JP2734434B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP2734434B2
JP2734434B2 JP31493495A JP31493495A JP2734434B2 JP 2734434 B2 JP2734434 B2 JP 2734434B2 JP 31493495 A JP31493495 A JP 31493495A JP 31493495 A JP31493495 A JP 31493495A JP 2734434 B2 JP2734434 B2 JP 2734434B2
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の構造
およびその製造方法に関し、特に、ゲート電極の構造お
よびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a structure of a gate electrode and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS型半導体装置においては、ホット
キャリアによるゲート絶縁膜の劣化を防止するためにL
DD(Lightly Doped Drain )構造を採ることが広く行
われている。一般的なLDD型MOSトランジスタの断
面構造を図5(a)に、平面レイアウトを図5(b)
に、図5(b)のC−C′線での断面図を図5(c)に
示す。
2. Description of the Related Art In a MOS type semiconductor device, L is used to prevent deterioration of a gate insulating film due to hot carriers.
It is widely practiced to adopt a DD (Lightly Doped Drain) structure. FIG. 5A shows a cross-sectional structure of a general LDD type MOS transistor, and FIG.
FIG. 5C is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 5B.

【0003】シリコン基板301上にゲート酸化膜30
2を形成し、ポリシリコンの堆積、フォトリソグラフィ
技術およびエッチング技術を使用してゲート電極303
を形成する。その後、LDD領域304を形成するイオ
ン注入を行い、シリコン酸化膜の堆積とそのエッチバッ
クによりスペーサとなるサイドウォール306を形成す
る。そして、ゲート電極およびサイドウォールをマスク
として不純物を導入して、ソース・ドレイン領域305
を形成をすることにより従来のLDD型MOSトランジ
スタが製作される〔図5(a)〕。
A gate oxide film 30 is formed on a silicon substrate 301.
2 is formed, and a gate electrode 303 is formed using polysilicon deposition, photolithography technology and etching technology.
To form Thereafter, ion implantation for forming the LDD region 304 is performed, and a sidewall 306 serving as a spacer is formed by depositing a silicon oxide film and etching back the silicon oxide film. Then, impurities are introduced using the gate electrode and the sidewalls as a mask to form the source / drain regions 305.
Is formed to manufacture a conventional LDD type MOS transistor [FIG. 5 (a)].

【0004】図5(b)に示されるように、ソース・ド
レイン領域305は、素子分離酸化膜であるLOCOS
酸化膜307に囲まれた領域内に形成される。ゲート電
極303はチャネル形成に必要な部分を極力細く形成
し、ゲート電極と上層の配線との導通をとる孔の台座と
なる比較的大面積を必要とするゲートパッド303aや
簡単なゲート配線303bはLOCOS酸化膜307上
までゲート電極を引き出してLOCOS酸化膜上にのみ
形成する〔図5(b)〕。また、この場合、ゲートパッ
ド303aやゲート配線303bと基板との間はLOC
OS酸化膜307のみとなる〔図5(c)〕。
[0005] As shown in FIG. 5 (b), a source / drain region 305 is a LOCOS which is an element isolation oxide film.
It is formed in a region surrounded by the oxide film 307. The gate electrode 303 has a portion necessary for forming a channel formed as thin as possible, and a gate pad 303a and a simple gate wiring 303b which require a relatively large area to serve as a pedestal of a hole for conducting the gate electrode and an upper wiring are formed. The gate electrode is drawn out to a position above the LOCOS oxide film 307 and is formed only on the LOCOS oxide film (FIG. 5B). In this case, the LOC is set between the substrate and the gate pad 303a or the gate wiring 303b.
Only the OS oxide film 307 is formed (FIG. 5C).

【0005】上述のLDD型MOSトランジスタの改良
型として、高速化を目指すものとして図6に示す構造の
トランジスタが特開平4−112544号公報により提
案されている。シリコン基板401上のLOCOS酸化
膜404の下にはLDD領域406とソース・ドレイン
領域407が形成され、基板上にはゲート絶縁膜405
およびLOCOS酸化膜404を介して第1ゲート電極
402aと第2ゲート電極402bとからなるゲート電
極が形成されており、ゲート電極の表面はシリコン酸化
膜403によって被覆されている。このトランジスタで
は、ゲート電極(402a、402b)と、ソース・ド
レイン領域(406、407)をオーバラップさせてチ
ャネル電流を増加させ、さらにLOCOS酸化膜404
をバーズビーク部分がゲート電極(402a、402
b)とソース・ドレイン間に突き出す形で形成すること
により、ゲート電極とソース・ドレイン間の容量を低減
させ、またゲート電極と基板間のリーク電流の低減を図
っている。
As an improved type of the above-mentioned LDD type MOS transistor, a transistor having a structure shown in FIG. 6 has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-112544 in order to increase the speed. An LDD region 406 and a source / drain region 407 are formed below the LOCOS oxide film 404 on the silicon substrate 401, and a gate insulating film 405 is formed on the substrate.
A gate electrode including a first gate electrode 402a and a second gate electrode 402b is formed via a LOCOS oxide film 404, and the surface of the gate electrode is covered with a silicon oxide film 403. In this transistor, the channel current is increased by overlapping the gate electrodes (402a, 402b) and the source / drain regions (406, 407), and the LOCOS oxide film 404
The bird's beak is the gate electrode (402a, 402a).
By forming it so as to protrude between b) and the source / drain, the capacitance between the gate electrode and the source / drain is reduced, and the leak current between the gate electrode and the substrate is reduced.

