絶縁膜7の上面とは、面一である。
Next, the process described with reference to FIGS. 9 to 11 is performed on the structure of FIG. Thereby, the structure shown in FIG. 22 is formed. Also in this embodiment, the upper surface of the fully silicided gate electrode 4 (that is, the gate structure G1) and the upper surface of the first
次に、リソグラフィーとエッチングの組み合わせにより、第一の層間絶縁膜7に、幅広である一つの第一のコンタクトホール7dを形成する(図23)。つまり、形成される一の第一のコンタクトホール7dの底面からは、第一の電極領域5に形成された金属シリサイド膜6だけでなく、第二の電極領域5に形成された金属シリサイド膜6も露出する。換言すれば、ゲート電極4(またはゲート構造G1)が開口内部に存するように、当該一の第一のコンタクトホール7dを第一の層間絶縁膜7に対して形成する。
Next, a wide
なお、第一の層間絶縁膜7はシリコン酸化膜であり、サイドウォール膜SWはシリコン窒化膜であり、ゲート電極4は金属シリサイドで構成されている。したがって、第一の層間絶縁膜7上に、ゲート電極4の上面が露出する一の開口部を有するレジストを形成する。その後、当該レジストをマスクとして使用して、周知のドライエッチング処理を施し、選択的にシリコン酸化膜から成る第一の層間絶縁膜7をエッチングする。これにより、図23に示すように、開口内部にゲート電極4(または、ゲート構造G1)が存する、幅広の一の第一のコンタクトホール7dが、第一の層間絶縁膜7に形成される。
The first
なお、図23に示す構造体の平面図を図24に示す。図24においても、一の第一のコンタクトホール7d内部に、側面にサイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4が存することが分かる。また、図24においても、一の第一のコンタクトホール7dの底面からは、第一の電極領域5に形成された金属シリサイド膜6および第二の電極領域5に形成された金属シリサイド膜6の各々が露出していることが分かる。
A plan view of the structure shown in FIG. 23 is shown in FIG. Also in FIG. 24, it can be seen that the
次に、一の第一のコンタクトホール7dを充填し、開口部内に存するゲート電極4を覆うように、第一の層間絶縁膜7上に、導電体18a,18bを形成する(図25)。
Next,
具体的に、図23,24に示す構造体に対して、CVD法またはスパッタ法を施す。これにより、図25に示すように、ゲート電極4上面、サイドウォール膜SW上、第一のコンタクトホール7dの底面と側面、および第一の層間絶縁膜7上に、バリアメタル膜18aを成膜する。当該バリアメタル膜18aは、TiとTiNとから成る積層膜である。その後、バリアメタル膜18aの上面に対して、CVD法を施す。これにより、図25に示すように、第一のコンタクトホール7dを完全に充填するように、バリアメタル膜18a上に、タングステン膜18bが形成される。
Specifically, a CVD method or a sputtering method is applied to the structure shown in FIGS. Thus, as shown in FIG. 25, the
図25の構成から分かるように、ゲート電極4上にも導電体18a,18bは形成されている。したがって、当該工程までにおいて、第一の電極領域5および第二の電極領域5は、第一のコンタクトホール7d内に形成された導電体18a,18bにより、電気的に接続されている。
As can be seen from the configuration in FIG. 25, the
次に、バリアメタル膜18aおよびタングステン膜18bに対して、CMP法またはエッチバック法を施す。これにより、図26に示すように、ゲート電極4上面および第一の層間絶縁膜7上面の、バリアメタル膜18aおよびタングステン膜18bを除去し、第一のコンタクトホール7d内に各導電膜18a,18bを残存させる。また、当該各導電膜18a,18bの除去処理により、側面にサイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4によって仕切られた、二つの第一のコンタクトプラグ18が第一の層間絶縁膜7内に形成される。
Next, a CMP method or an etch back method is performed on the
図26から分かるように、ゲート電極4の上面には、バリアメタル膜18aおよびタングステン膜18bは存在しない。したがって、第一の電極領域5と電気的に接続する一方のコンタクトプラグ18と、第二の電極領域5と電気的に接続する他方のコンタクトプラグ18とは、絶縁されている。換言すれば、各導電膜18a,18bを部分的に除去することにより、サイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4により絶縁された二つの第一のコンタクトプラグ18が、ゲート電極4の両側面において各々形成される。
As can be seen from FIG. 26, the
なお、各導電膜18a,18bに対するCMP処理またはエッチバック処理の際には、オーバ研磨またはオーバーエッチングすることが望ましい。これにより、第一のコンタクトプラグ18の上面が、確実に、ゲート電極4の上面位置より低く設定できる。そして、側面にサイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4により、確実に、両第一のコンタクトプラグ18を電気的に絶縁させることができる。
It is desirable that overpolishing or overetching be performed during the CMP process or etchback process for each
その後、実施の形態1で説明した方法と同様な方法により、第二の層間絶縁膜9、第二のコンタクトプラグ10、第三の層間絶縁膜11、および銅配線12等の形成を実施する。これにより、図20に示した構造を有する半導体装置が完成する。
Thereafter, the second
以上のように、本実施の形態では、一方および他方のコンタクトプラグ18の一の側面部は各々、ゲート電極4の側面部に形成されたサイドウォール膜SWと直接、接触している。そして、一方のコンタクトプラグ18と他方のコンタクトプラグ18とは、サイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4により、電気的に絶縁されている。
As described above, in the present embodiment, one side surface portion of one and the other contact plug 18 is in direct contact with the side wall film SW formed on the side surface portion of the
したがって、両第一のコンタクトプラグ18間の接続を防止しつつ、ソース・ドレイン領域5(具体的には金属シリサイド膜6)との接触面積が大きな第一のコンタクトプラグ18を形成することができる。よって、ソース・ドレイン領域5と第一のコンタクトプラグ18との接触抵抗をより低減させることができる。
Therefore, the
また、一方のコンタクトプラグ18と他方のコンタクトプラグ18とは、水平方向において、必要最小限の距離(ゲート電極4のゲート長)だけしか離れていない。したがって、半導体装置の微細化が可能であるとともに、第一の電極領域6→チャネル→第二の電極領域6に流れる電流の距離を最小に設定できる。このように、チャネル等に流れる電流の距離を最小に設定できることにより、駆動電流を向上させることが出来る。
Further, one
また、図20の構成を製造する場合には、本実施の形態では、第一の層間絶縁膜7に対して、一括で、幅広の一の第一のコンタクトホール7dを形成している。なお、第一のコンタクトホール7d内には、ゲート電極4が存在する。
In the case of manufacturing the configuration shown in FIG. 20, in the present embodiment, a wide
したがって、第一のコンタクトホール7dを充填し、ゲート電極4を覆うように、第一の層間絶縁膜7上に、導電体18a,18bを形成し、上述のように、導電体(各膜18a,18b)を部分的に除去することにより、簡単に、サイドウォール膜SWが形成されたゲート電極4で絶縁された、大きな底面を有する第一のコンタクトプラグ18を形成することができる。
Therefore, the
なお、第一のコンタクトホール7dの開口面積は、たとえば実施の形態1で説明した第一のコンタクトホール7bの開口面積よりも大きい。したがって、当該第一のコンタクトホール7dの際に実施されるリソグラフィー工程において、高い解像度が要求されることも無い。当該高い解像度を必要としない点においても、本実施の形態に係る方法は利点を有する。
The opening area of
<実施の形態3>
本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態1に係る半導体装置の構成を土台として構成されている。本実施の形態に係る半導体装置の断面図を、図27に示す。図27に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、図1の構成に加えて、ゲート構造G2および局所配線31をさらに備えている。
<
The semiconductor device according to the present embodiment is configured based on the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. A cross-sectional view of the semiconductor device according to this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 27, the semiconductor device according to the present embodiment further includes a gate structure G2 and a
トランジスタTr1に隣接して、他のトランジスタTr2が半導体基板1の上面内に形成されている。当該他のトランジスタTr2は、ゲート構造G2を有する。当該ゲート構造G2は、ゲート絶縁膜3とゲート電極(第二のゲート電極と把握できる)4とから構成されている。ゲート電極4は、ゲート絶縁膜3を介して、半導体基板1上に形成されている。また、ゲート構造G2の側面にもサイドウォール膜SWが形成されている。
Another transistor Tr2 is formed in the upper surface of the
また、局所配線31は、第二の層間絶縁膜9内に配設されている。当該局所配設31は、第一の層間絶縁膜7内に延設された第一のコンタクトプラグ8Aの上面と、ゲート構造G2を構成するゲート電極4とを、電気的に接続している。
The
その他の構成は、実施の形態1で説明した構成と同じである。したがって、ここでの当該その他の構成の説明は、省略する。 Other configurations are the same as those described in the first embodiment. Therefore, the description of the other configuration here is omitted.
本実施の形態に係る半導体装置は、たとえば次のような工程を含んで製造される。 The semiconductor device according to the present embodiment is manufactured, for example, including the following steps.
まず、図2〜13を用いて説明した方法と同様な方法により、図28に示す所定の断面構成を有する構造体を形成する。ここで、本実施の形態では、半導体基板1の上面内に、トランジスタTr1だけでなく、トランジスタTr2も形成することに注目すべきである。
First, a structure having a predetermined cross-sectional configuration shown in FIG. 28 is formed by a method similar to the method described with reference to FIGS. Here, it should be noted that not only the transistor Tr1 but also the transistor Tr2 is formed in the upper surface of the
したがって、トランジスタTr2が有するゲート構造G2等の構成とトランジスタTr1が有するゲート構造G1等の構成とは、当然同じである。よって、トランジスタTr2側のゲート電極4もフルシリサイド化される。また、ゲート構造G2の側面にもサイドウォール膜SWが形成される。
Therefore, the configuration of the gate structure G2 and the like included in the transistor Tr2 is naturally the same as the configuration of the gate structure G1 and the like included in the transistor Tr1. Therefore, the
なお、図28の平面図である図29に示すように、本実施の形態では、延設される第一のコンタクトプラグ8Aのパターンが、図14で示した第一のコンタクトプラグ8Aのパターンと異なる。
As shown in FIG. 29 which is a plan view of FIG. 28, in the present embodiment, the pattern of the
図28,29に示す構造体に対して、スパッタ法またはCVD法を施す。これにより、第一の層間絶縁膜7上全面に導電性膜を成膜する。当該導電性膜としては、たとえばタングステン、TiN、TaN等が採用可能である。その後、当該導電性膜に対して、リソグラフィーとエッチングの組み合わせ処理を施す。これにより、第一のコンタクトプラグ8Aとゲート構造G2を構成するゲート電極4とを電気的に接続する、局所配線31をパターニング形成する(図30)。
A sputtering method or a CVD method is applied to the structures shown in FIGS. Thereby, a conductive film is formed on the entire surface of the first
その後、実施の形態1で説明した方法と同様な方法により、第二の層間絶縁膜9、第二のコンタクトプラグ10、第三の層間絶縁膜11、および銅配線12等の形成を実施する。これにより、図27に示した構造を有する半導体装置が完成する。
Thereafter, the second
たとえば、トランジスタTr1のソース・ドレイン領域5とトランジスタTr2のゲート電極4とを電気的に接続させる方法として、次のような構成も考えられる(他の構成と称する)。当該他の構成は、当該ゲート電極4と接続するその他のコンタクトプラグを第二の層間絶縁膜9内にも形成される。また、他の構成では、第二のコンタクトプラグ10とその他のコンタクトプラグとを接続するその他の配線が、第三の層間絶縁膜11内に配設される。そして、第一、二のコンタクトプラグ8A,10、その他のコンタクトプラグ、およびその他の配線等を介して、前述したソース・ドレイン領域5とゲート電極4とを接続する。
For example, as a method of electrically connecting the source /
これに対して、本実施の形態では、第一のコンタクトプラグ8Aとゲート構造G2を構成するゲート電極4とを電気的に接続する、局所配線31をさらに備えている。
In contrast, the present embodiment further includes a
したがって、他の構成において形成されていた、その他のコンタクトプラグやその他の配線を省略できる。したがって、当該省略された層間絶縁膜において、他の回路配線等のためのスペースが確保できる。これにより、上記他の構成と比較して、本実施の形態の方が、より設計の自由度を向上させることができる。 Therefore, other contact plugs and other wirings formed in other configurations can be omitted. Therefore, a space for other circuit wirings can be secured in the omitted interlayer insulating film. Thereby, compared with the said other structure, the direction of this Embodiment can improve the freedom degree of design more.
