JP3956461B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、自己整合型コンタクト構造のMOSトランジスタを構成素子として有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積、高速化に伴い、微細加工技術、平坦化技術、多層配線技術、低抵抗材料による配線技術および層間絶縁膜の低誘電率化技術等の半導体装置のプロセス技術の開発が盛んに行われている。
近年のMOSトランジスタを構成素子として有する半導体装置においては、MOSトランジスタ設計の最小加工寸法がクォータミクロン以下となってきており、高集積化のための微細加工技術自体の開発と共に、MOSトランジスタ自体の構造も含めた微細加工技術の開発もなされている。この様な高集積化のための技術の一つとして、自己整合型コンタクト(Self−Aligned Contact)技術を用いた、自己整合型コンタクト構造のMOSトランジスタを構成素子として有する高集積化した半導体装置がある。
【0003】
ここでは、従来の自己整合型コンタクト構造のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタとを含むデュアルゲートCMOS型の、高集積化した半導体装置の製造方法の一例を、図3および図4を参照して説明する。
まず、図3(a)に示すように、PMOSトランジスタ部1のNウェル12や、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)膜等による素子分離領域13の形成されたP型の半導体基板11表面に、熱酸化法によるゲート酸化膜14を形成し、その後不純物のドープされていないポリシリコン膜15を、減圧CVD法等により堆積し、続いて、CVD法等によりWSi2 膜16を形成する。
【0004】
次に、フォトレジスト17を塗布した後、このフォトレジスト17をパターニングして、図3(a)に示すゲート電極コンタクト部3を、例えばPMOSトランジスタ部1のゲート電極コンタクト部3であるとした時、図3(a)に示すように、このゲート電極コンタクト部3を含むPMOSトランジスタ部1上のフォトレジスト17を除去する。
その後、イオン注入法を用い、パターニングしたフォトレジスト17をイオン注入のマスクとして、PMOSトランジスタ部1のポリシリコン膜15にボロン(B)イオンをイオン注入し、Bのドープされたポリシリコン膜15aを形成する。
次に、図面は省略するが、上述したと同様にして、NMOSトランジスタ部2のポリシリコン膜15にリン(P)イオンをイオン注入し、Pのドープされたポリシリコン膜15b(後述する図3(b)参照)を形成する。
【0005】
次に、図3(b)に示すように、CVD法等により、SiN膜18を堆積する。その後、フォトレジスト19を塗布した後、ゲート電極を形成するためのフォトレジスト19のパターニングを行う。更にその後、RIE(ReactiveIon Etching)法等により、パターニングされたフォトレジスト19をマスクとして、SiN膜18をエッチングし、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2の、後述するゲート電極部4、5のSiN膜18a、18bを形成する。
【0006】
次に、図3(c)に示すように、フォトレジスト19を除去した後、RIE法等により、SiN膜18a、18bをマスクとして、WSi2 膜16およびポリシリコン膜15をエッチングし、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2に、WSi2 膜16とポリシリコン膜15a、15bとによる、所謂ポリサイドゲート電極20a、20bを形成する。この様にして、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2に、SiN膜18a、18bとポリサイドゲート電極20a、20bで構成されるゲート電極部4、5が形成される。
【0007】
次に、NMOSトランジスタ部2が被覆される、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、PMOSトランジスタ部1にBイオンを注入し、PMOSトランジスタ部1のLDD(Lightly Doped Drain)層21を形成し、その後PMOSトランジスタ部1が被覆される、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、NMOSトランジスタ部2にAsイオンを注入し、NMOSトランジスタ部2のLDD層22を形成する。
