JP2010219289A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Takeshi Yamashita
武志 山下
Hiroki Miyajima
弘樹 宮島
Satoru Goto
覚 後藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a gate electrode from being dissolved to cause an abnormality in shape when forming a shared contact. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes a transistor provided with the gate electrode 31 formed on a substrate 1 through a gate insulating film 2 and impurity regions 32 and 33 formed at both sides of the gate electrode 31 on the substrate 1, interlayer insulating films 11 and 12 formed on the substrate 1 so as to cover the transistor, and the shared contact 14 electrically connected to the impurity regions 32 and 33 and the gate electrode 31. A first sidewall 5 is formed so as to cover the side face lower part of the gate electrode 31, a second sidewall 6 is formed at the opposite side of the gate electrode 31 on the first sidewall 5, and a third sidewall 9b is formed so as to be held between the side face upper part of the gate electrode 31 and the second sidewall 6 on the first sidewall 5. The second and third sidewalls 6 and 9b are formed of materials different from that of the first sidewall 5. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、サイドウォールを有するゲート電極に対してシェアードコンタクトが形成された半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device in which a shared contact is formed on a gate electrode having a sidewall and a manufacturing method thereof.

半導体装置の高集積化及び高性能化に伴い、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor、以下、MISトランジスタと称す)の微細化が進んでいる。このため、ゲート電極のゲート長をより短く(例えば30nm程度)、ゲート絶縁膜の膜厚をより薄く(例えば2nm程度)形成するようになっている。   Along with the high integration and high performance of semiconductor devices, miniaturization of MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors, hereinafter referred to as MIS transistors) is progressing. For this reason, the gate length of the gate electrode is made shorter (for example, about 30 nm), and the gate insulating film is made thinner (for example, about 2 nm).

また、MISトランジスタの閾値制御、ゲート電極抵抗の低減等のため、ゲート電極は、ポリシリコン膜と金属材料(例えばTiN膜)との積層構造として形成することがある。   In addition, the gate electrode may be formed as a laminated structure of a polysilicon film and a metal material (for example, TiN film) for threshold control of the MIS transistor, reduction of gate electrode resistance, and the like.

一方、MISトランジスタには、ショートチャネル効果という問題がある。この問題に対応する技術として、LDD(Lightly Doped Drain)を設けることが知られている。これは、MISトランジスタのソース/ドレインそれぞれの局所(チャネル近辺)に、浅いドーピング領域を形成するものである。尚、LDDのドーピング濃度は、本来のソース/ドレインのドーピング濃度よりも低くする。このようなLDDを形成するためには、サイドウォールを用いるのが一般的である。   On the other hand, the MIS transistor has a problem of a short channel effect. As a technique for dealing with this problem, it is known to provide an LDD (Lightly Doped Drain). In this method, a shallow doping region is formed locally in the source / drain (near the channel) of the MIS transistor. The LDD doping concentration is lower than the original source / drain doping concentration. In order to form such an LDD, a sidewall is generally used.

このように、ショートチャネル効果を抑制するため、MISトランジスタにLDDを形成することが行なわれてきた。しかし、半導体装置の微細化に伴ってソース/ドレイン間のチャネル長が小さくなると、ソースの空乏層とドレインの空乏層とが重なることになる。このため、ショートチャネル効果の問題はより深刻になる。   Thus, in order to suppress the short channel effect, LDDs have been formed in MIS transistors. However, when the channel length between the source / drain becomes smaller as the semiconductor device becomes finer, the source depletion layer and the drain depletion layer overlap. For this reason, the problem of the short channel effect becomes more serious.

これに対応する方法として、次のような技術がある(例えば、特許文献1)。   As a method corresponding to this, there is the following technique (for example, Patent Document 1).

図4(a)〜(c)及び図5(a)〜(c)は、技術的背景としての半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。   4A to 4C and FIGS. 5A to 5C are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device as a technical background.

まず、図4(a)に示す工程を行なう。初めに、半導体基板115表面を熱酸化することによりゲート酸化膜116を形成する。次に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法又はPVD(Physical Vapor Deposition)法により、ゲート酸化膜116上に、TiN膜117、ポリシリコン膜118を順次形成する。   First, the process shown in FIG. First, the gate oxide film 116 is formed by thermally oxidizing the surface of the semiconductor substrate 115. Next, a TiN film 117 and a polysilicon film 118 are sequentially formed on the gate oxide film 116 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a PVD (Physical Vapor Deposition) method.

続いて、所望のゲートパターンを有するレジスト(図示せず)を形成する。ドライエッチング技術を用いて該ゲートパターンをポリシリコン膜118及びTiN膜117に転写した後、アッシング及び洗浄によりレジストを除去する。これにより、ゲート酸化膜116上に、ポリシリコン膜118及びTiN膜117からなるゲート電極131を形成する。   Subsequently, a resist (not shown) having a desired gate pattern is formed. After the gate pattern is transferred to the polysilicon film 118 and the TiN film 117 using a dry etching technique, the resist is removed by ashing and washing. As a result, a gate electrode 131 composed of the polysilicon film 118 and the TiN film 117 is formed on the gate oxide film 116.

次に、ゲート電極131をマスクとして半導体基板に不純物イオンを注入することにより、ゲート電極及びゲート酸化膜116の両側の半導体基板115内に、LDDとして浅い第1のドーピング領域132を形成する。   Next, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate using the gate electrode 131 as a mask, thereby forming a shallow first doping region 132 as an LDD in the semiconductor substrate 115 on both sides of the gate electrode and the gate oxide film 116.

次に、ゲート電極を含む半導体基板115全面上に、CVD法によりシリコン窒化膜を形成する。このシリコン窒化膜に対し、ドライエッチング技術を用いて全面ドライエッチングすることにより、ゲート電極の側壁にシリコン窒化膜からなる第1のサイドウォール119を形成する。   Next, a silicon nitride film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 115 including the gate electrode by a CVD method. The entire surface of the silicon nitride film is dry-etched using a dry etching technique to form a first sidewall 119 made of a silicon nitride film on the side wall of the gate electrode.

次に、図4(b)に示すように、ゲート電極及び第1のサイドウォール119上を含む半導体基板115全面上に、CVD法によりシリコン酸化膜120aを形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, a silicon oxide film 120a is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 115 including the gate electrode and the first sidewall 119 by the CVD method.

次に、図4(c)に示すように、シリコン酸化膜120aに対し、ドライエッチング技術を用いて全面ドライエッチングすることにより、第1のサイドウォール119の側壁に、シリコン酸化膜からなる第2のサイドウォール120bを形成する。その後、ゲート電極131、第1のサイドウォール119及び第2のサイドウォール120bをマスクとして、半導体基板115に不純物イオンを注入する。これにより、第2のサイドウォール120bの両側の半導体基板115内に、ソース/ドレイン領域として、LDD(第1のドーピング領域132)よりも濃い不純物濃度を有する第2のドーピング領域133を形成する。   Next, as shown in FIG. 4C, the silicon oxide film 120a is subjected to dry etching on the entire surface by using a dry etching technique, whereby the second sidewall made of the silicon oxide film is formed on the side wall of the first sidewall 119. Side wall 120b is formed. Thereafter, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate 115 using the gate electrode 131, the first sidewall 119, and the second sidewall 120b as a mask. Thus, the second doping region 133 having a higher impurity concentration than the LDD (first doping region 132) is formed as the source / drain region in the semiconductor substrate 115 on both sides of the second sidewall 120b.

次に、図5(a)に示すように、シリコン酸化膜からなる第2のサイドウォール120bを、フッ化水素酸を用いたウェットエッチングにより選択的に除去する。   Next, as shown in FIG. 5A, the second sidewall 120b made of a silicon oxide film is selectively removed by wet etching using hydrofluoric acid.

