JP3127955B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3127955B2
JP3127955B2 JP09174724A JP17472497A JP3127955B2 JP 3127955 B2 JP3127955 B2 JP 3127955B2 JP 09174724 A JP09174724 A JP 09174724A JP 17472497 A JP17472497 A JP 17472497A JP 3127955 B2 JP3127955 B2 JP 3127955B2
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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、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に拡散層の表面に設けられた単結
晶シリコン層を介して拡散層と配線との接続が行なわれ
るMOSトランジスタ等の半導体装置及びその製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device such as a MOS transistor in which a diffusion layer and a wiring are connected via a single crystal silicon layer provided on the surface of the diffusion layer. The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の微細化による半導体装置の
高集積化により、例えばDRAMでは3年に4倍の記憶
容量の増加が実現されている。半導体装置の高集積化
は、単に半導体素子の微細化のみにより実現されるもの
ではなく、半導体素子を相互接続するための配線、さら
には配線と半導体素子との接続に介在するコントタクト
孔の微細化が必須である。半導体素子及びコンタクト孔
をその時点でのデザイン・ルールにより規定される最小
加工寸法(=F)により形成するという要求から、自己
整合型コンタント孔と呼ばれるコンタクト孔に関わる種
々の構造が各種提示されている。
2. Description of the Related Art Due to the high integration of semiconductor devices due to miniaturization of semiconductor elements, for example, in DRAMs, the storage capacity has been increased four times in three years. High integration of semiconductor devices is not achieved simply by miniaturization of semiconductor elements. Wiring for interconnecting semiconductor elements and finer contact holes interposed between the wiring and the semiconductor elements are not provided. Is essential. Due to the requirement that the semiconductor element and the contact hole be formed with the minimum processing size (= F) defined by the design rule at that time, various structures related to the contact hole called a self-aligned contact hole have been proposed. I have.

【0003】本発明者は、1995年の12月に開催さ
れたインターナショナル・エレクトロン・デバイシス・
ミーティングにおいて、予稿集IEDM−95の665
ページ〜668ページ(講演番号27.4.1)に記載
したように、自己整合型コンタント孔に係わる新たな提
案を行なった。この提案は、主表面が{100}からな
るシリコン基板の表面に設けられた拡散層の露出面に自
己整合的に、(等方性ではなく)異方性の選択エピタキ
シャル成長により、単結晶シリコン層を形成するもので
ある。例えばN型の拡散層に対する単結晶シリコン層の
異方性選択エピタキシャル成長は、10-7Pa台の超高
真空化学気相成長(ultra−high・vacuu
m・chemica1・vapor・depositi
on;UHV−CVD)装置を用い、例えば700℃の
温度で主原科ガス及びドーピング・ガスとしてジ・シラ
ン(Si2 6 )及びホスフィン(PH3 )を用いて行
なわれる。このときの単結晶シリコン層は、(〈11
0〉方向に比べて)シリコン基板の主表面に対して垂直
な〈100〉方向に主として成長する。
[0003] The inventor of the present invention held the International Electron Devices, Inc. held in December 1995.
At the meeting, 665 of the proceedings IEDM-95
As described on pages 668 to 668 (lecture number 27.4.1), a new proposal for a self-aligned contact hole was made. This proposal proposes a method in which a single crystal silicon layer is self-aligned with an exposed surface of a diffusion layer provided on the surface of a silicon substrate having a main surface of {100} by anisotropic (not isotropic) selective epitaxial growth. Is formed. For example, anisotropic selective epitaxial growth of a single-crystal silicon layer on an N-type diffusion layer is performed by ultra-high vacuum chemical vapor deposition (ultra-high vacuum) on the order of 10 −7 Pa.
m ・ chemical1 ・ vapor ・ depositi
on; UHV-CVD) apparatus, for example, at a temperature of 700 ° C. using disilane (Si 2 H 6 ) and phosphine (PH 3 ) as a main source gas and a doping gas. The single-crystal silicon layer at this time is (<11
It grows mainly in the <100> direction perpendicular to the main surface of the silicon substrate (compared to the <0> direction).

【0004】また、本発明者は、上記報告を土台にして
異方性選択エピタキシャル成長の適正な条件の検討を行
ない、さらにこれらに基づいて0.25μmデザイン・
ルール(最小加工寸法;F=0.25μm(250n
m))によるDRAMの試作を行った。DRAMの平面
模式図及び断面模式図である図20乃至図24を参照し
て説明すると、この異方性選択エピタキシャル成長法を
利用したDRAMは、キャパシタがビット線より上の位
置に設けられたCOB構造のDRAMであり、以下のよ
うになっている。このときのフォト・リソグラフィ工程
におけるマスク・アライメント・マージン(=α)は5
0nm程度である。ここで、図20及び図21は階層化
した平面模式図であり、図20は活性領域とワード線を
兼ねるゲート電極と上記単結晶シリコン層との位置関係
を示す図であり、図21はゲート電極及び単結晶シリコ
ン層とビット線とストレージ・ノード電極との位置関係
を示す図である。また、図22乃至図24は、図20及
び図21のAA線、BB線及びCC線での断面模式図で
ある。なお、図20及び図21では、これらの位置関係
の理解を容易にするために、ゲート電極及びビット線の
幅をそれぞれ実際より細めに表示してある。
Further, the present inventor has studied appropriate conditions for anisotropic selective epitaxial growth based on the above-mentioned report, and based on these, furthermore, designed a 0.25 μm design epitaxial growth.
Rule (minimum processing dimension; F = 0.25 μm (250n
m)) A trial production of a DRAM was performed. Referring to FIGS. 20 to 24 which are a schematic plan view and a schematic sectional view of a DRAM, a DRAM utilizing this anisotropic selective epitaxial growth method has a COB structure in which a capacitor is provided above a bit line. The DRAM is as follows. At this time, the mask alignment margin (= α) in the photolithography process is 5
It is about 0 nm. Here, FIGS. 20 and 21 are schematic plan views in a hierarchical manner, FIG. 20 is a diagram showing a positional relationship between an active region, a gate electrode serving also as a word line, and the single crystal silicon layer, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship among an electrode, a single crystal silicon layer, a bit line, and a storage node electrode. FIGS. 22 to 24 are schematic cross-sectional views taken along lines AA, BB, and CC in FIGS. In FIG. 20 and FIG. 21, the widths of the gate electrode and the bit line are shown to be smaller than the actual ones in order to facilitate understanding of these positional relationships.

【0005】P型シリコン基板301の主表面は{10
0}であり、P型シリコン基板301の比抵抗は5Ω・
cm程度である。P型シリコン基板301が構成される
シリコン・ウエハのオリエンテーション・フラットは
〈110〉方向の辺からなる。P型シリコン基板301
の表面の活性領域302は素子分離領域により囲われて
おり、素子分離領域は膜厚300nm程度のLOCOS
型のフィールド酸化膜305とフィールド酸化膜305
の底面に設けられた(チャネル・ストッパ,パンチスル
ー・ストッパとして機能する)P- 型拡散層304とか
ら構成されている。活性領域302はP型シリコン基板
301の主表面に規則的に配置されており、活性領域3
02の周辺は〈110〉方向の辺からなる(換言すれ
ば、活性領域302は〈110〉方向の辺により区画さ
れていることになる)。活性領域302の最小幅(≒チ
ャネル幅)及び最小間隔はともにF(=0.25μm
(250nm))程度である。膜厚150nm程度のワ
ード線を兼ねるゲート電極311は、活性領域302の
表面に熱酸化により設けられた8.5nm程度の膜厚の
ゲート酸化膜306を介して、活性領域302の表面上
を横断している。少なくとも活性領域302直上におい
ては、ゲート電極311は活性領域302に直交してい
る。ゲート電極311の幅(ゲート長)、間隔及び配線
ピッチは、それぞれF、F及び2F(=0.5μm(5
00nm))程度である。ゲート電極311は膜厚50
nm程度のN+ 型多結晶シリコン膜に膜厚100nm程
度のタングステン・シリサイド膜が積層されてなる。N
+ 型多結晶シリコン膜は、ジ・クロル・シラン(SiH
2 Cl2 )及びホスフィン(PH3 )をそれぞれ原料ガ
ス及びドーピング・ガスに用いた700℃程度でのCV
D法により形成される。タングステン・シリサイド膜は
スパッタリングにより形成される。
The main surface of the P-type silicon substrate 301 is $ 10
0 °, and the specific resistance of the P-type silicon substrate 301 is 5Ω ·
cm. The orientation flat of the silicon wafer on which the P-type silicon substrate 301 is formed has sides in the <110> direction. P-type silicon substrate 301
The active region 302 on the surface of the substrate is surrounded by an element isolation region.
Field oxide film 305 and field oxide film 305
And a P -type diffusion layer 304 (functioning as a channel stopper and a punch-through stopper) provided on the bottom surface of the substrate. Active regions 302 are regularly arranged on the main surface of P-type silicon substrate 301, and active regions 3 are formed.
The periphery of 02 is composed of sides in the <110> direction (in other words, the active region 302 is defined by the sides in the <110> direction). The minimum width (≒ channel width) and minimum interval of the active region 302 are both F (= 0.25 μm).
(250 nm)). A gate electrode 311 also serving as a word line having a thickness of about 150 nm crosses the surface of the active region 302 through a gate oxide film 306 having a thickness of about 8.5 nm provided by thermal oxidation on the surface of the active region 302. are doing. At least immediately above the active region 302, the gate electrode 311 is orthogonal to the active region 302. The width (gate length), interval, and wiring pitch of the gate electrode 311 are F, F, and 2F (= 0.5 μm (5
00 nm)). The gate electrode 311 has a thickness of 50
A tungsten silicide film having a thickness of about 100 nm is laminated on an N + type polycrystalline silicon film having a thickness of about nm. N
+ -Type polycrystalline silicon film is made of dichlorosilane (SiH
CV at about 700 ° C. using 2 Cl 2 ) and phosphine (PH 3 ) as a source gas and a doping gas, respectively.
It is formed by Method D. The tungsten silicide film is formed by sputtering.

【0006】ゲート電極311の上面は膜厚70nm程
度の酸化シリコン膜キャップ312により直接に覆われ
ている。活性領域302の表面には、ゲート電極311
及びフィールド酸化膜305に自己整合的に、100n
m程度の接合の深さを有したN- 型拡散層313a,3
13bが設けられている。N- 型拡散層313a,31
3bは30keVでの2×1013-2程度の燐又は砒素
のイオン注入等により形成されている。ゲート電極31
1及び酸化シリコン膜キャップ312の側面は、膜厚5
0nm(=d)程度の酸化シリコン膜スペーサ314に
より直接に覆われている。活性領域302の表面に設け
られたゲート酸化膜306はフィールド酸化膜305及
び酸化シリコン膜スペーサ314に自己整合的に除去さ
れ、これらの領域でのN- 型拡散層313a,313b
の表面は露出されている。2つのゲート電極311に狭
まれた方向でのこれら露出面の幅は150nm(=F−
2d)程度であり、フィールド酸化膜305に挟まれた
部分でのこれら露出面の幅は250nm(=F)程度で
ある。酸化シリコン膜キャップ312を構成する酸化シ
リコン膜は当初膜厚100nm程度のCVD法により形
成された酸化シリコン膜からなるが、酸化シリコン膜ス
ペーサ314を形成する段階でこの酸化シリコン膜の膜
厚が薄くなる。活性領域302直上での酸化シリコン膜
キャップ312の上面の高さ(P型シリコン基板301
の主表面から230nm程度)は、フィールド酸化膜3
05直上での酸化シリコン膜キャップ312の上面の高
さ(P型シリコン基板301の主表面から370nm程
度)より、140nm程度低くなっている。
The upper surface of the gate electrode 311 is directly covered with a silicon oxide film cap 312 having a thickness of about 70 nm. A gate electrode 311 is formed on the surface of the active region 302.
100n in a self-aligned manner with the field oxide film 305.
N type diffusion layers 313a, 313 having a junction depth of about m
13b is provided. N - type diffusion layers 313a, 313
3b is formed by ion implantation of phosphorous or arsenic of about 2 × 10 13 m −2 at 30 keV. Gate electrode 31
1 and the side surface of the silicon oxide film cap 312
It is directly covered with a silicon oxide film spacer 314 of about 0 nm (= d). Gate oxide film 306 provided on the surface of active region 302 is removed in a self-aligned manner with field oxide film 305 and silicon oxide film spacer 314, and N -type diffusion layers 313a and 313b in these regions are removed.
Surface is exposed. The width of these exposed surfaces in the direction narrowed by the two gate electrodes 311 is 150 nm (= F−
The width of these exposed surfaces at the portion sandwiched by the field oxide film 305 is about 250 nm (= F). The silicon oxide film forming the silicon oxide film cap 312 is initially formed of a silicon oxide film having a thickness of about 100 nm by a CVD method, and when the silicon oxide film spacer 314 is formed, the thickness of the silicon oxide film is reduced. Become. The height of the upper surface of the silicon oxide film cap 312 just above the active region 302 (P-type silicon substrate 301
Is approximately 230 nm from the main surface of the field oxide film 3).
The height is approximately 140 nm lower than the height of the upper surface of the silicon oxide film cap 312 right above the area 05 (about 370 nm from the main surface of the P-type silicon substrate 301).

【0007】前述したN- 型拡散層313a,313b
の露出面は、500nm程度の膜厚(高)と1×1019
-3程度の不純物濃度とを有したN- 型の単結晶シリコ
ン層316a,316bにより、直接に覆われている。
- 型拡散層313a,313bの露出面には、70n
m程度の(接合の)深さを有したN+ 型拡散層315
a,315bが設けられている。N+ 型拡散層315
a,315bは、それぞれ単結晶シリコン層316a,
316bからの燐の固相拡散により形成されている。ソ
ース・ドレイン領域318aはN- 型拡散層313a、
+ 型拡散層315a及び単結晶シリコン層316aか
ら構成され、ソース・ドレイン領域318bはN- 型拡
散層313b、N+ 型拡散層315b及び単結晶シリコ
ン層316bから構成されている。単結晶シリコン層3
16a,316bは、それぞれ後述するノード・コンタ
クト孔、ビット・コンタクト孔に対するコンタクト・パ
ッドとして機能することになる。単結晶シリコン層31
6a,316bの主たる上面はP型シリコン基板301
の主表面に平行な{100}面からなり、単結晶シリコ
ン層316a,316bの側面はP型シリコン基板30
1の主表面に垂直な{110}面からなる。さらに単結
晶シリコン層316a,316bはフィールド酸化膜3
05のバーズ・ビーク近傍上及び酸化シリコン膜スペー
サ314上端近傍上に多少延在している。単結晶シリコ
ン層316a,316bの上面と側面とは、厳密には直
接に交叉せずに、(P型シリコン基板301の主表面に
平行な{100}面をなすシリコン単原子層のテラスが
ステップ上に積層してなる)ファセットを介して交叉し
ている。なお以降の記述においては、特に断わらない限
り、ファセットが上面の一部に含まれているものと見な
して記載する。
The above-mentioned N - type diffusion layers 313a, 313b
Has a thickness (high) of about 500 nm and 1 × 10 19
It is directly covered with N -type single crystal silicon layers 316a and 316b having an impurity concentration of about m −3 .
The exposed surfaces of the N -type diffusion layers 313a and 313b have 70n
N + -type diffusion layer 315 having a depth (junction) of about m
a, 315b are provided. N + type diffusion layer 315
a and 315b are single crystal silicon layers 316a and 316b, respectively.
It is formed by solid phase diffusion of phosphorus from 316b. The source / drain regions 318a are N - type diffusion layers 313a,
It is composed of N + -type diffusion layer 315a and the single crystal silicon layer 316a, the source and drain regions 318b is the N - type diffusion layer 313b, and an N + -type diffusion layer 315b and the single crystal silicon layer 316b. Single crystal silicon layer 3
16a and 316b function as contact pads for a node contact hole and a bit contact hole, respectively, which will be described later. Single crystal silicon layer 31
The main upper surfaces of 6a and 316b are P-type silicon substrates 301.
Of the single-crystal silicon layers 316a and 316b are parallel to the main surface of the P-type silicon substrate 30.
1 has a {110} plane perpendicular to the main surface. Further, the single crystal silicon layers 316a and 316b are
05 slightly above the bird's beak and near the upper end of the silicon oxide film spacer 314. Strictly, the upper surface and the side surfaces of the single crystal silicon layers 316a and 316b do not directly intersect with each other. Intersect via facets (stacked on top). In the following description, unless otherwise specified, the facet is assumed to be included in a part of the upper surface.

【0008】単結晶シリコン層316a,316bは、
UHV−CVD装置を用いて、625℃の温度、1×1
-2Pa程度の圧力のもとで2.0sccm程度の流量
のジ・シランと0.2sccm程度の流量の(水素(H
2 )により1%に希釈されたホスフィンからなる)ドー
ピング・ガスとにより行なわれる。このとき、P型シリ
コン基板301の主表面に平行(及び垂直)な単結晶シ
リコン層316a,316bの{100}面の〈10
0〉方向への成長速度は、10nm/min程度であ
る。下地が酸化シリコン膜の場合、単結晶シリコン層3
16a,316bの{110}面の〈110〉方向への
成長速度は{100}面の〈100〉方向への成長速度
の1/20程度である。単結晶シリコン層316a等の
フィールド酸化膜305上への延在幅は(マスク・アラ
イメント・マージン(α=50nm)より狭く)25n
m程度であり、単結晶シリコン層316a等の酸化シリ
コン膜スペーサ314上端近傍上への延在幅は(αより
さらに狭く)10nm〜15nm程度になる。ここで
は、活性領域302の周辺が〈110〉方向の辺からな
り、活性領域302をゲート電極311が〈110〉方
向に横断することから、単結晶シリコン層316a,3
16bは主としてP型シリコン基板301の主表面に垂
直な〈100〉方向に成長することになる。仮に、活性
領域302の周辺をなす辺又は活性領域302を横断す
る部分でのゲート電極311の方向に〈100〉方向が
含まれている場合、これらの方向に平行な{100}面
からなる単結晶シリコン層の側面もこれらの方向に直交
する方向に選択的に成長することになり、好ましくな
い。
The single-crystal silicon layers 316a and 316b are
Using a UHV-CVD apparatus, a temperature of 625 ° C., 1 × 1
Under a pressure of about 0 -2 Pa, disilane having a flow rate of about 2.0 sccm and (hydrogen (H
2 ) with doping gas (comprising phosphine diluted to 1%). At this time, <10} of {100} plane of single crystal silicon layers 316a and 316b parallel (and perpendicular) to the main surface of P-type silicon substrate 301
The growth rate in the 0> direction is about 10 nm / min. When the base is a silicon oxide film, the single crystal silicon layer 3
The growth rate of the {110} plane in the <110> direction of 16a and 316b is about 1/20 of the growth rate of the {100} plane in the <100> direction. The extension width of the single crystal silicon layer 316a and the like on the field oxide film 305 is 25n (narrower than the mask alignment margin (α = 50 nm)).
m, and the extension width of the single crystal silicon layer 316a or the like over the vicinity of the upper end of the silicon oxide film spacer 314 (narrower than α) is about 10 nm to 15 nm. Here, the periphery of active region 302 is made of a side in the <110> direction, and gate electrode 311 crosses active region 302 in the <110> direction.
16b mainly grows in the <100> direction perpendicular to the main surface of the P-type silicon substrate 301. If the direction around the active region 302 or the direction of the gate electrode 311 at the portion crossing the active region 302 includes <100> directions, a simple {100} plane parallel to these directions is used. The side surfaces of the crystalline silicon layer also grow selectively in a direction perpendicular to these directions, which is not preferable.