なお、本実施の形態は、SRAM(Static Random Access Memory)などの構成に適用すると有益である。なぜなら、SRAMでは、同一半導体基板1上に隣接して複数のトランジスタが形成され、一方のトランジスタを構成するゲート電極と他方のトランジスタを構成するソースドレイン領域とを接続する構成を有するからである。
Note that this embodiment is beneficial when applied to a configuration such as an SRAM (Static Random Access Memory). This is because the SRAM has a configuration in which a plurality of transistors are formed adjacent to each other on the
<実施の形態4>
図31は、本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態1に係る半導体装置と以下の点において相違する。
<
FIG. 31 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. The semiconductor device according to the present embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment in the following points.
すなわち、本実施の形態に係る半導体装置では、ソース・ドレイン領域5に形成された金属シリサイド膜6が省略されている(図31)。つまり、図31に示すように、第一のコンタクトプラグ8A,8Bの底面が直接、ソース・ドレイン領域5の上面と接続されている。なお、本実施の形態においても、ゲート構造G1は、ゲート絶縁膜3とゲート電極4とが当該順に積層された積層体である。
That is, in the semiconductor device according to the present embodiment, the
さらに、本実施の形態に係る半導体装置では、図32に示すように、第一のコンタクトプラグ8A,8Bの寸法が特定されている。図32は、図31の構成において、第一の層間絶縁膜7の上面を平面視した図である。なお、ソース・ドレイン領域5は下層に存するので、点線にてその輪郭を図示している。
Furthermore, in the semiconductor device according to the present embodiment, the dimensions of the first contact plugs 8A and 8B are specified as shown in FIG. FIG. 32 is a plan view of the upper surface of the first
ここで、実施の形態2でも定義したように、便宜上、ゲート構造G1の図面右側に形成されている第一のコンタクトプラグ8Aおよびソース・ドレイン領域5を、一方のコンタクトプラグ8Aおよび第一の電極領域5と称する。これに対して、ゲート構造G1の図面左側に形成されている第一のコンタクトプラグ8Bおよびソース・ドレイン領域5を、他方のコンタクトプラグ8Bおよび第二の電極領域5と称する。
Here, as defined in the second embodiment, for convenience, the
さて、本実施の形態では、実施の形態2と同様に、一方のコンタクトプラグ8Aの一の側面部(図面左側)は、ゲート構造G1の一方の側面部(図面右側)に形成されたサイドウォール膜SWと直接、接触している。これに対して、他方のコンタクトプラグ8B一の側面部(図面右側)は、ゲート構造G1の他方の側面部(図面左側)に形成されたサイドウォール膜SWと直接、接触している。
In the present embodiment, as in the second embodiment, one side surface (left side in the drawing) of one
さらに、図32に示すように、平面視における、サイドウォール膜SWと接する部分の一方のコンタクトプラグ8Aの長さLaは、平面視における、ゲート電極4のゲート幅方向の第一の電極領域5の長さLs以上である。これに対して、図32に示すように、平面視における、サイドウォール膜SWと接する部分の他方のコンタクトプラグ8Bの長さはLbは、平面視における、ゲート電極4のゲート幅方向の第二の電極領域の長さLt以上である。換言すれば、サイドウォール膜SWの端部付近において、少なくともゲート幅方向に関しては、第一のコンタクトプラグ8A,8Bは、完全にソース・ドレイン領域5を覆っている。
Further, as shown in FIG. 32, the length La of one
なお、本実施の形態では、第一のコンタクトプラグ8A,8Bを構成するバリアメタル膜8aは、次の構成を有する。当該バリアメタル膜8aは、TiとTiN膜の積層構造である、Tiの膜厚は3〜5nm程度、TiNの膜厚は5〜10nm程度である。なお、当該バリアメタル膜8a上には、タングステン膜8bが形成される。また、バリアメタル8aとして、Tiの他にTiシリサイドを形成することにより、シリサイド化によるシリコン基板1の消費をさらに低減できる。
In the present embodiment, the
以上のように、本実施の形態では、ソース・ドレイン領域5に直接、タングステンが主要構成である第一のコンタクトプラグ8A,8Bが形成されている。つまり、ソース・ドレイン領域5と第一のコンタクトプラグ8A,8Bとの間において、金属シリサイド膜が省略されている。
As described above, in the present embodiment, the first contact plugs 8A and 8B, in which tungsten is the main component, are formed directly in the source /
したがって、導電材料から成る第一のコンタクトプラグ8A,8Bとソース・ドレイン領域5との接触抵抗を低減することができる。また、金属シリサイド膜の形成がされないので、シリサイド化に伴う半導体基板1のシリコンの消費を防止できる。よって、動作時において、ソース・ドレイン領域5の浅い接合が破壊されることを防止できる。
Therefore, the contact resistance between the first contact plugs 8A and 8B made of a conductive material and the source /
また、駆動電流の電流密度は、サイドウォール膜SWの端部において支配的となる。したがって、サイドウォール膜SWに接するように、第一のコンタクトプラグ8A,8Bを形成することにより、駆動電流の電気抵抗を削減できる。また、駆動電流の電流密度は、サイドウォール膜SWの端部において支配的となる。したがって、ゲート長方向の第一のコンタクトプラグ8A,8Bの寸法よりも、ゲート幅方向の第一のコンタクトプラグ8A,8Bの寸法が重要となる。 Further, the current density of the drive current becomes dominant at the end portion of the sidewall film SW. Therefore, the electrical resistance of the drive current can be reduced by forming the first contact plugs 8A and 8B so as to be in contact with the sidewall film SW. Further, the current density of the drive current becomes dominant at the end portion of the sidewall film SW. Therefore, the dimensions of the first contact plugs 8A and 8B in the gate width direction are more important than the dimensions of the first contact plugs 8A and 8B in the gate length direction.
トランジスタのソース・ドレイン領域5間の電流は、サイドウォール膜SW部に集中して流れる。従って、電流が集中するサイドウォール膜SW部を覆うことにより、ソース・ドレイン領域5間の抵抗を最小に設定することが出来る。具体的には、サイドウォール膜SWと接する部分の一方のコンタクトプラグ8Aの長さLaは、ゲート幅方向の第一の電極領域5の長さLs以上であること。また、サイドウォール膜SWと接する部分の他方のコンタクトプラグ8Bの長さLbが、ゲート幅方向の第二の電極領域の長さLt以上とすることである。
The current between the source /
<実施の形態5>
本実施の形態に係る半導体装置では、NMISトランジスタ(以下、単にNMISと称する)とPMISトランジスタ(以下、単にPMISと称する)とが、同一の半導体基板の上面内に形成されている。つまり、当該半導体装置は、CMIS構造を有する。そして、本実施の形態に係る半導体装置では、ソース・ドレイン領域と第一のコンタクトプラグとの間には、金属シリサイド膜が省略されている。さらに、本実施の形態に係る半導体装置では、NMIS側の第一のコンタクトプラグの底面の導電体と、PMIS側の第一のコンタクトプラグの底面の導電体とは、異なる材料である。
<
In the semiconductor device according to the present embodiment, an NMIS transistor (hereinafter simply referred to as NMIS) and a PMIS transistor (hereinafter simply referred to as PMIS) are formed in the upper surface of the same semiconductor substrate. That is, the semiconductor device has a CMIS structure. In the semiconductor device according to the present embodiment, the metal silicide film is omitted between the source / drain regions and the first contact plug. Furthermore, in the semiconductor device according to the present embodiment, the conductor on the bottom surface of the first contact plug on the NMIS side and the conductor on the bottom surface of the first contact plug on the PMIS side are different materials.
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明を行うことにより、当該半導体装置の構成についても説明する。 Next, by explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the configuration of the semiconductor device is also described.
まずはじめに、シリコンから成る半導体基板1の表面内に素子分離絶縁膜2が形成されている。当該素子分離絶縁膜2により、隣接する半導体素子同士は、電気的に分離されている。なお、本実施の形態では、図33に示すように、半導体基板1には、素子分離絶縁膜2より区画された、NMIS形成領域100とPMIS形成領域200とを有している。また、異なる不純物注入処理により、各MIS形成領域100,200における半導体基板1内には、各々異なる導電型のウェル領域が形成されている。なお、図33には、当該各ウェル領域は、図示を省略している。
First, an element
次に、NMIS形成領域100およびPMIS形成領域200の各々に対して、図3〜6を用いて説明した方法と同様な方法を実施する。これにより、図34に示すように、NMIS形成領域100における半導体基板1の上面内には、NMISTrnが形成される。他方、PMIS形成領域200における半導体基板1の上面内には、PMISTrpが形成される。
Next, a method similar to the method described with reference to FIGS. 3 to 6 is performed on each of the
NMIS形成領域100には、ソース・ドレイン領域(第一の電極領域と把握できる)5nとゲート構造Gnを有するNMISTrnが形成される。ここで、ゲート構造Gnは、ゲート絶縁膜3nとゲート電極(第一のゲート電極と把握できる)4nとが当該順に積層された積層構造である。当該ゲート構造Gnの両側面には、多層構造のサイドウォール膜SWnが形成されている。ゲート構造Gnは、半導体基板1の上面に形成されている。当該ゲート構造Gnの両脇における半導体基板1の表面内には、ソース・ドレイン領域5nが形成されている。ソース・ドレイン領域5nは、深さが浅い不純物拡散領域5naと深さが深い不純物拡散領域5nbとから成る二段構造を有する。
In the
PMIS形成領域200には、ソース・ドレイン領域(第二の電極領域と把握できる)5pとゲート構造Gpを有するPMISTrpが形成される。ここで、ゲート構造Gpは、ゲート絶縁膜3pとゲート電極(第二のゲート電極と把握できる)4pとが当該順に積層された積層構造である。当該ゲート構造Gpの両側面には、多層構造のサイドウォール膜SWpが形成されている。ゲート構造Gpは、半導体基板1の上面に形成されている。当該ゲート構造Gpの両脇における半導体基板1の表面内には、ソース・ドレイン領域5pが形成されている。ソース・ドレイン領域5pは、深さが浅い不純物拡散領域5paと深さが深い不純物拡散領域5pbとから成る二段構造を有する。
In the
ここで、図4,6の不純物注入処理をNMIS形成領域100における半導体基板1に施すときには、当該図4,6の工程では、n型の不純物イオンが注入される。また、図4,6の不純物注入処理をPMIS形成領域200における半導体基板1に施すときには、当該図4,6の工程では、p型の不純物イオンが注入される。
Here, when the impurity implantation process of FIGS. 4 and 6 is performed on the
各MISTrn,Trpを形成後、次に、NMIS形成領域100およびPMIS形成領域200の各々に対して、図9を用いて説明した方法と同様な方法を実施する。
After forming each MISTrn, Trp, next, a method similar to the method described with reference to FIG. 9 is performed on each of the
これにより、図35に示すように、両MIS形成領域100,200における半導体基板1の上面には、第一の層間絶縁膜7が形成される。ここで、当該第一の層間絶縁膜7の上面は、ゲート電極4nの上面およびゲート電極4pの上面と同じ高さ位置にある。つまり、第一の層間絶縁膜7の上面と各ゲート構造Gn,Gpの上面とは面一であり、第一の層間絶縁膜7の上面からは、各ゲート電極4n,4pの上面が露出している。なお、ゲート電極4n,4p上に形成されていたハードマスクHMも、当該図9に示す工程により除去される。