その後、RTA(Rapid Thermal Annealing)法等による熱処理を行って注入したイオンの活性化を行う。
【0008】
次に、図4(d)に示すように、減圧CVD法等によりSiN膜を堆積し、その後RIE等によるエッチバックを行って、ゲート電極部4、5側壁にサイドウォール絶縁膜23を形成する。
その後、NMOSトランジスタ部2が被覆される、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、PMOSトランジスタ部1にBイオンを注入し、PMOSトランジスタ部1のソース・ドレイン層24を形成し、更にその後PMOSトランジスタ部1が被覆される、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、NMOSトランジスタ部2にAsイオンを注入し、NMOSトランジスタ部2のソース・ドレイン層25を形成する。
その後、RTA法等による熱処理を行って注入したイオンの活性化を行う。
【0009】
次に、図4(e)に示すように、CVD法等によりBPSG(Boro−Phospho Silicate Glass)等の層間絶縁膜26を堆積し、その後フォトレジストを塗布してパターニングし、フォトレジスト27にゲート電極コンタクト部3のコンタクトホール形成用の開口28を形成する。次に、このフォトレジスト27をマスクとして、ゲート電極コンタクト部3の層間絶縁膜26とSiN膜18aとをRIE等によりエッチングして、ゲート電極コンタクト部3のコンタクトホール用の開口29を形成する。
【0010】
次に、図4(f)に示すように、フォトレジスト27を除去後、新たなフォトレジスト30を塗布してパターニングし、フォトレジスト30に、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2のソース・ドレイン層24、25のコンタクトホール形成用の開口31、32を形成する。なお、この開口31、32のゲート電極部4、5側の端部は、サイドウォール絶縁膜23の底部の端部より、略パターン合わせ精度程度の距離だけゲート電極部4、5側になっている。
【0011】
次に、上述したフォトレジスト30をマスクとして、層間絶縁膜26とSiN膜であるサイドウォール絶縁膜23とのエッチング選択比の大きいRIE等により、層間絶縁膜26をエッチングして、層間絶縁膜26にソース・ドレイン層24、25のコンタクトホール用の開口33、34を形成する。この様にして形成された層間絶縁膜26の開口33、34は、上方においてはフォトレジスト30の開口31、32と同様な大きさとなり、下方においてはサイドウォール絶縁膜23で制限された大きさとなる。
従って、パターン合わせ精度内のパターンずれがあっても、ゲート電極部4、5側壁位置と、開口33、34の底部における、開口33、34端部位置との距離は一定に保たれる、所謂自己整合型コンタクトのコンタクトホール用の開口33、34が形成できる。
【0012】
その後は、図面は省略するが、フォトレジスト30を除去した後、導電膜の堆積、配線形成、パッシベーション膜の堆積、パッド部の開口形成等を行って、半導体装置を作製する。
【0013】
上述した自己整合型コンタクト構造のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタとを含むデュアルゲートCMOS型の、高集積化した半導体装置の製造方法は、ゲート電極コンタクト部3のコンタクトホール用の開口29の形成工程と、ソース・ドレイン層24、25のコンタクトホール用の開口33、34の形成工程との、2度のコンタクトホール用の開口形成工程を必要とするという問題がある。
また、上述したデュアルゲートCMOS型の、高集積化した半導体装置の製造方法は、ゲート電極部4、5のポリサイドゲート電極20a、20bを形成する際に、ドープされた不純物が異なるPMOSトランジスタ部1のポリシリコン膜15aと、NMOSトランジスタ部2のポリシリコン膜15bとを同時にエッチングするので、不純物が異なるポリシリコン膜に対するRIEのエッチング速度の差異に起因した加工の不安定性が問題となる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の半導体装置の製造方法においては、上述した如く、2度のコンタクトホール用の開口形成工程を必要とするという問題があった。