【0009】NチャネルMOSトランジスタを含めてP
型シリコン基板301は第1の層間絶縁膜321により
覆われている。層間絶縁膜321は、例えばCVD法に
よる酸化シリコン膜とBPSG膜との積層膜等のような
酸化シリコン系絶縁膜からなり、化学機械研磨(CM
P)等により平坦化された上面を有している。単結晶シ
リコン層316a等の上面上での層間絶縁膜321の膜
厚は例えば300nm程度である。層間絶縁膜321に
は、層間絶縁膜321を貫通して単結晶シリコン層31
6bに達するF程度の口径を有したビット・コンタクト
孔322が設けられている。ビット・コンタクト孔32
2は、例えばN+ 型多結晶シリコン膜からなるコンタク
ト・プラグ323により充填されている。層間絶縁膜3
21の上面上に設けられたビット線324は、コンタク
ト・プラグ323に直接に接続されソース・ドレイン領
域318bに接続されている。ビット線324は例えば
膜厚120nm程度のタングステン・シリサイド膜から
なり、ビット線324の最小線幅及び最小間隔はともに
F程度であり、ビット・コンタクト孔322の部分での
ビット線324の線幅は0.35μm(=F+2α)程
度であり、ビット線324の配線ピッチは0.6μm
(=2F+2α)程度である。
P including the N-channel MOS transistor
The silicon substrate 301 is covered with a first interlayer insulating film 321. The interlayer insulating film 321 is made of a silicon oxide-based insulating film such as a laminated film of a silicon oxide film and a BPSG film by a CVD method, and is formed by chemical mechanical polishing (CM).
P) and the like, and has an upper surface flattened. The thickness of the interlayer insulating film 321 on the upper surface of the single crystal silicon layer 316a and the like is, for example, about 300 nm. The single-crystal silicon layer 31 penetrates the interlayer insulating film 321 through the interlayer insulating film 321.
A bit contact hole 322 having a diameter of about F reaching 6b is provided. Bit contact hole 32
2 is filled with a contact plug 323 made of, for example, an N + type polycrystalline silicon film. Interlayer insulating film 3
The bit line 324 provided on the upper surface of 21 is directly connected to the contact plug 323 and connected to the source / drain region 318b. The bit line 324 is made of, for example, a tungsten silicide film having a film thickness of about 120 nm. The minimum line width and the minimum interval of the bit line 324 are both about F. 0.35 μm (= F + 2α), and the wiring pitch of the bit line 324 is 0.6 μm.
(= 2F + 2α).

【0010】ビット線324を含めて、層間絶縁膜32
1は第2の層間絶縁膜331により覆われている。層間
絶縁膜331も酸化シリコン系絶縁膜からなり、ビット
線324の上面での層間絶縁膜331の膜厚は300n
m程度であり、層間絶縁膜331の上面も平坦化されて
いる。F程度の口径を有して層間絶縁膜331,321
を貫通して設けられたノード・コンタクト孔332は、
単結晶シリコン層316aに達し、例えばN+ 型多結晶
シリコン膜からなるコンタクト・プラ11グ333によ
り充填されている。層間絶縁膜331の上面上に設けら
れたストレージ・ノード電極334は、例えば膜厚80
0nm程度のN+ 型多結晶シリコン膜からなり、コンタ
クト・プラグ333に直接に接続され、ソース・ドレイ
ン領域318aに接続されている。ストレージ・ノード
電極334の間隔及び最小幅はF及びF+2α程度であ
る。ストレージ・ノード電極334の上面及び側面と層
間絶縁膜331の上面との少なくとも一部は、酸化シリ
コン膜、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜からなる積
層膜(通称、ONO膜)により構成された容量絶縁膜3
35により直接に覆われている。容量絶縁膜335の酸
化シリコン膜換算膜厚は5nm程度である。容量絶縁膜
335の表面は、例えば膜厚150nm程度のN+ 型多
結晶シリコン膜からなるセル・プレート電極336によ
り直接に覆われている。セル・プレート電極336の表
面は酸化シリコン系絶縁膜からなる表面保護膜341に
より直接に覆われている。ストレージ・ノード電極33
4直上での表面保護膜341の膜厚は300nm程度で
ある。
The interlayer insulating film 32 including the bit line 324
1 is covered with a second interlayer insulating film 331. The interlayer insulating film 331 is also made of a silicon oxide based insulating film, and the thickness of the interlayer insulating film 331 on the upper surface of the bit line 324 is 300 n.
m, and the upper surface of the interlayer insulating film 331 is also flattened. The interlayer insulating films 331 and 321 having a diameter of about F
The node contact hole 332 provided through the
The single crystal silicon layer 316a is reached and is filled with a contact plug 333 made of, for example, an N + type polycrystalline silicon film. The storage node electrode 334 provided on the upper surface of the interlayer insulating film 331 has a thickness of, for example, 80
It is made of an N + type polycrystalline silicon film of about 0 nm, is directly connected to the contact plug 333, and is connected to the source / drain region 318a. The interval and the minimum width of the storage node electrodes 334 are about F and F + 2α. At least a part of the upper surface and the side surface of the storage node electrode 334 and the upper surface of the interlayer insulating film 331 are formed of a stacked film (commonly called an ONO film) including a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film. Membrane 3
35 directly covered. The equivalent silicon oxide film thickness of the capacitor insulating film 335 is about 5 nm. The surface of the capacitor insulating film 335 is directly covered with a cell plate electrode 336 made of, for example, an N + type polycrystalline silicon film having a thickness of about 150 nm. The surface of the cell plate electrode 336 is directly covered with a surface protection film 341 made of a silicon oxide-based insulating film. Storage node electrode 33
The film thickness of the surface protective film 341 immediately above 4 is about 300 nm.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】前述したDRAMの単
結晶シリコン層316a,316bを公知の等方性選択
エピタキシャル成長法により形成するならば、N- 型拡
散層313aの間の間隔が350nm程度であることか
ら、特にノード・コンタクト孔に対するコンタクト・パ
ッドとして機能する単結晶シリコン層の間隔が狭くな
り、コンタクト・パッドとして機能させるために必要な
高さ(少なくとも酸化シリコン膜キャップ312の上面
より高いことが好ましい)を確保することが困難にな
る。これに対して前述した異方性選択エピタキシャル成
長による単結晶シリコン層は、〈110〉方向への{1
10}面の成長速度に比べて〈100〉方向への{10
0}面の成長速度が高いことから、図20及び図21等
に示したように、単結晶シリコン層316aと単結晶シ
リコン層316bとの間、及び隣接する2つの単結晶シ
リコン層316aの間に短絡が生じないようにそれぞれ
所要の間隔を設けることが容易である。
If the aforementioned single crystal silicon layers 316a and 316b of the DRAM are formed by a known isotropic selective epitaxial growth method, the interval between the N type diffusion layers 313a is about 350 nm. Therefore, the distance between the single crystal silicon layers functioning as contact pads with respect to the node contact holes is particularly reduced, and the height required to function as a contact pad (at least higher than the upper surface of the silicon oxide film cap 312). (Preferably). On the other hand, the single-crystal silicon layer formed by the above-described anisotropic selective epitaxial growth has a {1 in the <110> direction.
Compared to the growth rate of the 10} plane,
Since the growth rate of the 0 ° plane is high, as shown in FIGS. 20 and 21, etc., between the single crystal silicon layers 316a and 316b and between two adjacent single crystal silicon layers 316a. It is easy to provide required intervals so that short circuits do not occur.

【0012】しかしながら、上記異方性選択エピタキシ
ャル成長におけるこの「〈110〉方向への{110}
面の成長速度に比べて〈100〉方向への{100}面
の成長速度が高い」ことに纏わる新たな問題点が生じ
る。模式図である図25を参照してこの問題点を説明す
る。
However, this {110} direction in the <110> direction in the above-described anisotropic selective epitaxial growth.
A new problem arises in that "the {100} plane growth rate in the <100> direction is higher than the plane growth rate". This problem will be described with reference to FIG. 25 which is a schematic diagram.

【0013】この異方性選択エピタキシャル成長では、
〈110〉方向への{110}面の成長速度が〈10
0〉方向への{100}面の成長速度の1/20程度で
あり、単結晶シリコン層316a,316bの上面が酸
化シリコン膜スペーサ314の上端部近傍に達した後、
酸化シリコン膜スペーサ314の上端部近傍上へ延在す
る単結晶シリコン層316a,316bの〈110〉方
向への{110}面の成長が開始される。その結果、酸
化シリコン膜スペーサ314の上端部近傍上(さらには
酸化シリコン膜キャップ312の上面上)ヘの単結晶シ
リコン層316a,316bのオーバー・ラップ幅は、
フィールド酸化膜305の上面上での単結晶シリコン層
316a,316bのオーバー・ラップ幅より狭くな
る。このような状況で例えばノード・コンタクト孔32
2を開口するとき、マスク・アライメントのずれδ(た
だし、0≦δ≦α)が0でないならば、特に酸化シリコ
ン膜スペーサ314の上端部及び酸化シリコン膜キャッ
プ312の一部もエッチング除去されて、ゲート電極3
11を覆う酸化シリコン膜キャップ312、酸化シリコ
ン膜スペーサ314の膜厚が局所的に薄くなり、さらに
はゲート電極311の一部がノード・コンタクト孔32
2の底部に露出することになる。単結晶シリコン層31
6a等がコンタクト・パッドとして充分に機能するため
には、ノード・コンタクト孔322等の底部に露出する
のが単結晶シリコン層316a等の上面のみであること
が必要である。したがって、この場合の単結晶シリコン
層316a等はコンタクト・パッドとして機能するには
不十分である。そのため、ソース・ドレイン領域(この
場合にはキャパシタのストレージ・ノード電極)とゲー
ト電極311との間のリーク電流が増大し、さらにはこ
れらの間の短絡が生じやすくなる。
In this anisotropic selective epitaxial growth,
The growth rate of the {110} plane in the <110> direction is <10
0> direction is about 1/20 of the growth rate of the {100} plane, and after the upper surfaces of the single-crystal silicon layers 316a and 316b reach near the upper end of the silicon oxide film spacer 314,
The growth of the {110} plane in the <110> direction of the single crystal silicon layers 316a and 316b extending near the upper end of the silicon oxide film spacer 314 is started. As a result, the overlap width of the single-crystal silicon layers 316a and 316b over the vicinity of the upper end of the silicon oxide film spacer 314 (and further on the upper surface of the silicon oxide film cap 312) is
The overlap width of the single crystal silicon layers 316a and 316b on the upper surface of the field oxide film 305 becomes smaller. In such a situation, for example, the node contact hole 32
When opening 2, if the mask alignment deviation δ (where 0 ≦ δ ≦ α) is not 0, especially the upper end of the silicon oxide film spacer 314 and part of the silicon oxide film cap 312 are also etched away. , Gate electrode 3
The film thickness of the silicon oxide film cap 312 and the silicon oxide film spacer 314 that cover the gate electrode 11 is locally reduced.
2 will be exposed at the bottom. Single crystal silicon layer 31
In order for 6a or the like to function sufficiently as a contact pad, it is necessary that only the upper surface of the single crystal silicon layer 316a or the like is exposed at the bottom of the node contact hole 322 or the like. Therefore, the single crystal silicon layer 316a and the like in this case are insufficient to function as contact pads. Therefore, the leak current between the source / drain region (in this case, the storage node electrode of the capacitor) and the gate electrode 311 increases, and furthermore, a short circuit between them easily occurs.

【0014】なおこの場合、この異方性選択エピタキシ
ャル成長により例えば2μm程度の高さの単結晶シリコ
ン層を設けるならば、酸化シリコン膜キャップ312上
においてマスク・アライメント・マージン(α)に見合
うだけ単結晶シリコン層のオーバー・ラップ幅を確保す
ることが可能になる。しかしながら、このような高さの
単結晶シリコン層は、後工程の加工性等に支障をきたす
ことになるので非現実的である。
In this case, if a single-crystal silicon layer having a height of, for example, about 2 μm is provided by the anisotropic selective epitaxial growth, the single-crystal silicon layer is formed on silicon oxide film cap 312 by an amount corresponding to the mask alignment margin (α). The overlap width of the silicon layer can be secured. However, a single-crystal silicon layer having such a height is unrealistic because it impairs workability in a later step.

【0015】また、ゲート電極の短絡問題と同様に、半
導体基板との短絡も問題となる。図25を参照してこの
問題点を説明する。活性領域の最小幅と最小間隔は、設
計寸法ではF及びF+2α(=0.35μm)程度であ
るが、LOCOS法により形成されるフィールド酸化膜
305は、バーズビークの広がりによりでき上がり活性
領域幅は片側βだけ狭くなってF−2βとなり、フィー
ルド酸化膜の幅は逆にF+2α+2βと広くなる。βの
大きさはフィールド酸化膜の形成条件によって異なる
が、ここではβ=20nmである。前述のように単結晶
シリコン層316a等のフィールド酸化膜305上への
延在幅は25nm程度である。その結果、単結晶シリコ
ン層316の幅は0.26μm程度となる。このような
状況で例えばノード・コンタクト孔322を開口すると
き、マスク・アライメントのずれδ(ただし、0≦δ≦
α)が0でないならば、特に層間絶縁膜321及びフィ
ールド酸化膜305の一部もエッチング除去されて、フ
ィールド酸化膜305の膜厚が局所的に薄くなり、さら
にはP型シリコン基板301の一部がノード・コンタク
ト孔322の底部に露出することになる。
As with the problem of short circuit of the gate electrode, short circuit with the semiconductor substrate is also a problem. This problem will be described with reference to FIG. The minimum width and the minimum interval of the active region are about F and F + 2α (= 0.35 μm) in design dimensions. And the width of the field oxide film increases to F + 2α + 2β. The magnitude of β varies depending on the conditions for forming the field oxide film, but here β = 20 nm. As described above, the extension width of the single crystal silicon layer 316a and the like on the field oxide film 305 is about 25 nm. As a result, the width of the single crystal silicon layer 316 is about 0.26 μm. In such a situation, for example, when opening the node contact hole 322, the mask alignment deviation δ (where 0 ≦ δ ≦
If α) is not 0, in particular, the interlayer insulating film 321 and a part of the field oxide film 305 are also etched away, so that the film thickness of the field oxide film 305 is locally reduced. The portion is exposed at the bottom of the node contact hole 322.

【0016】[0016]

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、拡散層とこれ
ら拡散層の表面上に自己整合的に設けられたコンタクト
・パッドとして機能する単結晶半導体層とを含んでなる
ソース・ドレイン領域を有する半導体装置において、コ
ンタクト孔を介してこれらのソース・ドレイン領域に接
続される配線とゲート電極及び半導体基板との間のリー
ク電流及び短絡が抑制しやすく、後工程に支障を来たさ
ない現実的な単結晶半導体層を有してなる半導体装置及
びその製造方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a source / drain region including a diffusion layer and a single crystal semiconductor layer provided as a contact pad in a self-aligned manner on the surface of the diffusion layer. In a semiconductor device having a semiconductor device, a leak current and a short circuit between a wiring connected to these source / drain regions via a contact hole, a gate electrode, and a semiconductor substrate are easily suppressed, and a reality that does not hinder a subsequent process is provided. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a typical single crystal semiconductor layer and a method for manufacturing the same.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の前提となる半導
体装置は、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
このゲート絶縁膜上に形成されるとともに上面及び側面
を絶縁膜で覆われたゲート電極と、このゲート電極を覆
う絶縁膜に隣接して前記半導体基板上に形成された単結
晶半導体層と、前記ゲート電極を覆う絶縁膜上に形成さ
れた第1の層間絶縁膜と、この第1の層間絶縁膜及び前
記単結晶半導体層上に形成されるとともに当該第1の層
間絶縁膜と異なるエッチャントを有する材質からなる第
2の層間絶縁膜と、この第2の層間絶縁膜に穿設される
とともに前記単結晶半導体層の上面に達するコンタクト
孔と、このコンタクト孔を介して前記単結晶半導体層に
接続される配線とを備えたものである。ここでいう「エ
ッチャント」とは、エッチング液、エッチングガス等の
総称である。例えば、本発明の前提となる半導体装置
は、シリコン基板上に形成されたゲート酸化シリコン膜
と、このゲート酸化シリコン膜上に形成されるとともに
上面及び側面を酸化シリコン膜で覆われたゲート電極
と、このゲート電極を覆う酸化シリコン膜に隣接して前
記シリコン基板上に形成された単結晶シリコン層と、前
記ゲート電極を覆う酸化シリコン膜上に形成されたシリ
コン窒化膜と、このシリコン窒化膜及び前記単結晶シリ
コン層上に形成されたシリコン酸化膜と、このシリコン
酸化膜に穿設されるとともに前記単結晶シリコン層の上
面に達するコンタクト孔と、このコンタクト孔を介して
前記単結晶シリコン層に接続される配線とを備えたもの
である。
According to the present invention , there is provided a semiconductor device comprising: a gate insulating film formed on a semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the gate insulating film and having an upper surface and side surfaces covered with an insulating film, a single crystal semiconductor layer formed on the semiconductor substrate adjacent to the insulating film covering the gate electrode, A first interlayer insulating film formed on the insulating film covering the gate electrode; and an etchant formed on the first interlayer insulating film and the single crystal semiconductor layer and different from the first interlayer insulating film. A second interlayer insulating film made of a material, a contact hole formed in the second interlayer insulating film and reaching the upper surface of the single crystal semiconductor layer, and connected to the single crystal semiconductor layer through the contact hole And wiring to be provided. The “etchant” here is a general term for an etching solution, an etching gas, and the like. For example, a semiconductor device which is a premise of the present invention includes a gate silicon oxide film formed on a silicon substrate, and a gate electrode formed on the gate silicon oxide film and having upper and side surfaces covered with the silicon oxide film. A single-crystal silicon layer formed on the silicon substrate adjacent to the silicon oxide film covering the gate electrode; a silicon nitride film formed on the silicon oxide film covering the gate electrode; A silicon oxide film formed on the single crystal silicon layer; a contact hole formed in the silicon oxide film and reaching the upper surface of the single crystal silicon layer; And a wiring to be connected.

【0018】そして、本発明に係る半導体装置は、シリ
コン基板の表面に設けられた〈110〉方向の辺により
区画された活性領域と、この活性領域を囲んで前記シリ
コン基板の表面の素子分離領域に設けられた溝と、この
溝を充填するフィールド絶縁膜と、前記活性領域の表面
に設けられたゲート酸化膜を介して当該活性領域の表面
上を〈110〉方向に横断するゲート電極と、このゲー
ト電極の上面を直接に覆う酸化シリコン膜キャップと、
この酸化シリコン膜キャップ及び前記ゲート電極の側面
を直接に覆う酸化シリコン膜スペーサと、前記ゲート電
極及び前記フィールド酸化膜に自己整合的に前記活性領
域の表面に設けられた逆導電型拡散層と、前記酸化シリ
コン膜スペーサ及び前記フィールド酸化膜に自己整合的
な前記逆導電型拡散層の表面を直接に覆うとともに{1
10}面からなる側面及び主たる面が{100}面から
なる上面を有した逆導電型の単結晶シリコン層からなる
逆導電型のソース・ドレイン領域と、前記フィールド酸
化膜、前記酸化シリコン膜キャップ及び前記酸化シリコ
ン膜スペーサを覆い前記単結晶シリコン層の上面が露出
するように堆積された第1の層間絶縁膜と、この第1の
層間絶縁膜及び前記単結晶シリコン層を覆うとともに当
該第1の層間絶縁膜と材質の異なる第2の層間絶縁膜
と、この第2の層間絶縁膜に設けられるとともに前記単
結晶シリコン層の上面に達するコンタクト孔と、このコ
ンタクト孔を介して前記ソース・ドレイン領域に接続さ
れる配線とを備えたものである。
[0018] The semiconductor device according to the present invention comprises an active region defined by the <110> direction of the side which is provided on the surface of the silicon substrate, the element isolation region on the surface of the silicon substrate surrounding the active region A field insulating film filling the groove, a gate electrode traversing the surface of the active region in the <110> direction via a gate oxide film provided on the surface of the active region, A silicon oxide film cap directly covering the upper surface of the gate electrode,
A silicon oxide film spacer that directly covers the side surface of the silicon oxide film cap and the gate electrode; a reverse conductivity type diffusion layer provided on the surface of the active region in a self-aligned manner with the gate electrode and the field oxide film; While directly covering the surface of the reverse conductivity type diffusion layer which is self-aligned with the silicon oxide film spacer and the field oxide film, # 1
A reverse conductivity type source / drain region formed of a reverse conductivity type single crystal silicon layer having a side surface composed of 10 planes and an upper surface composed mainly of {100} planes; the field oxide film and the silicon oxide film cap And a first interlayer insulating film deposited so as to cover the silicon oxide film spacer and expose the upper surface of the single crystal silicon layer, and to cover the first interlayer insulating film and the single crystal silicon layer while covering the first interlayer insulating film and the single crystal silicon layer. A second interlayer insulating film made of a material different from that of the first interlayer insulating film, a contact hole provided in the second interlayer insulating film and reaching the upper surface of the single crystal silicon layer, and the source / drain through the contact hole. And a wiring connected to the region.