As a result, as shown in FIG. 35, the first
次に、図10,11を用いて説明した方法と同様な方法を、各ゲート電極4n,4pに対して施す。これより、各ゲート電極4n,4pは、フルシリサイド化される。なお、図35では、フルシリサイド化された各各ゲート電極4n,4pが図示されているものとする。
Next, a method similar to the method described with reference to FIGS. 10 and 11 is applied to each of the
次に、第一の層間絶縁膜7に対して、リソグラフィーおよびエッチングの組み合わせ処理を施す。これにより、NMIS形成領域100に形成された第一の層間絶縁膜7に、第一のコンタクトホールである第一の開口部7mが形成される(図36)。当該第一の開口部7mは、ゲート構造Gnの両側面に各々形成される。また、第一の開口部7mは各々、第一の層間絶縁膜7の上面から半導体基板1の上面に至って、貫通して形成されている。換言すれば、各第一の開口部7mの底面からは、ソース・ドレイン領域5nが露出している。
Next, a combination process of lithography and etching is performed on the first
次に、第一の開口部7mの底面から露出している部分に存在する自然酸化膜を除去する。その後、図36に示す構造体に対してスパッタ法若しくはCVD法を施す。これにより、図37に示すように、第一の開口部7mの両側面部および底面と、第一の層間絶縁膜7の上面と、ゲート電極4n,4pの上面に、第一の導電体から成るバリアメタル膜8snを成膜する。なお、本実施の形態では、実施の形態1と異なり、ソース・ドレイン領域5nに直接バリアメタル膜8snが形成される。つまり、ソース・ドレイン領域5n上には、金属シリサイド膜6は形成されない。
Next, the natural oxide film present in the portion exposed from the bottom surface of the
ここで、第一の導電体として、当該第一の導電体と直接接するn型のソース・ドレイン領域5nとのバリアハイトが低くなる材料を選定する。たとえば、当該第一の導電体として、Yb,Ta,Cr(クロム),Zr(ジルコニウム),Eu(ユウロピウム),Gd(ガドニウム),Dy(ジスプロシウム),Er,Hf,Y,La,V(バナジウム)およびHo(ホルニウム)の何れかの導電体を少なくとも採用することができる。また、第一の導電体は、これらの導電体の金属シリサイドでも良い。また、第一の導電体は、前記で列記した導電体にNi、Ti、Coを含有させた合金であっても良い。
Here, a material that lowers the barrier height with respect to the n-type source /
また、バリアメタル膜8snとして、前記のような第一の導電体とTiN膜とが当該順に積層して成る積層構造であっても良い。バリアメタル膜8snが当該積層構造の場合であっても、n型のソース・ドレイン領域5nには、第一の導電体が直接接する。
The barrier metal film 8sn may have a laminated structure in which the first conductor and the TiN film as described above are laminated in this order. Even when the barrier metal film 8sn has the laminated structure, the first conductor is in direct contact with the n-type source /
次に、バリアメタル膜8snに対してCVD法を施す。これにより、バリアメタル8s上に、タングステン膜8bを成膜する。その後、バリアメタル膜8snおよびタングステン膜8bに対して、CMP法を施す。
Next, a CVD method is performed on the barrier metal film 8sn. Thereby, a
これにより、第一の開口部7mにのみ、バリアメタル膜8snおよびタングステン膜8bを残存させる。つまり、図38に示すように、ゲート電極4n,4pおよび第一の層間絶縁膜7を再び露出させ、第一の開口部7mには、第一のコンタクトプラグとして、NMIS側コンタクトプラグ8Nが形成(充填)される。
Thereby, the barrier metal film 8sn and the
図38の構成に示すように、NMIS側コンタクトプラグ8Nは、バリヤメタル8sとタングステン膜8bの積層構造である。ここで、当該NMIS側コンタクトプラグ8Nの底面は、上記から分かるように、第一の導電体で構成されている。つまり、第一の導電型とソース・ドレイン領域5nとが直接接することにより、NMIS側コンタクトプラグ8Nの下面と、ソース・ドレイン領域5nとは電気的に接続される。
As shown in the configuration of FIG. 38, the NMIS
また、NMIS側コンタクトプラグ8Nは、所定の電気抵抗率を有する。
Further, the NMIS
次に、第一の層間絶縁膜7に対して、リソグラフィーおよびエッチングの組み合わせ処理を再度施す。これにより、PMIS形成領域200に形成された第一の層間絶縁膜7に、第一のコンタクトホールである第二の開口部7fが形成される(図39)。当該第二の開口部7fは、ゲート構造Gpの両側面に各々形成される。また、第二の開口部7fは各々、第一の層間絶縁膜7の上面から半導体基板1の上面に至って、貫通して形成されている。換言すれば、各第二の開口部7fの底面からは、ソース・ドレイン領域5pが露出している。
Next, a combined process of lithography and etching is performed again on the first
次に、第二の開口部7fの底面から露出している部分に存在する自然酸化膜を除去する。その後、図39に示す構造体に対してスパッタ法若しくはCVD法を施す。これにより、図40に示すように、第二の開口部7fの両側面部および底面と、第一の層間絶縁膜7の上面と、ゲート電極4n,4pの上面に、第二の導電体から成るバリアメタル膜8tを成膜する。なお、本実施の形態では、実施の形態1と異なり、ソース・ドレイン領域5pに直接バリアメタル膜8tが形成される。つまり、ソース・ドレイン領域5p上には金属シリサイド膜は形成されない。
Next, the natural oxide film present in the portion exposed from the bottom surface of the
ここで、第二の導電体として、当該第二の導電体と直接接するp型のソース・ドレイン領域5pとのバリアハイトが低くなる材料を選定する。たとえば、当該第二の導電体として、Pt,Ru,Pd、Ir(イリジウム)、Ni、Mn、Rh(ロジウム)の何れかの導電体を少なくとも採用することができる。また、第二の導電体は、これらの導電体の金属シリサイドでも良い。また、第二の導電体は、前記で列記した導電体にNi、Ti、Coを含有させた合金であっても良い。
Here, a material that lowers the barrier height with respect to the p-type source /
また、バリアメタル膜8tとして、前記のような第二の導電体とTiN膜とが当該順に積層して成る積層構造であっても良い。バリアメタル膜8tが当該積層構造の場合であっても、p型のソース・ドレイン領域5pには、第二の導電体が直接接する。
Further, the
次に、バリアメタル膜8tに対してCVD法を施す。これにより、バリアメタル8t上に、タングステン膜8bを成膜する。その後、バリアメタル膜8tおよびタングステン膜8bに対して、CMP法を施す。
Next, a CVD method is performed on the
これにより、第二の開口部7fにのみ、バリアメタル膜8tおよびタングステン膜8bを残存させる。つまり、図41に示すように、ゲート電極4n,4pおよび第一の層間絶縁膜7を再び露出させ、第二の開口部7fには、第一のコンタクトプラグとして、PMIS側コンタクトプラグ8Pが形成(充填)される。
Thereby, the
図41の構成に示すように、PMIS側コンタクトプラグ8Pは、バリヤメタル8tとタングステン膜8bの積層構造である。ここで、当該PMIS側コンタクトプラグ8Pの底面は、上記から分かるように、第二の導電体で構成されている。つまり、第二の導電型とソース・ドレイン領域5pとが直接接することにより、PMIS側コンタクトプラグ8Pの下面と、ソース・ドレイン領域5pとは電気的に接続される。
As shown in the configuration of FIG. 41, the PMIS
また、PMIS側コンタクトプラグ8Pは、所定の電気抵抗率を有する。
The PMIS
なお、各MIS形成領域100,200において、ソース・ドレイン領域5n,5pとのバリアハイトが低くなる材料を各々選定している。よって、上記の通り、NMIS側コンタクトプラグ8Nの底部に形成される第一の導電体は、PMIS側コンタクトプラグ8Pの底部に形成される第二の導電体とは、異なる。
In each of the
しかしながら、NMIS側コンタクトプラグ8NとPMIS側コンタクトプラグ8Pとは共に、タングステン膜8bが主要構成要素である。したがって、NMIS側コンタクトプラグ8Nが有する電気抵抗率とPMIS側コンタクトプラグ8Pが有するとは、ほぼ同一である。なお、厳密には、バリアメタル膜8sn,8tの相違に起因して、両コンタクトプラグ8N,8Pの電気抵抗率は、若干相違する。
However, the
さて次に、図41に示す構造体に対してCVD法を施す。これにより、第一の層間絶縁膜7上、NMIS側コンタクトプラグ8N上およびPMIS側コンタクトプラグ8P上に、第二の層間絶縁膜9を形成する(図42)。第二の層間絶縁膜9として、たとえばシリコン酸化膜を採用することができる。
Next, the CVD method is applied to the structure shown in FIG. Thus, the second
次に、図16,17を用いて説明した方法と同様な方法により、第二の層間絶縁膜9内に、第二のコンタクトプラグ10を形成する(図42)。
Next, a
当該第二のコンタクトプラグ10は、所定の電気抵抗率を有する。ここで、第二のコンタクトプラグ10が有する電気抵抗率は、第一のコンタクトプラグ8P,8Nが有する電気抵抗率よりも小さい(低い)。また、第二のコンタクトプラグ10は、第二の層間絶縁膜9を上下方向(膜厚方向)に貫通して形成されている。さらに、図42に示すように、各第二のコンタクトプラグ10の下面は、NMIS側コンタクトプラグ8Nの上面またはPMIS側コンタクトプラグ8Pの上面と電気的に接続されている。つまり、第二のコンタクトプラグ10は、第一のコンタクトプラグ8N,8Pと、より上層に形成された部材(後述する銅配線12の下面)とを電気的に接続する、コンタクトプラグとして機能する。
The
また、第二のコンタクトプラグ10は、バリヤメタル10aと銅膜10bの積層構造である。
The
さて次に、第二の層間絶縁膜9上に、シリコン酸化膜等から成る第三の層間絶縁膜11を形成する。その後、当該第三の層間絶縁膜11に、銅配線12を配設する(図42)。当該第三の層間絶縁膜11および銅配線12の形成方法および構成は、実施の形態1で説明した内容と同じである。
Next, a third
以上により、図42に示す構造を有する半導体装置が完成する。 Thus, the semiconductor device having the structure shown in FIG. 42 is completed.
上記の製造方法を採用することにより、NMIS側コンタクトプラグ8Nの底部に形成される第一の導電体と、PMIS側コンタクトプラグ8Pの底部に形成される第二の導電体とを、異ならせることができる構成を簡単に作成できる。
By adopting the above manufacturing method, the first conductor formed at the bottom of the NMIS-
そして、上記第一の導電体と上記第二の導電体とを異ならせることにより、NMIS形成領域100側において、第一の導電体として、当該第一の導電体と直接接するn型のソース・ドレイン領域5nとのバリアハイトが低くなる材料を選定することができる。他方、PMIS形成領域200側において、第二の導電体として、当該第二の導電体と直接接するp型のソース・ドレイン領域5pとのバリアハイトが低くなる材料を選定することができる。
Then, by making the first conductor different from the second conductor, on the
したがって、NMIS側においてもPMIS側においても、第一のコンタクトプラグ8N,8Pとソース・ドレイン領域5n,5pとの接触抵抗を下げることができる。したがって、CMIS構造において、両トランジスタ側において駆動電流を共に向上させることができ、高性能なCMISトランジスタを提供できる。
Therefore, the contact resistance between the first contact plugs 8N and 8P and the source /
なお、上記説明では、NMIS側コンタクトプラグ8Nを作成した後に、PMIS側コンタクトプラグ8Pを作成した。しかし、PMIS側コンタクトプラグ8Pを先に作成し、その後に、NMIS側コンタクトプラグ8Nを作成しても良い。
In the above description, the PMIS
<実施の形態6>
本実施の形態では、たとえば第二のコンタクトプラグ10がズレて形成されたとしても、第二のコンタクトプラグ10とゲート電極4との接続を防止することができる半導体装置を提供する。なお、本実施の形態においても、ゲート構造G1は、ゲート絶縁膜3とゲート電極4とが当該順に積層された積層体である。
<
The present embodiment provides a semiconductor device that can prevent the connection between the
以下、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明を行うことにより、当該半導体装置の構成についても説明する。 Hereinafter, by explaining the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, the configuration of the semiconductor device will also be described.
まず、図2〜13を用いて説明した工程を実施することにより、図43の構成を作成する。本実施の形態では、適用される方法は実施の形態1とほぼ同じである。 First, the configuration shown in FIG. 43 is created by performing the steps described with reference to FIGS. In the present embodiment, the applied method is almost the same as in the first embodiment.