次に、図5(b)に示すように、ゲート電極131、第1のサイドウォール119及びソース/ドレイン領域を含む半導体基板115全面上に、シリコン窒化膜121及びシリコン酸化膜122を順次形成する。これには、CVD法を用いればよい。この後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて、シリコン酸化膜122を平坦化する。   Next, as shown in FIG. 5B, a silicon nitride film 121 and a silicon oxide film 122 are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate 115 including the gate electrode 131, the first sidewall 119, and the source / drain regions. . For this, a CVD method may be used. Thereafter, the silicon oxide film 122 is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

次に、図5(c)に示すように、ゲート電極上と、半導体基板115に形成したソース/ドレイン領域133表面との両方に跨って、これらを露出するコンタクトホール(シェアードコンタクトホール)123を形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, a contact hole (shared contact hole) 123 exposing both of the gate electrode and the surface of the source / drain region 133 formed on the semiconductor substrate 115 is formed. Form.

このためには、まず、シリコン酸化膜122上に、所望のコンタクトホールパターンを有するレジスト(図示せず)を形成する。次に、ドライエッチング技術を用いて、前記レジストをマスクとしてシリコン酸化膜122を選択的にエッチングする。その後、アッシング及び洗浄によりレジストを除去する。これにより、シリコン窒化膜121表面に達するコンタクトホール(シェアードコンタクトホール123の上部)を形成する。   For this purpose, first, a resist (not shown) having a desired contact hole pattern is formed on the silicon oxide film 122. Next, using a dry etching technique, the silicon oxide film 122 is selectively etched using the resist as a mask. Thereafter, the resist is removed by ashing and washing. Thereby, a contact hole reaching the surface of the silicon nitride film 121 (upper part of the shared contact hole 123) is formed.

次に、ドライエッチング技術を用い、シリコン酸化膜122をマスクとしてシリコン窒化膜121をエッチングする。その後、アッシング及び洗浄によりレジストを除去し、シェアードコンタクトホール123の下部を形成する。
特開2002−368007号公報
Next, using a dry etching technique, the silicon nitride film 121 is etched using the silicon oxide film 122 as a mask. Thereafter, the resist is removed by ashing and cleaning, and a lower portion of the shared contact hole 123 is formed.
JP 2002-368007 A

しかしながら、上記従来の構成によると、次のような問題が発生する。   However, according to the conventional configuration, the following problems occur.

つまり、半導体基板の導電領域(ソース領域又はドレイン領域)及びゲート電極131に到達するシェアードコンタクトホール123を形成する工程において、ストッパー膜であるシリコン窒化膜121を除去するときに、第1のサイドウォール119もエッチングされてしまう(図5(c)において、第1のサイドウォールの除去された部分119aを点線によって示している)。このため、次工程のAPM(アンモニア過水:NH4 OH、H2 2 及びH2 Oの混合液)洗浄において、ゲート電極131を構成するTiN膜117が溶解する(図5(c)において、TiN膜の除去された部分117aを点線によって示している)。この結果、ゲート電極131が形状異常となり、例えばコンタクト抵抗が大きくなってトランジスタ特性を評価することができなくなる等の問題が発生する。よって、その解決が課題となっている。 That is, in the step of forming the shared contact hole 123 reaching the conductive region (source region or drain region) and the gate electrode 131 of the semiconductor substrate, the first sidewall is removed when the silicon nitride film 121 as the stopper film is removed. 119 is also etched (in FIG. 5C, the removed portion 119a of the first sidewall is indicated by a dotted line). For this reason, the TiN film 117 constituting the gate electrode 131 is dissolved in the APM (ammonia perwater: mixed solution of NH 4 OH, H 2 O 2 and H 2 O) cleaning in the next step (in FIG. 5C). The portion 117a from which the TiN film is removed is indicated by a dotted line). As a result, the gate electrode 131 becomes abnormal in shape, causing a problem that, for example, the contact resistance increases and the transistor characteristics cannot be evaluated. Therefore, the solution is an issue.

以上に鑑み、本発明は、シェアードコンタクトを形成する際に、ゲート電極が形状異常となるのを防止する構造の半導体装置及びその製造方法の提供を目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure for preventing a gate electrode from becoming abnormal in shape when a shared contact is formed, and a manufacturing method thereof.

前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、基板におけるゲート電極の両側方に形成された不純物領域とを有するトランジスタと、トランジスタ上を覆うように基板上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜を貫通し、不純物領域及びゲート電極に電気的に接続するシェアードコンタクトとを備え、ゲート電極の少なくとも側面下部を覆うように、第1のサイドウォールが形成され、第1のサイドウォールにおけるゲート電極とは反対側の側面を覆うように第2のサイドウォールが形成され、第1のサイドウォール上に、ゲート電極の側面上部と第2のサイドウォールとに挟まれるように第3のサイドウォールが形成され、第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールは、いずれも、第1のサイドウォールとは異なる材料により構成されている。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a transistor having a gate electrode formed on a substrate via a gate insulating film, and impurity regions formed on both sides of the gate electrode in the substrate. An interlayer insulating film formed on the substrate so as to cover the transistor, and a shared contact that penetrates the interlayer insulating film and is electrically connected to the impurity region and the gate electrode, and covers at least a lower part of the side surface of the gate electrode As described above, the first sidewall is formed, the second sidewall is formed so as to cover the side surface of the first sidewall opposite to the gate electrode, and the gate electrode is formed on the first sidewall. A third sidewall is formed so as to be sandwiched between the upper part of the side surface and the second sidewall, and the second sidewall and the third sidewall are formed. Are both are constructed from a material different from that of the first sidewall.

本発明の半導体装置によると、ゲート電極の側面下部に設けられた第1のサイドウォールは、その側面及び上面が、第1のサイドウォールとは異なる材料からなる第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールによって覆われている。このため、ソース/ドレイン領域(ソース領域及びドレイン領域を合わせてこのように呼ぶ)としての不純物領域と、ゲート電極とに電気的に接続するシェアードコンタクトを形成する際に、ゲート電極が形状異常となるのを防止することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, the first sidewall provided at the lower portion of the side surface of the gate electrode has the second sidewall and the third sidewall whose upper surface and upper surface are made of a material different from that of the first sidewall. Covered by side walls. For this reason, when forming an impurity region as a source / drain region (referred to collectively as a source region and a drain region) and a shared contact electrically connected to the gate electrode, the gate electrode has an abnormal shape. Can be prevented.

つまり、シェアードコンタクトを設けるためには、層間絶縁膜のエッチング等によりコンタクトホールを形成する。ここで、第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールをエッチストッパーとして利用し、第1のサイドウォールが除去されるのを防ぐことができる。この結果、ゲート電極の側面が露出することはなくなり、エッチングされて形状異常となることも防がれる。   That is, in order to provide a shared contact, a contact hole is formed by etching the interlayer insulating film or the like. Here, it is possible to prevent the first sidewall from being removed by using the second sidewall and the third sidewall as an etch stopper. As a result, the side surface of the gate electrode is not exposed, and etching is prevented from becoming abnormal in shape.

また、層間絶縁膜は、下層である第1の層間絶縁膜と上層である第2の層間絶縁膜とが積層された構造を有し、第1の層間絶縁膜は、第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールのどちらとも異なる材料により構成されていることが好ましい。   The interlayer insulating film has a structure in which a first interlayer insulating film as a lower layer and a second interlayer insulating film as an upper layer are stacked, and the first interlayer insulating film includes a second sidewall and It is preferable that the third sidewall is made of a different material.

このようにすると、シェアードコンタクトの形成と、その際のゲート電極の形状異常回避とをより確実に行なうことができる。   In this way, formation of the shared contact and avoidance of the abnormal shape of the gate electrode at that time can be more reliably performed.