【0006】LDD構造のMOSトランジスタに関する
ものではないが、ゲート電極とソース・ドレイン領域間
の容量を低減するものとして、図7に示す構造のものが
特開昭57−197866により提案されている。この
トランジスタでは、シリコン基板501上に、ゲート酸
化膜502の他に、比較的厚い第1の酸化膜503と比
較的厚い第2の酸化膜504とが設けられ、第1の酸化
膜503下にはチャネルストッパ505が、また第2の
酸化膜504下にはソース・ドレイン領域506が形成
されている。酸化膜で覆われないシリコン基板の表面に
は電極取り出し領域507が形成され、その上には金属
配線508が形成されている。また、ゲート酸化膜50
2から第2の酸化膜504にかけて金属ゲート509が
形成されている。この従来例では、ゲート電極を金属材
料で形成することが可能であり、ゲート電極とソース・
ドレイン配線とが同一材料によって形成できることから
設計マージンを減少させることができる。また、ゲート
電極とソース・ドレイン間が比較的厚い酸化膜によって
分離されることからその間の容量が低減される。
Although it does not relate to a MOS transistor having an LDD structure, a structure shown in FIG. 7 has been proposed by JP-A-57-197866 to reduce the capacitance between a gate electrode and a source / drain region. In this transistor, a relatively thick first oxide film 503 and a relatively thick second oxide film 504 are provided on a silicon substrate 501 in addition to the gate oxide film 502, and under the first oxide film 503. A channel stopper 505 is formed, and source / drain regions 506 are formed below the second oxide film 504. An electrode extraction region 507 is formed on the surface of the silicon substrate that is not covered with the oxide film, and a metal wiring 508 is formed thereon. Also, the gate oxide film 50
A metal gate 509 is formed from 2 to the second oxide film 504. In this conventional example, the gate electrode can be formed of a metal material, and the gate electrode and the source electrode can be formed.
Since the drain wiring and the same material can be formed, the design margin can be reduced. Further, since the gate electrode and the source / drain are separated by a relatively thick oxide film, the capacitance therebetween is reduced.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来のLDD型MOS
トランジスタでは、ゲートパッドやゲート配線はLOS
OS酸化膜上のみに形成される。特に、ゲートパッドは
コンタクトホールの大きさにゲートパッドおよびコンタ
クトホール形成時の2回のフォトリソグラフィ工程での
位置合わせズレマージンを足し合わせた面積が必要であ
って、ゲート電極のチャネル形成に必要な部分と比較し
てかなり大面積となるため、高密度集積化への障害とな
っていた。また、従来のLDD型トランジスタでは、ゲ
ート長はフォトリソグラフィ技術の限界以下の寸法にま
では微細化することができず、ゲート長をより短縮して
高集積化とトランジスタの高速動作を実現しようとして
も、従来の構造のものでは不可能であった。
SUMMARY OF THE INVENTION Conventional LDD type MOS
In transistors, the gate pad and gate wiring are LOS
It is formed only on the OS oxide film. In particular, the gate pad needs an area which is equal to the size of the contact hole plus a margin for misalignment in two photolithography steps when forming the gate pad and the contact hole, and is necessary for forming a channel of the gate electrode. Since the area is considerably larger than that of the part, it has been an obstacle to high-density integration. Also, in the conventional LDD transistor, the gate length cannot be reduced to a size smaller than the limit of the photolithography technology, and the gate length is further reduced to realize high integration and high-speed operation of the transistor. However, it was impossible with the conventional structure.

【0008】また、上記の各公報にて提案された、ゲー
ト電極と基板間あるいはゲート電極とソース・ドレイン
間の容量を低減化してトランジスタの高速動作を実現す
る方法は、LOCOS酸化膜形成時の熱酸化によるバー
ズビークによってゲート電極とソース・ドレイン間の間
隔を押し広げようとするものであるところ、バーズビー
クのゲート電極下への突き出し量を正確にコントロール
することは一般に極めて困難である。よって、この従来
技術ではゲートの微細化が進むにつれトランジスタの動
作スピードに影響するチャネル長の制御性に問題が生じ
る。
The method proposed in each of the above publications for realizing high-speed operation of a transistor by reducing the capacitance between a gate electrode and a substrate or between a gate electrode and a source / drain is disclosed in US Pat. In an attempt to increase the distance between the gate electrode and the source / drain by bird's beak by thermal oxidation, it is generally extremely difficult to accurately control the amount of protrusion of the bird's beak below the gate electrode. Therefore, in this conventional technique, as the gate becomes finer, a problem arises in the controllability of the channel length which affects the operation speed of the transistor.