また、デュアルゲートCMOS型の、高集積化した半導体装置の製造工程においては、ポリサイドゲート電極を形成しているポリシリコン膜の加工の安定性に問題があった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ゲート電極とソース・ドレイン層との、コンタクトホール用の開口の同時形成が可能で、デュアルゲートCMOS型の半導体装置の製造工程におけるポリシリコン膜の安定加工が可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、上述の課題を解決するために提案するものであり、自己整合型コンタクト構造のMOSトランジスタを構成素子として有する半導体装置の製造方法において、MOSトランジスタのゲート電極とする、半導体膜、半導体膜と導電体膜との複合膜および導電体膜のうち、いずれか一つの膜によるゲート電極膜を堆積する工程と、ゲート電極膜上に第1の絶縁膜を堆積する工程と、第1の絶縁膜に、ゲート電極形状を規定するパターン部となる開口を形成する工程と、開口を形成した後に、所定膜厚の第2の絶縁膜を堆積する工程と、ゲート電極形状を規定する前記開口内に、第1の絶縁膜の側壁およびゲート電極膜上のみに、上向きコの字形状で、第2の絶縁膜を残存させる工程と、パターン部にのみ残存させた第2の絶縁膜をマスクとしてゲート電極膜のエッチングにより、ゲート電極部を形成する工程と、第2の絶縁膜と材料組成が同一である第3の絶縁膜を堆積した後、エッチバックを行って、ゲート電極部側壁にサイドウォール絶縁膜を形成すると共に、上向きコの字形状の第2の絶縁膜をエッチングすることにより、上向きコの字形状の底部においてゲート電極膜の一部が露出し、かつ露出部の周囲では第2の絶縁膜が残存するように第2の絶縁膜を残存させる工程と、第2の絶縁膜を残存させる工程を終了した後に、層間絶縁膜を堆積する工程と、サイドウォール絶縁膜に対して選択的に層間絶縁膜をエッチング除去することにより、MOSトランジスタのソース及びドレイン上のゲート電極膜側がサイドウォールで規制されたコンタクトホールを形成するとともに、第2の絶縁膜が除去された露出部を介してゲート電極膜と接続されるゲート電極部上のコンタクトホールを同時に形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【0016】
本発明によれば、ゲート電極膜上に堆積した第1の絶縁膜への、ゲート電極形状を規定するパターン部の形成、このパターン部へのゲート電極形成時のマスクとなる第2の絶縁膜の形成、およびサイドウォール絶縁膜形成時におけるゲート電極コンタクト部の導電体膜上の第2の絶縁膜の除去により、ゲート電極とソース・ドレイン層とのコンタクトホール用の開口の同時形成が可能となる。
また、デュアルゲートCMOS型の半導体装置の製造においては、P型のMOSトランジスタ部とN型のMOSトランジスタ部との各々に選択的なイオン注入を、ゲート電極形状を規定するパターンを通して行うことで、ゲート電極部となるポリシリコン膜部のみに不純物をドープすることができ、ゲート電極部以外の同質なポリシリコン膜を加工することによるゲート電極形成時のポリシリコン膜の安定な加工が可能となる。
従って、ゲート電極とソース・ドレイン層との、コンタクトホール用の開口の同時形成が可能で、デュアルゲートCMOS型の半導体装置の製造工程におけるポリシリコン膜の安定加工が可能となるので、高集積化した半導体装置の製造歩留の向上が可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施の形態例につき、添付図面を参照して説明する。なお従来技術の説明で参照した図3および図4中の構成部分と同様の構成部分には、同一の参照符号を付すものとする。
【0018】
本実施の形態例は、自己整合型コンタクト構造のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタとを含むデュアルゲートCMOS型の、高集積化した半導体装置の製造方法に本発明を適用した例であり、これを図1および図2を参照して説明する。
まず、図1(a)に示すように、例えばP型の半導体基板11を用い、PMOSトランジスタ部1のNウェル12や、LOCOS膜等による素子分離領域13の形成されたP型の半導体基板11表面に、熱酸化法により、膜厚約10nm程度のゲート酸化膜14を形成し、その後ゲート電極膜、例えば半導体膜としての、不純物のドープされていないポリシリコン膜51を、例えば減圧CVD法により膜厚約100nm程度堆積し、続いて、導電体膜としての、例えば高融点金属シリサイド膜であるWSiX 膜52をCVD法により膜厚約100nm程度堆積した、所謂ポリサイド膜を形成する。
【0019】