また、第1のサイドウォールの材料は、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜又は炭窒化シリコン膜であってもよい。第2のサイドウォールの材料及び第3のサイドウォールの材料は、それぞれ、酸化シリコン膜、PSG(Phospho Silicate Glass)膜、BSG(Boron Silicate Glass)膜又はBPSG(Boron Phospho Silicate Glass)膜であってもよい。   The material of the first sidewall may be a silicon nitride film, a silicon carbide film, or a silicon carbonitride film. The material of the second sidewall and the material of the third sidewall are a silicon oxide film, a PSG (Phospho Silicate Glass) film, a BSG (Boron Silicate Glass) film, or a BPSG (Boron Phospho Silicate Glass) film, respectively. Also good.

また、ゲート電極は金属材料を含むことが好ましい。このような場合に、ゲート電極が溶解されて形状異常となるのを防ぐ効果が顕著に発揮される。   The gate electrode preferably contains a metal material. In such a case, the effect of preventing the gate electrode from being melted and becoming abnormal in shape is remarkably exhibited.

また、不純物領域は、第1の不純物領域と、第1の不純物領域よりも深く形成された第2の不純物領域とを含むことが好ましい。   The impurity region preferably includes a first impurity region and a second impurity region formed deeper than the first impurity region.

これにより、LDD領域を有するMISトランジスタ構造となる。   As a result, a MIS transistor structure having an LDD region is obtained.

次に、前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に、ゲート絶縁膜を介して金属材料を含むゲート電極を形成すると共に、基板におけるゲート電極の両側方に不純物領域を形成する工程(a)と、ゲート電極の側面に、第1の絶縁膜からなる第1のサイドウォールを形成する工程(b)と、基板上の全体に第2の絶縁膜を形成した後、ドライエッチング法を用いたエッチバックにより、第1のサイドウォールの側面に第2の絶縁膜からなる第2のサイドウォールを形成する工程(c)と、ドライエッチング法を用いて、第1のサイドウォールの上部を除去してリセスを形成する工程(d)と、リセス内を埋め込む第3の絶縁膜を形成した後、ドライエッチング法を用いてリセス内以外の第3の絶縁膜を除去し、リセス内に第3の絶縁膜からなる第3のサイドウォールを形成する工程(e)と工程(e)の後に、半導体基板上の全面に層間絶縁膜を形成する工程(f)と、層間絶縁膜に対し、不純物領域及びゲート電極上に跨るように開口するコンタクトホールを形成する工程(g)と、コンタクトホール内を導電物によって埋め込み、シェアードコンタクトを形成する工程(h)とを備え、第1のサイドウォールは、第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールのいずれとも異なる材料により構成されている。   Next, in order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes forming a gate electrode containing a metal material on a substrate via a gate insulating film, and forming both sides of the gate electrode on the substrate. (A) forming an impurity region in the substrate, (b) forming a first sidewall made of the first insulating film on the side surface of the gate electrode, and forming a second insulating film on the entire surface of the substrate. After the formation, the step (c) of forming the second sidewall made of the second insulating film on the side surface of the first sidewall by etch back using the dry etching method, and using the dry etching method, A step (d) of forming a recess by removing the upper portion of the first sidewall, and forming a third insulating film filling the recess, and then using a dry etching method, a third insulating film other than the inside of the recess Remove After the step (e) and the step (e) of forming the third sidewall made of the third insulating film in the recess, the step (f) of forming an interlayer insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate, and the interlayer insulation A step (g) of forming a contact hole in the film so as to open over the impurity region and the gate electrode, and a step (h) of filling the contact hole with a conductive material to form a shared contact. The one sidewall is made of a material different from both the second sidewall and the third sidewall.

本発明の半導体装置の製造方法によると、ゲート電極の側面下部に第1のサイドウォールを形成すると共に、該第1のサイドウォールの側面及び上面を覆う第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールを形成する。また、第1のサイドウォールは、第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールと異なる材料により形成する。これにより、層間絶縁膜をエッチングしてシェアードコンタクトホールを形成する際に、第1のサイドウォールがエッチングされるのを防ぐことができ、更に、ゲート電極がエッチングされて形状異常となるのを防ぐことができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first sidewall is formed in the lower portion of the side surface of the gate electrode, and the second sidewall and the third sidewall covering the side surface and the upper surface of the first sidewall. Form. The first sidewall is formed using a material different from that of the second sidewall and the third sidewall. As a result, when the interlayer insulating film is etched to form the shared contact hole, the first sidewall can be prevented from being etched, and further, the gate electrode can be prevented from being etched to cause an abnormal shape. be able to.

尚、工程(c)において、第2の絶縁膜上に更に第4の絶縁膜を形成し、第2の絶縁膜及び第4の絶縁膜からなる第2のサイドウォールを形成し、工程(e)と工程(f)との間に、第2のサイドウォールにおける第4の絶縁膜を除去する工程を更に備えることが好ましい。   In the step (c), a fourth insulating film is further formed on the second insulating film, and a second sidewall composed of the second insulating film and the fourth insulating film is formed. ) And step (f), it is preferable to further include a step of removing the fourth insulating film on the second sidewall.

一般的に、コンタクトホールの形成には、例えばシリコン窒化膜からなるエッチングストッパーを用いる。ここで、隣接するゲート電極の間隔が狭い箇所では、エッチングストッパー膜がゲート電極間を埋めてしまう。その一方、隣接するゲート電極の間隔が広い箇所では、エッチングストッパー膜は所望の膜厚に堆積される。このように形成箇所によってエッチングストッパー膜の膜厚に差が生じることによって、エッチングストッパー膜の除去が困難となる場合がある。したがって、半導体装置の微細化に対応するために、前記のように第4の絶縁膜を設け、これを除去することが有利になる。   Generally, an etching stopper made of, for example, a silicon nitride film is used for forming the contact hole. Here, the etching stopper film fills the space between the gate electrodes at a location where the interval between the adjacent gate electrodes is narrow. On the other hand, the etching stopper film is deposited in a desired film thickness at a location where the interval between adjacent gate electrodes is wide. As described above, the difference in the thickness of the etching stopper film depending on the formation location may make it difficult to remove the etching stopper film. Therefore, in order to cope with the miniaturization of the semiconductor device, it is advantageous to provide the fourth insulating film as described above and remove it.

また、工程(f)において、下層である第1の層間絶縁膜と上層である第2の層間絶縁膜とからなる層間絶縁膜を形成し、工程(g)において、第1の層間絶縁膜をエッチストッパーとして第2の層間絶縁膜をエッチングした後に、第1の層間絶縁膜をエッチングし、第1の層間絶縁膜は、第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールのどちらとも異なる材料により構成されていることが好ましい。   In step (f), an interlayer insulating film composed of a lower first interlayer insulating film and an upper second interlayer insulating film is formed. In step (g), the first interlayer insulating film is formed. After etching the second interlayer insulating film as an etch stopper, the first interlayer insulating film is etched, and the first interlayer insulating film is made of a material different from both the second sidewall and the third sidewall. It is preferable that

このようにすると、第2の層間絶縁膜をエッチングする際に第1の層間絶縁膜をエッチングストッパーとして利用することができ、また、第1の層間絶縁膜をエッチングする際に第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールがエッチングされるのを避けることができる。   In this case, the first interlayer insulating film can be used as an etching stopper when the second interlayer insulating film is etched, and the second sidewall is etched when the first interlayer insulating film is etched. And etching of the third sidewall can be avoided.

また、第1のサイドウォールの材料は、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜又は炭窒化シリコン膜であっても良い。第2のサイドウォール及び第3のサイドウォールの材料は、それぞれ、それぞれ、酸化シリコン膜、PSG膜、BSG膜又はBPSG膜であっても良い。具体的な材料の例として、これらを挙げることができる。   The material of the first sidewall may be a silicon nitride film, a silicon carbide film, or a silicon carbonitride film. The material of the second sidewall and the third sidewall may be a silicon oxide film, a PSG film, a BSG film, or a BPSG film, respectively. These can be mentioned as examples of specific materials.