【0009】したがって、本発明の目的は、ゲートパッ
ドおよびゲート配線のレイアウトの自由度を向上させL
SIの高集積化を可能にするとともに制御性よくゲート
を微細化することを可能にするLDD型MOSトランジ
スタの構造およびその製造方法を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to improve the degree of freedom in the layout of the gate pad and the gate wiring, and
An object of the present invention is to provide a structure of an LDD type MOS transistor and a method of manufacturing the same, which enable high integration of an SI and miniaturize a gate with good controllability.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による半導体装置は、シリコン基板上に、ゲ
ート開口を有する層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜
のゲート開口の側面にサイドウォールが形成され、該サ
イドウォールに挟まれた領域のシリコン基板上にゲート
絶縁膜を介してゲート電極が形成され、前記サイドウォ
ール下の前記シリコン基板の表面領域内には低不純物濃
度のソース・ドレイン領域が形成され、その外側には高
不純物濃度のソース・ドレイン領域が形成されているこ
とを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention has an interlayer insulating film having a gate opening formed on a silicon substrate, and has a gate insulating film formed on a side surface of the gate opening in the interlayer insulating film. A sidewall is formed, a gate electrode is formed on the silicon substrate in a region sandwiched between the sidewalls via a gate insulating film, and a low impurity concentration source is formed in a surface region of the silicon substrate below the sidewall. A drain region is formed, and a source / drain region having a high impurity concentration is formed outside the drain region.

【0011】また、上記の目的を達成するための本発明
による半導体装置の製造方法は、 第1導電型の高不純物濃度のソース・ドレイン領域
が形成されたシリコン基板上にゲート開口を有する層間
絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート開口を介して不純物を導入して該ゲート
開口の形成されたシリコン基板の表面領域内に第1導電
型の低不純物濃度のソース・ドレイン領域を形成する工
程と、 絶縁膜の堆積とそのエッチバックにより前記層間絶
縁膜のゲート開口の側面にサイドウォールを形成する工
程と、 前記サイドウォールに挟まれた領域内の前記低不純
物濃度のソース・ドレイン領域に第2導電型の不純物を
導入してチャネル領域を形成する工程と、 前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート
電極を形成する工程と、を有するものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a first conductive type high impurity concentration source / drain region on a silicon substrate having a gate opening on a silicon substrate; Forming a film; and introducing a impurity through the gate opening to form a first conductivity type low impurity concentration source / drain region in a surface region of the silicon substrate where the gate opening is formed. Forming a sidewall on a side surface of a gate opening of the interlayer insulating film by depositing an insulating film and etching back the insulating film; and forming a second sidewall on the low impurity concentration source / drain region in a region sandwiched between the sidewalls. Forming a channel region by introducing a conductivity type impurity, and forming a gate electrode on the channel region via a gate insulating film. It is intended.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1(a)は、本発明の実施の形
態を説明するため平面図であり、図1(b)はそのA−
A′線の断面図である。図1に示されるように、シリコ
ン基板1の表面には、素子間を分離し活性領域を区画す
るLOCOS酸化膜2が形成されており、このLOCO
S酸化膜2に囲まれた領域内に高不純物濃度のソース・
ドレイン領域3が形成されている。基板上にはこのソー
ス・ドレイン領域3を覆ってゲート開口4aの形成され
た層間絶縁膜4が形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A is a plan view for explaining an embodiment of the present invention, and FIG.
It is sectional drawing of the A 'line. As shown in FIG. 1, a LOCOS oxide film 2 is formed on the surface of a silicon substrate 1 to separate elements from each other and to partition an active region.
In the region surrounded by the S oxide film 2, a high impurity concentration source
A drain region 3 is formed. An interlayer insulating film 4 having a gate opening 4a is formed on the substrate so as to cover the source / drain region 3.

【0013】層間絶縁膜4のゲート開口4aの側面には
絶縁物からなるサイドウォール5が形成されており、こ
のサイドウォール真下のシリコン基板の表面には低不純
物濃度のソース・ドレイン領域であるLDD領域6が形
成されている。そして、サイドウォール5に挟まれた領
域のシリコン基板上にはゲート酸化膜7が形成されてお
り、その上には一部が層間絶縁膜4上に延在するゲート
電極8が形成されている。ゲート電極8の一部領域は、
上層との接続のためにゲートパッド8aとして幅広に形
成されている。
A sidewall 5 made of an insulator is formed on the side surface of the gate opening 4a of the interlayer insulating film 4, and an LDD which is a low impurity concentration source / drain region is formed on the surface of the silicon substrate immediately below the sidewall. Region 6 is formed. A gate oxide film 7 is formed on the silicon substrate in a region sandwiched between the sidewalls 5, and a gate electrode 8 partially extending on the interlayer insulating film 4 is formed thereon. . Part of the region of the gate electrode 8 is
It is formed wide as a gate pad 8a for connection with an upper layer.

【0014】図1に示された半導体装置は以下のように
して製作される。シリコン基板1上に素子分離絶縁膜で
あるLOCOS酸化膜2を形成し、このLOCOS酸化
膜2に囲まれた領域内に全面的にあるいは選択的に第1
導電型不純物を高濃度に導入してソース・ドレイン領域
3を形成する。層間絶縁膜4を堆積し、ゲート開口4a
を形成する。このゲート開口4aを介して第1導電型ま
たは第2導電型不純物を導入してLDD領域6を形成す
る。このとき将来チャネル領域となる領域もLDD領域
となっている。
The semiconductor device shown in FIG. 1 is manufactured as follows. A LOCOS oxide film 2, which is an element isolation insulating film, is formed on a silicon substrate 1, and a first or a first LOCOS oxide film is formed entirely or selectively in a region surrounded by the LOCOS oxide film 2.
The source / drain region 3 is formed by introducing a conductive impurity at a high concentration. An interlayer insulating film 4 is deposited, and a gate opening 4a is formed.
To form LDD region 6 is formed by introducing impurities of the first conductivity type or the second conductivity type through gate opening 4a. At this time, the region that will be the channel region in the future is also the LDD region.

