JP2583243B2 - Method for manufacturing MOS transistor - Google Patents

Method for manufacturing MOS transistor

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JP2583243B2 JP62232476A JP23247687A JP2583243B2 JP 2583243 B2 JP2583243 B2 JP 2583243B2 JP 62232476 A JP62232476 A JP 62232476A JP 23247687 A JP23247687 A JP 23247687A JP 2583243 B2 JP2583243 B2 JP 2583243B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 MOSトランジスタの特にゲート電極とのコンタクトホ
ールの形成方法に関し、 ゲート電極表面を窒化膜で覆った場合に、ゲート電極
とのコンタクト用窓を開口するために窒化膜をエッチン
グする際にソース、ドレイン領域のシリコン基板がオー
バーエッチングされるのを防止する目的で、 ソース、ドレイン領域のシリコン基板の表面に一旦酸
化膜を形成してからゲート電極上の窒化膜のエッチング
を行なうことによって上記酸化膜をエッチングのストッ
パとして作用せしめるように構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to a method for forming a contact hole with a MOS transistor, particularly with a gate electrode, for opening a contact window with the gate electrode when the gate electrode surface is covered with a nitride film. In order to prevent the silicon substrate in the source and drain regions from being over-etched when etching the nitride film, an oxide film is formed once on the surface of the silicon substrate in the source and drain regions, and then the nitride film on the gate electrode is formed. By performing the above etching, the oxide film is made to act as an etching stopper.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明はMOSトランジスタの製造方法に係る。 The present invention relates to a method for manufacturing a MOS transistor.

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

従来、MOS型半導体装置のゲート電極には多結晶シリ
コンや各種金属のシリサイド(MoSi2,WSi2等)が使われ
ているが、素子が高集積化、配線が微細化するにしたが
い、その抵抗をさらに小さくするWやMoといった高融点
金属の使用に対し、その実現が強く望まれるようになっ
た。
Conventionally, polycrystalline silicon and silicide of various metals (MoSi 2 , WSi 2, etc.) have been used for the gate electrode of MOS type semiconductor devices. The use of high melting point metals, such as W and Mo, which further reduce the temperature, has been strongly desired.

しかし、WやMoは後工程のII(イオンインプラテーシ
ョン)のとき、チャンネリング現象がおこって、ゲート
下の基板まで打ち込まれたイオンが達っしたり、また、
熱処理時に容易に酸化されてそのすべてが酸化物になっ
てしまうといった、シリコンゲートやポリシリコン/シ
リサイド(ポリサイド)ゲートにはみられなかった問題
が生ずる。
However, in the case of W or Mo in the later step II (ion implantation), a channeling phenomenon occurs, and ions implanted reach the substrate under the gate, or
A problem not found in silicon gates or polysilicon / silicide (polycide) gates arises, such as being easily oxidized during heat treatment and all of them becoming oxides.

このチャンネリングや酸化を防ぐためにWやMoの表面
を覆う必要がある。従来、このカバー膜にはPSGを用い
た例がある。(Extended Abstracts of the 15th Confe
rence on Solid State Devices and Materials,Tokyo,1
983 pp217〜220,日立) しかし、SiO2系の膜ではゲート電極形成用のエッチン
グのとき、リアクティブ・イオン・エッチ(RIE)でW
やMoのサイドエッチが進みアンダーカットを生ずる。第
2図にこの様子を示すが、シリコン基板1上にゲート絶
縁膜2、W又はMoのゲート電極3を形成し、ゲート電極
3上に酸化物系の膜4を形成してレジスト5でパターニ
ングすると、ゲート電極3はアンダーカット(サイドエ
ッチ)される。アンダーカットが生ずると、微細MOS型
トランジスタで最も精度を必要とする。ゲート長の制御
がマスクだけによるものではなくなり、著しく困難とな
る。
In order to prevent this channeling and oxidation, it is necessary to cover the surface of W or Mo. Conventionally, there is an example using PSG for this cover film. (Extended Abstracts of the 15th Confe
rence on Solid State Devices and Materials, Tokyo, 1
983 Pp217~220, Hitachi) but when the etching for forming the gate electrode is a film of SiO 2 system, W in a reactive ion etch (RIE)
And Mo's side etch advances, causing undercut. FIG. 2 shows this state. A gate insulating film 2, a W or Mo gate electrode 3 is formed on a silicon substrate 1, an oxide film 4 is formed on the gate electrode 3, and patterned with a resist 5. Then, the gate electrode 3 is undercut (side-etched). When the undercut occurs, the precision is required most in the fine MOS type transistor. The control of the gate length is no longer based solely on the mask, and becomes extremely difficult.