また、工程(e)と工程(f)との間に、第1のサイドウォール、第2のサイドウォール、第3のサイドウォール及びゲート電極をマスクとして基板に不純物を導入し、不純物領域よりも深い他の不純物領域を形成する工程を更に備えることが好ましい。   Further, an impurity is introduced into the substrate between the step (e) and the step (f) using the first sidewall, the second sidewall, the third sidewall, and the gate electrode as a mask, so that the impurity region is more It is preferable to further include a step of forming another deep impurity region.

このようにすると、LDDを備えるMISトランジスタ構造を得ることができる。   In this way, a MIS transistor structure having an LDD can be obtained.

本発明の半導体装置及びその製造方法によると、シェアードコンタクト形成のためにコンタクトストッパー膜を除去する際に、第1のサイドウォールがエッチングされるのを防ぐことができるため、次工程である洗浄処理においてゲート電極の金属材料が溶解されるのを避け、ゲート電極の形状異常を防ぐことができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, the first sidewall can be prevented from being etched when removing the contact stopper film for forming the shared contact. In this case, it is possible to prevent the metal material of the gate electrode from being melted and to prevent an abnormal shape of the gate electrode.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a)〜(c)、図2(a)〜(c)及び図3(a)〜(c)は、本実施形態の半導体装置の製造工程を説明する模式的な断面図である。ここでは、半導体基板に形成されたMISトランジスタの導電型がN型である場合を一例として取り上げ、具体的に説明する。   FIGS. 1A to 1C, FIGS. 2A to 2C, and FIGS. 3A to 3C are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment. . Here, the case where the conductivity type of the MIS transistor formed on the semiconductor substrate is N-type will be taken as an example and will be specifically described.

まず、図1(a)に示すMISトランジスタ構造を形成する。このためには、初めに、例えばP型シリコンからなる半導体基板1上に、素子分離領域(図示省略)を選択的に形成する。その後、例えば、注入ドーズ量1×1013/cm2 の条件によりホウ素(B)等のP型不純物をイオン注入することにより、P型ウェル領域(図示省略)を形成する。 First, the MIS transistor structure shown in FIG. For this purpose, first, an element isolation region (not shown) is selectively formed on the semiconductor substrate 1 made of, for example, P-type silicon. Thereafter, for example, a P-type well region (not shown) is formed by ion implantation of a P-type impurity such as boron (B) under the condition of an implantation dose amount of 1 × 10 13 / cm 2 .

次に、半導体基板1上に、下地絶縁膜及びその上に積層される高誘電率絶縁膜からなるゲート絶縁膜2を形成する。   Next, a gate insulating film 2 including a base insulating film and a high dielectric constant insulating film laminated thereon is formed on the semiconductor substrate 1.

このために、半導体基板1上に、下地絶縁膜として、シリコン酸化膜の単層膜、シリコン窒化膜の単層膜又はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜を形成する。下地絶縁膜を形成する第1の方法としては、例えば、ISSG(In Situ Steam Generation)法、RTO(Rapid Thermal Oxidation)法又は酸化炉を用い、半導体基板1の上部を酸化することによりシリコン酸化膜として下地絶縁膜を形成する。また、第2の方法としては、例えば、ISSG法、RTA法又は酸化炉を用いて半導体基板1上にシリコン酸化膜を形成した後、DPN(Decoupled Plasma Nitridation)法によりシリコン酸化膜の上部を窒化し、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の積層膜として下地絶縁膜を形成する。更に、第3の方法としては、例えば、ISSG法、RTA法又は酸化炉を用い、半導体基板1上にシリコン酸化膜を形成した後、DPN法によりシリコン酸化膜の全てを窒化し、シリコン窒化膜として下地絶縁膜を形成する。   For this purpose, a single layer film of a silicon oxide film, a single layer film of a silicon nitride film, or a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the semiconductor substrate 1 as a base insulating film. As a first method for forming the base insulating film, for example, an in-situ steam generation (ISSG) method, a rapid thermal oxidation (RTO) method, or an oxidation furnace is used to oxidize the upper portion of the semiconductor substrate 1 to form a silicon oxide film. As a base insulating film is formed. As a second method, for example, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1 using an ISSG method, an RTA method, or an oxidation furnace, and then the upper portion of the silicon oxide film is nitrided by a DPN (Decoupled Plasma Nitridation) method. Then, a base insulating film is formed as a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film. Furthermore, as a third method, for example, an ISSG method, an RTA method or an oxidation furnace is used to form a silicon oxide film on the semiconductor substrate 1, and then all the silicon oxide film is nitrided by the DPN method. As a base insulating film is formed.

次に、前記の下地絶縁膜上に、高誘電率絶縁膜を形成する。高誘電率絶縁膜の材料としては、シリコン窒化膜(SiN)、ハフニウムシリコン酸化膜(HaSiO)、ハフニウムシリコン窒化膜(HaSiN)、ハフニウムシリコン酸窒化膜(HaSiON)、ハフニウム酸化膜(HfO2 )、ハフニウムアルミ酸化膜(HfAlO)、ランタンアルミ酸化膜(LaAlO)、ルテニウム酸化膜(Ru2 3 )、ジルコン酸化膜(ZrO2 )、タンタル酸化膜(Ta2 5 )等が挙げられる。また、高誘電率絶縁膜の形成方法としては、ALD(Atomic Layer Deposition)法又はMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法等が挙げられる。 Next, a high dielectric constant insulating film is formed on the base insulating film. As a material for the high dielectric constant insulating film, silicon nitride film (SiN), hafnium silicon oxide film (HaSiO), hafnium silicon nitride film (HaSiN), hafnium silicon oxynitride film (HaSiON), hafnium oxide film (HfO 2 ), Examples thereof include a hafnium aluminum oxide film (HfAlO), a lanthanum aluminum oxide film (LaAlO), a ruthenium oxide film (Ru 2 O 3 ), a zircon oxide film (ZrO 2 ), and a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ). Examples of a method for forming a high dielectric constant insulating film include an ALD (Atomic Layer Deposition) method and a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method.

次に、下地絶縁膜及び高誘電率絶縁膜からなるゲート絶縁膜2上に、第1の導電膜3及びその上に積層する第2の導電膜4からなるゲート電極31を形成する。このために、まず半導体基板1上に、窒化チタン(TiN)等の金属膜からなる第1の導電膜3を形成する。その後、第1の導電膜3上にポリシリコン膜を形成すると共に、該ポリシリコン膜に対し、例えば注入ドーズ量1×1015/cm2 の条件にてリン(P)又はヒ素(As)等のN型不純物をイオン注入し、N型シリコン膜からなる第2の導電膜4とする。 Next, a gate electrode 31 made of the first conductive film 3 and the second conductive film 4 laminated thereon is formed on the gate insulating film 2 made of the base insulating film and the high dielectric constant insulating film. For this purpose, first, a first conductive film 3 made of a metal film such as titanium nitride (TiN) is formed on the semiconductor substrate 1. Thereafter, a polysilicon film is formed on the first conductive film 3 and, for example, phosphorus (P) or arsenic (As) is formed on the polysilicon film under the condition of an implantation dose of 1 × 10 15 / cm 2. N-type impurities are ion-implanted to form a second conductive film 4 made of an N-type silicon film.