【0015】絶縁膜の形成とそのエッチバックにより、
層間絶縁膜4のゲート開口4aの側面にサイドウォール
5を形成する。このゲート開口を介して第2導電型不純
物を導入することによりサイドウォール5に挟まれたシ
リコン基板の表面にチャネル領域1aを形成し、ゲート
酸化膜5を形成した後、導電材料(例えば不純物を含有
したポリシリコン)膜を形成し、これをパターニングし
てゲート電極8を形成する。
By the formation of the insulating film and its etch back,
A sidewall 5 is formed on the side surface of the gate opening 4a of the interlayer insulating film 4. By introducing a second conductivity type impurity through this gate opening, a channel region 1a is formed on the surface of the silicon substrate sandwiched between the side walls 5, and a gate oxide film 5 is formed. Then, a gate electrode 8 is formed by patterning this film.

【0016】このように形成されたMOSトランジスタ
では、ゲート電極が層間絶縁膜内に埋め込まれたことに
より、ゲートパッドやゲート配線の形成領域がLOCO
S酸化膜上のみに限定されなくなり、活性領域(チャネ
ル領域とソース・ドレイン領域)上にもこれらを形成す
ることが可能となるため、設計の自由度が増しまたチッ
プ面積の有効利用が可能になり、高密度集積化を実現で
きる。また、ゲート長がサイドウォール間の間隔で決定
されるようになるため、フォトリソグラフィ技術の解像
限界以下の寸法のゲート電極の形成が可能になり、トラ
ンジスタの微細化・高性能化を実現できる。
In the MOS transistor thus formed, since the gate electrode is buried in the interlayer insulating film, the region where the gate pad and the gate wiring are formed is LOCO.
It is not limited to only on the S oxide film, and it is possible to form these on the active region (channel region and source / drain region), so that the degree of freedom of design is increased and the chip area can be effectively used. Therefore, high-density integration can be realized. In addition, since the gate length is determined by the distance between the sidewalls, it is possible to form a gate electrode having a size equal to or smaller than the resolution limit of the photolithography technology, and to achieve miniaturization and high performance of a transistor. .

【0017】[0017]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 [第1の実施例]図2(a)〜(f)は、本発明の第1
の実施例の製造過程を説明するための工程順断面図であ
る。まず、p型シリコン基板101上にLOCOS酸化
膜102を形成し、LOCOS酸化膜102に覆われて
いない活性領域上に、イオン注入のための第1の犠牲酸
化膜103を形成する〔図2(a)〕。次に、5.0E
14/cm2 のドーズでヒ素をイオン注入し、ソース・
ドレイン領域104を形成する〔図2(b)〕。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. [First Embodiment] FIGS. 2A to 2F show a first embodiment of the present invention.
6A to 6C are process order cross-sectional views for describing a manufacturing process of the example of FIG. First, a LOCOS oxide film 102 is formed on a p-type silicon substrate 101, and a first sacrificial oxide film 103 for ion implantation is formed on an active region not covered with the LOCOS oxide film 102 [FIG. a)]. Next, 5.0E
Arsenic is ion-implanted at a dose of 14 / cm 2 ,
A drain region 104 is formed (FIG. 2B).

【0018】次に、犠牲酸化膜103をウェットエッチ
で除去した後、シリコン酸化膜105を1500Åの厚
さに形成し、続いて層間絶縁膜106を5000Åの厚
さに形成する〔図2(c)〕。続いて、フォトリソグラ
フィ技術とドライエッチング技術を用いて層間絶縁膜1
06のうちチャネル領域とLDD領域となる部分の直上
にあたる部分をエッチングし、幅0.5μmのゲート開
口106aを形成する。次いで、イオン注入のための第
2の犠牲酸化膜107を形成した後、層間絶縁膜106
をマスクとして4.7E14/cm2 のドーズでボロン
をイオン注入し、LDD領域108を形成する〔図2
(d)〕。
Next, after the sacrificial oxide film 103 is removed by wet etching, a silicon oxide film 105 is formed to a thickness of 1500 °, and then an interlayer insulating film 106 is formed to a thickness of 5000 ° [FIG. )]. Subsequently, the interlayer insulating film 1 is formed using photolithography technology and dry etching technology.
In 06, a portion directly above a portion to be a channel region and an LDD region is etched to form a gate opening 106a having a width of 0.5 μm. Next, after forming a second sacrificial oxide film 107 for ion implantation, an interlayer insulating film 106 is formed.
Is used as a mask, boron ions are implanted at a dose of 4.7E14 / cm 2 to form an LDD region 108 [FIG.
(D)].