【0019】又は、本発明に係る半導体装置は、主表面
が{100}からなる一導電型のシリコン基板の表面に
設けられた〈110〉方向の辺により区画された活性領
域と、この活性領域を囲んで前記シリコン基板の表面の
素子分離領域に設けられたLOCOS型のフィールド酸
化膜と、前記活性領域の表面に設けられたゲート酸化膜
を介して当該活性領域の表面上を〈110〉方向に横断
するゲート電極と、このゲート電極の上面を直接に覆う
酸化シリコン膜キャップと、この酸化シリコン膜キャッ
プ及び前記ゲート電極の側面を直接に覆う酸化シリコン
膜スペーサと、前記ゲート電極及び前記フィールド酸化
膜に自己整合的に前記活性領域の表面に設けられた逆導
電型拡散層と、前記酸化シリコン膜スペーサ及び前記フ
ィールド酸化膜に自己整合的な前記逆導電型拡散層の表
面を直接に覆うとともに{110}面からなる側面及び
主たる面が{100}面からなる上面を有した逆導電型
の単結晶シリコン層からなる逆導電型のソース・ドレイ
ン領域と前記フィールド酸化膜、前記酸化シリコン膜キ
ャップ及び前記酸化シリコン膜スペーサを覆い前記単結
晶シリコン層の表面及び側面の上部が露出するように堆
積された第1の層間絶縁膜と、この第1の層間絶縁膜及
び前記単結晶シリコン層を覆うとともに当該第1の層間
絶縁膜と材質の異なる第2の層間絶縁膜と、この第2の
層間絶縁膜に設けられるとともに前記単結晶シリコン層
の上面に達するコンタクト孔と、このコンタクト孔を介
して前記ソース・ドレイン領域に接続される配線とを備
えたものてある。
Alternatively, the semiconductor device according to the present invention comprises an active region defined by <110> -side sides provided on a surface of a one-conductivity-type silicon substrate having a main surface of {100}; And a <110> direction on the surface of the active region through a LOCOS type field oxide film provided in an element isolation region on the surface of the silicon substrate and a gate oxide film provided on the surface of the active region. A silicon oxide film cap that directly covers the upper surface of the gate electrode, a silicon oxide film spacer that directly covers the silicon oxide film cap and the side surface of the gate electrode, the gate electrode and the field oxide. A reverse conductivity type diffusion layer provided on the surface of the active region in a self-aligned manner with the film, the silicon oxide film spacer and the field oxide film; A reverse conductivity type single crystal silicon layer which directly covers the surface of the self-aligned reverse conductivity type diffusion layer and has a {110} side surface and a main surface including a {100} top surface; Inter-layer insulating film deposited so as to cover the source / drain region and the field oxide film, the silicon oxide film cap and the silicon oxide film spacer, and to expose the upper surface and the side surface of the single crystal silicon layer. A second interlayer insulating film covering the first interlayer insulating film and the single-crystal silicon layer and having a material different from that of the first interlayer insulating film; and a second interlayer insulating film provided on the second interlayer insulating film. The semiconductor device includes a contact hole reaching the upper surface of the crystalline silicon layer, and a wiring connected to the source / drain region through the contact hole.

【0020】好ましくは、前記第1の層間絶縁膜が窒化
シリコン膜あるい窒化酸化シリコン膜からなり、前記第
2の層間絶縁膜が酸化シリコン膜又はリン若しくはホウ
素を含む酸化シリコン膜からなる。さらに好ましくは、
前記ゲート電極の最小間隔と前記コンタクト孔の最小口
径とが等しい。さらに好ましくは、前記フィールド絶縁
膜によって区画された前記活性領域の最小幅と前記コン
タクト孔の最小口径とが等しい。
Preferably, the first interlayer insulating film is made of a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film, and the second interlayer insulating film is made of a silicon oxide film or a silicon oxide film containing phosphorus or boron. More preferably,
The minimum distance between the gate electrodes is equal to the minimum diameter of the contact hole. More preferably, a minimum width of the active region defined by the field insulating film is equal to a minimum diameter of the contact hole.

【0021】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜
上にゲート電極を形成し、このゲート電極の上面及び側
面を絶縁膜で被覆し、このゲート電極を覆う絶縁膜に隣
接して前記半導体基板上に単結晶半導体層を形成し、前
記ゲート電極を覆う絶縁膜上に第1の層間絶縁膜を形成
し、この第1の層間絶縁膜及び前記単結晶半導体層上に
当該第1の層間絶縁膜と異なるエッチャントを有する材
質からなる第2の層間絶縁膜を形成し、この第2の層間
絶縁膜に前記単結晶半導体層の上面に達するコンタクト
孔を穿設し、このコンタクト孔を介して前記単結晶半導
体層に配線を接続するものである。例えば、本発明に係
る半導体装置の製造方法は、シリコン基板上にゲートシ
リコン酸化膜を形成し、このゲートシリコン酸化膜上に
ゲート電極を形成し、このゲート電極の上面及び側面を
シリコン酸化膜で被覆し、このゲート電極を覆うシリコ
ン酸化膜に隣接して前記シリコン基板上に単結晶シリコ
ン層を形成し、前記ゲート電極を覆うシリコン酸化膜上
にシリコン窒化膜を形成し、このシリコン窒化膜及び前
記単結晶シリコン層上にシリコン酸化膜を形成し、この
シリコン酸化膜に前記単結晶シリコン層の上面に達する
コンタクト孔を穿設し、このコンタクト孔を介して前記
単結晶シリコン層に配線を接続するものである。
According to a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a gate insulating film is formed on a semiconductor substrate, a gate electrode is formed on the gate insulating film, and upper and side surfaces of the gate electrode are covered with the insulating film. Forming a single crystal semiconductor layer on the semiconductor substrate adjacent to the insulating film covering the gate electrode, forming a first interlayer insulating film on the insulating film covering the gate electrode, Forming a second interlayer insulating film made of a material having an etchant different from that of the first interlayer insulating film on the film and the single crystal semiconductor layer, and forming an upper surface of the single crystal semiconductor layer on the second interlayer insulating film; A contact hole that reaches the hole is formed, and a wiring is connected to the single crystal semiconductor layer through the contact hole. For example, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a gate silicon oxide film is formed on a silicon substrate, a gate electrode is formed on the gate silicon oxide film, and upper and side surfaces of the gate electrode are formed of a silicon oxide film. Forming a single-crystal silicon layer on the silicon substrate adjacent to the silicon oxide film covering the gate electrode, forming a silicon nitride film on the silicon oxide film covering the gate electrode, A silicon oxide film is formed on the single crystal silicon layer, a contact hole reaching the upper surface of the single crystal silicon layer is formed in the silicon oxide film, and a wiring is connected to the single crystal silicon layer through the contact hole. Is what you do.

【0022】より具体的には、本発明に係る半導体装置
の製造方法は、主表面が{100}からなる一導電型の
シリコン基板の表面における〈110〉方向の辺により
区画された活性領域を囲む素子分離領域に溝を形成し、
全面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜を前記溝内にのみ残
置してフィールド絶縁膜を形成する工程と、熱酸化によ
り前記活性領域の表面にゲート酸化膜を形成し、全面に
導電体膜を形成し、この導電体膜の表面を覆う酸化シリ
コン膜を形成し、この酸化シリコン膜及び前記導電体膜
をパターニングして前記ゲート酸化膜を介して前記活性
領域の表面上を〈110〉方向に横断するゲート電極と
このゲート電極の上面を直接に覆う酸化シリコン膜キャ
ップとを形成し、前記ゲート電極及び前記フィールド酸
化膜をマスクにして前記活性領域の表面に逆導電型拡散
層を形成する工程と、全面に酸化シリコン膜を形成し、
異方性エッチングにより当該酸化シリコン膜に対するエ
ッチ・バックを行なって前記酸化シリコン膜キャップ及
び前記ゲート電極の側面を直接に覆う酸化シリコン膜ス
ペーサを形成するとともに当該酸化シリコン膜スペーサ
及び前記フィールド酸化膜に自己整合的に前記ゲート酸
化膜を除去する工程と、単結晶シリコンの異方性選択エ
ピタキシャル成長法により、前記逆導電型拡散層の表面
に前記酸化シリコン膜キャップの高さより高い逆導電型
の単結晶シリコン層を形成する工程と、全面に第1の層
間絶縁膜を形成し、化学的機械的研磨によって当該第1
の層間絶縁膜及び前記単結晶シリコン層を研磨して前記
酸化シリコン膜キャップを露出することなく該単結晶シ
リコン層の表面を露出させる工程と、全面に前記第1の
層間絶縁膜と材質の異なる第2の層間絶縁膜を形成し、
この第2の層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、この
第2の層間絶縁膜に前記単結晶シリコン層に達するコン
タクト孔を形成し、当該第2の層間絶縁膜の表面に前記
コンタクト孔を介して前記単結晶シリコン層に接続され
る配線を形成する工程とを備えたものである。
More specifically, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an active region defined by a <110> direction side on a surface of a silicon substrate of one conductivity type having a main surface of {100} is provided. Forming a groove in the surrounding element isolation region,
Forming an insulating film on the entire surface, leaving the insulating film only in the trench to form a field insulating film; forming a gate oxide film on the surface of the active region by thermal oxidation; Forming a silicon oxide film covering the surface of the conductor film, patterning the silicon oxide film and the conductor film, and moving the surface of the active region through the gate oxide film in the <110> direction. And a silicon oxide film cap that directly covers the upper surface of the gate electrode, and a reverse conductivity type diffusion layer is formed on the surface of the active region using the gate electrode and the field oxide film as a mask. Process and forming a silicon oxide film on the entire surface,
The silicon oxide film is etched back by anisotropic etching to form a silicon oxide film spacer directly covering the side surfaces of the silicon oxide film cap and the gate electrode. A step of removing the gate oxide film in a self-aligned manner and a reverse conductivity type single crystal higher than the height of the silicon oxide film cap on the surface of the reverse conductivity type diffusion layer by anisotropic selective epitaxial growth of single crystal silicon. A step of forming a silicon layer, forming a first interlayer insulating film on the entire surface, and forming the first interlayer insulating film by chemical mechanical polishing.
Polishing the interlayer insulating film and the single-crystal silicon layer to expose the surface of the single-crystal silicon layer without exposing the silicon oxide film cap; Forming a second interlayer insulating film,
Flattening the surface of the second interlayer insulating film; forming a contact hole reaching the single crystal silicon layer in the second interlayer insulating film; and forming the contact hole in the surface of the second interlayer insulating film. Forming a wiring connected to the single-crystal silicon layer through the semiconductor device.

【0023】又は、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、主表面が{100}からなる一導電型のシリコン基
板の表面における〈110〉方向の辺により区画された
活性領域を囲む素子分離領域にLOCOS型のフィール
ド酸化膜を形成する工程と、熱酸化により前記活性領域
の表面にゲート酸化膜を形成し、全面に導電体膜を形成
し、この導電体膜の表面を覆う酸化シリコン膜を形成
し、この酸化シリコン膜及び前記導電体膜をパターニン
グして前記ゲート酸化膜を介して前記活性領域の表面上
を〈110〉方向に横断するゲート電極とこのゲート電
極の上面を直接に覆う酸化シリコン膜キャップとを形成
し、前記ゲート電極及び前記フィールド酸化膜をマスク
にして前記活性領域の表面に逆導電型拡散層を形成する
工程と、全面に酸化シリコン膜を形成し、異方性エッチ
ングにより当該酸化シリコン膜に対するエッチ・バック
を行なって前記酸化シリコン膜キャップ及び前記ゲート
電極の側面を直接に覆う酸化シリコン膜スペーサを形成
するとともに当該酸化シリコン膜スペーサ及び前記フィ
ールド酸化膜に自己整合的に前記ゲート酸化膜を除去す
る工程と、単結晶シリコンの異方性選択エピタキシャル
成長法により、前記逆導電型拡散層の表面に前記酸化シ
リコン膜キャップの高さより高い逆導電型の単結晶シリ
コン層を形成する工程と、全面に第1の層間絶縁膜を形
成し、この第1の層間絶縁膜をエッチバックして前記酸
化シリコン膜キャップを露出することなく前記単結晶シ
リコン層の表面及び側面の上部を露出させる工程と、全
面に前記第1の層間絶縁膜と材料の異なる第2の層間絶
縁膜を形成し、この第2の層間絶縁膜の表面を平坦化す
る工程と、この第2の層間絶縁膜に前記単結晶シリコン
層に達するコンタクト孔を形成し、当該第2の層間絶縁
膜の表面に前記コンタクト孔を介して前記単結晶シリコ
ン層に接続される配線を形成する工程とを備えたもので
ある。
Alternatively, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an element isolation region surrounding an active region defined by <110> -side sides on a surface of a one-conductivity-type silicon substrate having a main surface of {100} Forming a LOCOS type field oxide film on the surface of the active region by thermal oxidation, forming a conductor film on the entire surface, and forming a silicon oxide film covering the surface of the conductor film. The silicon oxide film and the conductor film are patterned to form a gate electrode that traverses the surface of the active region in the <110> direction via the gate oxide film and directly covers the upper surface of the gate electrode. Forming a silicon film cap and forming a reverse conductivity type diffusion layer on the surface of the active region using the gate electrode and the field oxide film as a mask; A silicon oxide film spacer is formed by directly etching the silicon oxide film cap and the side surface of the gate electrode by performing an etch back on the silicon oxide film by anisotropic etching. Removing the gate oxide film in a self-aligned manner with the field oxide film; and performing anisotropic selective epitaxial growth of single crystal silicon on the surface of the opposite conductivity type diffusion layer so as to be higher than the height of the silicon oxide film cap. Forming a reverse conductivity type single crystal silicon layer, forming a first interlayer insulating film on the entire surface, etching back the first interlayer insulating film and exposing the silicon oxide film cap without exposing the silicon oxide film cap; A step of exposing the upper surface and side surfaces of the crystalline silicon layer; Forming a second interlayer insulating film, flattening the surface of the second interlayer insulating film, and forming a contact hole reaching the single crystal silicon layer in the second interlayer insulating film; Forming a wiring connected to the single crystal silicon layer through the contact hole on the surface of the second interlayer insulating film.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0025】DRAMの断面模式図及び平面模式図であ
る図1乃至図6を参照すると、本発明の第1実施形態
は、本発明をCOB構造のDRAMに適用したものであ
る。このDRAMは0.25μmデザイン・ルール(最
小加工寸法;F=0.25μm(250nm))で50
nm程度のマスク・アライメント・マージンαのもとに
形成されたものであり、以下のとおりになっている。こ
こで、図5及び図6は階層化された平面模式図であり、
図5は活性領域とワード線を兼ねるゲート電極とN+
の単結晶シリコン層との位置関係を示す図であり、図6
はゲート電極及び単結晶シリコン層とビット線とストレ
ージ・ノード電極との位置関係を示す図である。また、
図1乃至図4は、図5及び図6のAA線、BB線、CC
線及びDD線での断面模式図である。なお図5及び図6
では、これらの位置関係の理解を容易にするために、ゲ
ート電極及びビット線の幅をそれぞれ実際より細めに表
示してある。
Referring to FIGS. 1 to 6 which are a schematic sectional view and a schematic plan view of a DRAM, a first embodiment of the present invention is an application of the present invention to a COB-structured DRAM. This DRAM has a design rule of 0.25 μm (minimum processing size; F = 0.25 μm (250 nm)).
It is formed under a mask alignment margin α of about nm, and is as follows. Here, FIG. 5 and FIG. 6 are schematic plan views that are hierarchized,
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between an active region, a gate electrode serving also as a word line, and an N + type single crystal silicon layer.
FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship among a gate electrode, a single crystal silicon layer, a bit line, and a storage node electrode. Also,
FIGS. 1 to 4 show the AA line, BB line, and CC of FIGS. 5 and 6, respectively.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line DD and line DD. 5 and 6
In order to facilitate understanding of these positional relationships, the width of the gate electrode and the width of the bit line are displayed smaller than they actually are.

【0026】P型シリコン基板101の主表面は{10
0}であり、このP型シリコン基板101の比抵抗は5
Ω・cm程度である。P型シリコン基板101が構成さ
れるシリコン・ウエハのオリエンテーション・フラット
は〈110〉方向の辺からなる。P型シリコン基板10
1の表面の活性領域102は素子分離領域により囲まれ
ており、素子分離領域は深さが300nm程度の溝10
3と、溝103の側面及び底面に設けられた(チャネル
・ストッパ、パンチスルー・ストッパとして機能する)
- 型拡散層104とから構成されている。活性領域1
02はP型シリコン基板101の主表面に規則的に配置
されており、活性領域102の周辺は〈110〉方向の
辺からなる(すなわち、活性領域102は〈110〉方
向の辺により区画されていることになる)。活性領域1
02の最小幅(≒チャネル幅)及び最小間隔はともにF
(=0.25μm(250nm))程度である。膜厚1
50nm程度のワード線を兼ねるゲート電極111は、
活性領域102の表面に設けられた8.5nm程度の膜
厚のゲート酸化膜106を介して、活性領域102の表
面上を横断している。少なくとも活性領域102直上に
おいては、ゲート電極111は活性領域102に直交し
ている。ゲート電極111の幅(ゲート長)、間隔及び
配線ピッチは、それぞれF、F及び2F(=0.5μm
(500nm))程度である。ゲート電極111は膜厚
50nm程度のN+ 型多結晶シリコン膜に膜厚100n
m程度のタングステン・シリサイド膜が積層されてな
る。ゲート電極111の上面は膜厚70nm程度の酸化
シリコン膜キャップ112により直接に覆われている。
活性領域102の表面には、ゲート電極111及びフィ
ールド酸化膜105に自己整合的に、100nm程度の
接合の深さを有したN- 型拡散層113a,113bが
設けられている。ゲート電極111及び酸化シリコン膜
キャップ112の側面は、膜厚50nm(=d)程度の
酸化シリコン膜スペーサ114により直接に覆われてい
る。活性領域102の表面に設けられたゲート酸化膜1
06はフィールド酸化膜105及びこれらの酸化シリコ
ン膜スペーサ114に自己整合的に除去されてN- 型拡
散層113a,113bの表面は露出されている。2つ
のゲート電極111に挟まれた方向でのこれら露出面の
幅は150nm(=F−2d)程度であり、フィールド
酸化膜105に挟まれた部分でのこれら露出面の幅は2
50nm(=F)程度である。
The main surface of the P-type silicon substrate 101 is $ 10
0 °, and the specific resistance of this P-type silicon substrate 101 is 5
It is about Ω · cm. The orientation flat of the silicon wafer on which the P-type silicon substrate 101 is formed has sides in the <110> direction. P-type silicon substrate 10
1 is surrounded by an element isolation region, and the element isolation region is a trench 10 having a depth of about 300 nm.
3 and provided on the side and bottom surfaces of the groove 103 (functions as a channel stopper and a punch-through stopper)
And a P type diffusion layer 104. Active area 1
Numerals 02 are regularly arranged on the main surface of the P-type silicon substrate 101, and the periphery of the active region 102 is composed of sides in the <110> direction (that is, the active region 102 is divided by the sides in the <110> direction). Will be). Active area 1
02, the minimum width (≒ channel width) and the minimum interval are both F
(= 0.25 μm (250 nm)). Film thickness 1
The gate electrode 111 also serving as a word line of about 50 nm
It crosses over the surface of the active region 102 via a gate oxide film 106 having a thickness of about 8.5 nm provided on the surface of the active region 102. At least right above the active region 102, the gate electrode 111 is orthogonal to the active region 102. The width (gate length), interval, and wiring pitch of the gate electrode 111 are F, F, and 2F (= 0.5 μm, respectively).
(500 nm)). The gate electrode 111 is formed of an N + -type polycrystalline silicon film having a thickness of about 50 nm and a thickness of 100 n.
An approximately m-thick tungsten silicide film is laminated. The upper surface of the gate electrode 111 is directly covered with a silicon oxide film cap 112 having a thickness of about 70 nm.
On the surface of the active region 102, N -type diffusion layers 113a and 113b having a junction depth of about 100 nm are provided in a self-aligned manner with the gate electrode 111 and the field oxide film 105. Side surfaces of the gate electrode 111 and the silicon oxide film cap 112 are directly covered with a silicon oxide film spacer 114 having a thickness of about 50 nm (= d). Gate oxide film 1 provided on the surface of active region 102
Numeral 06 is removed in a self-aligned manner with the field oxide film 105 and these silicon oxide film spacers 114, and the surfaces of the N type diffusion layers 113a and 113b are exposed. The width of these exposed surfaces in the direction sandwiched by the two gate electrodes 111 is about 150 nm (= F−2d), and the width of these exposed surfaces in the portion sandwiched by the field oxide film 105 is 2
It is about 50 nm (= F).