次に、第2の導電膜4上に、所望のゲートパターンを有するレジスト(図示省略)を形成し、該レジストをマスクとするエッチング技術を用いて、第2の導電膜4、第1の導電膜3及びゲート絶縁膜2にゲートパターンを転写する。その後、アッシング及び洗浄によりレジストを除去することにより、図1(a)に示すように、半導体基板1上にゲート絶縁膜2を介して設けられ、第1の導電膜3上に第2の導電膜4が積層した構造のゲート電極31を得る。   Next, a resist (not shown) having a desired gate pattern is formed on the second conductive film 4, and the second conductive film 4 and the first conductive film are etched using an etching technique using the resist as a mask. The gate pattern is transferred to the film 3 and the gate insulating film 2. Thereafter, by removing the resist by ashing and washing, as shown in FIG. 1A, the second conductive film is provided on the semiconductor substrate 1 with the gate insulating film 2 interposed therebetween and on the first conductive film 3. A gate electrode 31 having a structure in which the film 4 is laminated is obtained.

次に、半導体基板1上に、ゲート電極31を覆うように、シリコン窒化膜からなる第1の絶縁膜を形成する。全面ドライエッチングを行ない、第1の絶縁膜のうち、ゲート電極31及びゲート絶縁膜2の側面に形成された部分を残存させて残りの部分を除去することにより、第1のサイドウォール5を形成する。   Next, a first insulating film made of a silicon nitride film is formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate electrode 31. The first sidewall 5 is formed by performing dry etching on the entire surface, leaving the portions formed on the side surfaces of the gate electrode 31 and the gate insulating film 2 and removing the remaining portions of the first insulating film. To do.

この後、例えば、注入ドーズ量が1×1015/cm2 の条件にて、ゲート電極31及び第1のサイドウォール5をマスクとして半導体基板1にヒ素(As)等のN型不純物をイオン注入する。これにより、半導体基板1における第1のサイドウォール5の側下方に、浅い第1のドーピング領域32を形成する。 Thereafter, for example, N-type impurities such as arsenic (As) are ion-implanted into the semiconductor substrate 1 using the gate electrode 31 and the first sidewall 5 as a mask under the condition that the implantation dose is 1 × 10 15 / cm 2. To do. As a result, a shallow first doping region 32 is formed below the first sidewall 5 in the semiconductor substrate 1.

続いて、図1(b)に示すように、ゲート電極31及び第1のサイドウォール5を覆うように、半導体基板1にシリコン酸化膜6及びその上に積層するシリコン窒化膜7を順次形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film 6 and a silicon nitride film 7 stacked thereon are sequentially formed on the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate electrode 31 and the first sidewall 5. .

続いて、図1(c)に示す工程を行なう。ここでは、全面ドライエッチングによりシリコン酸化膜6及びシリコン窒化膜7をエッチバックし、ゲート電極の側面に第1のサイドウォール5を介して第2のサイドウォール21を形成する。第2のサイドウォール21は、第1のサイドウォール5に沿う部分と半導体基板1に沿う部分とによりL字型の断面形状を有するシリコン酸化膜6と、シリコン酸化膜6に対してゲート電極31の反対側に位置するシリコン窒化膜7とからなる。   Subsequently, the process shown in FIG. Here, the silicon oxide film 6 and the silicon nitride film 7 are etched back by dry etching on the entire surface, and the second sidewall 21 is formed on the side surface of the gate electrode via the first sidewall 5. The second sidewall 21 includes a silicon oxide film 6 having an L-shaped cross-section by a portion along the first sidewall 5 and a portion along the semiconductor substrate 1, and a gate electrode 31 with respect to the silicon oxide film 6. And a silicon nitride film 7 located on the opposite side.

ここで、シリコン窒化膜7に対するドライエッチングの条件は、例えば、ソースパワーが800W、バイアスパワーが100W、ガス流量がCH2 2 /O2 /Ar=10/10/100ml/min、圧力がO.4Pa及び基板温度が0℃である。 Here, the dry etching conditions for the silicon nitride film 7 are, for example, a source power of 800 W, a bias power of 100 W, a gas flow rate of CH 2 F 2 / O 2 / Ar = 10/10/100 ml / min, and a pressure of O . 4 Pa and substrate temperature are 0 degreeC.

また、シリコン酸化膜6に対するドライエッチングの条件は、例えば、ソースパワーが1000W、バイアスパワーが100W、ガス流量がCHF3 /O2 /Ar=50/20/200ml/min、圧力が0.4Pa及び基板温度が0℃である。 The dry etching conditions for the silicon oxide film 6 include, for example, a source power of 1000 W, a bias power of 100 W, a gas flow rate of CHF 3 / O 2 / Ar = 50/20/200 ml / min, a pressure of 0.4 Pa, and The substrate temperature is 0 ° C.

更に、第2のサイドウォール21を形成した後、シリコン窒化膜をエッチングする条件によりエッチングを行ない、第1のサイドウォール5上部の一部を除去してリセス部8を形成する。このとき、ドライエッチングの条件(例えばエッチング時間)を調整することにより、リセス量を調整することができる。   Further, after the second sidewall 21 is formed, etching is performed under conditions for etching the silicon nitride film, and a part of the upper portion of the first sidewall 5 is removed to form the recess portion 8. At this time, the recess amount can be adjusted by adjusting dry etching conditions (for example, etching time).

続いて、図2(a)に示すように、半導体基板1上の全面に、第2のサイドウォール21及びゲート電極31を覆うと共に、第1のサイドウォール5上に設けたリセス部8を埋め込むようにシリコン酸化膜9aを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 2A, the second sidewall 21 and the gate electrode 31 are covered on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and the recessed portion 8 provided on the first sidewall 5 is embedded. Thus, a silicon oxide film 9a is formed.

次に、図2(b)に示すように、シリコン酸化膜9aに対して全面ドライエッチングを行なう。これにより、第1のサイドウォール5上のリセス部8を埋め込む部分以外のシリコン酸化膜9aを除去し、リセス部8に残したシリコン酸化膜を第3のサイドウォール9bとする。   Next, as shown in FIG. 2B, the entire surface of the silicon oxide film 9a is dry-etched. As a result, the silicon oxide film 9a other than the portion where the recessed portion 8 is buried on the first sidewall 5 is removed, and the silicon oxide film left in the recessed portion 8 is used as the third sidewall 9b.

この際のエッチング条件は、例えば、ソースパワーが1000W、バイアスパワーが100W、ガス流量がCHF3 /O2 /Ar=50/20/200ml/min、圧力が0.4Pa及び基板温度が0℃である。 Etching conditions at this time are, for example, a source power of 1000 W, a bias power of 100 W, a gas flow rate of CHF 3 / O 2 / Ar = 50/20/200 ml / min, a pressure of 0.4 Pa, and a substrate temperature of 0 ° C. is there.

第3のサイドウォール9bを形成した後、例えば注入ドーズ量1×1015/cm2 の条件にて、ゲート電極31、第1のサイドウォール5、第2のサイドウォール21及び第3のサイドウォール9bをマスクとして半導体基板1にヒ素(As)等のN型不純物をイオン注入する。これにより、半導体基板1における第2のサイドウォール21の側下方に、第1のドーピング領域32に比べて深い第2のドーピング領域33を形成する。更に、熱処理によって、注入したN型不純物を活性化し、N型のソース/ドレイン領域とする。 After forming the third side wall 9b, the gate electrode 31, the first side wall 5, the second side wall 21, and the third side wall are formed under the condition of an implantation dose amount of 1 × 10 15 / cm 2 , for example. N-type impurities such as arsenic (As) are ion-implanted into the semiconductor substrate 1 using 9b as a mask. As a result, a second doping region 33 that is deeper than the first doping region 32 is formed below the second sidewall 21 in the semiconductor substrate 1. Further, the implanted N-type impurities are activated by heat treatment to form N-type source / drain regions.