次に、第一の層間絶縁膜7上、第一のコンタクトプラグ8上、およびゲート電極4上において、絶縁膜41を形成する。ここで、当該絶縁膜41は、後述する第二の層間絶縁膜9との間でエッチング選択比を有する絶縁膜である。本実施の形態では、当該絶縁膜41は、シリコン窒化膜とする。なお、実施の形態1と同様に、本実施の形態においても、第一の層間絶縁膜7は、シリコン酸化膜である。その後、当該絶縁膜41に対して、リソグラフィーとエッチングとの組み合わせ処理を施す。これにより、図44に示すように、絶縁膜41はパターニングされる。なお、図44の構成を上面から見た平面図を、図45に示す。
Next, an insulating
具体的に、絶縁膜41は、ゲート電極4上において当該ゲート電極4を覆い、第一のコンタクトプラグ8の上面が完全に露出する大きさの開口部41aを有するように、パターニングされる。当該開口部41aの開口の大きさは、第一のコンタクトプラグ8の上面と同程度若しくは、同程度以上である。また、図45に示すように、絶縁膜41は、第一のコンタクトプラグ8と隣り合うゲート電極4の上面部分を、少なくとも覆っている。
Specifically, the insulating
次に、図44,45に示す構造体に対してCVD法を施す。これにより、図46に示すように、絶縁膜41を覆い、開口部41aを充填するように、第一の層間絶縁膜7上に、第二の層間絶縁膜9を形成する。本実施の形態では、第二の層間絶縁膜9は、シリコン酸化膜である。
Next, a CVD method is applied to the structures shown in FIGS. Thereby, as shown in FIG. 46, the second
次に、リソグラフィーおよびエッチングの組み合わせにより、第二の層間絶縁膜9に、第二のコンタクトホールを形成する。ここで、第二のコンタクトホールは、第二の層間絶縁膜9の上面から第一の層間絶縁膜7の上面(より具体的には、第一のコンタクトプラグ8)に至って、貫通して形成されている。
Next, a second contact hole is formed in the second
ここで、第二のコンタクトホール形成の際には、絶縁膜41がエッチングストッパとして機能する条件で、第二の層間絶縁膜9のエッチング処理が実施される。なお、絶縁膜41はシリコン窒化膜であり、シリコン酸化膜である第二の層間絶縁膜9に対してエッチング選択比を有する。したがって、所定のエッチングガス等を選択することにより、前記条件は満たされる。また、本実施の形態では、第二のコンタクトホールの図面水平方向の径は、開口部41aの図面水平方向の径よりも大きい。
Here, when forming the second contact hole, the etching process of the second
次に、実施の形態1と同様の方法により、第二のコンタクトホールを充填するように、第二の層間絶縁膜9の上に、バリアメタル膜10aと銅膜10bとを当該順に積層する。ここで、図47に示すように、銅膜10bの膜厚は、バリアメタル膜10aの膜厚と比べて非常に大きい。
Next, a
次に、バリアメタル膜10aおよび銅膜10bに対して、CMP法を施す。これにより、第二の層間絶縁膜9を再び露出させ、第二のコンタクトホールには、第二のコンタクトプラグ10が形成される(図48)。図48の構成に示すように、第二のコンタクトプラグ10は、バリヤメタル10aと銅膜10bの積層構造である。
Next, a CMP method is performed on the
図48に示すように、第二のコンタクトプラグ10は、第二の層間絶縁膜9を膜厚方向に貫通するように形成されている。したがって、第二のコンタクトプラグ10の下面は、第一のコンタクトプラグ8の上面と電気的に接続される。なお、第二のコンタクトプラグ10の図面水平方向の径は、開口部41aの図面水平方向の径よりも大きい。したがって、第二のコンタクトプラグ10の下面の一部は、絶縁膜41の上面にも接している(図48参照)。
As shown in FIG. 48, the
ここで、第二のコンタクトプラグ10は、第一のコンタクトプラグ8が有する第一の電気抵抗率より小さい、第二の電気抵抗率を有する。なお、上記の通り、第二のコンタクトプラグ10のほとんどが銅膜10bで構成されている。
Here, the
その後、実施の形態1と同様に、第二の層間絶縁膜9上に第三の層間絶縁膜11を形成し、当該第三の層間絶縁膜11に、銅配線12を配設する(図49)。ここで、銅配線12の下面は、第二のコンタクトプラグ12の上面と接続されている。
Thereafter, as in the first embodiment, a third
以上のように、本実施の形態では、少なくともゲート電極4を覆う絶縁膜41を形成し、当該絶縁膜41をエッチングストッパとして機能させて、第二の層間絶縁膜9のエッチング処理を実施している。つまり、当該絶縁膜41をエッチングストッパとして機能させて、第二の層間絶縁膜9に第二のコンタクトホールを形成している。
As described above, in the present embodiment, the insulating
したがって、第二の層間絶縁膜9において、大きな断面積を有する第二のコンタクトホールを形成することが可能となる。つまり、当該絶縁膜41の存在により、第二のコンタクトホールがゲート電極4に至ることを防止できる。よって、第二のコンタクトホールの形成ズレを気にすることなく、大きな断面積を有する第二のコンタクトホールを、第二の層間絶縁膜10内に形成できる。
Therefore, the second contact hole having a large cross-sectional area can be formed in the second
したがって、当該第二のコンタクトホール内に第二のコンタクトプラグ10を形成することにより、第一のコンタクトプラグ8の上面全体と接触する第二のコンタクトプラグ10を形成できる。つまり、第一のコンタクトプラグ8と第二のコンタクトプラグ10との接触抵抗をより削減できる。
Therefore, by forming the
また、たとえ第二のコンタクトホールがズレて、ゲート電極4の上方においても形成されたとしても、絶縁膜41の存在により、第二のコンタクトプラグ10とゲート電極4とは絶縁される。つまり、望まない、第二のコンタクトプラグ10とゲート電極4との短絡を防止できる。
Even if the second contact hole is displaced and formed even above the
また、図示していないが、図49において絶縁膜41の下方においても配線等が配設されているとする。当該構成の場合にも、当該配線等は、絶縁膜41により覆われているので、第二のコンタクトホールの位置ずれを気にせず、大きな断面積を有する当該第二のコンタクトホールを形成できる。つまり、上記位置ずれが発生し、配線等の上方に第二のコンタクトホールが形成されたとしても、絶縁膜41の存在により、望まない、第二のコンタクトプラグ10と当該配線等との短絡を防止できる。
Although not shown, it is assumed that wirings and the like are also provided below the insulating
<実施の形態7>
上記各実施の形態および後述する実施の形態(特に、ゲート電極の構成を限定すること無ければ)では、ゲート電極がフルシリサイドゲート電極である場合について言及している。本実施の形態では、ゲート電極の一部がメタルで構成されている場合について言及する。
<
In each of the above-described embodiments and later-described embodiments (particularly, without limiting the configuration of the gate electrode), the case where the gate electrode is a full silicide gate electrode is mentioned. In this embodiment, a case where a part of the gate electrode is made of metal will be described.
図50は、本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 FIG. 50 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment.
図50に示すように、ゲート絶縁膜3上には、ゲート電極(第一のゲート電極と把握できる)が形成されている。本実施の形態では、ゲート電極は、メタル導電層4Mと絶縁膜41Mとが当該順に積層した積層構造である。つまり、本実施の形態では、ゲート構造とは、ゲート絶縁膜3、メタル導電層4M、および絶縁膜41Mが当該順に積層された積層体のことである。
As shown in FIG. 50, a gate electrode (which can be grasped as a first gate electrode) is formed on the
ここで、メタル導電層4Mとして、たとえばTiNとWとの積層膜を採用できる。また、絶縁膜41Mはシリコン窒化膜であり、第二の層間絶縁膜9との間でエッチング選択比を有する絶縁膜である。
Here, for example, a laminated film of TiN and W can be employed as the metal
つまり、エッチング処理により、第二の層間絶縁9に第二のコンタクトホールが形成される。当該絶縁膜41Mは、当該第二のコンタクトホールの形成の際に、エッチングストッパとして機能する。また、当該絶縁膜41Mは、製造工程中において、メタル導電層4Mを汚染から保護するマスクとしても機能する。
That is, the second contact hole is formed in the
なお、当該ゲート電極の構成以外の図50の構成は、図1に示した構成と同じである。したがって、ここでの図50の他の構成の詳細な説明は、省略する。 The configuration of FIG. 50 other than the configuration of the gate electrode is the same as the configuration shown in FIG. Therefore, detailed description of the other configuration of FIG. 50 here is omitted.
本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態1で説明した効果に加えて、以下の効果も有する。 The semiconductor device according to the present embodiment has the following effects in addition to the effects described in the first embodiment.
つまり、メタル導電層4M上に、第二のコンタクトホールの形成の際にエッチングストッパーとして機能する絶縁膜41Mが形成されている。つまり、第二のコンタクトホールの底面は、絶縁膜41Mの上面に形成される。したがって、第二のコンタクトホールの形成の際に、リソグラフィーのアライメントずれが発生したとしても、最終的に、第二のコンタクトプラグ9がメタル導電層4Mに接続されることを防止できる。よって、大きな断面積を有する第二のコンタクトホールを、第二の層間絶縁膜10内に形成できる。したがって、第一のコンタクトプラグ8の上面全体と接触する第二のコンタクトプラグ10を形成できる。つまり、第一のコンタクトプラグ8と第二のコンタクトプラグ10との接触抵抗をより削減できる。
That is, the insulating
なお、第一の層間絶縁膜7の成膜後、上面の平坦化のためにCMP処理が実施される。この際、絶縁膜41Mの上面を検出することにより、容易にCMP処理を止めることができる。つまり、絶縁膜41Mをストッパーとして、第一の層間絶縁膜7のCMP処理を制御する。これにより、ゲート電極の上面(すなわち、ゲート構造の上面であり、より具体的には、絶縁膜41M)と第一の層間絶縁膜7の上面とが面一となる構成を、簡単に作成することができる。
Note that after the formation of the first
また、メタル導電層4Mとより上層の配線とを接続させるために、メタル導電層4Mに接続するビアを形成する場合には、当該ビアの形成・接続のために、絶縁膜41Mには、開口部が形成される。
When a via connected to the metal
<実施の形態8>
本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図を図51に示す。図51の構成と図1の構成とは、下記の点において相違する。
<Eighth embodiment>
FIG. 51 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to this embodiment. The configuration of FIG. 51 is different from the configuration of FIG. 1 in the following points.
つまり、実施の形態1では、ゲート電極は、フルシリサイドゲート電極であった。本実施の形態では、ゲート電極は、ポリシリコン膜4poと金属シリサイド膜6との積層構造である。なお、実施の形態1と同様に、当該積層構造のゲート電極は、ゲート絶縁膜3上に形成されている。ここで、本実施の形態では、ゲート構造は、ゲート絶縁膜3、ポリシリコン膜4po、および金属シリサイド膜6が当該順に積層した積層体のことである。
That is, in the first embodiment, the gate electrode is a full silicide gate electrode. In the present embodiment, the gate electrode has a laminated structure of the polysilicon film 4po and the
また、本実施の形態では、サイドウォール膜SWが形成されたゲート電極を覆うように、半導体基板1上に、絶縁膜61が形成されている。より具体的には、絶縁膜61は、半導体基板1の表面内に形成されたソース・ドレイン領域(電極領域)5上にも形成されている。当該絶縁膜61は、半導体基板1の上面内に形成されているトランジスタTrのチャネル領域に、所定の歪を生じさせることが可能なストレス絶縁膜である。
In the present embodiment, the insulating
また、絶縁膜61はシリコン窒化膜であり、第二の層間絶縁膜9との間でエッチング選択比を有する絶縁膜である。つまり、エッチング処理により、第二の層間絶縁膜9に第二のコンタクトホールが形成される。絶縁膜61は、当該第二のコンタクトホールの形成の際に、エッチングストッパとして機能する。
The insulating
その他の図51の構成は、図1の構成と同じである。したがって、図51のその他の構成の説明は、ここでは省略する。 Other configurations in FIG. 51 are the same as those in FIG. Therefore, the description of the other configuration in FIG. 51 is omitted here.
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described.