次に、例えばCVD法により第1の絶縁膜、例えばCVDSiO2 膜50を、膜厚約300nm程度堆積する。なお、このCVDSiO2 膜50の膜厚は、後述するサイドウォール絶縁膜の上方の膜厚と関係し、MOSトランジスタのソース・ドレインとゲート電極間の耐圧を確保するために、ある程度以上の膜厚にしておくことが望ましい。
【0020】
次に、CVDSiO2 膜50をパターニングして、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2のCVDSiO2 膜50にゲート電極形状を規定するパターン部、即ちCVDSiO2 膜50の開口53、54を形成する。なお、図1(a)に示すゲート電極コンタクト部3は、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2のゲート電極コンタクト部3であり、ここでは例えばPMOSトランジスタ部1のゲート電極コンタクト部3とする。従って、PMOSトランジスタ部1のCVDSiO2 膜50の開口53と、ゲート電極コンタクト部3の開口53とは同じものである。
【0021】
次に、イオン注入法を用い、NMOSトランジスタ部2を被覆するようにパターニングされたフォトレジスト55とCVDSiO2 膜50とをイオン注入のマスクとして、PMOSトランジスタ部1のポリシリコン膜51にP型の不純物となるイオン注入、例えばBF2 イオンを用い、打ち込みエネルギー約20keV、ドーズ量約1E15/cm2 程度のイオン打ち込み条件のイオン注入を行い、開口53の下方のポリシリコン膜51部をBのドープされたポリシリコン膜51aにする。
その後、図面は省略するが、上述したと同様にして、NMOSトランジスタ部2のポリシリコン膜51にN型の不純物のイオン注入、例えばリン(P)イオンを用いたイオン注入により、NMOSトランジスタ部2のCVDSiO2 膜50の開口54の下方のポリシリコン膜51部をPのドープされたポリシリコン膜51b(後述する図1(b)参照)にする。
【0022】
次に、図1(b)に示すように、所定膜厚の第2の絶縁膜、例えばMOSトランジスタの最小加工寸法をL0 とした時、所定膜厚dを0.1L0 ≦d≦0.5L0 とした、例えば所定膜厚dを膜厚約100nm程度とした、減圧CVD法によるSi3 4 膜56を堆積する。
上述した所定膜厚dの下限を0.1L0 としたのは、自己整合型のコンタクトホール形成時のパターン合わせ精度を考慮して、後述するゲート電極部4、5のポリサイドゲート電極20a、20b上にコンタクトホールの開口が形成されないようにするためである。また所定膜厚dの上限は、パターン合わせ精度ΔLとした時、ゲート電極コンタクト部3のゲート電極部4の最小設計幅Wは、W=L0 +2ΔLとなるが、この様なゲート電極コンタクト部3のゲート電極部4を規定するCVDSiO2 膜50の開口53がSi3 4 膜56で埋まらないようにするための膜厚である。
上述したSi3 4 膜56を堆積した後、Si3 4 膜56上の絶縁膜、例えばCVD法によるCVDSiO2 膜57を膜厚約300nm程度堆積する。
【0023】
次に、図1(c)に示すように、例えば平行平板型RIE装置を用いて、CVDSiO2 膜57とSi3 4 膜56とを順次エッチバックする。このエッチバック条件は、例えば下記のようなものである。
〔CVDSiO2 膜57のエッチバック条件〕
CHF3 ガス流量 : 30 sccm
CF4 ガス流量 : 30 sccm
Arガスの流量 : 30 sccm
圧力 : 240 Pa
RFパワー : 500 W
〔Si3 4 膜56のエッチバック条件〕
CF4 ガス流量 : 100 sccm
Arガスの流量 : 900 sccm
圧力 : 105 Pa
RFパワー : 600 W
【0024】
上述したエッチバックにより、ゲート電極形状を規定するCVDSiO2 膜50の開口53、54部のみにSi3 4 膜56を残存させる。
なお、ゲート電極形状を規定するCVDSiO2 膜50の開口53、54部のみにSi3 4 膜56を残存させる方法として、上述したエッチバックの代わりに、化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)法を用いてもよい。
更に、上述した工程における、Si3 4 膜56上のCVDSiO2 膜57の堆積工程を省いて、CVDSiO2 膜50の開口53、54部以外のCVDSiO2 膜50上のSi3 4 膜56を、化学的機械研磨法を用いた研磨により除去し、CVDSiO2 膜50の開口53、54部のみにSi3 4 膜56を残存させてもよい。