次に、図2(c)に示す工程を行なう。初めに、第2のサイドウォール21の一部であるシリコン窒化膜7を除去し、第2のサイドウォール21の残りの部分であるシリコン酸化膜6と、リセス部8に設けられ且つシリコン酸化膜からなる第3のサイドウォール9bとを残存させる。   Next, the process shown in FIG. First, the silicon nitride film 7 which is a part of the second side wall 21 is removed, the silicon oxide film 6 which is the remaining part of the second side wall 21, and the silicon oxide film provided in the recess portion 8. The third side wall 9b made of is left.

このためには、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とに対してエッチングの選択性があるエッチング方法、例えば、熱リン酸によるウェットエッチングを利用すればよい。   For this purpose, an etching method having etching selectivity with respect to the silicon oxide film and the silicon nitride film, for example, wet etching using hot phosphoric acid may be used.

熱リン酸を用いた場合、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する選択比(シリコン窒化膜のエッチング速度を、シリコン酸化膜のエッチング速度によって除算した値)はおよそ100である。よって、シリコン窒化膜からなる第1のサイドウォール5は、熱リン酸によるエッチングを受けたとすれば、除去されることになる。しかし、第1のサイドウォール5は、その上のリセス部8を埋め込むシリコン酸化膜からなる第3のサイドウォール9bと、側面を覆うシリコン酸化膜6(第2のサイドウォール21の一部)とによって全面が覆われている。このため、熱リン酸を用いてシリコン窒化膜7(第2のサイドウォール21の他の部分)を除去する際にも、第1のサイドウォール5が除去されることはない。   When hot phosphoric acid is used, the selectivity of the silicon nitride film to the silicon oxide film (the value obtained by dividing the etching rate of the silicon nitride film by the etching rate of the silicon oxide film) is approximately 100. Therefore, the first sidewall 5 made of the silicon nitride film is removed if it is etched with hot phosphoric acid. However, the first side wall 5 includes a third side wall 9b made of a silicon oxide film for embedding the recessed portion 8 thereon, and a silicon oxide film 6 (a part of the second side wall 21) covering the side surface. The whole surface is covered with. For this reason, even when the silicon nitride film 7 (the other part of the second sidewall 21) is removed using hot phosphoric acid, the first sidewall 5 is not removed.

次に、スパッタ法により、半導体基板1上の全面に、例えばニッケル(Ni)からなるシリサイド形成用金属膜(図示省略)を形成する。その後、熱処理により、ゲート電極31の第2の導電膜4及び第2のドーピング領域33のシリコンと、シリサイド形成用金属膜のニッケルとを反応させる。これにより、ゲート電極31の第2の導電膜4上部及び第2のドーピング領域33上部に、ニッケルシリサイドからなる金属シリサイド層(ドーピング領域の金属シリサイド層10aと、ゲート電極上の金属シリサイド層10b)を形成する。この後、エッチングにより、第3のサイドウォール9b、第2のサイドウォール21(シリコン酸化膜6)等に残存する未反応のシリサイド形成用金属膜を除去する。   Next, a silicide forming metal film (not shown) made of, for example, nickel (Ni) is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering. Thereafter, the second conductive film 4 of the gate electrode 31 and the silicon of the second doping region 33 are reacted with nickel of the metal film for silicide formation by heat treatment. Thereby, a metal silicide layer (a metal silicide layer 10a in the doping region and a metal silicide layer 10b on the gate electrode) made of nickel silicide is formed on the second conductive film 4 and the second doping region 33 of the gate electrode 31. Form. Thereafter, the unreacted silicide forming metal film remaining on the third sidewall 9b, the second sidewall 21 (silicon oxide film 6), and the like is removed by etching.

次に、図3(a)に示すように、半導体基板1上に例えばシリコン窒化膜からなるストッパー膜11を形成する。更に、該ストッパー膜11上に、例えばシリコン酸化膜を形成し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化して層間絶縁膜12とする。   Next, as shown in FIG. 3A, a stopper film 11 made of, for example, a silicon nitride film is formed on the semiconductor substrate 1. Further, a silicon oxide film, for example, is formed on the stopper film 11 and planarized by the CMP (Chemical Mechanical Polishing) method to form the interlayer insulating film 12.

次に、図3(b)に示すように、第2のドーピング領域33の一方(ソース領域又はドレイン領域)とゲート電極31の上方に跨る領域を開口するコンタクトホール13(シェアードコンタクトホール)を形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, a contact hole 13 (shared contact hole) is formed that opens one of the second doping regions 33 (source region or drain region) and a region extending over the gate electrode 31. To do.

このためには、まず、層間絶縁膜12上に、コンタクトホール13に対応するコンタクトホールパターンを有するレジスト(図示省略)を形成する。次に、該レジストをマスクとするドライエッチングにより層間絶縁膜12を選択的にエッチングし、更に、アッシング及び洗浄によりレジストを除去することにより、ストッパー膜11の表面に達するコンタクトホールを形成する。その後、再びドライエッチング技術を用い、コンタクトホールの形成された層間絶縁膜12をマスクとして、ストッパー膜11を選択的にエッチングする。これにより、半導体基板1に形成した第2のドーピング領域33及びゲート電極31の両方に到達する(より正確には、それぞれの上部に形成された金属シリサイド層10a及び10bに接続する)コンタクトホール13を形成する。   For this purpose, a resist (not shown) having a contact hole pattern corresponding to the contact hole 13 is first formed on the interlayer insulating film 12. Next, the interlayer insulating film 12 is selectively etched by dry etching using the resist as a mask, and the resist is removed by ashing and cleaning, thereby forming a contact hole reaching the surface of the stopper film 11. Thereafter, using the dry etching technique again, the stopper film 11 is selectively etched using the interlayer insulating film 12 in which the contact holes are formed as a mask. As a result, the contact hole 13 reaches both the second doping region 33 and the gate electrode 31 formed in the semiconductor substrate 1 (more precisely, connected to the metal silicide layers 10a and 10b formed on the respective upper portions). Form.

次に、図3(c)に示すように、コンタクトホール13の底部及び側壁部に、例えば窒化チタン(TiN)からなるバリアメタル膜(図示省略)を形成する。その後、コンタクトホール13内に、バリアメタル膜を介して例えばタングステン(W)からなる導電膜を埋め込む。更に、該導電膜及びバリアメタル膜を、層間絶縁膜12の上面が露出するまで除去し、コンタクトプラグ14を得る。導電膜及びバリアメタル膜の除去には、ドライエッチング技術を用いた全面ドライエッチング、CMP法による研磨等を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 3C, a barrier metal film (not shown) made of, for example, titanium nitride (TiN) is formed on the bottom and side walls of the contact hole 13. Thereafter, a conductive film made of, for example, tungsten (W) is embedded in the contact hole 13 via a barrier metal film. Further, the conductive film and the barrier metal film are removed until the upper surface of the interlayer insulating film 12 is exposed to obtain a contact plug 14. For removal of the conductive film and the barrier metal film, whole surface dry etching using a dry etching technique, polishing by a CMP method, or the like can be used.

以上のようにして、シェアードコンタクトを有するトランジスタ構造を得ることができる。   As described above, a transistor structure having a shared contact can be obtained.

本実施形態の製造方法によると、ゲート電極31の側壁下方にはシリコン窒化膜からなる第1のサイドウォール5、ゲート電極31の側壁上方にはシリコン酸化物からなる第3のサイドウォール9bを備え、更に、第1のサイドウォール5の側壁にはシリコン酸化膜6(第2のサイドウォール21の残存部分)を有する。このように第1のサイドウォール5は、第3のサイドウォール9b及びシリコン酸化膜6によって覆われているため、これらが保護層となり、コンタクトホール13の形成工程中のストッパー膜11を除去する際にもエッチングされない。このことから、次工程である洗浄工程においても、ゲート電極31の金属材料が溶解されることはなく、ゲート電極の形状異常を抑制することができる。   According to the manufacturing method of the present embodiment, the first side wall 5 made of a silicon nitride film is provided below the side wall of the gate electrode 31, and the third side wall 9b made of silicon oxide is provided above the side wall of the gate electrode 31. Furthermore, a silicon oxide film 6 (remaining portion of the second sidewall 21) is provided on the side wall of the first sidewall 5. Thus, since the first sidewall 5 is covered with the third sidewall 9b and the silicon oxide film 6, these serve as a protective layer, and when the stopper film 11 in the process of forming the contact hole 13 is removed. It is not etched. Therefore, even in the cleaning process, which is the next process, the metal material of the gate electrode 31 is not dissolved, and an abnormal shape of the gate electrode can be suppressed.