【0027】上記N- 型拡散層113a,113bの露
出面は、400nm程度の高さ(膜厚)と1×1019
-3程度の不純物濃度とを有したN+ 型の単結晶シリコ
ン層116a,116bにより、直接に覆われている。
+ 型の単結晶シリコン層116a,116bは(詳細
は後述するが)異方性選択エピタキシャル成長法により
形成されている。単結晶シリコン層117a,117b
の高さ(膜厚)は、ゲート電極111を覆う酸化シリコ
ン膜キャップ112の高さ(230nm程度)より高く
なければならない。N- 型拡散層113a,113bの
露出面には、70nm程度の(接合の)深さを有したN
+ 型拡散層115a,115bが設けられている。N+
型拡散層115a,115bは、それぞれ単結晶シリコ
ン層117a,117bからの燐の固相拡散により形成
されている。単結晶シリコン層117aは、フィールド
酸化膜105上に20nm程度の幅で(フィールド酸化
膜105の上面を直接に覆う姿態を有して)延在し、酸
化シリコン膜キャップ114上端近傍上に10nm弱〜
20nm強の幅で(酸化シリコン膜キャップ114上端
部を直接に覆う姿態を有して)延在している。単結晶シ
リコン層117bも、フィールド酸化膜105上に20
nm程度の幅で延在し、酸化シリコン膜キャップ114
上端近傍上に10nm弱〜20nm強の幅で延在してい
る。単結晶シリコン層117a,117bの上面は主と
してP型シリコン基板101の主表面に平行な{10
0}面からなり、単結晶シリコン層117a,117b
の側面はP型シリコン基板101の主表面に垂直な{1
10}面からなる。本実施形態では、単結晶シリコン層
117a,117bの側面と上面との交差部近傍の上面
を構成するファセットは、概ねフィールド酸化膜105
側の側面との交叉部近傍にのみに存在する。
The exposed surfaces of the N - type diffusion layers 113a and 113b have a height (thickness) of about 400 nm and 1 × 10 19 c
It is directly covered with N + type single crystal silicon layers 116a and 116b having an impurity concentration of about m −3 .
The N + -type single-crystal silicon layers 116a and 116b are formed by anisotropic selective epitaxial growth (which will be described in detail later). Single-crystal silicon layers 117a and 117b
Must be higher than the height (about 230 nm) of the silicon oxide film cap 112 covering the gate electrode 111. The exposed surfaces of the N -type diffusion layers 113a and 113b have a depth of (junction) of about 70 nm.
+ -Type diffusion layers 115a and 115b are provided. N +
The type diffusion layers 115a and 115b are formed by solid phase diffusion of phosphorus from the single crystal silicon layers 117a and 117b, respectively. The single-crystal silicon layer 117a extends over the field oxide film 105 with a width of about 20 nm (having a form directly covering the upper surface of the field oxide film 105), and is slightly less than 10 nm above the vicinity of the upper end of the silicon oxide film cap 114. ~
It extends with a width of slightly more than 20 nm (having a form that directly covers the upper end portion of the silicon oxide film cap 114). The single crystal silicon layer 117b is also formed on the field oxide film 105 by 20
The silicon oxide film cap 114 extends with a width of about nm.
It extends over the vicinity of the upper end with a width of less than 10 nm to slightly more than 20 nm. The upper surfaces of the single-crystal silicon layers 117a and 117b are mainly composed of # 10 parallel to the main surface of the P-type silicon substrate 101.
Single-crystal silicon layers 117a, 117b
Is perpendicular to the main surface of the P-type silicon substrate 101.
It consists of 10} plane. In the present embodiment, the facet constituting the upper surface near the intersection between the side surface and the upper surface of the single crystal silicon layers 117a and 117b is substantially the field oxide film 105.
Exists only in the vicinity of the intersection with the side surface.

【0028】本実施形態では、ソース・ドレイン領域1
18aは、N- 型拡散層113a、N+ 型拡散層115
a、単結晶シリコン層117aから構成されている。ソ
ース・ドレイン領域118bは、N- 型拡散層113
b、N+ 型拡散層115b、単結晶シリコン層117b
から構成されている。P型シリコン基板101の主表面
に形成されたNチャネルMOSトランジスタはゲート酸
化膜106、ゲート電極111及びソース・ドレイン領
域118aから構成されている。隣接する単結晶シリコ
ン層117aの間隔、単結晶シリコン層117aと単結
晶シリコン層117bとの間隔がともに210nm程度
であることから、隣接するソース・ドレイン領域118
aの間、ソース・ドレイン領域118aとソース・ドレ
イン領域118bとの間の絶縁分離は充分に確保されて
いる。
In this embodiment, the source / drain regions 1
Reference numeral 18a denotes an N type diffusion layer 113a and an N + type diffusion layer 115.
a, a single-crystal silicon layer 117a. The source / drain region 118b is formed in the N type diffusion layer 113.
b, N + type diffusion layer 115b, single crystal silicon layer 117b
It is composed of The N-channel MOS transistor formed on the main surface of the P-type silicon substrate 101 includes a gate oxide film 106, a gate electrode 111, and source / drain regions 118a. Since the distance between the adjacent single-crystal silicon layers 117a and the distance between the single-crystal silicon layers 117a and 117b are both about 210 nm, the adjacent source / drain regions 118
During the period a, the insulation separation between the source / drain region 118a and the source / drain region 118b is sufficiently ensured.

【0029】NチャネルMOSトランジスタを含めてP
型シリコン基板101は第1の層間絶縁膜119によっ
て覆われている。第1の層間絶縁膜119は、例えばC
VD法による窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜か
らなり、化学機械研磨(CMP)等により平坦化され
て、単結晶シリコン層117a、117bの表面のみ露
出されている。
P including N channel MOS transistor
The silicon substrate 101 is covered with a first interlayer insulating film 119. The first interlayer insulating film 119 is, for example, C
A silicon nitride film or a silicon nitride oxide film formed by a VD method is planarized by chemical mechanical polishing (CMP) or the like, and only the surfaces of the single crystal silicon layers 117a and 117b are exposed.

【0030】第1の層間絶縁膜119及び単結晶シリコ
ン層117a,117bの表面は第2の層間絶縁膜12
1により覆われている。第2の層間絶縁膜121は、例
えばCVD法による酸化シリコン膜とBPSG腹との積
層膜等のような酸化シリコン系絶縁膜からなる。単結晶
シリコン層117a,117bの上面上での第2の層間
絶縁膜121の膜厚は例えば300nm程度である。第
2の層間絶縁膜121には、層間絶縁膜121を貫通し
て単結晶シリコン層117bに達するF程度の口径を有
したビット・コンタクト孔122が設けられている。ビ
ット・コンタクト孔122は、例えばN+ 型多結晶シリ
コン膜からなるコンタクト・プラグ123により充填さ
れている。第2の層間絶縁膜121の上面上に設けられ
たビット線124は、コンタクト・プラグ123に直接
に接続され、ソース・ドレイン領域118bに接続され
ている。ビット線124は例えば膜厚120nm程度の
タングステン・シリサイド膜からなり、ビット線124
の最小線幅及び最小間隔はともにF程度であり、ビット
・コンタクト孔122の部分でのビット線124の線幅
は350nm(=F+2α)程度であり、ビット線12
4の配線ピッチは600nm(=2F+2α)程度であ
る。
The surfaces of the first interlayer insulating film 119 and the single crystal silicon layers 117a and 117b are
Covered by 1. The second interlayer insulating film 121 is made of, for example, a silicon oxide-based insulating film such as a laminated film of a silicon oxide film formed by a CVD method and a BPSG antinode. The thickness of the second interlayer insulating film 121 on the upper surfaces of the single crystal silicon layers 117a and 117b is, for example, about 300 nm. The second interlayer insulating film 121 is provided with a bit contact hole 122 having a diameter of about F which penetrates the interlayer insulating film 121 and reaches the single crystal silicon layer 117b. The bit contact hole 122 is filled with a contact plug 123 made of, for example, an N + type polycrystalline silicon film. The bit line 124 provided on the upper surface of the second interlayer insulating film 121 is directly connected to the contact plug 123 and connected to the source / drain region 118b. The bit line 124 is made of, for example, a tungsten silicide film having a thickness of about 120 nm.
Is about F, the line width of the bit line 124 at the bit contact hole 122 is about 350 nm (= F + 2α), and the bit line 12
The wiring pitch of No. 4 is about 600 nm (= 2F + 2α).

【0031】本実施形態では、ビット・コンタクト孔1
22が達する部分での単結晶シリコン層117bの幅は
290nm程度であるため、ビットコンタクト孔122
が単結晶シリコン層117bからはみ出して開口される
場合がある。その際は、第1の層間絶縁膜119がビッ
ト・コンタクト孔を開口するときのエッチング・ストッ
パとしての機能することになる。すなわち、ビット・コ
ンタクト孔122の底部が酸化シリコン膜キャップ11
2、酸化シリコン膜スペーサ114又はフィールド酸化
膜105に直接に達することはなく、さらにはビット・
コンタクト孔122の底部にゲート電極111の上面又
はP型シリコン基板101の表面が露出することは回避
される。このため、ビット線124(及びソース・ドレ
イン領域118b)とゲート電極111及びP型シリコ
ン基板101とのリーク電流及び短絡の抑制が容易にな
る。
In this embodiment, the bit contact hole 1
Since the width of the single-crystal silicon layer 117b at the portion where the second contact 22 reaches is about 290 nm, the bit contact hole 122
May protrude from the single crystal silicon layer 117b and be opened. In that case, the first interlayer insulating film 119 functions as an etching stopper when opening the bit contact hole. That is, the bottom of the bit contact hole 122 is
2. It does not directly reach the silicon oxide film spacer 114 or the field oxide film 105, and
Exposing the upper surface of the gate electrode 111 or the surface of the P-type silicon substrate 101 to the bottom of the contact hole 122 is avoided. Therefore, it is easy to suppress a leak current and a short circuit between the bit line 124 (and the source / drain region 118b), the gate electrode 111, and the P-type silicon substrate 101.

【0032】ビット線124を含めて、第2の層間絶縁
膜121は第3の層間絶縁膜131により覆われてい
る。第3の層間絶縁膜131も酸化シリコン系絶縁膜か
らなり、ビット線124の上面での第3の層間絶縁膜1
31の膜厚は300nm程度であり、第3の層間絶縁膜
131の上面も平坦化されている。F程度の口径を有し
て第3の層間絶縁膜131及び第2の層間絶縁膜121
を貫通して設けられたノード・コンタクト孔132は、
単結晶シリコン層117aに達し、例えばN+ 型多結晶
シリコン膜からなるコンタクト・プラグ133により充
填されている。第3の層間絶縁膜131の上面に設けら
れたストレージ・ノード電極134は、例えば膜厚80
0nm程度のN+ 型多結晶シリコン膜からなり、コンタ
クト・プラグ133に直接に接続され、ソース・ドレイ
ン領域118aに接続されている。ストレージ・ノード
電極134の間隔及び最小幅はF及びF+2α程度であ
る。ストレージ・ノード電極134の上面及び側面と層
間絶縁膜131の上面の少なくとも一部は、ONO膜か
らなる容量絶縁膜135により直接に覆われている。容
量絶縁膜135の酸化シリコン膜換算膜厚は5nm程度
である。容量絶縁膜135の表面は、例えば膜厚150
nm程度のN+ 型多結晶シリコン膜からなるセル・プレ
ート電極136により直接に覆われている。セル・プレ
ート電極136の表面は例えば酸化シリコン系絶縁膜か
らなる表面保護膜141により直接に覆われている。ス
トレージ・ノード電極134直上での表面保護膜141
の膜厚は300nm程度である。
The second interlayer insulating film 121 including the bit line 124 is covered with a third interlayer insulating film 131. The third interlayer insulating film 131 is also made of a silicon oxide based insulating film, and the third interlayer insulating film 1 on the upper surface of the bit line 124 is formed.
31 has a thickness of about 300 nm, and the upper surface of the third interlayer insulating film 131 is also flattened. The third interlayer insulating film 131 and the second interlayer insulating film 121 having a diameter of about F
Node contact hole 132 provided through
It reaches the single crystal silicon layer 117a and is filled with a contact plug 133 made of, for example, an N + type polycrystalline silicon film. The storage node electrode 134 provided on the upper surface of the third interlayer insulating film 131 has a thickness of, for example, 80
It is made of an N + type polycrystalline silicon film of about 0 nm, is directly connected to the contact plug 133, and is connected to the source / drain region 118a. The interval and the minimum width of the storage node electrodes 134 are about F and F + 2α. At least a part of the upper surface and the side surface of the storage node electrode 134 and at least a part of the upper surface of the interlayer insulating film 131 are directly covered with a capacitance insulating film 135 made of an ONO film. The equivalent silicon oxide film thickness of the capacitor insulating film 135 is about 5 nm. The surface of the capacitor insulating film 135 has a thickness of, for example, 150
It is directly covered with a cell plate electrode 136 made of an N + type polycrystalline silicon film of about nm. The surface of the cell plate electrode 136 is directly covered with a surface protection film 141 made of, for example, a silicon oxide-based insulating film. Surface protective film 141 immediately above storage node electrode 134
Has a thickness of about 300 nm.

【0033】図5及び図6のAA線及びCC線での製造
工程の断面模式図である図7乃至図10と、図1乃至図
6とを参照すると、本実施形態によるDRAMは、以下
のように形成される。
Referring to FIGS. 7 to 10 and FIGS. 1 to 6 which are schematic cross-sectional views of manufacturing steps along the AA line and the CC line in FIGS. 5 and 6, the DRAM according to the present embodiment has It is formed as follows.

【0034】まず、{100}からなる主表面を有し、
5Ω・cm程度の比抵抗からなり、〈110〉方向の辺
からなるオリエンテーション・フラットを有するシリコ
ン・ウエハからなるP型シリコン基板101の主表面の
活性領域202直上のみを覆う領域に、フォト・レジス
ト膜(図示せず)が形成される。活性領域102はP型
シリコン基板101の主表面において(オリエンテーシ
ョン・フラットに平行及び垂直な)〈110〉方向の辺
により区画されてなり、それぞれの活性領域102はT
型の姿態を有してP型シリコン基板101の主表面に規
則的に配列されている。このフォト・レジスト膜をマス
クにしてP型シリコン基板101がエッチングされて溝
103が形成される。その後、フォト・レジスト膜をマ
スクにして20keV、5×1012cm-2程度のボロン
の回転イオン注入が行われ、溝103の側面及び底面に
- 型拡散層104が形成される。このフォト・レジス
ト膜が除去された後、CVD法により全面に酸化シリコ
ン膜が形成され、CMPによりこの酸化シリコン膜から
なり、溝103を充填し、平坦な上面を有するフィール
ド絶縁膜105が形成される。活性領域102の表面に
は熱酸化により膜圧8.5nm程度のゲート酸化膜10
6が形成される。
First, it has a main surface of {100},
Photoresist is applied to a region covering only the active region 202 on the main surface of the P-type silicon substrate 101 made of a silicon wafer having a specific resistance of about 5 Ω · cm and having an orientation flat including sides in the <110> direction. A film (not shown) is formed. The active regions 102 are defined by sides in the <110> direction (parallel and perpendicular to the orientation flat) on the main surface of the P-type silicon substrate 101.
It is regularly arranged on the main surface of the P-type silicon substrate 101 in the form of a mold. Using the photoresist film as a mask, the P-type silicon substrate 101 is etched to form a groove 103. Thereafter, using a photo-resist film as a mask, rotational ion implantation of boron of about 20 keV and about 5 × 10 12 cm −2 is performed, and a P type diffusion layer 104 is formed on the side and bottom surfaces of the groove 103. After the photo-resist film is removed, a silicon oxide film is formed on the entire surface by the CVD method. The silicon oxide film is formed by the CMP, the trench 103 is filled, and a field insulating film 105 having a flat upper surface is formed. You. A gate oxide film 10 having a film pressure of about 8.5 nm is formed on the surface of the active region 102 by thermal oxidation.
6 are formed.

【0035】次に、例えばジ・クロル・シラン、ホスフ
ィンをそれぞれ原料ガス、ドーピング・ガスに用いた7
00℃程度のCVD法により、全面に膜厚50nm程度
のN+ 型多結晶シリコン膜(図に明示せず)が形成され
る。さらに、スパッタリングにより全面に膜厚100n
m程度のタングステン・シリサイド膜(図に明示せず)
が形成される。さらにまた、CVD法により、全面に膜
厚100nm程度の酸化シリコン膜が形成される。これ
らの酸化シリコン膜、タングステン・シリサイド膜及び
+ 型多結晶シリコン膜が順次異方性エッチングにより
パターニングされ、タングステン・ポリサイド膜(N+
型多結晶シリコン膜とタングステン・シリサイド膜との
積層膜)からなる膜厚150nm程度のゲート電極11
1とこのゲート電極111の上面を選択的に覆う(膜厚
100nm程度の)酸化シリコン膜キャップ112とが
形成される。
Next, for example, dichlorosilane and phosphine were used as a source gas and a doping gas, respectively.
An N + -type polycrystalline silicon film (not explicitly shown) having a thickness of about 50 nm is formed on the entire surface by the CVD method at about 00 ° C. Furthermore, a film thickness of 100 n is formed on the entire surface by sputtering.
m tungsten silicide film (not explicitly shown)
Is formed. Furthermore, a silicon oxide film having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by the CVD method. These silicon oxide film, tungsten silicide film and N + type polycrystalline silicon film are sequentially patterned by anisotropic etching to form a tungsten polycide film (N +
Gate electrode 11 made of a polycrystalline silicon film and a tungsten silicide film) and having a thickness of about 150 nm.
1 and a silicon oxide film cap 112 (with a thickness of about 100 nm) that selectively covers the upper surface of the gate electrode 111 are formed.