【0019】続いて、シリコン酸化膜を1500Å成長
した後、ドライエッチング技術によりエッチバックして
層間絶縁膜のゲート開口106aの側面にスペーサとな
るサイドウォール109を形成する。次に、イオン注入
のための第3の犠牲酸化膜110を形成し、層間絶縁膜
106およびサイドウォール109をマスクとして、
3.5E13/cm2 のドーズで前記LDD領域108
の深さと同等かそれ以上の深さにイオンが注入される加
速電圧でボロンをイオン注入してチャネル領域111を
形成する〔図2(e)〕。
Subsequently, after a silicon oxide film is grown at 1500.degree., It is etched back by a dry etching technique to form sidewalls 109 serving as spacers on the side surfaces of the gate opening 106a of the interlayer insulating film. Next, a third sacrificial oxide film 110 for ion implantation is formed, and the interlayer insulating film 106 and the sidewalls 109 are used as masks.
LDD region 108 at a dose of 3.5E13 / cm 2.
Is ion-implanted at an accelerating voltage at which ions are implanted to a depth equal to or greater than the depth of the channel region 111 to form a channel region 111 (FIG. 2E).

【0020】続いて、第3の犠牲酸化膜110を除去
し、熱酸化により膜厚90Åのゲート酸化膜112を形
成する。次いで、サイドウォール109に挟まれた領域
内が充分埋め込まれる厚さにポリシリコンを成長させ
(ここでは8000Å)、フォトリソグラフィ技術およ
びドライエッチング技術を用いてパターニングしてゲー
ト電極113を形成する〔図2(f)〕。以上の工程に
よりゲート長0.3μmのゲート電極を形成することが
できた。
Subsequently, the third sacrificial oxide film 110 is removed, and a gate oxide film 112 having a thickness of 90 ° is formed by thermal oxidation. Next, polysilicon is grown (here, 8000 °) to a thickness sufficient to bury the region sandwiched between the sidewalls 109, and is patterned by photolithography and dry etching to form a gate electrode 113 [FIG. 2 (f)]. Through the above steps, a gate electrode having a gate length of 0.3 μm could be formed.

【0021】[第1の実施例の変更例]図3(a)は第
1の実施例の変更例を示す平面図であり、図3(b)は
そのB−B′線の断面図である。上述の第1の実施例で
は、LOCOS酸化膜に囲まれた一つの活性領域に一つ
のMOSトランジスタを形成していたが、この変更例で
は2個のトランジスタを形成している。この例では、ゲ
ートパッド113a、ゲート配線113bは一部が活性
領域内にかかるように形成されている。
[Modification of First Embodiment] FIG. 3A is a plan view showing a modification of the first embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB '. is there. In the above-described first embodiment, one MOS transistor is formed in one active region surrounded by the LOCOS oxide film, but in this modified example, two transistors are formed. In this example, the gate pad 113a and the gate wiring 113b are formed so as to partially cover the active region.

【0022】[第2の実施例]図4(a)〜(f)は、
本発明の第2の実施例の製造過程を説明するための工程
順の断面図である。p型シリコン基板201にパッド酸
化膜203と膜厚6000Åのシリコン窒化膜204を
形成し、素子分離領域を形成する領域のシリコン窒化膜
とパッド酸化膜を除去した後、残されたシリコン窒化膜
をマスクとして、スチーム熱酸化を行ってLOCOS酸
化膜202を形成する。次いで、シリコン窒化膜204
を、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術に
より、トランジスタのLDD領域とチャネル領域となる
領域上に残るようにパターニングする(ここでは幅0.
5μm)。次に、シリコン窒化膜204マスクとして砒
素を5E15/cm2のドーズでイオン注入してソース
・ドレイン領域205を形成する〔図4(a)〕。
[Second Embodiment] FIGS. 4 (a) to 4 (f)
It is sectional drawing of a process order for demonstrating the manufacturing process of the 2nd Example of this invention. After forming a pad oxide film 203 and a silicon nitride film 204 having a thickness of 6000 ° on a p-type silicon substrate 201, removing the silicon nitride film and the pad oxide film in a region where an element isolation region is to be formed, and removing the remaining silicon nitride film. As a mask, LOCOS oxide film 202 is formed by performing steam thermal oxidation. Next, the silicon nitride film 204
Is patterned by photolithography technology and dry etching technology so as to remain on the region that becomes the LDD region and the channel region of the transistor (here, a width of 0.1 mm).
5 μm). Next, arsenic is ion-implanted at a dose of 5E15 / cm 2 as a mask of the silicon nitride film 204 to form source / drain regions 205 (FIG. 4A).

【0023】続いて、層間絶縁膜を形成するための絶縁
膜206′を12000Åの厚さに形成し〔図4
(b)〕、これをウェハー研磨技術(CMP)を用いて
シリコン窒化膜204の表面が露出するまで研磨して層
間絶縁膜206を形成する〔図4(c)〕。絶縁膜20
6′の平坦化方法としては、CMP法に代えエッチバッ
ク法を用いることができる。エッチバック法を用いる場
合、絶縁膜206′上にフォトレジストなどの被膜を形
成した後にエッチバックを行うようにすることができ
る。露出したシリコン窒化膜204をウェット法にて除
去してゲート開口206aを形成し、層間絶縁膜206
をマスクとして、3E13/cm2 のドーズで、砒素を
イオン注入して、LDD領域207を形成する〔図4
(d)〕。
Subsequently, an insulating film 206 'for forming an interlayer insulating film is formed to a thickness of 12000.degree. [FIG.
(B)] This is polished using a wafer polishing technique (CMP) until the surface of the silicon nitride film 204 is exposed to form an interlayer insulating film 206 (FIG. 4C). Insulating film 20
As the flattening method 6 ', an etch-back method can be used instead of the CMP method. When the etch-back method is used, the etch-back can be performed after forming a film such as a photoresist on the insulating film 206 '. The exposed silicon nitride film 204 is removed by a wet method to form a gate opening 206a.
As a mask, arsenic is ion-implanted at a dose of 3E13 / cm 2 to form an LDD region 207 [FIG.
(D)].