尚、本実施形態では、半導体基板に形成されたMISトランジスタの導電型がN型である場合を例として説明したが、これには限らず、P型であっても同様の効果を得ることができる。   In this embodiment, the case where the conductivity type of the MIS transistor formed on the semiconductor substrate is N type has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when the type is P type. it can.

また、第1の導電膜3としてTiN膜を用いる場合を説明したが、その他に、TaN膜、TaC膜、TaCNO膜、W膜等の金属膜(金属含有膜)を用いても良い。   Moreover, although the case where a TiN film is used as the first conductive film 3 has been described, a metal film (metal-containing film) such as a TaN film, a TaC film, a TaCNO film, or a W film may be used.

また、第1のサイドウォール5を形成するための第1の絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いた。しかし、この他に、SiC膜、SiCN膜等を用いても良い。   A silicon nitride film was used as the first insulating film for forming the first sidewall 5. However, other than this, a SiC film, a SiCN film, or the like may be used.

また、第2のサイドウォール21を構成するシリコン酸化膜6については、PSG膜、BSG膜、BPSG膜等のシリコン酸化膜を主体とする他の絶縁膜に代えても同様の効果を得ることができる。   Further, the silicon oxide film 6 constituting the second sidewall 21 can obtain the same effect even if it is replaced with another insulating film mainly composed of a silicon oxide film such as a PSG film, a BSG film, or a BPSG film. it can.

また、第3のサイドウォール9bをシリコン酸化膜によって形成する場合を説明したが、この他に、PSG膜、BSG膜、BPSG膜等のシリコン酸化膜を主体とする他の絶縁膜を用いても良いし、ポリイミド等の塗布型のシリコン酸化膜を用いても良い。   Although the case where the third sidewall 9b is formed of a silicon oxide film has been described, other insulating films mainly composed of a silicon oxide film such as a PSG film, a BSG film, and a BPSG film may be used. Alternatively, a coating type silicon oxide film such as polyimide may be used.

また、ゲート電極31及び第2のドーピング領域33(ソース/ドレイン領域)の少なくとも一方にシリサイド層を形成する場合を説明したが、これは必須ではない。シリサイド層を形成しない場合にも、ゲート電極の形状異常を防ぐ効果は得られる。   Further, although the case where the silicide layer is formed in at least one of the gate electrode 31 and the second doping region 33 (source / drain region) has been described, this is not essential. Even when the silicide layer is not formed, the effect of preventing the shape abnormality of the gate electrode can be obtained.

また、シリサイド形成用金属膜にNiを用い、NiSi2 からなる金属シリサイド膜を用いた場合について説明した。しかし、この他に、Co、NiPt等の金属膜を用いてシリサイド化を行ない、CoSi2 、NiPtSi等の金属シリサイド膜を形成するのであっても良い。 Further, the case where Ni is used for the metal film for silicide formation and a metal silicide film made of NiSi 2 is described. However, in addition to this, silicidation may be performed using a metal film such as Co or NiPt to form a metal silicide film such as CoSi 2 or NiPtSi.

また、図2(c)の工程において第2のサイドウォール21の一部であるシリコン窒化膜7を除去するのは、図3(b)の工程においてストッパー膜11を除去しやすくするためである。つまり、隣接するゲート電極31同士の間隔が狭い箇所ではストッパー膜11がゲート電極31間に残された空間を埋めてしまうことがある一方、ゲート電極31同士の間隔が広い箇所ではストッパー膜11は所望の膜厚に形成される。このような膜厚の違いが生じると、ストッパー膜11の除去が困難になる場合がある。そこで、第2のドーピング領域33を形成した後にシリコン窒化膜7を除去することにより、ゲート電極31間に残される空間を広げてストッパー膜11によって埋め込まれるのを避ける。これにより、ストッパー膜11の除去を容易にすることができる。   The reason why the silicon nitride film 7 which is a part of the second sidewall 21 is removed in the step of FIG. 2C is to facilitate the removal of the stopper film 11 in the step of FIG. . That is, the stopper film 11 may fill the space left between the gate electrodes 31 at a place where the distance between the adjacent gate electrodes 31 is narrow, while the stopper film 11 is formed at a place where the distance between the gate electrodes 31 is wide. A desired film thickness is formed. When such a difference in film thickness occurs, it may be difficult to remove the stopper film 11. Therefore, by removing the silicon nitride film 7 after forming the second doping region 33, the space left between the gate electrodes 31 is widened to avoid being embedded by the stopper film 11. Thereby, the stopper film 11 can be easily removed.

本発明の半導体装置及びその製造方法は、サイドウォールを有するMISトランジスタ構造においてゲート電極の形状異常を防止することができるものであり、特に、サイドウォールを有するゲート電極に対してシェアードコンタクトが形成された半導体装置及びその製造方法にも有用である。   The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can prevent an abnormal shape of the gate electrode in the MIS transistor structure having the sidewall, and in particular, the shared contact is formed on the gate electrode having the sidewall. It is also useful for semiconductor devices and manufacturing methods thereof.

図1(a)〜(c)は、本発明の一実施形態に係る例示的半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。1A to 1C are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an exemplary semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図2(a)〜(c)は、図1(c)に続いて、本発明の一実施形態に係る例示的半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。2A to 2C are process cross-sectional views illustrating the manufacturing method of the exemplary semiconductor device according to the embodiment of the present invention following FIG. 1C. 図3(a)〜(c)は、図2(c)に続いて、本発明の一実施形態に係る例示的半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。3A to 3C are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the exemplary semiconductor device according to the embodiment of the present invention following FIG. 2C. 図4(a)〜(c)は、従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。4A to 4C are process cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device. 図5(a)〜(c)は、図4(c)に続いて、従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。5A to 5C are process cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 4C.

1 半導体基板
2 ゲート絶縁膜
3 第1の導電膜
4 第2の導電膜
5 第1のサイドウォール
6 シリコン酸化膜
7 シリコン窒化膜
8 リセス部
9a シリコン酸化膜
9b 第3のサイドウォール
10 金属シリサイド層
11 ストッパー膜
12 層間絶縁膜
13 コンタクトホール
14 コンタクトプラグ
21 第2のサイドウォール
31 ゲート電極
32 第1のドーピング領域
33 第2のドーピング領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Gate insulating film 3 1st electrically conductive film 4 2nd electrically conductive film 5 1st side wall 6 Silicon oxide film 7 Silicon nitride film 8 Recessed part 9a Silicon oxide film 9b 3rd side wall 10 Metal silicide layer 11 Stopper film 12 Interlayer insulating film 13 Contact hole 14 Contact plug 21 Second sidewall 31 Gate electrode 32 First doping region 33 Second doping region

Claims (12)