【0036】例えば30keVで2×1013cm-2程度
の燐のイオン注入等により、フィールド酸化膜105及
びゲート電極111に自己整合的に、活性領域102の
表面にN- 型拡散層113a,113bが形成される。
- 型拡散層113a,113bの接合の深さは100
nm程度である。隣接するN- 型拡散層113aの間隔
はF程度であり、N- 型拡散層113aとN- 型拡散層
113bとの間隔は0.25μm(250nm)(=
F)程度である。膜厚50nm程度の酸化シリコン膜が
CVDにより全面に形成される。フルオロ・カーボン系
のエッチング・ガスを用いた異方性エッチングによるエ
ッチ・バックが行なわれ、酸化シリコン膜スペーサ11
4が形成される。このエッチ・バックにおいて、酸化シ
リコン膜キャップ112もエッチングに曝されることに
なり、酸化シリコン膜キャップ112の膜厚は70nm
程度になる。また、酸化シリコン膜スペーサ114及び
フィールド酸化膜105に自己整合的に、N- 型拡散層
113a,113bの表面のゲート酸化膜106が除去
されて、これらの部分のN- 型拡散層113a,113
bの表面が露出される。〔図1乃至図6、図7(a)、
図9(a)〕。
The N -type diffusion layers 113 a and 113 b are self-aligned with the field oxide film 105 and the gate electrode 111, for example, by ion implantation of phosphorus of about 2 × 10 13 cm −2 at 30 keV. Is formed.
The junction depth of N type diffusion layers 113a and 113b is 100
nm. The distance between adjacent N -type diffusion layers 113 a is about F, and the distance between N -type diffusion layers 113 a and 113 b is 0.25 μm (250 nm) (=
F). A silicon oxide film having a thickness of about 50 nm is formed on the entire surface by CVD. Etch back is performed by anisotropic etching using a fluorocarbon-based etching gas, and silicon oxide film spacers 11 are formed.
4 are formed. In this etch back, the silicon oxide film cap 112 is also exposed to the etching, and the silicon oxide film cap 112 has a thickness of 70 nm.
About. Further, in a self-alignment manner to the silicon oxide film spacers 114 and the field oxide film 105, the N - type diffusion layer 113a, a gate oxide film 106 on the surface of 113b is removed, these parts N - type diffusion layer 113a, 113
The surface of b is exposed. [FIGS. 1 to 6, FIG. 7 (a),
FIG. 9 (a)].

【0037】次に、UHV−CVDを用いて、まずN-
型拡散層113a,113bの露出面に形成された自然
酸化膜を除去した後、例えば625℃の温度、1×10
-2Pa程度の圧力、2.0sccm程度の流量のジ・シ
ランと0.2sccm程度の流量の(1%のホスフィン
が水素により希釈されてなる)ドーピング・ガスとによ
る異方性選択エピタキシャル成長により、N- 型拡散層
113a,113bの上記露出面に自己整合的に高さ
(膜厚)が300nm程度のN+ 型の(第1のシリコン
層である)単結晶シリコン層116a,116bが形成
され、N- 型拡散層113a,113bの露出した表面
には(接合の)深さ70nm程度のN+ 型拡散層115
a,115bが形成される。この条件のもとでは、(単
結晶シリコン層の){100}面の〈100〉方向への
成長速度は10nm/min程度である。このとき、フ
ィールド酸化膜105等の酸化シリコン膜表面に交叉す
る(単結晶シリコン層の){110}面の〈110〉方
向への成長速度は{100}面の〈100〉方向への成
長速度の1/20程度である。本実施形態において、フ
ィールド酸化膜105及び酸化シリコン膜スペーサ11
4に自己整合的に形成されたN- 型拡散層113a,1
13bの上記露出面が〈110〉方向の辺に囲まれてな
ることから、これら単結晶シリコン層116a,116
bは主としてP型シリコン基板101の主表面に垂直な
〈100〉方向に選択的に成長する。〔図1乃至図6、
図7(b)、図9(b)〕。
Next, using a UHV-CVD, First N -
After removing the natural oxide film formed on the exposed surfaces of the mold diffusion layers 113a and 113b, for example, at a temperature of 625 ° C., 1 × 10
Anisotropic selective epitaxial growth using a pressure of about -2 Pa, a flow rate of about 2.0 sccm of disilane and a doping gas of about 0.2 sccm (1% phosphine is diluted with hydrogen), N + -type (first silicon layers) single-crystal silicon layers 116a and 116b having a height (thickness) of about 300 nm are formed in a self-aligned manner on the exposed surfaces of the N -type diffusion layers 113a and 113b. , N - -type diffusion layer 113a, the exposed surface of the 113b (the junction) depth 70nm approximately N + -type diffusion layer 115
a, 115b are formed. Under these conditions, the growth rate of the {100} plane (of the single crystal silicon layer) in the <100> direction is about 10 nm / min. At this time, the growth rate in the <110> direction of the {110} plane (of the single crystal silicon layer) crossing the surface of the silicon oxide film such as the field oxide film 105 is the growth rate of the {100} plane in the <100> direction. About 1/20 of the above. In this embodiment, the field oxide film 105 and the silicon oxide film spacer 11
N - type diffusion layers 113a, 113 formed in
Since the exposed surface 13b is surrounded by the sides in the <110> direction, these single crystal silicon layers 116a and 116b
b mainly grows selectively in the <100> direction perpendicular to the main surface of the P-type silicon substrate 101. [FIGS. 1 to 6,
7 (b) and 9 (b)].

【0038】単結晶シリコン層の上記異方性選択エピタ
キシャル成長法は、500℃〜800℃の範囲の成長温
度、10-3Pa〜5×10-2Paの範囲の圧力で行なう
のが好ましい。成長温度が500℃より低いと単結晶シ
リコンが得られなくなり、成長温度が800℃より高い
と燐等の導電性不純物のドーピングが困難になる。ま
た、圧力がこの範囲からずれると「異方性」成長が困難
になる。この「異方性」の選択性は成長温度の上昇、ジ
・シランの流量の減少に伴なって高くなる。原料ガスと
してジ・シランの代りにモノ・シラン(SiH4 )を用
いても単結晶シリコン層の異方性選択エピタキシャル成
長は可能であるが、このときの成長温度はジ・シランを
用いる場合より80℃〜100℃程度高温側にシフトす
る。なお、原料ガスとしてジ・クロル・シランを用いて
も単結晶シリコン層の異方性選択工ピタギャル成長は可
能であるが、この場合にはファセットが多発するという
不具合がある。
[0038] The anisotropic selective epitaxial growth of the monocrystalline silicon layer, a growth temperature in the range of 500 ° C. to 800 ° C., preferably carried out at a pressure ranging from 10 -3 Pa~5 × 10 -2 Pa. When the growth temperature is lower than 500 ° C., single crystal silicon cannot be obtained, and when the growth temperature is higher than 800 ° C., it becomes difficult to dope conductive impurities such as phosphorus. Also, when the pressure deviates from this range, "anisotropic" growth becomes difficult. This "anisotropic" selectivity increases with increasing growth temperature and decreasing flow rate of disilane. Even if monosilane (SiH 4 ) is used in place of disilane as a source gas, anisotropic selective epitaxial growth of a single crystal silicon layer is possible, but the growth temperature is 80 times higher than when disilane is used. The temperature shifts to a high temperature side of about 100C to 100C. In addition, even if dichlorosilane is used as a raw material gas, anisotropic selective growth of a single crystal silicon layer can be performed, but in this case, there is a problem that facets frequently occur.

【0039】次に、CVD法により表面に膜厚250n
mの窒化シリコン膜120を堆積する。〔図1乃至図
6、図7(c)、図9(c)〕。
Next, a film thickness of 250 n is formed on the surface by the CVD method.
m silicon nitride film 120 is deposited. [FIGS. 1 to 6, FIG. 7 (c), FIG. 9 (c)].

【0040】その後、CMPにより窒化シリコン膜12
0を研磨し、単結晶シリコン層116a、116bの上
面を露出させて、さらに窒化シリコン膜120と単結晶
シリコン層116a、116bを合わせて研磨して平坦
な表面とする。その結果、窒化シリコン膜120の膜厚
は、酸化シリコン膜キャップ112上において150n
m程度となり、単結晶シリコン層117a,117bの
上面は窒化シリコン膜120の表面の高さと等しくな
る。〔図1乃至図6、図8(d),図10(d)〕。
Thereafter, the silicon nitride film 12 is formed by CMP.
0 is polished to expose the upper surfaces of the single crystal silicon layers 116a and 116b, and the silicon nitride film 120 and the single crystal silicon layers 116a and 116b are polished together to form a flat surface. As a result, the thickness of the silicon nitride film 120 becomes 150 n on the silicon oxide film cap 112.
m, and the upper surfaces of the single crystal silicon layers 117a and 117b are equal to the surface height of the silicon nitride film 120. [FIGS. 1 to 6, FIG. 8 (d), FIG. 10 (d)].

【0041】その後、例えば酸化シリコン膜の形成、B
PSG膜の形成、BPSG膜のリフロー、CMP等が行
なわれ、平坦な上面を有する酸化シリコン系絶縁膜から
なる第2の層間絶縁膜121が形成される。次に、第2
の層間絶縁膜121を貫通して単結晶シリコン層117
bの上面に達するビット・コンタクト孔122が形成さ
れる。ビット・コンタクト孔122の口径は0.25μ
m(=F)程度であり、フォト・リソグラフィ工程にお
いてアライメントずれが大きくなった場合、ビット・コ
ンタクト孔122の底部は単結晶シリコン層117bの
上面からはみ出す場合もあるが、ビット・コンタクト孔
132の開口する際のエッチングに、酸化シリコン膜は
エッチングされるが、窒化シリコン膜又は酸化窒化シリ
コン膜はほとんどエッチングされないCF4 +CH2
2 混合ガスを用いるために、窒化シリコン膜からなる第
1の層間絶縁膜120がエッチングストッパとなり、ビ
ット・コンタクト孔131がゲート電極111及びフィ
ールド絶縁膜105に達することはない。〔図1乃至図
6、図8(e)、図10(e)〕。
Thereafter, for example, formation of a silicon oxide film, B
The formation of the PSG film, the reflow of the BPSG film, the CMP, and the like are performed, and the second interlayer insulating film 121 made of a silicon oxide-based insulating film having a flat upper surface is formed. Next, the second
Single-crystal silicon layer 117 penetrating through interlayer insulating film 121 of FIG.
A bit contact hole 122 reaching the upper surface of b is formed. The diameter of the bit contact hole 122 is 0.25μ.
When the misalignment is large in the photolithography process, the bottom of the bit contact hole 122 may protrude from the upper surface of the single crystal silicon layer 117b. The silicon oxide film is etched when the opening is formed, but the silicon nitride film or the silicon oxynitride film is hardly etched. CF 4 + CH 2 F
Since the two mixed gas is used, the first interlayer insulating film 120 made of a silicon nitride film serves as an etching stopper, and the bit contact hole 131 does not reach the gate electrode 111 and the field insulating film 105. [FIGS. 1 to 6, FIG. 8 (e), FIG. 10 (e)].

【0042】次に、例えばN+ 型多結晶シリコン膜等の
導電体膜からなるコンタクト・プラグ123により、ビ
ット・コンタクト孔122が充填される。例えばスパッ
タリングにより膜厚120nm程度のタングステン・シ
リサイド膜等からなる導電体膜が形成され、この導電体
膜がパターニングされてビット線124が形成される。
続いて、平坦な上面を有する酸化シリコン系絶縁膜から
なる第3の層間絶縁膜131が形成される。第3の層間
絶縁膜131及び第3の層間絶縁膜121を貫通して単
結晶シリコン層117aの上面に達するノード・コンタ
クト孔132が形成される。ノード・コンタクト孔13
2の口径も0.25μm(=F)程度であり、フォト・
リソグラフィ工程においてアライメントずれが大きくて
ノード・コンタクト孔132の底部は単結晶シリコン層
117aの上面からはみ出だした場合でも、ビット・コ
ンタクト孔と同様に、第1の層間絶縁膜がエッチングス
トッパとなるために、ノード・コンタクト孔132がゲ
ート電極111及びフィールド絶縁膜105に達するこ
とはない。〔図1乃至図6、図8(f)、図10
(f)〕。
Next, the bit contact hole 122 is filled with a contact plug 123 made of a conductor film such as an N + type polycrystalline silicon film. For example, a conductive film made of a tungsten silicide film or the like having a thickness of about 120 nm is formed by sputtering, and the conductive film is patterned to form a bit line 124.
Subsequently, a third interlayer insulating film 131 made of a silicon oxide based insulating film having a flat upper surface is formed. A node contact hole 132 penetrating through third interlayer insulating film 131 and third interlayer insulating film 121 and reaching the upper surface of single crystal silicon layer 117a is formed. Node contact hole 13
2 is also about 0.25μm (= F).
Even if the bottom of the node contact hole 132 protrudes from the upper surface of the single crystal silicon layer 117a due to a large misalignment in the lithography process, the first interlayer insulating film functions as an etching stopper similarly to the bit contact hole. In addition, the node contact hole 132 does not reach the gate electrode 111 and the field insulating film 105. [FIGS. 1 to 6, FIG. 8 (f), FIG.
(F)].

【0043】次に、例えばN+ 型多結晶シリコン膜等の
導電体膜からなるコンタクト・プラグ133により、ノ
ード・コンタクト孔132が充填される。全面に膜厚8
00nm程度のN+ 型多結晶シリコンが形成され、これ
がパターニングされてストレージ・ノード電極134が
形成される。なお、ストレージ・ノード電極134とコ
ンタクト・プラグ133とは同一のN+ 型多結晶シリコ
ン膜により構成し、一回のパターニングにより形成して
もよい。例えばONO膜からなる容量絶縁膜135が形
成され、例えば膜厚150nmのN+ 型多結晶シリコン
膜からなるセル・プレート電極136が形成される。さ
らに表面保護膜141が形成され、本実施形態のDRA
Mが完成する〔図1乃至図6〕。
Next, the node contact hole 132 is filled with a contact plug 133 made of a conductor film such as an N + type polycrystalline silicon film. 8 film thickness over the entire surface
N + type polysilicon of about 00 nm is formed, and this is patterned to form a storage node electrode 134. Note that the storage node electrode 134 and the contact plug 133 may be formed of the same N + -type polycrystalline silicon film, and may be formed by one-time patterning. For example, a capacitor insulating film 135 made of an ONO film is formed, and a cell plate electrode 136 made of, for example, a 150 nm-thick N + -type polycrystalline silicon film is formed. Further, a surface protective film 141 is formed, and the DRA of the present embodiment is formed.
M is completed [FIGS. 1 to 6].

【0044】DRAMの断面模式図及び平面模式図であ
る図11乃至図15を参照すると、本発明の第2実施形
態は、本発明を0.25μmデザイン・ルールのもとに
形成された(ビット線がキャパシタより高い位置にある
通常のスタック構造の)DRAMに適用したものであ
る。本実施形態と上記第1実施形態との相違点はビット
線及びキャパシタの上下関係と素子分離領域の構造とに
あり、このDRAMは以下に述べるようになっている。
ここで、図14及び図15も階層化された平面模式図で
あり、図14は活性領域とワード線を兼ねるゲート電極
とN+ 型の単結晶シリコン層との位置関係を示す図であ
り、図15はゲート電極及び単結晶シリコン層とストレ
ージ・ノード電極とビット線との位置関係を示す図であ
る。また、図11乃至図13は、図14及び図15のA
A線、BB線及びCC線での断面模式図である。なお、
図14及び図15でもこれらの位置関係の理解を容易に
するために、ゲート電極及びビット線の幅をそれぞれ実
際より細めに表示してある。
Referring to FIGS. 11 to 15 which are a schematic sectional view and a schematic plan view of a DRAM, a second embodiment of the present invention is based on a design rule of 0.25 μm (bit Applied to DRAM (in a normal stacked structure) where the lines are higher than the capacitors. The difference between this embodiment and the first embodiment lies in the vertical relationship between bit lines and capacitors and the structure of the element isolation region. This DRAM is as described below.
Here, FIGS. 14 and 15 are also schematic plan views in a hierarchical manner, and FIG. 14 is a diagram showing a positional relationship between an active region, a gate electrode serving also as a word line, and an N + type single crystal silicon layer. FIG. 15 is a diagram showing a positional relationship among a gate electrode, a single crystal silicon layer, a storage node electrode, and a bit line. FIGS. 11 to 13 show A in FIGS. 14 and 15.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line A, line BB, and line CC. In addition,
In FIGS. 14 and 15, the widths of the gate electrode and the bit line are each shown to be smaller than the actual values in order to facilitate understanding of these positional relationships.

【0045】P型シリコン基板201の主表面は{10
0}であり、このP型シリコン基板201の比抵抗は5
Ω・cm程度である。このP型シリコン基板201が構
成されるシリコン・ウエハのオリエンテーション・フラ
ットは〈110〉方向の辺からなる。P型シリコン基板
201の表面の活性領域202は素子分離領域により囲
まれており、素子分離領域は膜厚300nm程度のLO
COS型のフィールド酸化膜205とこのフィールド酸
化膜205の底面に設けられた(チャネル・ストッパ、
パンチスルー・ストッパとして機能する)P- 型拡散層
204から構成されている。活性領域202はP型シリ
コン基板201の主表面に規則的に配列されており、活
性領域202の周辺は〈110〉方向の辺からなる(す
なわち、活性領域202は〈110〉方向の辺により区
画されていることになる)。
The main surface of the P-type silicon substrate 201 is $ 10
0 °, and the specific resistance of this P-type silicon substrate 201 is 5
It is about Ω · cm. The orientation flat of the silicon wafer on which the P-type silicon substrate 201 is formed has sides in the <110> direction. The active region 202 on the surface of the P-type silicon substrate 201 is surrounded by an element isolation region.
A COS type field oxide film 205 and a bottom surface of the field oxide film 205 (channel stopper,
Functions as a punch-through stopper) P - and a diffusion layer 204. The active regions 202 are regularly arranged on the main surface of the P-type silicon substrate 201, and the periphery of the active region 202 is made of a side in the <110> direction (that is, the active region 202 is defined by a side in the <110> direction). That is).

【0046】活性領域202の最小幅(≒チャネル幅)
及び最小間隔はそれぞれF(=250nm)程度であ
る。膜厚150nm程度のワード線を兼ねるゲート電極
211は、活性領域202の表面に設けられた8.5n
m程度の膜厚のゲート酸化膜206を介して、活性領域
202の表面上を横断している。少なくとも活性領域2
02直上においては、これらゲート電極211は活性領
域202に直交している。ゲート電極211の幅(ゲー
ト長)、間隔及び配線ピッチは、それぞれF,F及び2
F(500nm)程度である。ゲート電極211は膜厚
50nm程度のN+ 型多結晶シリコン膜に膜厚100n
m程度のタングステン・シリサイド膜が積層されてな
る。
Minimum width of active region 202 (≒ channel width)
The minimum interval is about F (= 250 nm). A gate electrode 211 serving also as a word line having a thickness of about 150 nm is provided on the surface of the active region 202 by 8.5 n.
It crosses over the surface of the active region 202 through a gate oxide film 206 having a thickness of about m. At least active area 2
Above 02, these gate electrodes 211 are orthogonal to the active region 202. The width (gate length), interval and wiring pitch of the gate electrode 211 are F, F and 2 respectively.
F (about 500 nm). The gate electrode 211 is made of an N + type polycrystalline silicon film having a thickness of about 50 nm and a thickness of 100 n.
An approximately m-thick tungsten silicide film is laminated.