WあるいはMoのゲート電極材料の上に、SiO2やPSGで
はなく、Si3N4を堆積すると、上記のようなアンダーカ
ットがなくなり、ゲート長の寸法精度を高めることがで
きることが知られている(62年春応用物理学会31 P−P
−8)。
It is known that when Si 3 N 4 is deposited on a W or Mo gate electrode material instead of SiO 2 or PSG, the undercut as described above is eliminated and the dimensional accuracy of the gate length can be improved. (Spring 62, Japan Society of Applied Physics 31 P-P
-8).

しかしながら、この場合次のような問題がある。第3
図を参照して説明する。第3図A中、11はp形シリコン
基板、12はゲート酸化物(SiO2)、13はn+形拡散領域
(ソース及びドレイン領域)、14はW又はMoのゲート電
極、15はSi3N4膜、16はPSG層間絶縁膜であり、いまPSG
層間絶縁膜16にゲート電極14及びn+拡散領域13とのコン
タクト窓を開口したところであり、ゲート電極14上では
Si3N4膜15がストッパになるのに対してシリコン基板11
は露出する。次にSi3N4膜15にもゲート電極14とのコン
タクト窓を開口すべくRIE(反応性イオンエッチング)
を行なうと、Si3N4とシリコンとのエッチングレートは
とりにくいので、第3図Bに示される如く、シリコン基
板11のコンタクト部分がオーバーエッチされ、n+形拡散
領域13の深さが浅い場合には接合破壊が起きることがあ
る。
However, in this case, there are the following problems. Third
This will be described with reference to the drawings. In FIG. 3A, 11 is a p-type silicon substrate, 12 is a gate oxide (SiO 2 ), 13 is an n + -type diffusion region (source and drain regions), 14 is a W or Mo gate electrode, and 15 is Si 3 N 4 film and 16 are PSG interlayer insulating films.
A contact window with the gate electrode 14 and the n + diffusion region 13 is opened in the interlayer insulating film 16, and on the gate electrode 14
While the Si 3 N 4 film 15 serves as a stopper, the silicon substrate 11
Is exposed. Next, RIE (reactive ion etching) is performed on the Si 3 N 4 film 15 to open a contact window with the gate electrode 14.
3B, it is difficult to obtain an etching rate between Si 3 N 4 and silicon. Therefore, as shown in FIG. 3B, the contact portion of the silicon substrate 11 is over-etched, and the depth of the n + type diffusion region 13 is small. In some cases, junction breakdown may occur.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、上記問題点を解決するために、PSGのエッ
チング後にシリコン基板表面を熱酸化してからSi3N4
エッチングを行なう。Si3N4上にはシリコン基板上と比
べてSiO2の成長が非常に遅いのでSiO2はほとんど形成さ
れない。Si3N4とSiO2はエッチングの選択比が十分にと
れ、又SiO2とW又はMoともエッチングの選択比が十分に
とれるので、コンタクト窓を問題なく形成することがで
きる。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, after etching the PSG, the surface of the silicon substrate is thermally oxidized and then the Si 3 N 4 is etched. Since SiO 2 grows much slower on Si 3 N 4 than on a silicon substrate, almost no SiO 2 is formed. Since Si 3 N 4 and SiO 2 have a sufficient etching selectivity, and both SiO 2 and W or Mo have a sufficient etching selectivity, a contact window can be formed without any problem.

すなわち、本発明は、シリコン半導体基板上に酸化物
ゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を
形成し、ゲート電極上に窒化物絶縁膜を形成した上でゲ
ート電極及び基板上の全面に酸化物系絶縁膜を形成し、
酸化物系絶縁膜をパターニングしてゲート電極に対する
コンタクト窓及びシリコン半導体基板に対するコンタク
ト膜を開口した後、開口したシリコン半導体基板のコン
タクト窓部分を選択的に表面酸化して次の窒化物絶縁膜
エッチングのストッパとし、それからゲート電極上の窒
化物絶縁膜にゲート電極とのコンタクト窓をエッチング
で開口し、そしてシリコン半導体基板のコンタクト窓部
分の表面酸化膜を除去する工程を含むことを特徴とする
MOSトランジスタの製造方法にある。
That is, the present invention forms an oxide gate insulating film on a silicon semiconductor substrate, forms a gate electrode on the gate insulating film, forms a nitride insulating film on the gate electrode, and then forms the gate electrode and the substrate. An oxide insulating film is formed on the entire surface,
After patterning the oxide-based insulating film to open the contact window for the gate electrode and the contact film for the silicon semiconductor substrate, the surface of the contact window portion of the opened silicon semiconductor substrate is selectively oxidized to etch the next nitride insulating film. Forming a contact window with the gate electrode in the nitride insulating film on the gate electrode by etching, and removing the surface oxide film at the contact window portion of the silicon semiconductor substrate.
It is in a method for manufacturing a MOS transistor.