【0024】続いて、1500Åの厚さにシリコン酸化
膜を形成し、ドライエッチング技術を用いてエッチバッ
クして、層間絶縁膜206のゲート開口の側面にサイド
ウォール208を形成する。イオン注入のための犠牲酸
化膜209を形成した後、ボロンを3.5E13/cm
2 のドーズで、前記LDD領域207の深さと同等かそ
れ以上の深さにイオンが注入される加速電圧でイオン注
入し、チャネル領域210を形成する〔図4(e)〕。
Subsequently, a silicon oxide film is formed to a thickness of 1500 ° and is etched back by using a dry etching technique to form a sidewall 208 on the side surface of the gate opening of the interlayer insulating film 206. After forming a sacrificial oxide film 209 for ion implantation, boron is deposited at 3.5E13 / cm.
At a dose of 2 , ions are implanted at an acceleration voltage at which ions are implanted to a depth equal to or greater than the depth of the LDD region 207 to form a channel region 210 (FIG. 4E).

【0025】続いて、犠牲酸化膜209を除去し、熱酸
化を行って膜厚90Åのゲート酸化膜211を形成す
る。次いで、ポリシリコンをサイドウォール208に挟
まれた領域内を十分に埋め込むことのできる膜厚(ここ
では8000Å)に堆積し、フォトリソグラフィ技術お
よびドライエッチング技術を用いてゲート電極212を
形成する〔図4(f)〕。
Subsequently, the sacrificial oxide film 209 is removed, and thermal oxidation is performed to form a gate oxide film 211 having a thickness of 90 °. Next, polysilicon is deposited to a thickness (here, 8000 °) that can sufficiently fill the region sandwiched between the sidewalls 208, and a gate electrode 212 is formed by using a photolithography technique and a dry etching technique [FIG. 4 (f)].

【0026】以上の実施例ではnチャネルMOSトラン
ジスタについて説明したが、不純物の導電型をすべて逆
にしたpチャネルMOSトランジスタにも本発明は同様
に適用が可能である。また、実施例で示された膜厚やイ
オン注入のドーズおよびイオン種は、要求される性能に
応じて適宜変更してもよい。また、イオン注入時の犠牲
酸化膜の形成および除去は必要に応じて行えばよい。
In the above embodiment, an n-channel MOS transistor has been described. However, the present invention can be similarly applied to a p-channel MOS transistor in which the conductivity types of impurities are all reversed. Further, the film thickness, ion implantation dose, and ion type shown in the embodiment may be appropriately changed according to required performance. The formation and removal of the sacrificial oxide film at the time of ion implantation may be performed as needed.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるLD
D型MOSトランジスタは、ゲート電極のうちチャネル
形成に必要な電極部分が、層間絶縁膜に形成された開口
内に埋め込まれ、その他のゲートパッドやゲート配線な
どの電極部分が層間絶縁膜の上に形成される構造を有す
るものであるので、ゲートパッドやゲート配線をLOC
OS酸化膜上だけでなく、活性領域上にも形成すること
が可能になる。したがって、本発明によれば、設計自由
度が向上し、チップ面積を有効に活用することが可能に
なり、LSIの高集積化が可能になる。例えば、ゲート
長0.35μmレベルのゲートアレイを例に挙げると、
ゲート幅が10μmの場合、LOCOS酸化膜の面積の
大幅な低減により、約20%の面積を縮小できる。
As described above, the LD according to the present invention can be used.
In a D-type MOS transistor, an electrode portion necessary for channel formation in a gate electrode is buried in an opening formed in an interlayer insulating film, and other electrode portions such as a gate pad and a gate wiring are formed on the interlayer insulating film. Since it has a structure to be formed, the gate pad and the gate wiring are
It can be formed not only on the OS oxide film but also on the active region. Therefore, according to the present invention, the degree of freedom in design is improved, the chip area can be effectively used, and the integration of LSI can be increased. For example, taking a gate array with a gate length of 0.35 μm as an example,
When the gate width is 10 μm, the area of the LOCOS oxide film can be reduced by about 20% by drastically reducing the area.

【0028】さらに、本発明によれば、ゲート長をフォ
トリソグラフィ技術の解像限界以下の寸法に形成するこ
とができることから、トランジスタの微細化・高性能化
を図ることができる。また、ソース・ドレイン領域やチ
ャネル領域、ゲート電極などの全てがゲート開口に自己
整合されて形成されるため、従来の自己整合型のトラン
ジスタと同様に高い精度での製造が可能となる。また、
活性領域外に形成されたゲートパッドやゲート配線は、
LOCOS酸化膜と層間絶縁膜を介して基板と対向する
ことになるため、LOCOS酸化膜のみを介して対向す
る従来例の場合に比較して対基板の容量を低減すること
ができ、トランジスタの動作高速化に資することができ
る。
Further, according to the present invention, since the gate length can be formed to a size smaller than the resolution limit of the photolithography technique, the transistor can be miniaturized and the performance can be improved. In addition, since all of the source / drain region, the channel region, the gate electrode, and the like are formed so as to be self-aligned with the gate opening, high-precision manufacturing can be performed similarly to a conventional self-aligned transistor. Also,
Gate pads and gate wiring formed outside the active area
Since the substrate is opposed to the substrate via the LOCOS oxide film and the interlayer insulating film, the capacitance of the substrate can be reduced as compared with the conventional example in which the substrate is opposed only via the LOCOS oxide film, and the operation of the transistor can be reduced. It can contribute to speeding up.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態を説明するための平面図と
断面図。
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view illustrating an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view in a process order for explaining a manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の変更例を説明するため
の平面図と断面図。
FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view for explaining a modification of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図。
FIG. 4 is a process order sectional view for explaining a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.