【0047】ゲート電極211の上面は膜厚70nm程
度の酸化シリコン膜キャップ212により直接に覆われ
ている。活性領域202の表面には、ゲート電極211
及びフィールド酸化膜205に自己整合的に、100n
m程度の接合の深さを有したN- 型拡散層213a,2
13bが設けられている。ゲート電極211及び酸化シ
リコン膜キャップ212の側面は、膜厚50nm(=
d)程度の酸化シリコン膜スペーサ214により直接に
覆われている。活性領域202の表面に設けられたゲー
ト酸化膜206はフィールド酸化膜205及び酸化シリ
コン膜スペーサ214に自己整合的に除去されてN-
拡散層213a,213bの表面は露出されている。2
つのゲート電極211に挟まれた方向でのこれら露出面
の幅はF−2d程度であり、フィールド酸化膜205に
挟まれた部分でのこれら露出面の幅はF−2β(β=2
0nm(βはバーズビークの長さ))程度である。P型
シリコン基板201の主表面から活性領域202上の酸
化シリコン膜キャップ212の上面までの高さは230
nm程度であり、フィールド酸化膜205上の酸化シリ
コン膜キャップ212の上面までの高和は370nm程
度である。
The upper surface of the gate electrode 211 is directly covered with a silicon oxide film cap 212 having a thickness of about 70 nm. A gate electrode 211 is provided on the surface of the active region 202.
100 n in a self-aligned manner with the field oxide film 205.
N type diffusion layers 213a, 213 having a junction depth of about m
13b is provided. The side surfaces of the gate electrode 211 and the silicon oxide film cap 212 have a thickness of 50 nm (=
It is directly covered with the silicon oxide film spacer 214 of about d). The gate oxide film 206 provided on the surface of the active region 202 is removed in a self-aligned manner with the field oxide film 205 and the silicon oxide film spacer 214, and the surfaces of the N type diffusion layers 213a and 213b are exposed. 2
The width of these exposed surfaces in the direction sandwiched by two gate electrodes 211 is about F-2d, and the width of these exposed surfaces in the portion sandwiched by field oxide film 205 is F-2β (β = 2
It is about 0 nm (β is the length of a bird's beak). The height from the main surface of the P-type silicon substrate 201 to the upper surface of the silicon oxide film cap 212 on the active region 202 is 230
nm, and the sum of the silicon oxide film cap 212 on the field oxide film 205 up to the upper surface is about 370 nm.

【0048】上記N- 型拡散層213a,213bの露
出面は、500nm程度の高さ(膜厚)と1×1019
-3程度の不純物濃度とを有したN+ 型の(単結晶シリ
コン層217a,217bにより、直接に覆われてい
る。単結晶シリコン層217a,217bの高さ(膜
厚)も、少なくともゲート電極211を覆う酸化シリコ
ン膜キャップ212の高さ(370nm程度)より厚く
なければならない。N- 型拡散層213a,213bの
露出面には、70nm程度の(接合の)深さを有したN
+ 型拡散層215a,215bが設けられている。N+
型拡散層215a,215bは、それぞれ単結晶シリコ
ン層217a,217bからの燐の固相拡散により形成
されている。単結晶シリコン層217a,217bは、
フィールド絶縁膜205の上面上に20nm程度の幅で
(フィールド絶縁膜205の上面を直接に覆う姿態を有
して)延在し、酸化シリコン膜キャップ214上端近傍
上に10nm強の幅で(酸化シリコン膜キャップ214
上端部を直接に覆う姿態を有して)延在している。単結
晶シリコン層217a,217bの上面は主としてP型
シリコン基板201の主表面に平行な{100}面から
なり、単結晶シリコン層217a,217bの側面はP
型シリコン基板201の主表面に垂直な{110}面か
らなる。本実施形態でも、単結晶シリコン層217a,
217bの側面と上面との交差部近傍の上面を構成する
ファセットは、概ねフィールド絶縁膜205側の側面と
の交叉部近傍にのみに存在する。
The exposed surfaces of the N -type diffusion layers 213a and 213b have a height (film thickness) of about 500 nm and 1 × 10 19 c
It is directly covered with N + -type (single-crystal silicon layers 217a and 217b) having an impurity concentration of about m −3 . The height (film thickness) of the single-crystal silicon layers 217a and 217b is at least equal to that of the gate. It must be thicker than the height (about 370 nm) of the silicon oxide film cap 212 covering the electrode 211. The exposed surface of the N -type diffusion layers 213a and 213b has an N-type (junction) depth of about 70 nm.
+ Type diffusion layers 215a and 215b are provided. N +
The type diffusion layers 215a and 215b are formed by solid phase diffusion of phosphorus from the single crystal silicon layers 217a and 217b, respectively. The single crystal silicon layers 217a and 217b are
It extends over the upper surface of the field insulating film 205 with a width of about 20 nm (having a form that directly covers the upper surface of the field insulating film 205), and extends over slightly over 10 nm over the vicinity of the upper end of the silicon oxide film cap 214. Silicon film cap 214
(With the appearance of directly covering the upper end). The upper surfaces of the single crystal silicon layers 217a and 217b are mainly composed of {100} planes parallel to the main surface of the P-type silicon substrate 201, and the side surfaces of the single crystal silicon layers 217a and 217b are
It consists of a {110} plane perpendicular to the main surface of mold silicon substrate 201. Also in the present embodiment, the single-crystal silicon layer 217a,
The facet constituting the upper surface in the vicinity of the intersection between the side surface and the upper surface of 217b is present only in the vicinity of the intersection with the side surface on the field insulating film 205 side.

【0049】本実施形態では、ソース・ドレイン領域2
18aは、N- 型拡散層213a、N+ 型拡散層215
a、単結晶シリコン層217a、217bから構成され
ている。ソース・ドレイン領域218bは、N- 型拡散
層213b、N+ 型拡散層215b、及び単結晶シリコ
ン層217bから構成されている。P型シリコン基板2
01の主表面に形成されたNチャネルMOSトランジス
タはゲート酸化膜206、ゲート電極211及びソース
・ドレイン領域218a,218bから構成されてい
る。隣接する単結晶シリコン層217aの間隔、単結晶
シリコン層217aと単結晶シリコン層217bとの間
隔がそれぞれ280nm程度、210nm弱であること
から、隣接するソース・ドレイン領域218aの間、ソ
ース・ドレイン領域218aとソース・ドレイン領域2
18bとの間の絶縁分離は充分に確保されている。
In this embodiment, the source / drain regions 2
18a is an N type diffusion layer 213a, an N + type diffusion layer 215
a, single-crystal silicon layers 217a and 217b. The source / drain region 218b includes an N type diffusion layer 213b, an N + type diffusion layer 215b, and a single crystal silicon layer 217b. P-type silicon substrate 2
The N-channel MOS transistor formed on the main surface of the transistor 01 includes a gate oxide film 206, a gate electrode 211, and source / drain regions 218a and 218b. Since the distance between the adjacent single crystal silicon layers 217a and the distance between the single crystal silicon layers 217a and 217b are about 280 nm and slightly less than 210 nm, respectively, the distance between the adjacent source / drain regions 218a, 218a and source / drain region 2
18b is sufficiently secured.

【0050】NチャネルMOSトランジスタを含めてP
型シリコン基板201は第1の層間絶縁膜219によっ
て覆われている。第1の層間絶縁膜219は、例えばC
VD法による窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜か
らなり、エッチバックにより、単結晶シリコン層217
a,217bの上面及び側面上部のみ露出されている。
第1の層間絶縁膜219及び単結晶シリコン層217
a、217bの表面は、第2の層間絶縁膜221により
覆われている。第2の層間絶縁膜221は、例えばCV
D法による酸化シリコン膜とBPSG腹との積層膜等の
ような酸化シリコン系絶縁膜からなり、CMP等により
平坦化された上面を有している。単結晶シリコン層21
7a,217bの上面上での第2の層間絶縁膜221の
膜厚は例えば300nm程度である。第2の層間絶縁膜
221上には、第2の層間絶縁膜221を貫通して単結
晶シリコン層217aに達するF程度の口径を有したノ
ード・コンタクト孔222が設けられている。ノード・
コンタクト孔222は、例えばN+ 型多結晶シリコン膜
からなるコンタクト・プラグ223により充填されてい
る。第2の層間絶縁膜221の上面上に設けられたスト
レージ・ノード電極224は、例えば膜厚800nm程
度のN+ 型多結晶シリコン膜からなり、コンタクト・フ
ラグ223に直接に接続され、ソース・ドレイン領域2
18aに接続されている。ストレージ・ノード電極23
4の最小間隔及び最小幅はF及びF+2α程度である。
ストレージ・ノード電極224の上面及び側面と第2の
層間絶縁膜221の上面の少なくとも一部は、ONO膜
からなる容量絶縁膜225により直接に覆われている。
容量絶縁膜225の酸化シリコン膜換算膜厚は5nm程
度である。容量絶縁膜225の表面は、例えば膜厚15
0nm程度のN+ 型多結晶シリコン膜からなるセル・プ
レート電極226により直接に覆われている。
P including N channel MOS transistor
The mold silicon substrate 201 is covered with a first interlayer insulating film 219. The first interlayer insulating film 219 is made of, for example, C
A silicon nitride film or a silicon nitride oxide film formed by a VD method;
a, 217b are exposed only on the upper surface and the upper side surface.
First interlayer insulating film 219 and single crystal silicon layer 217
The surfaces of a and 217b are covered with a second interlayer insulating film 221. The second interlayer insulating film 221 is, for example, CV
It is made of a silicon oxide-based insulating film such as a laminated film of a silicon oxide film and a BPSG antinode by the D method, and has an upper surface planarized by CMP or the like. Single crystal silicon layer 21
The film thickness of the second interlayer insulating film 221 on the upper surfaces of 7a and 217b is, for example, about 300 nm. On the second interlayer insulating film 221, a node contact hole 222 having a diameter of about F which penetrates through the second interlayer insulating film 221 and reaches the single crystal silicon layer 217a is provided. node·
The contact hole 222 is filled with a contact plug 223 made of, for example, an N + type polycrystalline silicon film. The storage node electrode 224 provided on the upper surface of the second interlayer insulating film 221 is made of, for example, an N + -type polycrystalline silicon film having a thickness of about 800 nm, is directly connected to the contact flag 223, Area 2
18a. Storage node electrode 23
The minimum interval and minimum width of No. 4 are about F and F + 2α.
At least a part of the upper surface and the side surface of the storage node electrode 224 and the upper surface of the second interlayer insulating film 221 are directly covered with the capacitive insulating film 225 made of the ONO film.
The equivalent silicon oxide film thickness of the capacitor insulating film 225 is about 5 nm. The surface of the capacitor insulating film 225 has a thickness of, for example, 15
It is directly covered with a cell plate electrode 226 made of an N + type polycrystalline silicon film of about 0 nm.

【0051】単結晶シリコン層217bの直上のセル・
プレート電極226には口径400nm程度の開口部2
27が設けられている。セル・プレート電極226を含
めて、第2の層間絶縁膜221は第3の層間絶縁膜23
1により覆われている。第3の層間絶縁膜231も酸化
シリコン系絶縁膜からなり、ストレージ・ノード電極2
24を覆う部分のセル・プレート電極226の上面での
第3の層間絶縁膜231の膜厚は300nm程度であ
り、第3の層間絶縁膜231の上面も平坦化されてい
る。F程度の口径を有するビット・コンタクト孔232
は、開口部227の部分において第3の層間絶縁膜23
1、容量絶縁膜225及び第2の層間絶縁膜221を貫
通して単結晶シリコン層217aに達し、例えばN+
多結晶シリコン膜からなるコンタクト・プラグ233に
より充填されている。第3の層間絶縁膜231の上面上
に設けられたビット線234は、コンタクト・プラグ2
33に直接に接続され、ソース・ドレイン領域218b
に接続されている。ビット線234は例えば膜厚120
nm程度のタングステン・シリサイド膜からなり、ビッ
ト線234の最小線幅及び最小間隔はともにF程度であ
る。ビット線234の表面は例えば酸化シリコン系絶縁
膜からなる表面保護膜241により直接に覆われてい
る。ビット線234直上での表面保護膜241の膜厚は
300nm程度である。
The cell immediately above the single crystal silicon layer 217b
The plate electrode 226 has an opening 2 having a diameter of about 400 nm.
27 are provided. The second interlayer insulating film 221 including the cell plate electrode 226 is
Covered by 1. The third interlayer insulating film 231 is also made of a silicon oxide based insulating film, and
The thickness of the third interlayer insulating film 231 on the upper surface of the cell plate electrode 226 covering the portion 24 is about 300 nm, and the upper surface of the third interlayer insulating film 231 is also flattened. Bit contact hole 232 having a diameter of about F
Is the third interlayer insulating film 23 at the opening 227
1, through the capacitor insulating film 225 and the second interlayer insulating film 221, reach the single crystal silicon layer 217a, and are filled with a contact plug 233 made of, for example, an N + type polycrystalline silicon film. The bit line 234 provided on the upper surface of the third interlayer insulating film 231 is
33, the source / drain region 218b
It is connected to the. The bit line 234 has a thickness of, for example, 120
The bit line 234 is formed of a tungsten silicide film having a thickness of about nm. The surface of the bit line 234 is directly covered with a surface protective film 241 made of, for example, a silicon oxide-based insulating film. The film thickness of the surface protection film 241 immediately above the bit line 234 is about 300 nm.

【0052】図14及び図15のAA線及びCC線での
製造工程の断面模式図である図16乃至図19と図11
乃至図15を参照すると、本実施形態によるDRAM
は、以下のように形成される。
FIG. 16 to FIG. 19 and FIG.
15 to 15, the DRAM according to the present embodiment
Is formed as follows.

【0053】まず、{100}からなる主表面を有し、
50Ω・cm程度の比抵抗からなり、〈110〉方向の
辺からなるオリエンテーション・フラットを有するシリ
コン・ウエハからなるP型シリコン基板201の主表面
には、例えば膜厚15nm程度のパッド酸化膜(図示せ
ず)が形成され、このパッド酸化膜を覆う窒化シリコン
膜(図示せず)が形成される。この窒化シリコン膜の表
面上には、P型シリコン基板201の主表面の活性領域
202直上のみを覆う領域に、フォト・レジスト膜(図
示せず)が形成される。活性領域202はP型シリコン
基板201の主面において(オリエンテーション・フラ
ットに平行及び垂直な)〈110〉方向の辺より区画さ
れてなり、それぞれの活性領域は矩形の姿態を有してP
型シリコン基板201の主表面に規則的に配置されてい
る。このフォト・レジスト膜をマスクにして窒化シリコ
ン膜がパターニングされた後、このフォト・レジスト膜
をマスクにして50keV,5×1012cm-2程度のボ
ロンのイオン注入が行われる。このフォト・レジスト膜
が除去された後、公知の選択酸化が行われる。これによ
り、膜厚300nm程度のLOCOS型のフィールド酸
化膜205と、フィールド酸化膜205の底面に直接接
続されるP- 型拡散層204とが形成される。上記窒化
シリコン膜及びパッド酸化膜が除去された後、活性領域
202の表面には熱酸化により膜厚8.5nm程度のゲ
ート酸化膜206が形成される。
First, it has a main surface of {100},
On a main surface of a P-type silicon substrate 201 made of a silicon wafer having a specific resistance of about 50 Ω · cm and having an orientation flat including sides in the <110> direction, for example, a pad oxide film having a thickness of about 15 nm (see FIG. (Not shown), and a silicon nitride film (not shown) covering this pad oxide film is formed. On the surface of the silicon nitride film, a photoresist film (not shown) is formed in a region that covers only the active region 202 on the main surface of the P-type silicon substrate 201 only. The active region 202 is defined by sides in the <110> direction (parallel and perpendicular to the orientation flat) on the main surface of the P-type silicon substrate 201, and each active region has a rectangular shape and has a rectangular shape.
It is regularly arranged on the main surface of the mold silicon substrate 201. After the silicon nitride film is patterned using the photoresist film as a mask, boron ions of 50 keV and about 5 × 10 12 cm −2 are implanted using the photoresist film as a mask. After the removal of the photo-resist film, known selective oxidation is performed. As a result, a LOCOS type field oxide film 205 having a thickness of about 300 nm and a P type diffusion layer 204 directly connected to the bottom surface of the field oxide film 205 are formed. After the silicon nitride film and the pad oxide film are removed, a gate oxide film 206 having a thickness of about 8.5 nm is formed on the surface of the active region 202 by thermal oxidation.

【0054】次に、全面に膜厚50nm程度のN+ 型多
結晶シリコン膜(図に明示せず)が形成され、さらに全
面に膜厚100nm程度のタングステン・シリサイド膜
(図に明示せず)が形成される。さらにまたCVD法に
より、全面に膜厚100nm程度の酸化シリコン膜が形
成される。これらの酸化シリコン膜、タングステン・シ
リサイド膜及びN+ 型多結晶シリコン膜が順次異方性エ
ッチングによりパターニングされ、タングステン・ポリ
サイド膜からなる膜厚150nm程度のゲート電極21
1とゲート電極211の上面を選択的に覆う(膜厚10
0nm程度の)酸化シリコン膜キャップ212とが形成
される。フィールド酸化膜205及びゲート電極211
に自己整合的に、活性領域202の表面にN- 型拡散層
213a,213bが形成される。N- 型拡散層213
a,213bの接合の深さは100nm程度である。隣
接するN- 型拡散層213aの間隔はF程度であり、N
-型拡散層213aとN- 型拡散層213bとの間隔は
F程度である。膜厚50nm程度の酸化シリコン膜がC
VDにより全面に形成され、異方性エッチングによるエ
ッチ・バックが行なわれ、酸化シリコン膜スペーサ21
5が形成される。このエッチ・バックにおいて、酸化シ
リコン膜キャップ212もエッチングに曝されることに
なり、酸化シリコン膜キャップ212の膜厚は70nm
程度になる。また、酸化シリコン膜スペーサ215及び
フィールド酸化膜205に自己整合的に、N- 型拡散層
213a,213bの表面のゲート酸化膜206が除去
されて(同時にフィールド絶縁膜205を膜厚のこれら
ゲート電極211,酸化シリコン膜スペーサ214に覆
われていない部分が30nm程度薄くなり)、これらの
部分のN- 型拡散層213a,213bの表面が露出さ
れる〔図11乃至図15、図16(a)、図18
(a)〕。
Next, an N + -type polycrystalline silicon film (not shown in the figure) having a thickness of about 50 nm is formed on the entire surface, and a tungsten silicide film (not shown in the figure) having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface. Is formed. Further, a silicon oxide film having a thickness of about 100 nm is formed on the entire surface by the CVD method. The silicon oxide film, the tungsten silicide film and the N + -type polycrystalline silicon film are sequentially patterned by anisotropic etching, and a gate electrode 21 of a tungsten polycide film having a thickness of about 150 nm is formed.
1 and the upper surface of the gate electrode 211 (film thickness 10
A silicon oxide film cap 212 (of about 0 nm) is formed. Field oxide film 205 and gate electrode 211
N -type diffusion layers 213a and 213b are formed on the surface of active region 202 in a self-aligned manner. N - type diffusion layer 213
The depth of the junction between a and 213b is about 100 nm. The interval between adjacent N -type diffusion layers 213a is about F,
The distance between the type diffusion layer 213a and the N type diffusion layer 213b is about F. A silicon oxide film with a thickness of about 50 nm is C
VD is formed on the entire surface, etched back by anisotropic etching, and the silicon oxide film spacer 21 is formed.
5 are formed. In this etch back, the silicon oxide film cap 212 is also exposed to etching, and the silicon oxide film cap 212 has a thickness of 70 nm.
About. In addition, the gate oxide film 206 on the surface of the N -type diffusion layers 213 a and 213 b is removed in a self-aligned manner with the silicon oxide film spacer 215 and the field oxide film 205 (at the same time, the field insulating film 205 is formed to have a thickness equal to that of the gate electrode). 211, portions not covered by the silicon oxide film spacer 214 are thinned by about 30 nm), and the surfaces of the N -type diffusion layers 213a and 213b are exposed in these portions [FIGS. 11 to 15 and 16 (a)]. , FIG.
(A)].