まず、図2〜6を用いて説明した工程と同様の工程を実施する。ここで、本実施の形態では、実施の形態1と異なり、ポリシリコン膜4po上にはハードマスクが形成されていない。つまり、上記工程の実施により本実施の形態では、図52に示すように、半導体基板1上には、ゲート絶縁膜3を介して、ポリシリコン膜4poのみが形成される。なお、本実施の形態においても、ポリシリコン膜4poの両脇における半導体基板1の表面内には、多段構造のソース・ドレイン領域5が形成される。また、ポリシリコン膜4poの両側面には、多層構造のサイドウォール膜SWが形成される。
First, steps similar to those described with reference to FIGS. Here, in the present embodiment, unlike the first embodiment, no hard mask is formed on the polysilicon film 4po. That is, in the present embodiment, only the polysilicon film 4po is formed on the
次に、図52に示した構造体において、露出した半導体基板1上面に形成された自然酸化膜(図示せず)を除去する。その後、図52に示した構造体に対して、スパッタ法を施す。これにより、図53に示すように、ポリシリコン膜4poを覆うように、半導体基板1上に、例えばニッケル等からなる金属膜21を形成する。当該金属膜21の膜厚は、例えば10nm程度である。また、金属膜21として、ニッケルの他に、Co、Ti、Pt、V、Pd、Hf、Yb、Erや、前記において列記した金属を2つ以上含む合金を適用することもできる。
Next, in the structure shown in FIG. 52, a natural oxide film (not shown) formed on the exposed upper surface of the
次に、金属膜21に対して、さらにスパッタ法を施す。これにより、図53に示すように、金属膜21上に酸化防止用のTiN膜22が形成される。当該TiN膜22の膜厚は、例えば10nm程度である。
Next, the
次に、周知のサリサイド法を施す。具体的に、図53に示した構造体に対して、250℃〜400℃の熱処理を施す。当該熱処理により、金属膜21と半導体基板1の表面のシリコン、および金属膜21とポリシリコン膜4poのシリコンとが各々反応する。当該反応後の様子を図54に示す。図54に示すように、ソース・ドレイン領域5の表面内およびポリシリコン膜4poの表面内に、各々金属シリサイド膜6が形成される。なお、シリサイド化しなかった金属膜21とTiN膜22とは、硫酸と過酸化水素水の混合液等により除去される(図54)。
Next, a known salicide method is applied. Specifically, heat treatment at 250 ° C. to 400 ° C. is performed on the structure shown in FIG. By the heat treatment, the
次に、図54に示した構造体に対してCVD法を施す。これにより、図55に示すように、ゲート構造を覆うように、半導体基板1上に、シリコン窒化膜から成る絶縁膜61を形成する。より具体的に、当該絶縁膜61は、ソース・ドレイン領域5上にも形成される。
Next, a CVD method is performed on the structure shown in FIG. Thereby, as shown in FIG. 55, an insulating
ここで、絶縁膜61は、例えば15〜30nm程度の膜厚を有する。また、ゲート構造の下方に形成されるチャネル領域に対して、歪を発生させるストレス絶縁膜として機能する。また、上記の通り、絶縁膜61は、第二の層間絶縁膜9との間でエッチング選択比を有する絶縁膜である。つまり、エッチング処理により、第二の層間絶縁膜9に第二のコンタクトホールを形成する際に、絶縁膜61はエッチングストッパとして機能する。
Here, the insulating
次に、図55に示した構造体に対してCVD法を施す。これにより、絶縁膜61上に、第一の層間絶縁膜7が形成される。当該第一の層間絶縁膜7は、シリコン酸化膜から成る。その後、第一の層間絶縁膜7に対してCMP 法を施す。これにより、図56に示すように、第一の層間絶縁膜7が平坦化される。また、図56に示すように、当該CMP処理により、第一の層間絶縁膜7の上面から、絶縁膜61の一部を露出させる。より具体的に、上記CMP処理により、ゲート構造の上部に形成された絶縁膜61を、第一の層間絶縁膜7の上面から露出させる。
Next, a CVD method is performed on the structure shown in FIG. Thereby, the first
次に、リソグラフィーおよびエッチングの組み合わせにより、第一の層間絶縁膜7および絶縁膜61に、トレンチおよびコンタクトホールを形成する。ここで、トレンチおよびコンタクトホールは共に、第一の層間絶縁膜7の上面から半導体基板1の上面(より具体的には、ソース・ドレイン領域(電極領域)5)に至って、貫通して形成される。
Next, trenches and contact holes are formed in the first
なお、トレンチおよびコンタクトホールは共に、第一の層間絶縁膜7および絶縁膜61を貫通して形成されている。よって、本明細書において、トレンチおよびコンタクトホールは共に、第一のコンタクトホールと称する。
Both the trench and the contact hole are formed through the first
次に、第一のコンタクトホールの底面から露出している部分に存在する自然酸化膜を除去する。その後、図57に示すように、当該第一のコンタクトホール内に、第一のコンタクトプラグ8を形成する。ここで、第一のコンタクトプラグ8は共に、第一の電気抵抗率を有する。なお、第一のコンタクトプラグ8の形成方法は、実施の形態1で説明した第一のコンタクトプラグ8A,8Bの形成方法と同じである。したがって、ここでは、第一のコンタクトプラグ8の詳細な形成方法の説明を省略する。
Next, the natural oxide film present in the portion exposed from the bottom surface of the first contact hole is removed. Thereafter, as shown in FIG. 57, a
実施の形態1でも説明したように、第一のコンタクトプラグ8は共に、バリヤメタル8aとタングステン膜8bの積層構造である。なお、上記の通り、第一のコンタクトプラグ8のほとんどがタングステン膜8bで構成されている。
As described in the first embodiment, both the first contact plugs 8 have a laminated structure of
図57に示すように、第一のコンタクトプラグ8の形成の際に実施されるCMP処理により、第一の層間絶縁膜7の上面から、絶縁膜61の一部(ゲート電極上における絶縁膜61)および第一のコンタクトプラグ8の上面が露出する。つまり、第一の層間絶縁膜8の上面とゲート電極上における絶縁膜61の上面とが、同じ高さ位置である。第一のコンタクトプラグ8は、第一の層間絶縁膜7および絶縁膜61を貫通して形成される。なお、第一のコンタクトプラグ8は、ソース・ドレイン領域5と第一の層間絶縁膜7の上面に存在する部材とを電気的に接続する、コンタクトプラグとして機能する。
As shown in FIG. 57, a part of the insulating film 61 (the insulating
その後、第二の層間絶縁膜9、第二のコンタクトプラグ10、第三の層間絶縁膜11および銅配線12を形成し、図51に示す構造を有する半導体装置が完成する。
Thereafter, the second
ここで、絶縁膜61は、第二の層間絶縁膜9との間でエッチング選択比を有する絶縁膜である。したがって、エッチング処理により、第二の層間絶縁9に第二のコンタクトホールを形成する際には、絶縁膜61はエッチングストッパとして機能する。たとえば、絶縁膜61はシリコン窒化膜であり、シリコン酸化膜である第二の層間絶縁膜9に対してエッチング選択比を有する。したがって、所定のエッチングガス等を選択することにより、絶縁膜61はエッチングストッパとして機能させることができる。
Here, the insulating
なお、第二のコンタクトプラグ10は、上記第一の電気抵抗率より小さい第二の電気抵抗率を有する。また、実施の形態1でも説明したように、第二のコンタクトプラグ10は、ほとんどが銅膜で構成されている。
The
以上のように、本実施の形態では、ゲート構造を覆うように、ソース・ドレイン領域5上にも、絶縁膜61が形成される。ここで、当該絶縁膜61は、第二の層間絶縁膜9との間でエッチング選択比を有する。また、当該絶縁膜膜61は、トランジスタTrのチャネル領域に所定の歪を生じさせることが可能な、ストレス絶縁膜として機能する。
As described above, in the present embodiment, the insulating
したがって、実施の形態7で説明した効果に加えて、チャネル領域において発生した歪に起因してトランジスタTrの駆動の向上させることができる。つまり、本実施の形態に係る一の絶縁膜61を設けるだけで、リソグラフィーのアライメントずれを気にせず、径の大きな第二のコンタクトプラグ9を形成でき、さらに、トランジスタTrの駆動能力も向上させることができる。
Therefore, in addition to the effects described in
なお、第一の層間絶縁膜7の成膜後、上面の平坦化のためにCMP処理が実施される。この際、ゲート電極上における絶縁膜61の上面を検出することにより、容易にCMP処理を止めることができる。つまり、絶縁膜61をストッパーとして、第一の層間絶縁膜7のCMP処理を制御する。これにより、ゲート電極上におけるゲート絶縁膜61の上面と第一の層間絶縁膜7の上面とが面一となる構成を、簡単に作成することができる。
Note that after the formation of the first
また、ゲート電極とより上層の配線とを接続させるために、ゲート電極に接続するビアを形成する場合には、当該ビアの形成・接続のために、絶縁膜61には、開口部が形成される。
Further, in the case where a via connected to the gate electrode is formed in order to connect the gate electrode and the upper layer wiring, an opening is formed in the insulating
<実施の形態9>
上記各実施の形態では、第二の層間絶縁膜9はシリコン酸化膜であった。ところで、第二の層間絶縁膜9には、低電気抵抗率である第二の電気抵抗率を有する第二のコンタクトプラグ10が形成される。
<
In the above embodiments, the second
そこで、本実施の形態では、第二の層間絶縁膜9として、低比誘電率膜(low−k膜)を適用する。より具体的に、本実施の形態に係る第二の層間絶縁膜9は、FSG(Fluorine doped Silicon Glass:比誘電率k=3.4〜3.6)が有する比誘電率よりも低い、比誘電率を有する。
Therefore, in the present embodiment, a low relative dielectric constant film (low-k film) is applied as the second
第二の層間絶縁膜9として、たとえば、SiOC膜(炭素を添加したシリコン酸化膜)、SiCO膜(酸素を添加したSiC膜)、有機系高分子膜およびポーラスシリカのいずれかを含む膜を採用できる。なお、有機系高分子膜とは、ポリアリルエーテル系膜、ポリイミド系膜、パリレン系膜、テフロン(登録商標)系膜等である。また、ポーラスシリカ膜は、たとえばポーラスMSQ膜(Methylsilsesquioxane)である。
As the second
SiOC膜の比誘電率は、2.7〜2.9程度である。SiCO膜の比誘電率は、3程度である。有機系高分子膜の比誘電率は、2.5〜3程度である。MSQ膜の比誘電率は、2.0〜2.5程度である。 The relative dielectric constant of the SiOC film is about 2.7 to 2.9. The relative dielectric constant of the SiCO film is about 3. The relative dielectric constant of the organic polymer film is about 2.5 to 3. The relative dielectric constant of the MSQ film is about 2.0 to 2.5.
なお、第二の電気抵抗率より高い第一の電気抵抗率を有する第一のコンタクトプラグ8が形成される第一の層間絶縁膜7として、上記低比誘電率膜を適用してもかまわない。しかし、第一の層間絶縁膜7には、ゲート電極が形成される。したがって、第一の層間絶縁膜7としては、SiO2膜、FSG膜、TEOS膜、USG膜(これらの膜の比誘電率は4程度)を適用する方が望ましい。
Note that the low relative dielectric constant film may be applied as the first
以上のように、本実施の形態では、第二の層間絶縁膜9は低比誘電率膜である。したがって、第二のコンタクトプラグ10間の容量を低減することができる。これにより、第二のコンタクトプラグ10における電気信号の遅延を抑制することができる。また、第二の層間絶縁膜9は低比誘電率膜であるので、当該第二の層間絶縁膜9の膜厚を薄く設定できる。つまり、第二の層間絶縁膜9に形成される第二のコンタクトプラグ10の高さを、低く設定できる。よって、第二のコンタクトプラグ10の電気抵抗をより低減できる。この観点からも、第二のコンタクトプラグ10における電気信号遅延は抑制される。
As described above, in the present embodiment, the second
なお、本願の各実施の形態において、第二のコンタクトプラグ10を、平面視において離れて形成されている部材間を電気的に接続する、配線としても機能させても良い。つまり、図58に示すように、第二のコンタクトプラグ10の一部分10Lは、第二の層間絶縁膜9内において平面視方向に延設されている。そして、当該一部分10Lを有する第二のコンタクトプラグ10により、平面視において離れて形成されている第一のコンタクトプラグ8と銅配線12とが電気的に接続される。
In each embodiment of the present application, the
しかしながら、第二のコンタクトプラグ10を配線として機能させる構成は、本実施の形態のように、第二の層間絶縁膜9が低比誘電率膜である場合により効果的である。なぜなら、本実施の形態では、第二のコンタクトプラグ10における電気信号遅延を抑制できるからである。また、第二のコンタクトプラグ10を配線としても機能させることにより、デバイス設計の自由度を向上させることもできる。
However, the configuration in which the second contact plug 10 functions as a wiring is more effective when the second
なお、第二の層間絶縁膜9には、銅膜を主要素とする第二のコンタクトプラグ10が形成される。したがって、銅の第二の層間絶縁膜9への拡散をより抑制できる構成が望ましい。たとえば、第二の層間絶縁膜9を、銅拡抑制効果のあるSiCN膜と上記低比誘電率膜との積層膜を用いることが、銅拡散防止の観点からより望ましい。
A
<実施の形態10>
本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図を、図59に示す。図59に示すように、本実施の形態では、第一のコンタクトプラグ8の上面は、窪んだ部分(シーム部)8sを有している。そして、当該窪んだ部分8sが充填されるように、第二のコンタクトプラグ10が形成される。その他の構成は、上記実施の形態(より具体的に、図20の構成)と同じである。したがって、ここでの当該その他の構成の説明は省略する。
<
FIG. 59 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to this embodiment. As shown in FIG. 59, in the present embodiment, the upper surface of the
たとえば、図20を含む他の構成、つまり第一のコンタクトプラグ8の上面を平坦とする場合には、次のような形成方法を採用する。つまり、完全に第一のコンタクトホール形状が埋め込まれるように、膜厚のタングステン膜8bを形成する。つまり、タングステン膜8bの上面において、第一のコンタクトホールの形状に起因した窪みが無くなる程度まで、厚膜のタングステン膜8bを形成する。その後、CMP処理により、タングステン膜8b等を研磨し、平坦化処理実施する。
For example, when another configuration including FIG. 20, that is, when the upper surface of the
これに対して、本実施の形態では、たとえば次の方法を採用する。 On the other hand, in the present embodiment, for example, the following method is adopted.