【0025】
次に、図2(d)に示すように、例えばウェットエッチング法等により、CVDSiO2 膜50およびCVDSiO2 膜57を除去することで、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2のWSiX 膜52上に、ゲート電極形状を規定するSi3 4 膜56a、56bを残存させる。
次に、Si3 4 膜56a、56bをマスクとし、例えばRIE法を用いて、WSiX 膜52およびポリシリコン膜51とで構成されるポリサイド膜をエッチングしてポリサイドゲート電極20a、20bを形成する。この様にして、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2に、SiN膜56a、56bとポリサイドゲート電極20a、20bで構成されるゲート電極部4、5が形成される。
【0026】
上述したポリサイドゲート電極20a、20b形成時の、RIE法によるポリシリコン膜51のエッチングは、エッチングのマスクとなるSi3 4 膜56a、56bの下方に位置するポリシリコン膜51のみがB又はPの不純物をドープされた状態のポリシリコン膜51a、51b(図1(c)参照)であり、エッチングされる部分は不純物のドープされていない同質のポリシリコン膜51なのでエッチングの安定性がよい。
【0027】
次に、NMOSトランジスタ部2が被覆される、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、イオン注入法によりPMOSトランジスタ部1にP型の不純物のイオン注入、例えばBF2 イオンを用い、打ち込みエネルギー30keV、ドーズ量5E12/cm2 程度のイオン注入を行って、PMOSトランジスタ部1のLDD層21を形成し、その後PMOSトランジスタ部1が被覆される、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、NMOSトランジスタ部2にN型の不純物のイオン注入、例えばAsイオンを用い、打ち込みエネルギー10keV、ドーズ量3E13/cm2 程度のイオン注入を行って、NMOSトランジスタ部2のLDD層22を形成する。
その後、熱処理、例えばRTA(Rapid Thermal Annealing)法等による熱処理を行って注入したイオンの活性化を行う。
【0028】
次に、図2(e)に示すように、第3の絶縁膜、例えば減圧CVD法によるSi3 4 膜を堆積し、その後例えばRIE等の異方性プラズマエッチングによるエッチバックを行って、ゲート電極部4、5側壁にSi3 4 膜によるサイドウォール絶縁膜23を形成する。
なお、Si3 4 膜56の膜厚にもよるが、少なくともゲート電極コンタクト部3におけるSi3 4 膜56aは、上向きのコの字形状となるSi3 4 膜56となっており、上述したサイドウォール絶縁膜23形成のためのエッチバックは、このコの字形状のWSiX 膜52上のSi3 4 膜56aが、図2(e)に示すようにエッチングされるまで行うものとする。
【0029】
次に、NMOSトランジスタ部2が被覆される、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、PMOSトランジスタ部1にP型の不純物のイオン注入、例えばBF2 イオンを用い、打ち込みエネルギー20keV、ドーズ量3E15/cm2 程度のイオン注入を行って、PMOSトランジスタ部1のソース・ドレイン層24を形成し、その後PMOSトランジスタ部1が被覆される、パターニングしたフォトレジストをマスクとして、NMOSトランジスタ部2にN型の不純物のイオン注入、例えばAsイオンを用い、打ち込みエネルギー50keV、ドーズ量3E15/cm2 程度のイオン注入を行って、NMOSトランジスタ部2のソース・ドレイン層25を形成する。
その後、熱処理、例えばRTA法等による熱処理を行って注入したイオンの活性化を行う。
【0030】
次に、図2(f)に示すように、例えばCVD法等によりBPSG等の層間絶縁膜26を堆積し、その後フォトレジスト57を塗布してパターニングし、フォトレジスト57にPMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2のソース・ドレイン層24、25のコンタクトホール形成用の開口31、32やゲート電極コンタクト部のコンタクトホール形成用の開口58を形成する。なお、このコンタクトホール形成用の開口31、32のゲート電極部4、5側の端部は、サイドウォール絶縁膜23の底部の端部より、略パターン合わせ精度程度の距離だけゲート電極部4、5側になっている。