【0055】次に、上記第1実施形態と同様の方法によ
り、UHV−CVDを用いてまずN- 型拡散層213
a,213bの露出面に形成された自然酸化膜が除去さ
れた後、例えば625℃の温度,1×10-2Pa程度の
圧力、2.0sccm程度の流量のジ・シランと0.2
sccm程度の流量の(1%のホスフィンが水素により
希釈されてなる)ドーピング・ガスとによる異方性選択
エピタキシャル成長によって、N- 型拡散層213a,
213bの上記露出面に自己整合的に高さ(膜厚)が4
00nm程度のN+ 型の(第1のシリコン層である)単
結晶シリコン層216a,216bが形成され、N-
拡散層213a,213bの露出した表面には(接合
の)深さ70nm程度のN+ 型拡散層215a,215
bが形成される。〔図11乃至図15、図16(b)、
図18(b)〕。
Next, in the same manner as in the first embodiment, first, the N type diffusion layer 213 is formed using UHV-CVD.
After the native oxide film formed on the exposed surfaces of the a and 213b is removed, for example, disilane with a temperature of 625 ° C., a pressure of about 1 × 10 −2 Pa, a flow rate of about 2.0 sccm and 0.2
Anisotropic selective epitaxial growth with a doping gas at a flow rate of about sccm (1% phosphine diluted with hydrogen) allows the N -type diffusion layer 213a,
The height (film thickness) is 4 in a self-aligned manner with the exposed surface of 213b.
N + -type (first silicon layer) single crystal silicon layers 216 a and 216 b of about 00 nm are formed, and the exposed surfaces of the N -type diffusion layers 213 a and 213 b have a (junction) depth of about 70 nm. N + type diffusion layers 215a, 215
b is formed. [FIGS. 11 to 15, FIG. 16 (b),
FIG. 18 (b)].

【0056】本実施形態においても上記第1実施形態と
同様に、単結晶シリコン層の上記異方性選択エピタキシ
ャル成長法は、500℃〜800℃の範囲の成長温度、
10-3Pa、5×10-2Paの範囲の圧力で行なうこと
が好ましい。また、原料ガスとしてジ・シランの代りに
モノ・シランを用いても単結晶シリコン層の異方性選択
エピタキシャル成長は可能であるが、このときの成長温
度はジ・シランを用いる場合より80℃〜100℃程度
高温側にシフトする。
In this embodiment, as in the first embodiment, the anisotropic selective epitaxial growth of the single crystal silicon layer is performed at a growth temperature in the range of 500 ° C. to 800 ° C.
It is preferable to carry out at a pressure in the range of 10 −3 Pa and 5 × 10 −2 Pa. Further, even when monosilane is used as a source gas instead of disilane, anisotropic selective epitaxial growth of a single crystal silicon layer is possible, but the growth temperature at this time is 80 ° C. or higher than when disilane is used. The temperature shifts to a high temperature side of about 100 ° C.

【0057】次に、膜厚300nmの酸化窒化シリコン
膜219をCVD法で堆積する。〔図11乃至図15、
図16(c)、図18(c)〕。
Next, a silicon oxynitride film 219 having a thickness of 300 nm is deposited by a CVD method. [FIGS. 11 to 15,
16 (c) and 18 (c)].

【0058】エッチバックにより酸化窒化シリコン膜2
19のみをエッチングして、前記単結晶シリコン層21
6a、216bの少なくとも上面を露出させ、酸化シリ
コン膜キャップ212が露出しない程度までエッチバッ
クを行う。〔図11乃至図15、図17(d)、図19
(d)〕。
The silicon oxynitride film 2 is etched back.
19, the single crystal silicon layer 21 is etched.
Etchback is performed until at least the upper surfaces of 6a and 216b are exposed and the silicon oxide film cap 212 is not exposed. [FIGS. 11 to 15, FIG. 17 (d), FIG.
(D)].

【0059】その後、例えば酸化シリコン膜の形成、B
PSG膜の形成、BPSG膜のリフロー、CMP等が行
なわれ、平坦な上面を有する酸化シリコン系絶縁膜から
なる第2の層間絶縁膜221が形成される。第2の層間
絶縁膜221を貫通して単結晶シリコン層217aの上
面に達するノード・コンタクト孔222が形成される。
ノード・コンタクト孔222の口径は0.25μm(=
F)程度であり、フォト・リソグラフィ工程においてア
ライメントずれが大きくてノード・コンタクト孔222
の底部は単結晶シリコン層217aの上面からはみ出し
ても、第1実施形態と同様、第1の層間絶縁膜220が
エッチストッパとなる。〔図11乃至図15、図17
(e)、図19(e)〕。
Thereafter, for example, formation of a silicon oxide film, B
The formation of the PSG film, the reflow of the BPSG film, the CMP, and the like are performed, and the second interlayer insulating film 221 made of a silicon oxide-based insulating film having a flat upper surface is formed. A node / contact hole 222 penetrating through second interlayer insulating film 221 and reaching the upper surface of single crystal silicon layer 217a is formed.
The diameter of the node contact hole 222 is 0.25 μm (=
F), the alignment deviation is large in the photolithography process, and the node contact hole 222
Even if the bottom of the first interlayer insulating film 220 protrudes from the upper surface of the single crystal silicon layer 217a, the first interlayer insulating film 220 functions as an etch stopper as in the first embodiment. [FIGS. 11 to 15, 17
(E), FIG. 19 (e)].

【0060】次に、例えばN+ 型多結晶シリコン膜等の
導電体膜からなるコンタクト・プラグ223により、ノ
ード・コンタクト孔222が充填される。全面に膜厚8
00nm程度のN+ 型多結晶シリコンが形成され、これ
がパターニングされてストレージ・ノード電極224が
形成される。なお、ストレージ・ノード電極224とコ
ンタクト・プラグ223とは同一のN+ 型多結晶シリコ
ン膜により構成し、一回のパターニングにより形成して
もよい。例えばONO膜からなる容量絶縁膜135が形
成され、例えば膜厚150nmのN+ 型多結晶シリコン
膜からなるセル・プレート電極226が形成される。異
方性エッチングにより、単結晶シリコン層217bの直
上のセル・プレート電極226には口径400nm程度
の開口部227が形成される。続いて、平坦な上面を有
する酸化シリコン系絶縁膜からなる第3の層間絶縁膜2
31が形成される。開口部227が形成された部分にお
いて第3の層間絶縁膜231、容量絶縁膜225及び第
2の層間絶縁膜221を貫通し、単結晶シリコン層21
7bの上面に達するビット・コンタクト孔232が形成
される。ビット・コンタクト孔232の口径もF程度で
あり、フォト・リソグラフィ工程においてアライメント
ずれが大きくなって、ビット・コンタクト孔232の底
部は単結晶シリコン層217bの上面からはみ出して
も、第1の層間絶縁膜220がエッチストッパとしての
役割を果たす。〔図11乃至図15、図17(f)、図
19(f)〕。
Next, the node contact hole 222 is filled with a contact plug 223 made of a conductor film such as an N + type polycrystalline silicon film. 8 film thickness over the entire surface
N + type polysilicon of about 00 nm is formed, which is patterned to form a storage node electrode 224. Note that the storage node electrode 224 and the contact plug 223 may be formed of the same N + -type polycrystalline silicon film, and may be formed by one-time patterning. For example, a capacity insulating film 135 made of an ONO film is formed, and a cell plate electrode 226 made of, for example, a 150 nm-thick N + -type polycrystalline silicon film is formed. An opening 227 having a diameter of about 400 nm is formed in the cell plate electrode 226 immediately above the single crystal silicon layer 217b by anisotropic etching. Subsequently, a third interlayer insulating film 2 made of a silicon oxide based insulating film having a flat upper surface
31 are formed. The portion where the opening 227 is formed penetrates through the third interlayer insulating film 231, the capacitor insulating film 225, and the second interlayer insulating film 221, and
A bit contact hole 232 reaching the upper surface of 7b is formed. The diameter of the bit contact hole 232 is also about F, and the misalignment becomes large in the photolithography process. The film 220 functions as an etch stopper. [FIGS. 11 to 15, 17 (f), 19 (f)].

【0061】その後、例えばN+ 型多結晶シリコン膜等
の導電体膜からなるコンタクト・プラグ223により、
ビット・コンタクト孔232が充填される。例えばスパ
ッタリングにより膜厚120nm程度のタングステン・
シリサイド膜等からなる導電体膜が形成され、この導電
体膜がパターニングされてビット線234が形成され
る。さらに表面保護膜241が形成され、本実施形態に
よるDRAMが完成する。〔図11乃至図15〕。
Thereafter, a contact plug 223 made of a conductor film such as an N + -type polycrystalline silicon film is used.
The bit contact hole 232 is filled. For example, a tungsten film having a thickness of about 120 nm is formed by sputtering.
A conductor film made of a silicide film or the like is formed, and the conductor film is patterned to form a bit line 234. Further, a surface protection film 241 is formed, and the DRAM according to the present embodiment is completed. [FIGS. 11 to 15].

【0062】なお、COB構造のDRAMに上記第2実
施形態を適用することは容易である。また、((効果の
減少は別として)上記第2実施形態を適用した)通常の
スタック構造のDRAMに対して、(トレンチ構造を含
んでなる素子分離構造を採用する)上記第1実施形態を
適用することも可能である。また、上記第1及び第2実
施形態はそれぞれNチャネルMOSトランジスタに関す
るものであるが、第1及び第2実施形態をPチャネルM
OSトランジスタに適用することも可能である。
It is easy to apply the second embodiment to a DRAM having a COB structure. Further, the first embodiment (using an element isolation structure including a trench structure) is compared with a normal stacked DRAM (to which the second embodiment is applied (aside from the reduction of the effect)). It is also possible to apply. Although the first and second embodiments relate to an N-channel MOS transistor, respectively,
It is also possible to apply to an OS transistor.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ゲ
ート電極を覆う絶縁膜に隣接して半導体基板上に単結晶
半導体層が形成され、ゲート電極を覆う絶縁膜上に第1
の層間絶縁膜が形成され、第1の層間絶縁膜及び単結晶
半導体層上に第1の層間絶縁膜と異なるエッチャントを
有する材質からなる第2の層間絶縁膜が形成されている
ことにより、第2の層間絶縁膜をエッチングして単結晶
半導体層の上面に達するコンタクト孔を形成する際に、
第1の層間絶縁膜をエッチングストッパとして利用でき
る。したがって、コンタクト孔を形成する際に、マスク
・アライメントのずれがあっても第1の層間絶縁膜の下
に存在する絶縁膜等を損傷することがないので、コンタ
クト孔を介して設けられた配線とゲート電極等との間の
リーク電流及び短絡を防止できる。また、単結晶半導体
層を厚くする必要がないので、後工程に支障を来たすこ
ともない。
As described above, according to the present invention, a single crystal semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate adjacent to an insulating film covering a gate electrode, and a first crystal semiconductor layer is formed on the insulating film covering the gate electrode.
Is formed, and a second interlayer insulating film made of a material having an etchant different from that of the first interlayer insulating film is formed over the first interlayer insulating film and the single crystal semiconductor layer. When the contact hole reaching the upper surface of the single crystal semiconductor layer is formed by etching the second interlayer insulating film,
The first interlayer insulating film can be used as an etching stopper. Therefore, when the contact hole is formed, even if there is a misalignment of the mask, the insulating film and the like existing under the first interlayer insulating film are not damaged. Current and short circuit between the gate electrode and the gate electrode and the like can be prevented. Further, since there is no need to increase the thickness of the single crystal semiconductor layer, there is no hindrance to the subsequent steps.

【0064】より具体的に言えば、逆導電型拡散層とこ
れら逆導電型拡散層の表面上に自己整合的に設けられた
コンタクト・パッドとして機能する逆導電型の単結晶シ
リコン層とを含んでなるソース・ドレイン領域を有し、
主表面が{100}からなる一導電型シリコン基板に設
けられた逆導電型チャネルのMOSトランジスタにおい
て、ゲート電極の上面を選択的に直接に覆う酸化シリコ
ン膜キャップが設けられ、ゲート電極及び酸化シリコン
膜スペーサの側面を直接に覆う酸化シリコン膜スペーサ
を設けられている。さらに、酸化シリコン膜スペーサに
自己整合的な逆導電型拡散層の表面に直接に接続される
逆導電型の単結晶シリコン層が設けられ、単結晶シリコ
ン層と逆導電型拡散層とからソース・ドレイン領域が構
成され、単結晶シリコン層がコンタクト・パッドとして
機能している。単結晶シリコン層は異方性選択エピタキ
シャル成長法により形成される。酸化シリコン膜キャッ
プより高さの高い単結晶シリコン層を除いて窒化シリコ
ン膜又は酸化窒化シリコン膜からなる第1の層間絶縁膜
が表面を被覆している。その結果、本発明の採用により
コンタクト孔を介してこれらのソース・ドレイン領域に
接続される配線とゲート電極又は基板との間のリーク電
流及び短絡が抑制しやすく、後工程に支障をきたさない
現実的な高さの単結晶シリコン層を有してなることが可
能になる。
More specifically, it includes a reverse conductivity type diffusion layer and a reverse conductivity type single crystal silicon layer functioning as a contact pad provided in a self-aligned manner on the surface of the reverse conductivity type diffusion layer. Having a source / drain region of
In a MOS transistor of a reverse conductivity type provided on a one conductivity type silicon substrate having a main surface of {100}, a silicon oxide film cap for selectively directly covering an upper surface of a gate electrode is provided, and a gate electrode and a silicon oxide A silicon oxide film spacer that directly covers the side surface of the film spacer is provided. Further, a reverse conductivity type single crystal silicon layer directly connected to the surface of the self-aligned reverse conductivity type diffusion layer is provided on the silicon oxide film spacer. A drain region is formed, and the single crystal silicon layer functions as a contact pad. The single crystal silicon layer is formed by an anisotropic selective epitaxial growth method. Except for the single crystal silicon layer which is higher than the silicon oxide film cap, a first interlayer insulating film made of a silicon nitride film or a silicon oxynitride film covers the surface. As a result, by employing the present invention, it is easy to suppress a leak current and a short circuit between a wiring connected to these source / drain regions via the contact holes and a gate electrode or a substrate, and it is difficult to prevent a subsequent process. It is possible to have a single-crystal silicon layer of an optimum height.

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

【図1】本発明の第1実施形態を示す図5及び図6にお
けるAA線での断面模式図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIGS. 5 and 6 showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態を示す図5及び図6にお
けるBB線での断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIGS. 5 and 6 showing the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施形態を示す図5及び図6にお
けるCC線での断面模式図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line CC in FIGS. 5 and 6, showing the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施形態を示す図5及び図6にお
けるDD線での断面模式図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line DD in FIGS. 5 and 6, showing the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施形態を示す平面模式図であ
り、活性領域とワード線を兼ねるゲート電極と単結晶シ
リコン層との位置関係を示す。
FIG. 5 is a schematic plan view showing the first embodiment of the present invention, and shows a positional relationship between an active region, a gate electrode serving also as a word line, and a single crystal silicon layer.

【図6】本発明の第1実施形態を示す平面模式図であ
り、ゲート電極及び単結晶シリコン層とビット線とスト
レージ・ノード電極との位置関係を示す。
FIG. 6 is a schematic plan view showing the first embodiment of the present invention, showing a positional relationship among a gate electrode, a single crystal silicon layer, a bit line, and a storage node electrode.

【図7】本発明の第1実施形態を示す図5及び図6にお
けるAA線での製造工程の断面模式図であり、図7
(a)、図7(b)、図7(c)の順に工程が進行す
る。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the manufacturing process along the line AA in FIGS. 5 and 6 showing the first embodiment of the present invention.
The process proceeds in the order of (a), FIG. 7 (b), and FIG. 7 (c).

【図8】本発明の第1実施形態を示す図5及び図6にお
けるAA線での製造工程の断面模式図であり、図8
(d)、図8(e)、図8(f)の順に工程が進行す
る。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the manufacturing process along the line AA in FIGS. 5 and 6 showing the first embodiment of the present invention.
The process proceeds in the order of (d), FIG. 8 (e), and FIG. 8 (f).

【図9】本発明の第1実施形態を示す図5及び図6にお
けるCC線での製造工程の断面模式図であり、図9
(a)、図9(b)、図9(c)の順に工程が進行す
る。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing step taken along line CC in FIGS. 5 and 6 showing the first embodiment of the present invention.
The process proceeds in the order of (a), FIG. 9 (b), and FIG. 9 (c).

【図10】本発明の第1実施形態を示す図5及び図6に
おけるCC線での製造工程の断面模式図であり、図10
(d)、図10(e)、図10(f)の順に工程が進行
する。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing step taken along line CC in FIGS. 5 and 6 showing the first embodiment of the present invention.
The steps proceed in the order of (d), FIG. 10 (e), and FIG. 10 (f).

【図11】本発明の第2実施形態を示す図14及び図1
5におけるAA線での断面模式図である。
FIG. 14 and FIG. 1 show a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view taken along line AA in FIG.

【図12】本発明の第2実施形態を示す図14及び図1
5におけるBB線での断面模式図である。
FIG. 14 and FIG. 1 show a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view taken along line BB in FIG.

【図13】本発明の第2実施形態を示す図14及び図1
5におけるCC線での断面模式図である。
FIGS. 14 and 1 show a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line CC of FIG.

【図14】本発明の第2実施形態を示す平面模式図であ
り、活性領域とワード線を兼ねるゲート電極と単結晶シ
リコン層との位置関係を示す。
FIG. 14 is a schematic plan view showing a second embodiment of the present invention, and shows a positional relationship between an active region, a gate electrode serving also as a word line, and a single-crystal silicon layer.

【図15】本発明の第2実施形態を示す平面模式図であ
り、ゲート電極及び単結晶シリコン層とビット線とスト
レージ・ノード電極との位置関係を示す。
FIG. 15 is a schematic plan view illustrating a second embodiment of the present invention, and illustrates a positional relationship among a gate electrode, a single crystal silicon layer, a bit line, and a storage node electrode.

【図16】本発明の第2実施形態を示す図14及び図1
5におけるAA線での製造工程の断面模式図であり、図
16(a)、図16(b)、図16(c)の順に工程が
進行する。
FIG. 16 and FIG. 1 show a second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of the manufacturing process taken along the line AA in FIG. 5, and the process proceeds in the order of FIG. 16 (a), FIG. 16 (b), and FIG.

【図17】本発明の第2実施形態を示す図14及び図1
5におけるAA線での製造工程の断面模式図であり、図
17(d)、図17(e)、図17(f)の順に工程が
進行する。
FIGS. 14 and 1 show a second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of the manufacturing process taken along line AA in FIG. 5, and the process proceeds in the order of FIG. 17D, FIG. 17E, and FIG.

【図18】本発明の第2実施形態を示す図14及び図1
5におけるCC線での製造工程の断面模式図であり、図
18(a)、図18(b)、図18(c)の順に工程が
進行する。
FIGS. 14 and 1 show a second embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing step taken along line CC in FIG. 5, and the steps proceed in the order of FIG. 18A, FIG. 18B, and FIG.

【図19】本発明の第2実施形態を示す図14及び図1
5におけるCC線での製造工程の断面模式図であり、図
19(d)、図19(e)、図19(f)の順に工程が
進行する。
FIGS. 14 and 1 show a second embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of the manufacturing process taken along the line CC in FIG. 5, and the process proceeds in the order of FIG. 19D, FIG. 19E, and FIG.

【図20】従来技術を示す平面模式図であり、活性領域
とワード線を兼ねるゲート電極と単結晶シリコン層との
位置関係を示す。
FIG. 20 is a schematic plan view showing a conventional technique, showing a positional relationship between an active region, a gate electrode serving also as a word line, and a single-crystal silicon layer.

【図21】従来技術を示す平面模式図であり、ゲート電
極及び単結晶シリコン層とビット線とストレージ・ノー
ド電極との位置関係を示す。
FIG. 21 is a schematic plan view showing a conventional technique, showing a positional relationship among a gate electrode, a single crystal silicon layer, a bit line, and a storage node electrode.

【図22】従来技術を示す図20及び図21におけるA
A線での断面模式図である。
FIG. 22 shows A in FIGS. 20 and 21 showing the prior art.
FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line A.

【図23】従来技術を示す図20及び図21におけるB
B線での断面模式図である。
FIG. 23 shows B in FIGS. 20 and 21 showing the prior art.
FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line B.