【図5】第1の従来例の断面図と平面図。FIG. 5 is a sectional view and a plan view of a first conventional example.

【図6】第2の従来例の断面図。FIG. 6 is a sectional view of a second conventional example.

【図7】第3の従来例の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a third conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、301、401、501 シリコン基板 101、201 p型シリコン基板 1a、111、210 チャネル領域 2、102、202、307、404 LOCOS酸化
膜 3、104、205、305、407、506 ソース
・ドレイン領域 4、106、206 層間絶縁膜 4a、106a、206a ゲート開口 206′ 絶縁膜 5、109、208、306 サイドウォール 6、108、207、304、406 LDD領域 7、112、211、302、405、502 ゲート
酸化膜 8、113、212、303 ゲート電極 8a、113a、303a ゲートパッド 113b、303b ゲート配線 103 第1の犠牲酸化膜 105、403 シリコン酸化膜 107 第2の犠牲酸化膜 110 第3の犠牲酸化膜 203 パッド酸化膜 204 シリコン窒化膜 209 犠牲酸化膜 402a 第1のゲート電極 402b 第2のゲート電極 503 比較的厚い第1の酸化膜 504 比較的厚い第2の酸化膜 505 チャネルストッパ 507 電極取り出し領域 508 金属配線 509 金属ゲート
1, 301, 401, 501 Silicon substrate 101, 201 P-type silicon substrate 1a, 111, 210 Channel region 2, 102, 202, 307, 404 LOCOS oxide film 3, 104, 205, 305, 407, 506 Source / drain region 4, 106, 206 Interlayer insulating film 4a, 106a, 206a Gate opening 206 'Insulating film 5, 109, 208, 306 Sidewall 6, 108, 207, 304, 406 LDD region 7, 112, 211, 302, 405, 502 Gate oxide film 8, 113, 212, 303 Gate electrode 8a, 113a, 303a Gate pad 113b, 303b Gate wiring 103 First sacrificial oxide film 105, 403 Silicon oxide film 107 Second sacrificial oxide film 110 Third sacrificial oxide Film 203 pad oxide film 2 4 Silicon nitride film 209 Sacrificial oxide film 402a First gate electrode 402b Second gate electrode 503 Relatively thick first oxide film 504 Relatively thick second oxide film 505 Channel stopper 507 Electrode extraction region 508 Metal wiring 509 Metal Gate