第一のコンタクトホール内にタングステン膜(導電材料と把握できる)8bを埋め込み際に、タングステン膜8bの膜厚を、たとえば第一のコンタクトホールを埋め込むのに必要な膜厚(即ちホールの半分から半分の20%増し程度の膜厚)に設定する。つまり、前述方法より、薄膜のタングステン膜8bを第一のコンタクトホール内に充填する。これにより、図60に示すように、タングステン膜8bの上面に、窪み部分(シーム部)r1が形成される。なお、図60では図面簡略化のため、バリアメタル膜8a、金属シリサイド膜6およびソース・ドレイン領域5等は、図示を省略している。
When the
次に、タングステン膜8bに対して、研磨量を調整したCMP処理を施す。または、タングステン膜8bに対して、ドライエッチング処理を施す。これにより、上面に窪んだ部分(シーム部)8sを有する第一のコンタクトプラグ8が形成される(図59)。
Next, a CMP process with an adjusted polishing amount is performed on the
その後、当該窪んだ部分8sを充填するように、バリアメタル膜10aおよび銅膜10bを形成する。これにより、図59に示すように、第二のコンタクトプラグ10の下面を、上記窪んだ部分8sと接続させることができる。
Thereafter, the
以上のように、本実施の形態では、第一のコンタクトプラグ8の上面は、窪んだ部分8sを有している。そして、当該窪んだ部分8sが充填されるように、第二のコンタクトプラグ10が形成される。
As described above, in the present embodiment, the upper surface of the
したがって、第一のコンタクトプラグ8と第二のコンタクトプラグ10との接触面積が増大する。よって、両コンタクトプラグ8,10間における界面抵抗を低減することができる。
Therefore, the contact area between the
<実施の形態11>
本実施の形態に係る半導体装置の構成断面図を、図61に示す。ここで、図61の左右方向は、ゲート長方向であり、図61の表裏方向は、ゲート幅方向である。
<
A configuration cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment is shown in FIG. Here, the left-right direction in FIG. 61 is the gate length direction, and the front-back direction in FIG. 61 is the gate width direction.
図61に示すように、本実施の形態では、半導体基板1の上面に、第一のゲート電極4lと第二のゲート電極4rとが形成されている。ここで、第一のゲート電極4lは、第一のゲート絶縁膜3lを介して、半導体基板1上に形成されている。また、第二のゲート電極4rは、第二のゲート絶縁膜3rを介して、半導体基板1上に形成されている。第一のゲート電極4lと第一のゲート絶縁膜3lとで、ゲート構造Glが構成される。第二のゲート電極4rと第二のゲート絶縁膜3rとで、ゲート構造Grが構成される。なお、各ゲート構造Gl,Grの両側面には、サイドウォール膜SWが形成されている。
As shown in FIG. 61, in the present embodiment, a first gate electrode 4l and a
なお、第一のゲート電極4lは、一方のトランジスタの構成要素である、他方、第二のゲート電極4rは、他方のトランジスタの構成要素である。
The first gate electrode 4l is a component of one transistor, and the
また、本実施の形態では、第一のコンタクトプラグ8CLは、配線としても機能する。つまり、当該第一のコンタクトプラグ8CLは、ソース・ドレイン領域(図61において図示せず)と第二のコンタクトプラグ10とを接続している。さらに、第一のコンタクトプラグ8CLは、第一の層間絶縁膜7内において、ゲート幅方向に延設された部分を少なくと有する配線としても機能する。つまり、断面視における、ゲート電極4l,4rの配列方向とは垂直な方向に、第一のコンタクトプラグ8CLの一部が延設されている。
In the present embodiment, the first contact plug 8CL also functions as a wiring. That is, the first contact plug 8CL connects the source / drain region (not shown in FIG. 61) and the
第一のコンタクトプラグ8CLは、第一のゲート電極4lと第二のゲート電極4rとの間に形成されている。より具体的には、第一のコンタクトプラグ8CLの一方の側面は、第一のゲート電極4lの側面に形成されたサイドウォール膜SWと直接接している。また、第一のコンタクトプラグ8CLはの他方の側面は、第二のゲート電極4rの側面に形成されたサイドウォール膜SWと直接接している。
The first contact plug 8CL is formed between the first gate electrode 4l and the
なお、実施の形態1と同様に、本実施の形態においても、第一のコンタクトプラグ8CLは、バリアメタル膜8aとタングステン膜8bとから構成されている。また、第一のコンタクトプラグ8CLは、実施の形態1と同様に、第二のコンタクトプラグ10が有する第二の電気抵抗率よりも高い、第一の電気抵抗率を有する。
As in the first embodiment, also in the present embodiment, the first contact plug 8CL is composed of a
図61では、図面簡略化のため、ソース・ドレイン領域5および素子分離絶縁膜2は、省略している。また、第一のコンタクトプラグ8CL以外の構成(たとえば、各層間絶縁膜7,9,11、第二のコンタクトプラグ10および銅配線12等)は、実施の形態1で説明した構成と同じである。したがって、これらの構成の説明は、ここでは省略する。
In FIG. 61, the source /
たとえば、ゲート電極4l,4r間の間隔が非常に狭くなると、当該ゲート電極4l,4r間の半導体基板1の表面内に形成される金属シリサイド膜6が薄膜する。そうすると、金属シリサイド膜6の高抵抗化または、凝集により当該金属シリサイド膜6の断線が発生する可能性が高くなる。
For example, when the distance between the
これに対して、本実施の形態では、第一のコンタクトプラグ8CLは、第一のゲート電極4lと第二のゲート電極4rとの間に形成されている。さらに、第一のコンタクトプラグ8CLは、断面図におけるゲート電極4l,4rの配列方向とは垂直な方向に、延設される配線としても機能する。
On the other hand, in the present embodiment, the first contact plug 8CL is formed between the first gate electrode 4l and the
したがって、抵抗値が低抵抗で安定しており、断線が起こらない狭ゲート間配線を得ることができる。 Accordingly, it is possible to obtain a narrow inter-gate wiring that has a low resistance value and is stable and does not cause disconnection.
<実施の形態12>
本実施の形態に係る半導体装置の構成断面図を、図62に示す。
<
FIG. 62 shows a structural cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment.
図62に示すように、本実施の形態では、半導体基板1の上面に、第一のゲート電極4oと第二のゲート電極4fとが形成されている。ここで、第一のゲート電極4oは、第一のゲート絶縁膜3oを介して、半導体基板1上に形成されている。また、第二のゲート電極4fは、第二のゲート絶縁膜3fを介して、半導体基板1(図62の断面状態では素子分離絶縁膜2)上に形成されている。第一のゲート電極4oと第一のゲート絶縁膜3oとで、ゲート構造Goが構成される。第二のゲート電極4fと第二のゲート絶縁膜3fとで、ゲート構造Gfが構成される。なお、各ゲート構造Go,Gfの両側面には、サイドウォール膜SWが形成されている。
As shown in FIG. 62, in the present embodiment, a first gate electrode 4o and a
つまり、図62に示すように、半導体基板1には、二つのトランジスタが形成されている。第一のゲート電極4oは、一方のトランジスタの構成要素である、他方、第二のゲート電極4fは、他方のトランジスタの構成要素である。なお、図62の断面図では、ゲート長方向のゲート電極4oが図示されており、ゲート幅方向のゲート電極4fが図示されている。
That is, as shown in FIG. 62, two transistors are formed on the
実施の形態1と同様に、第一のコンタクトプラグ8Sは、ソース・ドレイン領域5(より具体的には、金属シリサイド膜6)と第二のコンタクトプラグ10Sとを、電気的に接続している。具体的に、第一のコンタクトプラグ8Sの底面は、ソース・ドレイン領域5に形成された金属シリサイド膜6と電気的に接続する。他方、第一のコンタクトプラグ8Sの上面は、第二のコンタクトプラグ10Sの底面と電気的に接続する。
As in the first embodiment, the first contact plug 8S electrically connects the source / drain region 5 (more specifically, the metal silicide film 6) and the
また、本実施の形態では、第一のコンタクトプラグ8Sは、第一のゲート電極4oと第二のゲート電極4fとの間に形成されている。より具体的には、第一のコンタクトプラグ8Sの一方の側面は、第一のゲート電極4oの側面に形成されたサイドウォール膜SWと直接接している。また、第一のコンタクトプラグ8Sはの他方の側面は、第二のゲート電極4fの側面に形成されたサイドウォール膜SWと直接接している。
In the present embodiment, the
なお、実施の形態1と同様に、本実施の形態においても、第一のコンタクトプラグ8Sは、バリアメタル膜8aとタングステン膜8bとから構成されている。また、第一のコンタクトプラグ8Sは、実施の形態1と同様に、第二のコンタクトプラグ10が有する第二の電気抵抗率よりも高い、第一の電気抵抗率を有する。
As in the first embodiment, also in this embodiment, the
第二のコンタクトプラグ10Sは、第一のコンタクトプラグ8S、第二のゲート電極4fおよび銅配線12と電気的に接続している。具体的に、第二のコンタクトプラグ10Sの底面は、第一のコンタクトプラグ8Sの上面および第二のゲート電極4fの上面と電気的に接続している。また、第二のコンタクトプラグ10Sの上面は、銅配線12の底面と電気的に接続している。
The
なお、実施の形態1と同様に、本実施の形態においても、第二のコンタクトプラグ10Sは、バリアメタル膜10aと銅膜10bとから構成されている。また、第二のコンタクトプラグ10Sは、実施の形態1と同様に、第一のコンタクトプラグ8Sが有する第一の電気抵抗率よりも低い、第二の電気抵抗率を有する。
As in the first embodiment, also in the present embodiment, the
本実施の形態では、第一のコンタクトプラグ8Sと第二のコンタクトプラグ10Sとで、一方のトランジスタが有するソース・ドレイン領域5と他方のトランジスタが有するゲート電極4fとを電気的に接続するシェアードコンタクトが構成されている。
In the present embodiment, the shared contact that electrically connects the source /
図62における上記以外の構成(たとえば、ソース・ドレイン領域5、各層間絶縁膜7,9,11および銅配線12等)は、実施の形態1で説明した構成と同じである。したがって、これらの構成の説明は、ここでは省略する。
62 other than the above (for example, the source /
たとえば、第一のコンタクトプラグ8Sおよび第二のコンタクトプラグ10Sのように、コンタクトプラグが分割されて形成されていない構成では、次のような問題が生じることがあった。
For example, in the configuration in which the contact plugs are not divided and formed as in the
図63に示すように、層間絶縁膜70内にコンタクトプラグ72を形成する際に、アライメントずれが生じたとする。そして、これにより、コンタクトプラグ72が、設計段階の位置よりも、第二のゲート電極4f側にズレて形成されたとする。この場合、コンタクトプラグ72の底面と接続されるのは、第二のゲート電極4fの上面および当該第二のゲート電極4fの側面に形成されたサイドウォール膜SWのみである。つまり、この場合、コンタクトプラグ72の底面は、ソース・ドレイン領域5とは電気的に接続されなくなる。
As shown in FIG. 63, it is assumed that misalignment occurs when the
これに対して、本実施の形態では、コンタクトプラグは分割して形成されている。第一のコンタクトプラグ8Sは、第一のゲート電極4oと第二のゲート電極4fとの間に形成されている。そして、第二のコンタクトプラグ10Sの底面は、第一のコンタクトプラグ8Sの上面および第二のゲート電極4fの上面と電気的に接続する。
On the other hand, in the present embodiment, the contact plug is divided and formed. The
したがって、第二のコンタクトプラグ10Sが、設計段階の位置よりも、第二のゲート電極4f側に多少ズレて形成されたとしても、第二のコンタクトプラグ10Sの底面を、第二のゲート電極4fと第一のコンタクトプラグ8Sの上面とに接続させることができる。つまり、第二のコンタクトプラグ10Sの形成の際にアライメントズレが発生したとしても、第二のコンタクトプラグ10Sの底面が第一のコンタクトプラグ8Sの上面と接続されない事態を抑制することができる。
Accordingly, even if the
図64から分かるように、第二のコンタクトプラグ10Sの形成の際、サイドウォール膜SWの膜厚分(30nm程度)のアライメントズレが許容される。図64は、アライメントずれの発生した状態を示している。図64では、平面視において、第二のコンタクトプラグ10Sの端部10Seが、ゲート電極4fの側面に形成されたサイドウォール膜SWの上に位置している。このような場合においても、第二のコンタクトプラグ10Sの底部が、第一のコンタクトプラグ8Sの上面と接していることが理解できる。
As can be seen from FIG. 64, when the
なお、ゲート構造Gfが、ゲート電極4oのゲート長方向の延長線上に配置されないケースもある。このようなケースでは、第一のコンタクトプラグ8Sを第一の層間絶縁膜7内において延設し、配線として機能させれば良い。
In some cases, the gate structure Gf is not disposed on the extension line of the gate electrode 4o in the gate length direction. In such a case, the
上記各実施の形態に記載した発明は、コンタクトプラグを有する半導体装置全般に適用できる。特に、45nm以降の高集積な、SOC(System On a Chip)、SRAM(Static Random Access Memory)等で、上記各実施の形態に記載した発明は有効的である。 The inventions described in the above embodiments can be applied to all semiconductor devices having contact plugs. In particular, the invention described in each of the above-described embodiments is effective in a highly integrated SOC (System On a Chip), SRAM (Static Random Access Memory), and the like of 45 nm or more.