基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記基板における前記ゲート電極の両側方に形成された不純物領域とを有するトランジスタと、
前記トランジスタ上を覆うように前記基板上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記不純物領域及び前記ゲート電極に電気的に接続するシェアードコンタクトとを備え、
前記ゲート電極の少なくとも側面下部を覆うように、第1のサイドウォールが形成され、
前記第1のサイドウォールにおける前記ゲート電極とは反対側の側面を覆うように第2のサイドウォールが形成され、
前記第1のサイドウォール上に、前記ゲート電極の側面上部と前記第2のサイドウォールとに挟まれるように第3のサイドウォールが形成され、
前記第2のサイドウォール及び前記第3のサイドウォールは、いずれも、前記第1のサイドウォールとは異なる材料により構成されていることを特徴とする半導体装置。
A transistor having a gate electrode formed on a substrate via a gate insulating film, and an impurity region formed on both sides of the gate electrode in the substrate;
An interlayer insulating film formed on the substrate so as to cover the transistor;
A shared contact that penetrates the interlayer insulating film and is electrically connected to the impurity region and the gate electrode;
A first sidewall is formed so as to cover at least a lower portion of the side surface of the gate electrode;
A second sidewall is formed so as to cover a side surface of the first sidewall opposite to the gate electrode;
A third sidewall is formed on the first sidewall so as to be sandwiched between the upper side surface of the gate electrode and the second sidewall,
The second side wall and the third side wall are both made of a material different from that of the first side wall.
請求項1において、
前記層間絶縁膜は、下層である第1の層間絶縁膜と上層である第2の層間絶縁膜とが積層された構造を有し、
前記第1の層間絶縁膜は、前記第2のサイドウォール及び前記第3のサイドウォールのどちらとも異なる材料により構成されていることを特徴とする半導体装置。
In claim 1,
The interlayer insulating film has a structure in which a first interlayer insulating film as a lower layer and a second interlayer insulating film as an upper layer are laminated,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first interlayer insulating film is made of a material different from both the second sidewall and the third sidewall.
請求項1又は2において、
前記第2のサイドウォールの材料及び前記第3のサイドウォールの材料は、それぞれ、酸化シリコン膜、PSG膜、BSG膜又はBPSG膜であることを特徴とする半導体装置。
In claim 1 or 2,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the material of the second sidewall and the material of the third sidewall are a silicon oxide film, a PSG film, a BSG film, or a BPSG film, respectively.
請求項1〜3のいずれか一つにおいて、
前記第1のサイドウォールの材料は、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜又は炭窒化シリコン膜であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1-3,
The semiconductor device is characterized in that the material of the first sidewall is a silicon nitride film, a silicon carbide film, or a silicon carbonitride film.
請求項1〜4のいずれか一つにおいて、
前記ゲート電極は金属材料を含むことを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1-4,
The semiconductor device, wherein the gate electrode contains a metal material.
請求項1〜5のいずれか一つにおいて、
前記不純物領域は、第1の不純物領域と、前記第1の不純物領域よりも深く形成された第2の不純物領域とを含むことを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1-5,
The semiconductor device, wherein the impurity region includes a first impurity region and a second impurity region formed deeper than the first impurity region.
基板上に、ゲート絶縁膜を介して金属材料を含むゲート電極を形成すると共に、前記基板における前記ゲート電極の両側方に不純物領域を形成する工程(a)と、
前記ゲート電極の側面に、第1の絶縁膜からなる第1のサイドウォールを形成する工程(b)と、
前記基板上の全体に第2の絶縁膜を形成した後、ドライエッチング法を用いたエッチバックにより、前記第1のサイドウォールの側面に前記第2の絶縁膜からなる第2のサイドウォールを形成する工程(c)と、
ドライエッチング法を用いて、前記第1のサイドウォールの上部を除去してリセスを形成する工程(d)と、
前記リセス内を埋め込む第3の絶縁膜を形成した後、ドライエッチング法を用いて前記リセス内以外の前記第3の絶縁膜を除去し、前記リセス内に前記第3の絶縁膜からなる第3のサイドウォールを形成する工程(e)と
前記工程(e)の後に、前記半導体基板上の全面に層間絶縁膜を形成する工程(f)と、
前記層間絶縁膜に対し、前記不純物領域及び前記ゲート電極上に跨るように開口するコンタクトホールを形成する工程(g)と、
前記コンタクトホール内を導電物によって埋め込み、シェアードコンタクトを形成する工程(h)とを備え、
前記第1のサイドウォールは、前記第2のサイドウォール及び前記第3のサイドウォールのいずれとも異なる材料により構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate electrode including a metal material on a substrate via a gate insulating film, and forming an impurity region on both sides of the gate electrode in the substrate;
Forming a first sidewall made of a first insulating film on the side surface of the gate electrode;
After forming a second insulating film on the entire surface of the substrate, a second sidewall made of the second insulating film is formed on a side surface of the first sidewall by etching back using a dry etching method. Step (c) to perform,
(D) forming a recess by removing an upper portion of the first sidewall using a dry etching method;
After forming the third insulating film embedded in the recess, the third insulating film other than the recess is removed by using a dry etching method, and a third insulating film made of the third insulating film is formed in the recess. A step (e) of forming a sidewall of step (f), and a step (f) of forming an interlayer insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate after the step (e),
A step (g) of forming a contact hole that opens over the impurity region and the gate electrode in the interlayer insulating film;
And (h) forming a shared contact by filling the contact hole with a conductive material,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first sidewall is made of a material different from any of the second sidewall and the third sidewall.
請求項7において、
前記工程(c)において、前記第2の絶縁膜上に更に第4の絶縁膜を形成し、前記第2の絶縁膜及び前記第4の絶縁膜からなる第2のサイドウォールを形成し、
前記工程(e)と前記工程(f)との間に、前記第2のサイドウォールにおける前記第4の絶縁膜を除去する工程を更に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In claim 7,
In the step (c), a fourth insulating film is further formed on the second insulating film, and a second sidewall made of the second insulating film and the fourth insulating film is formed.
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of removing the fourth insulating film on the second sidewall between the step (e) and the step (f).
請求項7又は8において、
前記工程(f)において、下層である第1の層間絶縁膜と上層である第2の層間絶縁膜とからなる前記層間絶縁膜を形成し、
前記工程(g)において、前記第1の層間絶縁膜をエッチストッパーとして前記第2の層間絶縁膜をエッチングした後に、前記第1の層間絶縁膜をエッチングし、
前記第1の層間絶縁膜は、前記第2のサイドウォール及び前記第3のサイドウォールのどちらとも異なる材料により構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In claim 7 or 8,
In the step (f), the interlayer insulating film composed of a first interlayer insulating film as a lower layer and a second interlayer insulating film as an upper layer is formed,
In the step (g), after the second interlayer insulating film is etched using the first interlayer insulating film as an etch stopper, the first interlayer insulating film is etched,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first interlayer insulating film is made of a material different from both the second sidewall and the third sidewall.
請求項7〜9のいずれか一つにおいて、
前記第2のサイドウォール及び前記第3のサイドウォールの材料は、それぞれ、それぞれ、酸化シリコン膜、PSG膜、BSG膜又はBPSG膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In any one of Claims 7-9,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second sidewall and the third sidewall are respectively a silicon oxide film, a PSG film, a BSG film, or a BPSG film.
請求項7〜10のいずれか一つにおいて、
前記第1のサイドウォールの材料は、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜又は炭窒化シリコン膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In any one of Claims 7-10,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the material of the first sidewall is a silicon nitride film, a silicon carbide film, or a silicon carbonitride film.
請求項7〜11のいずれか一つにおいて、
前記工程(e)と前記工程(f)との間に、
前記第1のサイドウォール、前記第2のサイドウォール、前記第3のサイドウォール及び前記ゲート電極をマスクとして前記基板に不純物を導入し、前記不純物領域よりも深い他の不純物領域を形成する工程を更に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In any one of Claims 7-11,
Between the step (e) and the step (f),
Introducing an impurity into the substrate using the first sidewall, the second sidewall, the third sidewall, and the gate electrode as a mask to form another impurity region deeper than the impurity region; A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising:
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