【0031】
次に、上述したフォトレジスト57をマスクとして、層間絶縁膜26とSi3 4 膜であるサイドウォール絶縁膜23とのエッチング選択比の大きい、例えばマグネトロン型RIE装置を用いた層間絶縁膜26のエッチングを行い、層間絶縁膜26にソース・ドレイン層24、25のコンタクトホール用の開口33、34や、ゲート電極コンタクト部3のコンタクトホール用の開口59を形成する。なお、上述したマグネトロン型RIE装置を用いた層間絶縁膜26のエッチング条件としては、例えば下記のようなものである。
〔層間絶縁膜26のエッチング条件〕
4 8 ガス流量 : 15 sccm
COガス流量 : 150 sccm
Arガスの流量 : 300 sccm
2 ガスの流量 : 7 sccm
圧力 : 4 Pa
RFパワー : 600 W
【0032】
上述のマグネトロン型RIE装置を用いた層間絶縁膜26のエッチングは、層間絶縁膜26とサイドウォール絶縁膜23のエッチング選択比が大きいので、層間絶縁膜26の開口33、34は、上方においてはフォトレジスト57の開口31、32と同様な大きさとなり、下方においてはサイドウォール絶縁膜23で制限された大きさとなる。従って、パターン合わせ精度内のパターンずれがあっても、ゲート電極部4、5側壁位置と、開口33、34の底部における、開口33、34端部位置との距離は一定に保たれる、所謂自己整合型コンタクトのコンタクトホール用の開口33、34が形成できる。
【0033】
その後は、図面は省略するが、フォトレジスト57を除去した後、導電膜の堆積、配線形成、パッシベーション膜の堆積、パッド部の開口形成等を行って、半導体装置を作製する。
【0034】
上述した半導体装置の製造方法においては、サイドウォール絶縁膜23形成の際に、ゲート電極形状を規定するSi3 4 膜56aの、少なくともゲート電極コンタクト部3におけるWSiX 膜52上のSi3 4 膜56aも、図2(e)に示すように除去されているため、ソース・ドレイン層24、25のコンタクトホール用の開口33、34と、ゲート電極コンタクト部3のコンタクトホール用の開口59との同時形成が可能となる。しかも、ソース・ドレイン層24、25の自己整合型コンタクト構造のPMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2の、コンタクトホール用の開口33、34形成工程で、ゲート電極形状を規定するSi3 4 膜56a、56bの膜厚が、パターン合わせ精度以上の膜厚となっているために、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2のゲート電極部4、5のポリサイドゲート電極20a、20bと、ソース・ドレインのコンタクトホール用の開口33、34とが接することはない。
【0035】
また、上述した半導体装置の製造方法においては、PMOSトランジスタ部1やNMOSトランジスタ部2のCVDSiO2 膜50のゲート電極形状を規定する開口53、54を通して、不純物をドープしていないポリシリコン膜51に不純物をドープするため、ポリサイドゲート電極20a、20b形成時にはゲート電極部4、5以外の不純物をドープしていない同質のポリシリコン膜51をエッチングすることになり、安定した加工が可能になる。
従って、ゲート電極とソース・ドレイン層との、コンタクトホール用の開口の同時形成が可能で、デュアルゲートCMOS型の半導体装置の製造工程におけるポリシリコン膜の安定加工が可能となるので、高集積化した半導体装置の製造歩留の向上が可能となる。
【0036】
以上、本発明を実施の形態例により説明したが、本発明はこの実施の形態例に何ら限定されるものではない。
例えば、本発明の実施の形態例では、半導体装置を自己整合型コンタクト構造のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタとを含むデュアルゲートCMOS型の、高集積化した半導体装置として説明したが、自己整合型コンタクト構造のPMOSトランジスタを構成素子として有する半導体装置や、自己整合型コンタクト構造のNMOSトランジスタを構成素子として有する半導体装置に適用できることは明白である。
また、本発明の実施の形態例では、ゲート電極膜をポリシリコン膜とWSiX 膜52とで構成するポリサイド膜として説明したが、ポリシリコン膜やアモルファスシリコン膜等の半導体膜や、ポリシリコン膜やアモルファスシリコン膜等の半導体膜上にCoSi2 、NiSi2 、MoSi2 等の高融点金属シリサイド膜を形成したポリサイド膜や、高融点金属シリサイド膜や高融点金属膜等の導電体膜であってもよい。