1 半導体基板、2 素子分離絶縁膜、3,3n,3p,3l,3r,3f,3o ゲート絶縁膜、4,4n,4p,4l,4r,4f,4o ゲート電極、5,5n,5p ソース・ドレイン領域(電極領域)、4M メタル導電層、4po ポリシリコン膜、6 金属シリサイド膜、7 第一の層間絶縁膜、7a,7d 第一のコンタクトホール、7m 第一の開口部、7f 第二の開口部、8,8A,8B,8N,8P,8CL,8S,18 第一のコンタクトプラグ、8a,10a,12a,8sn,8t バリアメタル膜、8b タングステン膜、8s 窪んだ部分、9 第二の層間絶縁膜、9a 第二のコンタクトホール、10,10S 第二のコンタクトプラグ、10b,12b 銅膜、10L 第二のコンタクトプラグ10の一部分、11 第三の層間絶縁膜、12 銅配線、31 局所配線、41,41M,61 絶縁膜、41a 開口部、100 NMIS形成領域、200 PMIS形成領域、G1,G2,Gn,Gp,Gl,Gr,Gf,Go ゲート構造、La サイドウォール膜と接する部分の一方のコンタクトプラグの長さ、Lb サイドウォール膜と接する部分の他方のコンタクトプラグの長さ、Ls ゲート幅方向の第一の電極領域の長さ、Lt ゲート幅方向の第二の電極領域の長さ、SW,SWa,SWp サイドウォール膜、Tr1,Tr2,Trn,Trp トランジスタ。 1 Semiconductor substrate, 2 element isolation insulating film, 3, 3n, 3p, 3l, 3r, 3f, 3o gate insulating film, 4, 4n, 4p, 4l, 4r, 4f, 4o gate electrode, 5, 5n, 5p Drain region (electrode region), 4M metal conductive layer, 4po polysilicon film, 6 metal silicide film, 7 first interlayer insulating film, 7a, 7d first contact hole, 7m first opening, 7f second Opening, 8, 8A, 8B, 8N, 8P, 8CL, 8S, 18 First contact plug, 8a, 10a, 12a, 8sn, 8t Barrier metal film, 8b Tungsten film, 8s Recessed part, 9 Second Interlayer insulating film, 9a Second contact hole, 10, 10S Second contact plug, 10b, 12b Copper film, 10L Part of second contact plug 10, 11 Third interlayer insulating film, 12 copper wiring, 31 local wiring, 41, 41M, 61 insulating film, 41a opening, 100 NMIS forming area, 200 PMIS forming area, G1, G2, Gn, Gp, Gl, Gr, Gf , Go gate structure, the length of one contact plug in contact with the La sidewall film, the length of the other contact plug in contact with the Lb sidewall film, the length of the first electrode region in the Ls gate width direction , Lt Length of the second electrode region in the gate width direction, SW, SWa, SWp side wall film, Tr1, Tr2, Trn, Trp transistor.
Claims (25)
前記半導体基板の上に形成された第一のゲート電極と、前記半導体基板の表面内に形成された電極領域とを有するトランジスタと、
上面が、前記第一のゲート電極の上面と同じ高さ位置である、第一の層間絶縁膜と、
前記第一の層間絶縁膜上に形成される第二の層間絶縁膜と、
前記第一の層間絶縁膜の膜厚方向に貫通して形成され、下面において前記電極領域と電気的に接続され、第一の電気抵抗率を有する、第一のコンタクトプラグと、
前記第二の層間絶縁膜の膜厚方向に貫通して形成され、下面において前記第一のコンタクトプラグの上面と電気的に接続され、第一の電気抵抗率より低い第二の電気抵抗率を有する、第二のコンタクトプラグとを、備えている、
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A transistor having a first gate electrode formed on the semiconductor substrate and an electrode region formed in a surface of the semiconductor substrate;
A first interlayer insulating film having an upper surface at the same height as the upper surface of the first gate electrode;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film;
A first contact plug formed penetrating in the film thickness direction of the first interlayer insulating film, electrically connected to the electrode region on the lower surface, and having a first electrical resistivity;
The second interlayer insulating film is formed so as to penetrate in the film thickness direction, and is electrically connected to the upper surface of the first contact plug on the lower surface, and has a second electrical resistivity lower than the first electrical resistivity. Having a second contact plug,
A semiconductor device.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first contact plug also functions as a wiring in the first interlayer insulating film.
The semiconductor device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The second contact plug also functions as a wiring in the second interlayer insulating film.
The semiconductor device according to claim 1.
前記第二の層間絶縁膜内において形成され、前記第一のコンタクトプラグと前記第二のゲート電極とを電気的に接続する、局所配線とを、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 A second gate electrode formed on the semiconductor substrate;
A local wiring that is formed in the second interlayer insulating film and electrically connects the first contact plug and the second gate electrode;
The semiconductor device according to claim 2.
第一の電極領域および第二の電極領域であり、
前記第一のコンタクトプラグは、
前記第一の電極領域と電気的に接続する一方のコンタクトプラグ、および前記第二の電極領域と電気的に接続する他方のコンタクトプラグであり、
前記第一のゲート電極の両側面に形成されたサイドウォール膜を、
さらに備えており、
前記第一の電極領域および前記第二の電極領域は、
前記第一のゲート電極の一方脇および前記第一のゲート電極の他方脇における前記半導体基板の表面内に、各々形成されており、
前記一方のコンタクトプラグの一の側面部は、
前記第一のゲート電極の一方の側面部に形成された前記サイドウォール膜と直接、接触しており、
前記他方のコンタクトプラグの一の側面部は、
前記第一のゲート電極の他方の側面部に形成された前記サイドウォール膜と直接、接触しており、
前記一方のコンタクトプラグと前記他方のコンタクトプラグとは、
前記サイドウォール膜が形成された前記第一のゲート電極により、電気的に絶縁されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The electrode region is
A first electrode region and a second electrode region;
The first contact plug is
One contact plug electrically connected to the first electrode region, and the other contact plug electrically connected to the second electrode region;
Sidewall films formed on both side surfaces of the first gate electrode,
In addition,
The first electrode region and the second electrode region are:
In the surface of the semiconductor substrate on one side of the first gate electrode and the other side of the first gate electrode, respectively,
One side surface portion of the one contact plug is
In direct contact with the sidewall film formed on one side of the first gate electrode;
One side surface portion of the other contact plug is
In direct contact with the sidewall film formed on the other side surface of the first gate electrode;
The one contact plug and the other contact plug are:
Electrically insulated by the first gate electrode on which the sidewall film is formed,
The semiconductor device according to claim 1.
平面視における、前記第一のゲート電極のゲート幅方向の前記第一の電極領域の長さ、以上であり、
平面視における、前記サイドウォール膜と接する部分の前記他方のコンタクトプラグの長さは、
平面視における、前記第一のゲート電極のゲート幅方向の前記第二の電極領域の長さ、以上である、
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 The length of the one contact plug in a portion in contact with the sidewall film in plan view is
In plan view, the length of the first electrode region in the gate width direction of the first gate electrode, or more,
The length of the other contact plug in the portion in contact with the sidewall film in plan view is
In plan view, the length of the second electrode region in the gate width direction of the first gate electrode, or more.
The semiconductor device according to claim 5.
NMISトランジスタであり、
前記第一のコンタクトプラグの底部には、
Yb,Ta,Cr,Zr,Eu,Gd,Dy,Er,Hf,Y,La,VおよびHoの何れかの導電体が、少なくとも含まれている、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The transistor is
NMIS transistor,
At the bottom of the first contact plug,
Yb, Ta, Cr, Zr, Eu, Gd, Dy, Er, Hf, Y, La, V, and Ho are included at least.
The semiconductor device according to claim 1.
PMISトランジスタであり、
前記第一のコンタクトプラグの底部には、
Pt,Ru,Pd,Ir,Ni,MuおよびRhの何れかの導電体が、少なくとも含まれている、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The transistor is
A PMIS transistor,
At the bottom of the first contact plug,
At least a conductor of Pt, Ru, Pd, Ir, Ni, Mu, and Rh is included.
The semiconductor device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 An insulating film formed on the first gate electrode and having an etching selectivity with respect to the second interlayer insulating film;
The semiconductor device according to claim 1.
前記半導体基板の上に形成されたゲート電極と、前記半導体基板の表面内に形成された電極領域とを有するトランジスタと、
前記ゲート電極を覆うように、前記電極領域上に形成される絶縁膜と、
上面が、前記ゲート電極上における前記絶縁膜の上面と同じ高さ位置である、第一の層間絶縁膜と、
前記第一の層間絶縁膜上に形成される第二の層間絶縁膜と、
前記第一の層間絶縁膜の膜厚方向に貫通して形成され、下面において前記電極領域と電気的に接続され、第一の電気抵抗率を有する、第一のコンタクトプラグと、
前記第二の層間絶縁膜の膜厚方向に貫通して形成され、下面において前記第一のコンタクトプラグの上面と電気的に接続され、第一の電気抵抗率より低い第二の電気抵抗率を有する、第二のコンタクトプラグとを、備えており、
前記絶縁膜は、
前記第二の層間絶縁膜との間でエッチング選択比を有し、前記トランジスタのチャネル領域に所定の歪を生じさせることが可能である、
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A transistor having a gate electrode formed on the semiconductor substrate and an electrode region formed in the surface of the semiconductor substrate;
An insulating film formed on the electrode region so as to cover the gate electrode;
A first interlayer insulating film whose upper surface is at the same height as the upper surface of the insulating film on the gate electrode;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film;
A first contact plug formed penetrating in the film thickness direction of the first interlayer insulating film, electrically connected to the electrode region on the lower surface, and having a first electrical resistivity;
The second interlayer insulating film is formed so as to penetrate in the film thickness direction, and is electrically connected to the upper surface of the first contact plug on the lower surface, and has a second electrical resistivity lower than the first electrical resistivity. A second contact plug having,
The insulating film is
It has an etching selection ratio with the second interlayer insulating film, and can generate a predetermined strain in the channel region of the transistor.
A semiconductor device.
フルシリサイドゲート電極である、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first gate electrode is
A full silicide gate electrode,
The semiconductor device according to claim 1.
メタル導電層と、
前記メタル導電層上に形成された、前記第二の層間絶縁膜との間でエッチング選択比を有する絶縁膜とを、備えている、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first gate electrode is
A metal conductive layer;
An insulating film formed on the metal conductive layer and having an etching selectivity with the second interlayer insulating film;
The semiconductor device according to claim 1.
タングステン、タンタル、チタン、ルテニウムおよび、これらの窒化物、酸化物、珪化物の、いずれかを主成分として含んでおり、
前記第二のコンタクトプラグは、
銅、アルミニウム、ロジウム、ルテニウム、銀の、いずれかを主成分として含んでいる、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first contact plug is
Contains tungsten, tantalum, titanium, ruthenium and any of these nitrides, oxides, and silicides as the main component,
The second contact plug is
Contains copper, aluminum, rhodium, ruthenium, or silver as the main component.