〔実施例〕〔Example〕

第1図を参照して説明する。 This will be described with reference to FIG.

第1図Aを参照すると、p形シリコン基板21の表面を
熱酸化して厚さ200Å程度のゲート酸化膜22を形成す
る。ゲート酸化膜22上にゲート電極23を形成するために
W(又はMo)をスパッタで厚さ2000Å程度堆積し、その
上にSi3N4膜24をCVDで1000Å程度の厚さに形成してパタ
ーニングする。その後、全面に再びSi3N4を堆積してリ
アクティブイオンエッチングすることによってゲート電
極23の側壁にもSi3N4膜を形成する。これはWがPSGと接
触して酸化されることを防ぐためである。
Referring to FIG. 1A, a surface of a p-type silicon substrate 21 is thermally oxidized to form a gate oxide film 22 having a thickness of about 200 °. In order to form a gate electrode 23 on the gate oxide film 22, W (or Mo) is deposited to a thickness of about 2000 mm by sputtering, and a Si 3 N 4 film 24 is formed thereon to a thickness of about 1000 mm by CVD. Perform patterning. Thereafter, Si 3 N 4 is deposited again on the entire surface and reactive ion etching is performed to form a Si 3 N 4 film also on the side wall of the gate electrode 23. This is to prevent W from being oxidized by contact with PSG.

第1図Bを参照すると、ゲート電極23及びその上のSi
3N4膜24をマスクとしてイオン打込みによn+形ソース領
域25及びn+形ドレイン領域26を形成する。それから、全
面にCVDでPSGを厚さ約1.0μmに堆積して層間絶縁膜27
を形成し、ソース及びドレイン領域25,26のコンタクト
窓28とゲート電極23へのコンタクト窓29を開口する。こ
のPSGのエッチングはCF4とCHF3の混合ガスを用いたRIE
で行なう。PSGに対するSi3N4とシリコンのエッチングの
選択比は十分にとれるので、PSGのエッチング終了後、
ゲート電極23上ではSi3N4膜24が残り、一方、ソース・
ドレイン領域25,26上では酸化膜22は極めて薄いので完
全にエッチングされてシリコン基板が露出する。
Referring to FIG. 1B, the gate electrode 23 and the Si
Using the 3 N 4 film 24 as a mask, an n + -type source region 25 and an n + -type drain region 26 are formed by ion implantation. Then, PSG is deposited on the entire surface to a thickness of about 1.0 μm by CVD to form an interlayer insulating film 27.
Are formed, and contact windows 28 for the source and drain regions 25 and 26 and a contact window 29 for the gate electrode 23 are opened. RIE using a mixed gas of CF 4 and CHF 3
Perform in. Since the etching selectivity of Si 3 N 4 and silicon with respect to PSG is sufficient, after the etching of PSG is completed,
The Si 3 N 4 film 24 remains on the gate electrode 23, while the source
Since the oxide film 22 is extremely thin on the drain regions 25 and 26, it is completely etched to expose the silicon substrate.

第1図Cを参照すると、ここで本発明に従い、950℃
でドライ酸化を行なって、ソース・ドレイン領域25,26
のコンタクト窓表面に厚さ500Å程度の酸化膜30形成す
る。このときSi3N4は殆ど酸化されない。
Referring to FIG. 1C, now in accordance with the present invention, at 950 ° C.
Dry oxidation in the source / drain regions 25, 26
An oxide film 30 having a thickness of about 500 mm is formed on the surface of the contact window. At this time, Si 3 N 4 is hardly oxidized.

第1図Dを参照すると、ゲート電極23上のコンタクト
窓28内のSi3N4膜24をRIEでエッチングしてゲート電極23
を露出させる。このRIEはCF4+O2で行なう。このとき、
酸化膜30はSi3N4に対して十分なエッチング選択比がと
れるので、Si3N4除去後も基板上に残る。
Referring to FIG. 1D, the Si 3 N 4 film 24 in the contact window 28 on the gate electrode 23 is etched by RIE to form the gate electrode 23.
To expose. This RIE is performed with CF 4 + O 2 . At this time,
Since the oxide film 30 has a sufficient etching selectivity with respect to Si 3 N 4 , the oxide film 30 remains on the substrate even after the removal of Si 3 N 4 .

第1図Eを参照すると、再びCF4+CHF3の混合ガスに
よるRIEで全面エッチしてシリコン基板のコンタクト窓
部27のSiO2を除去し、基板を露出させる。このときゲー
ト電極23はエッチングされない。
Referring to FIG. 1E, the entire surface is again etched by RIE using a mixed gas of CF 4 + CHF 3 to remove the SiO 2 in the contact window 27 of the silicon substrate and expose the substrate. At this time, the gate electrode 23 is not etched.