【0037】
更に、本発明の実施の形態例では、ポリサイドゲート電極とするポリシリコン膜を不純物をドープしていないポリシリコン膜とし、ゲート電極形状を規定するCVDSiO2 膜の開口を通したイオン注入をすることによりゲート電極部となるポリシリコン膜部のみに不純物をドープするデュアルゲートCMOS型の半導体装置に関して説明したが、PMOSトランジスタを構成素子として有する半導体装置や、自己整合型コンタクト構造のNMOSトランジスタを構成素子として有する半導体装置においては、ポリシリコン膜への不純物のドープを、ポリシリコン膜の堆積時の不純物のドープ、ポリシリコン膜堆積後の熱拡散やイオン注入による不純物のドープ、WSiX 膜堆積後のイオン注入による不純物のドープ等によって行ってもよい。
その他、本発明の技術的思想の範囲内で、プロセス装置やプロセス条件は適宜変更が可能である。
【0038】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体装置の製造方法は、ゲート電極膜上に堆積した第1の絶縁膜への、ゲート電極形状を規定するパターン部の形成、このパターン部へのゲート電極形成時のマスクとなる第2の絶縁膜の形成、およびサイドウォール絶縁膜形成時におけるゲート電極コンタクト部のゲート電極膜上の第2の絶縁膜の除去により、ゲート電極とソース・ドレイン層とのコンタクトホール用の開口の同時形成が可能となる。
また、デュアルゲートCMOS型の半導体装置の製造においては、P型のMOSトランジスタ部とN型のMOSトランジスタ部との各々に選択的なイオン注入を、ゲート電極形状を規定するパターン部を通して行うことで、ゲート電極部となるポリシリコン膜部のみに不純物をドープすることができ、ゲート電極部以外の同質なポリシリコン膜を加工することによるゲート電極形成時のポリシリコン膜の安定な加工が可能となる。
従って、ゲート電極とソース・ドレイン層との、コンタクトホール用の開口の同時形成が可能で、デュアルゲートCMOS型の半導体装置の製造工程におけるポリシリコン膜の安定加工が可能となるので、高集積化した半導体装置の製造歩留の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した実施の形態例の工程の前半を工程順に説明する、半導体装置の概略断面図で、(a)はPMOSトランジスタ部のCVDSiO2 膜の開口の下方に位置するポリシリコン膜にBイオンを注入した状態、(b)はSi3 4 膜を堆積した後、CVDSiO2 膜を堆積した状態、(c)はCVDSiO2 膜とSi3 4 膜をエッチバックし、CVDSiO2 膜の開口部のみにSi3 4 膜を残存させた状態である。
【図2】本発明を適用した実施の形態例の工程の後半を工程順に説明する、半導体装置の概略断面図で、(d)はゲート電極部を形成した後、イオン注入法によりLDD層を形成した状態、(e)はサイドウォール絶縁膜を形成すると同時に、ゲート電極コンタクト部の中央部のSi3 4 膜を除去し、その後ソース・ドレイン層を形成した状態、(f)はソース・ドレイン層やゲート電極コンタクト部のコンタクトホール用の開口を形成した状態である。
【図3】従来例の半導体装置の製造方法の工程の前半を工程順に説明する、半導体装置の概略断面図で、(a)はPMOSトランジスタ部のポリシリコン膜にBイオンを注入した状態、(b)はSi3 4 膜を堆積した後、このSi3 4 膜をパターニングした状態、(c)はパターニングしたSi3 4 膜をマスクとして、ポリサイドゲート電極を形成し、その後イオン注入法により、LDD層を形成した状態である。
【図4】従来例の半導体装置の製造方法の工程の後半を工程順に説明する、半導体装置の概略断面図で、(d)はサイドウォール絶縁膜を形成後、ソース・ドレイン層を形成した状態、(e)は層間絶縁膜を堆積後、ゲート電極コンタクト部にコンタクトホール用の開口を形成した状態、(f)はソース・ドレイン層のコンタクトホール用の開口を形成した状態である。
【符号の説明】
1…PMOSトランジスタ部、2…NMOSトランジスタ部、3…ゲート電極コンタクト部、4,5…ゲート電極部、11…半導体基板、12…Nウェル、13…素子分離領域、14…ゲート酸化膜、15,15a,15b,51,51a,51b…ポリシリコン膜、16…WSi2 膜、17,19,27,30,55,57…フォトレジスト、18,18a,18b…SiN膜、20a,20b…ポリサイドゲート電極、21,22…LDD層、23…サイドウォール絶縁膜、24,25…ソース・ドレイン層、26…層間絶縁膜、28,29,31,32,33,34,53,54,58,59…開口、50,57…CVDSiO2 膜、52…WSiX 膜、56,56a,56b…Si3 4