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板上に、ゲート開口を有する
層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜のゲート開口の側
面にサイドウォールが形成され、該サイドウォールに挟
まれた領域のシリコン基板上にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極が形成され、前記サイドウォール下の前記シリ
コン基板の表面領域内には低不純物濃度のソース・ドレ
イン領域が形成され、その外側には高不純物濃度のソー
ス・ドレイン領域が形成されていることを特徴とする半
導体装置。
An interlayer insulating film having a gate opening is formed on a silicon substrate, a sidewall is formed on a side surface of the gate opening of the interlayer insulating film, and a sidewall is formed on the silicon substrate in a region sandwiched between the sidewalls. A gate electrode is formed via a gate insulating film, a low impurity concentration source / drain region is formed in a surface region of the silicon substrate below the sidewall, and a high impurity concentration source / drain region is formed outside the gate electrode. A semiconductor device comprising:
【請求項2】 前記ゲート電極の一部は前記層間絶縁膜
上に延在しており、かつ、該ゲート電極を上層の配線と
接続するためのコンタクトホールの台座となるゲートパ
ッドおよび/または前記ゲート電極と一体的に形成され
たゲート配線の少なくとも一部がソース・ドレイン領域
およびチャネル領域上に延在していることを特徴とする
請求項1記載の半導体装置。
2. A gate pad which extends over the interlayer insulating film, and serves as a base of a contact hole for connecting the gate electrode to a wiring in an upper layer. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least a part of a gate wiring formed integrally with the gate electrode extends over the source / drain region and the channel region.
【請求項3】 (1)第1導電型の高不純物濃度のソー
ス・ドレイン領域が形成されたシリコン基板上にゲート
開口を有する層間絶縁膜を形成する工程と、 (2)前記ゲート開口を介して不純物を導入して該ゲー
ト開口の形成されたシリコン基板の表面領域内に第1導
電型の低不純物濃度のソース・ドレイン領域を形成する
工程と、 (3)絶縁膜の堆積とそのエッチバックにより前記層間
絶縁膜のゲート開口の側面にサイドウォールを形成する
工程と、 (4)前記サイドウォールに挟まれた領域内の前記低不
純物濃度のソース・ドレイン領域に第2導電型の不純物
を導入してチャネル領域を形成する工程と、 (5)前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を形成する工程と、を有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
3. A step of: (1) forming an interlayer insulating film having a gate opening on a silicon substrate on which a source / drain region of a first conductivity type having a high impurity concentration is formed; and (2) via the gate opening. Forming a source / drain region of the first conductivity type with a low impurity concentration in the surface region of the silicon substrate in which the gate opening is formed by introducing an impurity, and (3) depositing an insulating film and etching back the insulating film. Forming a sidewall on the side surface of the gate opening of the interlayer insulating film, and (4) introducing a second conductivity type impurity into the low impurity concentration source / drain region in a region sandwiched between the sidewalls. And (5) forming a gate electrode on the channel region with a gate insulating film interposed therebetween.
【請求項4】 (1)シリコン基板上に素子分離絶縁膜
を形成する工程と、 (2)前記素子分離絶縁膜に囲まれた前記シリコン基板
の表面領域内に第1導電型不純物を導入して高不純物濃
度のソース・ドレイン領域を形成する工程と、 (3)前記素子分離絶縁膜上および前記シリコン基板上
に層間絶縁膜を形成する工程と、 (4)前記層間絶縁膜に前記高不純物濃度のソース・ド
レイン領域を縦断するゲート開口を形成する工程と、 (5)前記ゲート開口を介して第2導電型不純物を導入
して低不純物濃度のソース・ドレイン領域を形成する工
程と、 (6)絶縁膜の堆積とそのエッチバックにより前記層間
絶縁膜のゲート開口の側面にサイドウォールを形成する
工程と、 (7)前記サイドウォールに挟まれた領域内の前記低不
純物濃度のソース・ドレイン領域に第2導電型の不純物
を導入してチャネル領域を形成する工程と、 (8)前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を形成する工程と、を有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
4. A step of (1) forming an element isolation insulating film on a silicon substrate; and (2) introducing a first conductivity type impurity into a surface region of the silicon substrate surrounded by the element isolation insulating film. (3) forming an interlayer insulating film on the element isolation insulating film and the silicon substrate; and (4) forming the high impurity concentration on the interlayer insulating film. Forming a gate opening extending longitudinally through the source / drain region with high concentration; (5) forming a source / drain region with low impurity concentration by introducing a second conductivity type impurity through the gate opening; 6) depositing an insulating film and forming a sidewall on the side surface of the gate opening of the interlayer insulating film by etching back; (7) the low impurity concentration silicon in a region sandwiched between the sidewalls; Forming a channel region by introducing an impurity of the second conductivity type into the source / drain region; and (8) forming a gate electrode on the channel region via a gate insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項5】 (1)シリコン基板上に選択的にシリコ
ン窒化膜を形成しこれをマスクとしてシリコン基板を選
択的に熱酸化して素子分離絶縁膜を形成する工程と、 (2)前記素子分離絶縁膜に囲まれた活性領域上にこれ
を差し渡すマスク膜を形成する工程と、 (3)前記素子分離絶縁膜および前記マスク膜をマスク
として前記シリコン基板の表面領域内に第1導電型不純
物を導入して高不純物濃度のソース・ドレイン領域を形
成する工程と、 (4)前記素子分離絶縁膜上、前記マスク膜上および前
記シリコン基板上に層間絶縁膜を堆積する工程と、 (5)前記層間絶縁膜を研磨あるいはエッチバックする
ことにより前記マスク膜の表面を露出させ、これをエッ
チング除去して前記層間絶縁膜にゲート開口を形成する
工程と、 (6)前記ゲート開口を介して第1導電型不純物を導入
して低不純物濃度のソース・ドレイン領域を形成する工
程と、 (7)絶縁膜の堆積とそのエッチバックにより前記層間
絶縁膜のゲート開口の側面にサイドウォールを形成する
工程と、 (8)前記サイドウォールに挟まれた領域内の前記低不
純物濃度のソース・ドレイン領域に第2導電型の不純物
を導入してチャネル領域を形成する工程と、 (9)前記チャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を形成する工程と、を有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
5. A step of (1) selectively forming a silicon nitride film on a silicon substrate and selectively thermally oxidizing the silicon substrate using the silicon nitride film as a mask to form an element isolation insulating film; Forming a mask film extending over the active region surrounded by the isolation insulating film; and (3) a first conductivity type in a surface region of the silicon substrate using the element isolation insulating film and the mask film as a mask. Forming a source / drain region having a high impurity concentration by introducing impurities; (4) depositing an interlayer insulating film on the element isolation insulating film, the mask film, and the silicon substrate; (5) A step of exposing a surface of the mask film by polishing or etching back the interlayer insulating film and removing the surface by etching to form a gate opening in the interlayer insulating film; Forming a source / drain region with a low impurity concentration by introducing an impurity of the first conductivity type through the opening, and (7) depositing an insulating film and etching back the insulating film to form side surfaces of the gate opening of the interlayer insulating film. (8) a step of forming a channel region by introducing a second conductivity type impurity into the low impurity concentration source / drain region in a region sandwiched between the side walls; 9) a step of forming a gate electrode on the channel region via a gate insulating film.
【請求項6】 前記第(2)の工程におけるマスク膜の
形成は、前記第(1)の工程で用いたシリコン窒化膜を
パターニングして行うものであることを特徴とする請求
項5記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the formation of the mask film in the step (2) is performed by patterning the silicon nitride film used in the step (1). A method for manufacturing a semiconductor device.
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