【図24】従来技術を示す図20及び図21におけるC
C線での断面模式図である。
FIG. 24 is a diagram showing a conventional technique;
It is a cross section schematic diagram in the C line.

【図25】従来技術のゲート電極に対する問題点を説明
するための断面模式図である。
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view for explaining a problem with a conventional gate electrode.

【図26】従来技術の基板に対する問題点を説明するた
めの断面模式図である。
FIG. 26 is a schematic cross-sectional view for explaining a problem with a conventional substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301 P型シリコン基板 102,202,302 活性領域 104,204,304 P- 型拡散層 105 フィールド絶縁膜 106,206,306 ゲート酸化膜 111,211,311 ゲート電極 112,212,312 酸化シリコン膜キャップ 113a,113b,213a,213b,313a,
313b N- 型拡散層 114,214,314 酸化シリコン膜スペーサ 115a,115b,215a,215b,315a,
315b N+ 型拡散層 116a,116b,117a,117b,216a,
216b,217a, 217b,316a1,316b 単結晶シリコン層 118a,118b,218a,218b,318a,
318b ソース・ドレイン領域 119、120,219,220 第1の層間絶縁膜 121,221,321 第2の層間絶縁膜 131,231,331 第3の層間絶縁膜 122,232,322 ビット・コンタクト孔 123,133,223,233,323,333 コ
ンタクト・プラグ 124,234,324 ビット線 132,222,332 ノード・コンタクト孔 134,224,334 ストレージ・ノード電極 135,225,335 容量絶縁膜 136,226,336 セル・プレート電極 141,241,341 表面保護膜 203 溝 205、305 フィールド酸化膜 227 開口部
101, 201, 301 P-type silicon substrate 102, 202, 302 Active region 104, 204, 304 P - type diffusion layer 105 Field insulating film 106, 206, 306 Gate oxide film 111, 211, 311 Gate electrode 112, 212, 312 Silicon oxide film caps 113a, 113b, 213a, 213b, 313a,
313b N - type diffusion layers 114, 214, 314 Silicon oxide film spacers 115a, 115b, 215a, 215b, 315a,
315b N + type diffusion layers 116a, 116b, 117a, 117b, 216a,
216b, 217a, 217b, 316a1, 316b Single-crystal silicon layers 118a, 118b, 218a, 218b, 318a,
318b Source / drain region 119, 120, 219, 220 First interlayer insulating film 121, 221, 321 Second interlayer insulating film 131, 231, 331 Third interlayer insulating film 122, 232, 322 Bit contact hole 123 , 133, 223, 233, 323, 333 Contact plug 124, 234, 324 Bit line 132, 222, 332 Node contact hole 134, 224, 334 Storage node electrode 135, 225, 335 Capacitive insulating film 136, 226 336 Cell / plate electrode 141, 241, 341 Surface protective film 203 Groove 205, 305 Field oxide film 227 Opening

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768 H01L 27/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21/3205-21/3213 H01L 21/768 H01L 27/10

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板の表面に設けられた〈11
0〉方向の辺により区画された活性領域と、この活性領
域を囲んで前記シリコン基板の表面の素子分離領域に設
けられた溝と、この溝を充填するフィールド絶縁膜と、
前記活性領域の表面に設けられたゲート酸化膜を介して
当該活性領域の表面上を〈110〉方向に横断するゲー
ト電極と、このゲート電極の上面を直接に覆う酸化シリ
コン膜キャップと、この酸化シリコン膜キャップ及び前
記ゲート電極の側面を直接に覆う酸化シリコン膜スペー
サと、前記ゲート電極及び前記フィールド酸化膜に自己
整合的に前記活性領域の表面に設けられた逆導電型拡散
層と、前記酸化シリコン膜スペーサ及び前記フィールド
酸化膜に自己整合的な前記逆導電型拡散層の表面を直接
に覆うとともに{110}面からなる側面及び主たる面
が{100}面からなる上面を有した逆導電型の単結晶
シリコン層からなる逆導電型のソース・ドレイン領域
と、前記フィールド酸化膜、前記酸化シリコン膜キャッ
プ及び前記酸化シリコン膜スペーサを覆い前記単結晶シ
リコン層の上面が露出するように堆積された第1の層間
絶縁膜と、この第1の層間絶縁膜及び前記単結晶シリコ
ン層を覆うとともに当該第1の層間絶縁膜と材質の異な
る第2の層間絶縁膜と、この第2の層間絶縁膜に設けら
れるとともに前記単結晶シリコン層の上面に達するコン
タクト孔と、このコンタクト孔を介して前記ソース・ド
レイン領域に接続される配線とを備えた半導体装置。
1. The semiconductor device according to claim 1, wherein the surface of the silicon substrate has a structure of <11.
An active region defined by sides in the <0> direction, a groove provided in the element isolation region on the surface of the silicon substrate surrounding the active region, and a field insulating film filling the groove.
A gate electrode traversing the surface of the active region in the <110> direction via a gate oxide film provided on the surface of the active region, a silicon oxide film cap that directly covers the upper surface of the gate electrode, A silicon oxide film spacer directly covering a side surface of the silicon film cap and the gate electrode; a reverse conductivity type diffusion layer provided on the surface of the active region in a self-aligned manner with the gate electrode and the field oxide film; A reverse conductivity type directly covering the surface of the reverse conductivity type diffusion layer which is self-aligned with the silicon film spacer and the field oxide film, and having a side surface composed of {110} surface and a top surface composed mainly of {100} surface. A source / drain region of the opposite conductivity type comprising a single crystal silicon layer of A first interlayer insulating film deposited so as to cover the insulating film spacer and to expose the upper surface of the single crystal silicon layer, and to cover the first interlayer insulating film and the single crystal silicon layer and to cover the first interlayer insulating film. A second interlayer insulating film of a different material from the film, a contact hole provided in the second interlayer insulating film and reaching the upper surface of the single crystal silicon layer, and connected to the source / drain region via the contact hole Semiconductor device comprising a wiring to be formed.
【請求項2】 主表面が{100}からなる一導電型の
シリコン基板の表面に設けられた〈110〉方向の辺に
より区画された活性領域と、この活性領域を囲んで前記
シリコン基板の表面の素子分離領域に設けられたLOC
OS型のフィールド酸化膜と、前記活性領域の表面に設
けられたゲート酸化膜を介して当該活性領域の表面上を
〈110〉方向に横断するゲート電極と、このゲート電
極の上面を直接に覆う酸化シリコン膜キャップと、この
酸化シリコン膜キャップ及び前記ゲート電極の側面を直
接に覆う酸化シリコン膜スペーサと、前記ゲート電極及
び前記フィールド酸化膜に自己整合的に前記活性領域の
表面に設けられた逆導電型拡散層と、前記酸化シリコン
膜スペーサ及び前記フィールド酸化膜に自己整合的な前
記逆導電型拡散層の表面を直接に覆うとともに{11
0}面からなる側面及び主たる面が{100}面からな
る上面を有した逆導電型の単結晶シリコン層からなる逆
導電型のソース・ドレイン領域と前記フィールド酸化
膜、前記酸化シリコン膜キャップ及び前記酸化シリコン
膜スペーサを覆い前記単結晶シリコン層の表面及び側面
の上部が露出するように堆積された第1の層間絶縁膜
と、この第1の層間絶縁膜及び前記単結晶シリコン層を
覆うとともに当該第1の層間絶縁膜と材質の異なる第2
の層間絶縁膜と、この第2の層間絶縁膜に設けられると
ともに前記単結晶シリコン層の上面に達するコンタクト
孔と、このコンタクト孔を介して前記ソース・ドレイン
領域に接続される配線とを備えた半導体装置。
2. An active region defined by a side in the <110> direction provided on a surface of a silicon substrate of one conductivity type having a main surface of {100}, and a surface of the silicon substrate surrounding the active region. LOC provided in the element isolation region of
An OS type field oxide film, a gate electrode traversing the surface of the active region in the <110> direction via a gate oxide film provided on the surface of the active region, and directly covering the upper surface of the gate electrode A silicon oxide film cap, a silicon oxide film spacer directly covering the side surfaces of the silicon oxide film cap and the gate electrode, and a reverse provided on the surface of the active region in self-alignment with the gate electrode and the field oxide film. And directly covering the surface of the conductivity type diffusion layer and the surface of the reverse conductivity type diffusion layer which is self-aligned with the silicon oxide film spacer and the field oxide film.
A source / drain region of reverse conductivity type comprising a reverse conductivity type single crystal silicon layer having a side surface composed of a {0} plane and an upper surface composed mainly of a {100} plane; the field oxide film; the silicon oxide film cap; A first interlayer insulating film which covers the silicon oxide film spacer and is deposited so as to expose the surface and upper portions of the side surfaces of the single crystal silicon layer; A second material having a different material from the first interlayer insulating film.
And a contact hole provided in the second interlayer insulating film and reaching the upper surface of the single crystal silicon layer, and a wiring connected to the source / drain region through the contact hole. Semiconductor device.
【請求項3】 前記第1の層間絶縁膜が窒化シリコン膜
又は窒化酸化シリコン膜からなり、前記第2の層間絶縁
膜が酸化シリコン膜又はリン若しくはホウ素を含む酸化
シリコン膜からなる、請求項1又は2記載の半導体装
置。
Wherein consists the first interlayer insulating film is a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film, the second interlayer insulating film made of a silicon oxide film containing silicon film or phosphorus or boron oxide, claim 1 Or the semiconductor device according to 2 .
【請求項4】 前記ゲート電極の最小間隔と前記コンタ
クト孔の最小口径とが等しい、請求項1又は2記載の半
導体装置。
Wherein said the minimum diameter of the smallest distance between the contact hole of the gate electrode are equal, the semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein.
【請求項5】 前記フィールド絶縁膜によって区画され
た前記活性領域の最小幅と前記コンタクト孔の最小口径
とが等しい、請求項1又は2記載の半導体装置。
Wherein said field insulation equal to the minimum diameter of the contact hole and the minimum width of the active areas sectioned by the film, a semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein.
【請求項6】 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、
このゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、このゲート
電極の上面及び側面を絶縁膜で被覆し、このゲート電極
を覆う絶縁膜に隣接して前記半導体基板上に単結晶半導
体層を形成し、前記ゲート電極を覆う絶縁膜上に第1の
層間絶縁膜を形成し、この第1の層間絶縁膜及び前記単
結晶半導体層上に当該第1の層間絶縁膜と異なるエッチ
ャントを有する材質からなる第2の層間絶縁膜を形成
し、この第2の層間絶縁膜に前記単結晶半導体層の上面
に達するコンタクト孔を穿設し、このコンタクト孔を介
して前記単結晶半導体層に配線を接続する、半導体装置
の製造方法。
6. A method for forming a gate insulating film on a semiconductor substrate,
Forming a gate electrode on the gate insulating film, covering an upper surface and side surfaces of the gate electrode with an insulating film, forming a single crystal semiconductor layer on the semiconductor substrate adjacent to the insulating film covering the gate electrode; Forming a first interlayer insulating film on the insulating film covering the gate electrode; and forming a first interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the single crystal semiconductor layer using a material having an etchant different from the first interlayer insulating film. A second interlayer insulating film, a contact hole reaching the upper surface of the single crystal semiconductor layer is formed in the second interlayer insulating film, and a wiring is connected to the single crystal semiconductor layer through the contact hole. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項7】 シリコン基板上にゲートシリコン酸化膜
を形成し、このゲートシリコン酸化膜上にゲート電極を
形成し、このゲート電極の上面及び側面をシリコン酸化
膜で被覆し、このゲート電極を覆うシリコン酸化膜に隣
接して前記シリコン基板上に単結晶シリコン層を形成
し、前記ゲート電極を覆うシリコン酸化膜上にシリコン
窒化膜を形成し、このシリコン窒化膜及び前記単結晶シ
リコン層上にシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸
化膜に前記単結晶シリコン層の上面に達するコンタクト
孔を穿設し、このコンタクト孔を介して前記単結晶シリ
コン層に配線を接続する、半導体装置の製造方法。
7. A gate silicon oxide film is formed on a silicon substrate, a gate electrode is formed on the gate silicon oxide film, an upper surface and side surfaces of the gate electrode are covered with a silicon oxide film, and the gate electrode is covered. Forming a single crystal silicon layer on the silicon substrate adjacent to the silicon oxide film, forming a silicon nitride film on the silicon oxide film covering the gate electrode, and forming a silicon on the silicon nitride film and the single crystal silicon layer; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an oxide film; forming a contact hole in the silicon oxide film to reach an upper surface of the single crystal silicon layer; and connecting a wiring to the single crystal silicon layer through the contact hole.
【請求項8】 主表面が{100}からなる一導電型の
シリコン基板の表面における〈110〉方向の辺により
区画された活性領域を囲む素子分離領域に溝を形成し、
全面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜を前記溝内にのみ残
置してフィールド絶縁膜を形成する工程と、 熱酸化により前記活性領域の表面にゲート酸化膜を形成
し、全面に導電体膜を形成し、この導電体膜の表面を覆
う酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜及び前
記導電体膜をパターニングして前記ゲート酸化膜を介し
て前記活性領域の表面上を〈110〉方向に横断するゲ
ート電極とこのゲート電極の上面を直接に覆う酸化シリ
コン膜キャップとを形成し、前記ゲート電極及び前記フ
ィールド酸化膜をマスクにして前記活性領域の表面に逆
導電型拡散層を形成する工程と、 全面に酸化シリコン膜を形成し、異方性エッチングによ
り当該酸化シリコン膜に対するエッチ・バックを行なっ
て前記酸化シリコン膜キャップ及び前記ゲート電極の側
面を直接に覆う酸化シリコン膜スペーサを形成するとと
もに当該酸化シリコン膜スペーサ及び前記フィールド酸
化膜に自己整合的に前記ゲート酸化膜を除去する工程
と、 単結晶シリコンの異方性選択エピタキシャル成長法によ
り、前記逆導電型拡散層の表面に前記酸化シリコン膜キ
ャップの高さより高い逆導電型の単結晶シリコン層を形
成する工程と、 全面に第1の層間絶縁膜を形成し、化学的機械的研磨に
よって当該第1の層間絶縁膜及び前記単結晶シリコン層
を研磨して前記酸化シリコン膜キャップを露出すること
なく当該単結晶シリコン層の表面を露出させる工程と、 全面に前記第1の層間絶縁膜と材質の異なる第2の層間
絶縁膜を形成し、この第2の層間絶縁膜の表面を平坦化
する工程と、 この第2の層間絶縁膜に前記単結晶シリコン層に達する
コンタクト孔を形成し、当該第2の層間絶縁膜の表面に
前記コンタクト孔を介して前記単結晶シリコン層に接続
される配線を形成する工程と、 を備えた半導体装置の製造方法。
8. A groove is formed in an element isolation region surrounding an active region defined by a side in a <110> direction on a surface of a silicon substrate of one conductivity type having a main surface of {100},
Forming an insulating film on the entire surface, leaving the insulating film only in the trench to form a field insulating film; forming a gate oxide film on the surface of the active region by thermal oxidation; Forming a silicon oxide film covering the surface of the conductor film, patterning the silicon oxide film and the conductor film, and moving the surface of the active region through the gate oxide film in the <110> direction. And a silicon oxide film cap that directly covers the upper surface of the gate electrode, and a reverse conductivity type diffusion layer is formed on the surface of the active region using the gate electrode and the field oxide film as a mask. Forming a silicon oxide film on the entire surface, etching back the silicon oxide film by anisotropic etching to form the silicon oxide film cap and the gate electrode. Forming a silicon oxide film spacer directly covering the side surface of the silicon oxide film and removing the gate oxide film in a self-aligned manner with the silicon oxide film spacer and the field oxide film; Forming a reverse conductivity type single crystal silicon layer higher than the height of the silicon oxide film cap on the surface of the reverse conductivity type diffusion layer; forming a first interlayer insulating film on the entire surface; Polishing the first interlayer insulating film and the single-crystal silicon layer to expose the surface of the single-crystal silicon layer without exposing the silicon oxide film cap; Forming a second interlayer insulating film made of a material different from the above, and flattening the surface of the second interlayer insulating film; Forming a contact hole reaching the silicon layer, and forming a wiring connected to the single crystal silicon layer through the contact hole on the surface of the second interlayer insulating film. .
【請求項9】 主表面が{100}からなる一導電型の
シリコン基板の表面における〈110〉方向の辺により
区画された活性領域を囲む素子分離領域にLOCOS型
のフィールド酸化膜を形成する工程と、 熱酸化により前記活性領域の表面にゲート酸化膜を形成
し、全面に導電体膜を形成し、この導電体膜の表面を覆
う酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜及び前
記導電体膜をパターニングして前記ゲート酸化膜を介し
て前記活性領域の表面上を〈110〉方向に横断するゲ
ート電極とこのゲート電極の上面を直接に覆う酸化シリ
コン膜キャップとを形成し、前記ゲート電極及び前記フ
ィールド酸化膜をマスクにして前記活性領域の表面に逆
導電型拡散層を形成する工程と、 全面に酸化シリコン膜を形成し、異方性エッチングによ
り当該酸化シリコン膜に対するエッチ・バックを行なっ
て前記酸化シリコン膜キャップ及び前記ゲート電極の側
面を直接に覆う酸化シリコン膜スペーサを形成するとと
もに当該酸化シリコン膜スペーサ及び前記フィールド酸
化膜に自己整合的に前記ゲート酸化膜を除去する工程
と、 単結晶シリコンの異方性選択エピタキシャル成長法によ
り、前記逆導電型拡散層の表面に前記酸化シリコン膜キ
ャップの高さより高い逆導電型の単結晶シリコン層を形
成する工程と、 全面に第1の層間絶縁膜を形成し、この第1の層間絶縁
膜をエッチバックして前記酸化シリコン膜キャップを露
出することなく前記単結晶シリコン層の表面及び側面の
上部を露出させる工程と、 全面に前記第1の層間絶縁膜と材質の異なる第2の層間
絶縁膜を形成し、この第2の層間絶縁膜の表面を平坦化
する工程と、 この第2の層間絶縁膜に前記単結晶シリコン層に達する
コンタクト孔を形成し、当該第2の層間絶縁膜の表面に
前記コンタクト孔を介して前記単結晶シリコン層に接続
される配線を形成する工程と、 を備えた半導体装置の製造方法。
9. A step of forming a LOCOS type field oxide film in an element isolation region surrounding an active region defined by sides in a <110> direction on a surface of a silicon substrate of one conductivity type having a main surface of {100}. Forming a gate oxide film on the surface of the active region by thermal oxidation, forming a conductor film on the entire surface, forming a silicon oxide film covering the surface of the conductor film, and forming the silicon oxide film and the conductor Patterning a film to form a gate electrode traversing the surface of the active region in the <110> direction through the gate oxide film and a silicon oxide film cap directly covering the upper surface of the gate electrode; Forming a reverse conductivity type diffusion layer on the surface of the active region using the field oxide film as a mask, forming a silicon oxide film on the entire surface, and performing anisotropic etching. The silicon oxide film is etched back to form a silicon oxide film spacer that directly covers the side surfaces of the silicon oxide film cap and the gate electrode, and the silicon oxide film spacer and the field oxide film are self-aligned with each other. Removing the gate oxide film, and forming a reverse conductivity type single crystal silicon layer higher than the height of the silicon oxide film cap on the surface of the reverse conductivity type diffusion layer by anisotropic selective epitaxial growth of single crystal silicon. Forming a first interlayer insulating film on the entire surface, and etching back the first interlayer insulating film to expose the upper surface of the surface and side surfaces of the single crystal silicon layer without exposing the silicon oxide film cap; Forming a second interlayer insulating film having a material different from that of the first interlayer insulating film on the entire surface; Flattening the surface of the interlayer insulating film; forming a contact hole reaching the single crystal silicon layer in the second interlayer insulating film; and forming the contact hole on the surface of the second interlayer insulating film via the contact hole. Forming a wiring connected to the single-crystal silicon layer.
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