Claims (9)

  1. 自己整合型コンタクト構造のMOSトランジスタを構成素子として有する半導体装置の製造方法において、
    前記MOSトランジスタのゲート電極とする、半導体膜、半導体膜と導電体膜との複合膜および導電体膜のうち、いずれか一つの膜によるゲート電極膜を堆積する工程と、
    前記ゲート電極膜上に第1の絶縁膜を堆積する工程と、
    前記第1の絶縁膜に、前記ゲート電極形状を規定するパターン部となる開口を形成する工程と、
    前記開口を形成した後に、所定膜厚の第2の絶縁膜を堆積する工程と、
    前記ゲート電極形状を規定する前記開口内に、前記第1の絶縁膜の側壁および前記ゲート電極膜上のみに、上向きコの字形状で、前記第2の絶縁膜を残存させる工程と、
    前記パターン部にのみ残存させた前記第2の絶縁膜をマスクとして前記ゲート電極膜のエッチングにより、ゲート電極部を形成する工程と、
    前記第2の絶縁膜と材料組成が同一である第3の絶縁膜を堆積した後、エッチバックを行って、前記ゲート電極部側壁にサイドウォール絶縁膜を形成すると共に、前記上向きコの字形状の第2の絶縁膜をエッチングすることにより、前記上向きコの字形状の底部において前記ゲート電極膜の一部が露出し、かつ前記露出部の周囲では前記第2の絶縁膜が残存するように前記第2の絶縁膜を残存させる工程と、
    前記第2の絶縁膜を残存させる工程を終了した後に、層間絶縁膜を堆積する工程と、
    前記サイドウォール絶縁膜に対して選択的に前記層間絶縁膜をエッチング除去することにより、前記MOSトランジスタのソース及びドレイン上の前記ゲート電極膜側が前記サイドウォールで規制されたコンタクトホールを形成するとともに、前記第2の絶縁膜が除去された前記露出部を介して前記ゲート電極膜と接続されるゲート電極部上のコンタクトホールを同時に形成する工程とを有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記半導体膜は、ポリシリコン膜およびアモルファスシリコン膜のうち、いずれか一方の膜である
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記半導体膜と前記導電体膜との複合膜は、ポリシリコン膜と前記ポリシリコン膜上の高融点金属シリサイド膜とで構成されるポリサイド膜である
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記第1の絶縁膜は、SiO 膜である
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記第2の絶縁膜および前記第3の絶縁膜は、Si 膜である
    ことを特徴とする請求項1の記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記第2の絶縁膜の所定の膜厚dは、前記MOSトランジスタの最小加工寸法をL とした時、0.1L≦d≦0.5L である
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記ゲート電極形状を規定する前記パターン部の、前記第1の絶縁膜の側壁および前記導電体膜上のみに前記第2の絶縁膜を残存させる方法は、前記第2の絶縁膜上に絶縁膜を堆積した後、エッチバック法を用いて、前記絶縁膜と前記パターン部以外の第1の絶縁膜上の前記第2の絶縁膜をエッチングする方法、および化学的機械研磨法を用いて、前記パターン部以外の第1の絶縁膜上の前記第2の絶縁膜をエッチングする方法の内、いずれか一方の方法である
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記第1の絶縁膜に前記ゲート電極形状を規定する前記パターン部を形成後に、イオン注入法により、前記パターン部の下方に位置する前記ポリサイド膜の前記ポリシリコン膜に、導電型を規定する不純物をドープする
    ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記ポリシリコン膜へのイオン注入は、P型のMOSトランジスタ部とN型のMOSトランジスタ部との各々に選択的に行う
    ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
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