第1図Fを参照すると、シリコンを1%含有するアル
ミニウムをスパッタ法で1.0μm堆積し、BCl3とCl2の混
合ガスによるRIEによりエッチングしてアルミニウム配
線31を形成する。
Referring to FIG. 1F, aluminum containing 1% of silicon is deposited to a thickness of 1.0 μm by sputtering and etched by RIE using a mixed gas of BCl 3 and Cl 2 to form an aluminum wiring 31.

以下は図に示さないがCVD法による圧さ1.0μmのPSG
を堆積し、外部リード線ボンディングパット部のPSGを
開口してMOS形半導体装置を作成する。
The following is not shown in the figure, but PSG of 1.0μm pressure by CVD method
Is deposited, and the PSG of the external lead wire bonding pad is opened to form a MOS semiconductor device.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の方法によれば、ゲート電極上部にSi3N4を用
いるWあるいはMoゲートで、上部のアルミ電極配線との
コンタクト部の層間絶縁膜エッチングに際し、ソース・
ドレイン領域のシリコンがオーバエッチされて接合破壊
を起こすおそれをなくすことができる。
According to the method of the present invention, when a W or Mo gate using Si 3 N 4 on the gate electrode is used, when etching the interlayer insulating film at the contact portion with the upper aluminum electrode wiring, the source
It is possible to eliminate the possibility that the silicon in the drain region is over-etched to cause a junction breakdown.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例の工程要部のMOSトランジスタ
の断面図、第2図は従来例のW又はMoゲート電極のエッ
チングの様子を示す断面図、第3図は従来例のMOSトラ
ンジスの製造例の断面図である。 1……シリコン基板、2……ゲート酸化膜、 3……W又はMoゲート電極、 4……酸化物形膜、5……レジスト、 11……シリコン基板、 12……ゲート酸化膜、 13……n+形拡散領域、 14……W又はMoゲート電極、 15……Si3N4膜、16……PSG膜、 21……シリコン基板、 22……ゲート酸化膜、 23……W(Mo)ゲート電極、 24……Si3N4膜、25……ソース領域、 26……ドレイン領域、 27……PSG層間絶縁膜、 28,29……コンタクト窓、 30……酸化膜、31……アルミニウム配線。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view of a MOS transistor as a main part of a process according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a state of etching a W or Mo gate electrode of a conventional example, and FIG. The figure is a cross-sectional view of a conventional example of manufacturing a MOS transistor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Gate oxide film, 3 ... W or Mo gate electrode, 4 ... Oxide type film, 5 ... Resist, 11 ... Silicon substrate, 12 ... Gate oxide film, 13 ... ... n + form diffusion regions, 14 ...... W or Mo gate electrode, 15 ...... Si 3 n 4 film, 16 ...... PSG film, 21 ...... silicon substrate, 22 ...... gate oxide film, 23 ...... W (Mo ) gate electrodes, 24 ...... Si 3 N 4 film, 25 ...... source region, 26 ...... drain region, 27 ...... PSG interlayer insulating film, 28 and 29 ...... contact window, 30 ...... oxide film, 31 ...... Aluminum wiring.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコン半導体基板上に酸化物ゲート絶縁
膜を形成し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、ゲ
ート電極上に窒化物絶縁膜を形成した上でゲート電極及
び基板上の全面に酸化物系絶縁膜を形成し、酸化物系絶
縁膜をパターニングしてゲート電極に対するコンタクト
窓及びシリコン半導体基板に対するコンタクト窓を開口
した後、開口したシリコン半導体基板のコンタクト窓部
分を選択的に表面酸化して次の窒化物絶縁膜エッチング
のストッパとし、それからゲート電極上の窒化物絶縁膜
にゲート電極とのコンタクト窓をエッチングで開口し、
そしてシリコン半導体基板のコンタクト窓部分の表面酸
化膜を除去する工程を含むことを特徴とするMOSトラン
ジスタの製造方法。
An oxide gate insulating film is formed on a silicon semiconductor substrate, a gate electrode is formed on the gate insulating film, and a nitride insulating film is formed on the gate electrode. Forming an oxide-based insulating film on the substrate, patterning the oxide-based insulating film and opening a contact window for the gate electrode and a contact window for the silicon semiconductor substrate, and selectively opening the contact window portion of the opened silicon semiconductor substrate to the surface; Oxidize to serve as a stopper for the next nitride insulating film etching, and then open a contact window with the gate electrode in the nitride insulating film on the gate electrode by etching,
And a step of removing a surface oxide film at a contact window portion of the silicon semiconductor substrate.
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