The semiconductor device according to claim 1.
FSGが有する比誘電率よりも低い、比誘電率を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The second interlayer insulating film is
Having a dielectric constant lower than that of FSG,
The semiconductor device according to claim 1.
SiOC、SiCO、有機系高分子およびポーラスシリカのいずれかを含む、
ことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。 The second interlayer insulating film is
Including any of SiOC, SiCO, organic polymer and porous silica,
The semiconductor device according to claim 14.
窪んだ部分を有しており、
前記窪んだ部分が充填されるように、前記第二のコンタクトプラグが形成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The upper surface of the first contact plug is
Has a recessed part,
The second contact plug is formed such that the recessed portion is filled;
The semiconductor device according to claim 1.
さらに備えており、
前記第一のコンタクトプラグは、
前記第一のゲート電極と前記第二のゲート電極との間に形成されており、前記第一の層間絶縁膜において延設される前記配線としても機能する、
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 A second gate electrode formed on the semiconductor substrate;
In addition,
The first contact plug is
It is formed between the first gate electrode and the second gate electrode, and also functions as the wiring extending in the first interlayer insulating film,
The semiconductor device according to claim 2.
さらに備えており、
前記第一のコンタクトプラグは、
前記第一のゲート電極と前記第二のゲート電極との間に形成されており、
前記第二のコンタクトプラグの底面は、
前記第一のコンタクトプラグ上面および前記第二のゲート電極の上面と電気的に接続している、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A second gate electrode formed on the semiconductor substrate;
In addition,
The first contact plug is
Formed between the first gate electrode and the second gate electrode;
The bottom surface of the second contact plug is
Electrically connected to the upper surface of the first contact plug and the upper surface of the second gate electrode;
The semiconductor device according to claim 1.
前記半導体基板の上に形成された第一のゲート電極と、前記半導体基板の表面内に形成された第一の電極領域とを有するNMISトランジスタと、
前記半導体基板の上に形成された第二のゲート電極と、前記半導体基板の表面内に形成された第二の電極領域とを有するPMISトランジスタと、
上面が、前記第一のゲート電極の上面および前記第二のゲート電極の上面と同じ高さ位置である、第一の層間絶縁膜と、
前記第一の層間絶縁膜上に形成される第二の層間絶縁膜と、
前記第一の層間絶縁膜の膜厚方向に貫通して形成される、第一のコンタクトプラグと、
前記第二の層間絶縁膜の膜厚方向に貫通して形成され、下面において前記第一のコンタクトプラグの上面と電気的に接続され、前記第一のコンタクトプラグが有する電気抵抗率より低い電気抵抗率を有する、第二のコンタクトプラグとを、備えており、
前記第一のコンタクトプラグは、
下面において前記第一の電極領域と電気的に接続される、NMIS側コンタクトプラグと、
下面において前記第二の電極領域と電気的に接続される、PMIS側コンタクトプラグと、であり、
前記NMIS側コンタクトプラグの底部に形成される導電体は、
前記PMIS側コンタクトプラグの底部に形成される導電体とは、異なる、
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
An NMIS transistor having a first gate electrode formed on the semiconductor substrate and a first electrode region formed in the surface of the semiconductor substrate;
A PMIS transistor having a second gate electrode formed on the semiconductor substrate and a second electrode region formed in the surface of the semiconductor substrate;
A first interlayer insulating film whose upper surface is at the same height as the upper surface of the first gate electrode and the upper surface of the second gate electrode;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film;
A first contact plug formed penetrating in the film thickness direction of the first interlayer insulating film;
Electrical resistance lower than the electrical resistivity of the first contact plug formed through the second interlayer insulating film in the film thickness direction, electrically connected to the upper surface of the first contact plug on the lower surface A second contact plug having a rate,
The first contact plug is
An NMIS-side contact plug electrically connected to the first electrode region on the lower surface;
A PMIS side contact plug electrically connected to the second electrode region on the lower surface;
The conductor formed on the bottom of the NMIS side contact plug is:
Different from the conductor formed at the bottom of the PMIS side contact plug,
A semiconductor device.
(B)上面が、前記ゲート電極の上面と同じ高さ位置である第一の層間絶縁膜を、前記半導体基板上に形成する工程と、
(C)前記第一の層間絶縁膜の上面から前記電極領域に達する、第一のコンタクトホールを形成する工程と、
(D)前記第一のコンタクトホール内に、第一の電気抵抗率を有する第一のコンタクトプラグを形成する工程と、
(E)前記第一の層間絶縁膜上に、第二の層間絶縁膜を形成する工程と、
(F)前記第二の層間絶縁膜の上面から前記第一のコンタクトプラグの上面に達する、第二のコンタクトホールを形成する工程と、
(G)前記第二のコンタクトホール内に、前記第一の電気抵抗率より低い第二の電気抵抗率を有する第二のコンタクトプラグを形成する工程とを、備えている、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a transistor having a gate electrode formed on a semiconductor substrate and an electrode region formed in the surface of the semiconductor substrate;
(B) forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate, the upper surface of which is the same height as the upper surface of the gate electrode;
(C) forming a first contact hole reaching the electrode region from the upper surface of the first interlayer insulating film;
(D) forming a first contact plug having a first electrical resistivity in the first contact hole;
(E) forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
(F) forming a second contact hole reaching the upper surface of the first contact plug from the upper surface of the second interlayer insulating film;
(G) forming a second contact plug having a second electrical resistivity lower than the first electrical resistivity in the second contact hole,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ゲート電極が開口内部に存する、一の前記第一のコンタクトホールを形成する工程であり、
(H)前記ゲート電極の両側面に、サイドウォール膜を形成する工程を、
さらに備えており、
前記工程(D)は、
(D−1)前記第一のコンタクトホールを充填し、前記ゲート電極を覆うように、前記第一の層間絶縁膜上に、導電体を形成する工程と、
(D−2)前記導電体の上面を除去することにより、前記サイドウォール膜が形成された前記ゲート電極により絶縁された二つの前記第一のコンタクトプラグを、前記ゲート電極の両側面において、各々形成する工程とを、
備えている、
ことを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。 The step (C)
Forming the first contact hole, wherein the gate electrode is present in the opening;
(H) forming a sidewall film on both side surfaces of the gate electrode;
In addition,
The step (D)
(D-1) forming a conductor on the first interlayer insulating film so as to fill the first contact hole and cover the gate electrode;
(D-2) By removing the upper surface of the conductor, the two first contact plugs insulated by the gate electrode on which the sidewall film is formed are respectively formed on both side surfaces of the gate electrode. Forming the step,
Have
21. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein:
さらに備えており、
前記工程(E)は、
前記絶縁膜を覆うように、前記第一の層間絶縁膜上に前記第二の層間絶縁膜を形成する工程であり、
前記工程(F)は、
前記絶縁膜がエッチングストッパとして機能する条件で、前記第二の層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記第二のコンタクトホールを形成する工程である、
ことを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。 (I) A step of forming an insulating film so as to cover the upper surface of the gate electrode after the step (D),
In addition,
The step (E)
Forming the second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film so as to cover the insulating film;
The step (F)
The step of forming the second contact hole by etching the second interlayer insulating film under the condition that the insulating film functions as an etching stopper.
21. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein:
(B)前記ゲート電極の上面を覆うように、前記電極領域上に、絶縁膜を形成する工程と、
(C)上面が、前記ゲート電極上における前記絶縁膜の上面と同じ高さ位置である第一の層間絶縁膜を、前記半導体基板上に形成する工程と、
(D)前記第一の層間絶縁膜の上面から前記電極領域に達する、第一のコンタクトホールを形成する工程と、
(E)前記第一のコンタクトホール内に、第一の電気抵抗率を有する第一のコンタクトプラグを形成する工程と、
(F)前記第一の層間絶縁膜上および前記絶縁膜上に、第二の層間絶縁膜を形成する工程と、
(G)前記絶縁膜がエッチングストッパとして機能する条件で、前記第二の層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記第二の層間絶縁膜の上面から前記第一のコンタクトプラグの上面に達する、第二のコンタクトホールを形成する工程と、
(H)前記第二のコンタクトホール内に、前記第一の電気抵抗率より低い第二の電気抵抗率を有する第二のコンタクトプラグを形成する工程とを、備えており、
前記絶縁膜は、
前記トランジスタのチャネル領域に所定の歪を生じさせることが可能な、ストレス絶縁膜である、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a transistor having a gate electrode formed on a semiconductor substrate and an electrode region formed in the surface of the semiconductor substrate;
(B) forming an insulating film on the electrode region so as to cover the upper surface of the gate electrode;
(C) forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate, the upper surface of which is at the same height as the upper surface of the insulating film on the gate electrode;
(D) forming a first contact hole reaching the electrode region from the upper surface of the first interlayer insulating film;
(E) forming a first contact plug having a first electrical resistivity in the first contact hole;
(F) forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and on the insulating film;
(G) etching the second interlayer insulating film under a condition that the insulating film functions as an etching stopper, thereby reaching the upper surface of the first contact plug from the upper surface of the second interlayer insulating film; Forming a second contact hole;
(H) forming a second contact plug having a second electrical resistivity lower than the first electrical resistivity in the second contact hole, and
The insulating film is
A stress insulating film capable of causing a predetermined strain in a channel region of the transistor;
A method for manufacturing a semiconductor device.
(D−11)前記第一のコンタクトホールの形状に起因した窪みが上面に形成されるように、前記第一のコンタクトホール内に導電材料を形成する工程と、
(D−12)前記導電材料に対して、研磨処理またはドライエッチング処理を実施することにより、上面に窪んだ部分を有する前記第一のコンタクトプラグを、前記第一のコンタクトホール内に形成する工程とを、備えている、
ことを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。 The step (D)
(D-11) forming a conductive material in the first contact hole such that a depression due to the shape of the first contact hole is formed on the upper surface;
(D-12) A step of forming the first contact plug having a recessed portion on the upper surface in the first contact hole by performing a polishing process or a dry etching process on the conductive material. With
21. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein:
(B)半導体基板の上に形成された第二のゲート電極と、前記半導体基板の表面内に形成された第二の電極領域とを有する、PMISトランジスタを形成する工程と、
(C)上面が、前記第一のゲート電極の上面および前記第二のゲート電極の上面と同じ高さ位置である第一の層間絶縁膜を、前記半導体基板上に形成する工程と、
(D)前記第一の電極領域が露出する第一の開口部を、前記第一の層間絶縁膜に形成する工程と、
(E)前記第一の開口部を充填するように、底面が第一の導電体で構成されているNMIS側コンタクトプラグを、第一のコンタクトプラグとして形成する工程と、
(F)前記第二の電極領域が露出する第二の開口部を、前記第一の層間絶縁膜に形成する工程と、
(G)前記第二の開口部を充填するように、底面が前記第一の導電体と異なる第二の導電体で構成されているPMIS側コンタクトプラグを、前記第一のコンタクトプラグとして形成する工程と、
(H)前記工程(E)および(G)の後に、前記第一の層間絶縁膜上に第二の層間絶縁膜を形成する工程と、
(I)下面が前記第一のコンタクトプラグの上面と電気的に接続され、前記第一のコンタクトプラグが有する電気抵抗率より低い電気抵抗率を有する、第二のコンタクトプラグを前記第二の層間絶縁膜の膜厚方向に貫通して形成する工程とを、備えている、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming an NMIS transistor having a first gate electrode formed on the semiconductor substrate and a first electrode region formed in the surface of the semiconductor substrate;
(B) forming a PMIS transistor having a second gate electrode formed on the semiconductor substrate and a second electrode region formed in the surface of the semiconductor substrate;
(C) forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate, the upper surface of which is at the same height as the upper surface of the first gate electrode and the upper surface of the second gate electrode;
(D) forming a first opening exposing the first electrode region in the first interlayer insulating film;
(E) forming an NMIS side contact plug having a bottom surface made of a first conductor so as to fill the first opening as a first contact plug;
(F) forming a second opening exposing the second electrode region in the first interlayer insulating film;
(G) A PMIS-side contact plug having a bottom surface made of a second conductor different from the first conductor so as to fill the second opening is formed as the first contact plug. Process,
(H) after the steps (E) and (G), forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film;
(I) A second contact plug having a lower surface electrically connected to an upper surface of the first contact plug and having a lower electrical resistivity than the first contact plug has the second interlayer And a process of forming through the film thickness direction of the insulating film,
A method for manufacturing a semiconductor device.
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-
2008
- 2008-01-08 JP JP2008001314A patent/JP2009164391A/en active Pending
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