JP4048159B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にゲート電極とウエル領域とが電気的に接続されている電界効果トランジスタおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a field effect transistor in which a gate electrode and a well region are electrically connected and a manufacturing method thereof.

電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)を用いた半導体集積回路の消費電力を低く抑えるためには、FETの動作電圧を下げることが効果的である。動作電圧を下げて消費電力を大幅に削減する技術としてゲート電極とウエル領域を電気的に接続した動的閾値MOS(DT−MOS:Dynamic Threshold Voltage-Metal Oxide Semiconductor)電界効果トランジスタが提案されている(以下、DT−MOSトランジスタという)。   In order to reduce the power consumption of a semiconductor integrated circuit using a field effect transistor (FET), it is effective to lower the operating voltage of the FET. A dynamic threshold voltage-metal oxide semiconductor (DT-MOS) field effect transistor in which a gate electrode and a well region are electrically connected has been proposed as a technique for greatly reducing power consumption by lowering an operating voltage. (Hereinafter referred to as DT-MOS transistor).

従来の第1の半導体装置としては、ゲート電極とウエル領域を電気的に接続するために、ゲート電極とウエル領域の接続部分にコンタクトプラグを用いたDT−MOSトランジスタがある(例えば、特許第2903892号公報(特許文献1)参照)。また、従来の第2の半導体装置としては、ゲート電極とウエル領域の接続部分にシリサイド膜を用いたDT−MOSトランジスタがある (例えば、国際公開第00/01015号パンフレット(特許文献2)参照)。   As a conventional first semiconductor device, there is a DT-MOS transistor in which a contact plug is used at a connection portion between a gate electrode and a well region in order to electrically connect the gate electrode and the well region (for example, Japanese Patent No. 2990392). No. Publication (Patent Document 1)). Further, as a conventional second semiconductor device, there is a DT-MOS transistor using a silicide film at a connection portion between a gate electrode and a well region (see, for example, International Publication No. 00/01015 (Patent Document 2)). .

ゲート電極とウエル領域が電気的に接続されていることから、DT−MOSトランジスタを用いて半導体回路を構成するときには、他のトランジスタの影響を避けるように、各DT−MOSトランジスタのウエル領域は、他のトランジスタのウエル領域と互いに分離されている必要がある。このためDT−MOSトランジスタを形成するときは、絶縁体層が半導体層で挟み込まれた構造になっているSOI(Silicon On Insulator)基板を使用するか、もしくは、バルク基板を用いた場合は、ウエル領域を互い極性の異なる浅いウエル領域と深いウエル領域とで構成し、かつ、浅いウエル領域を素子分離領域で電気的に分離している。   Since the gate electrode and the well region are electrically connected, when the semiconductor circuit is configured using the DT-MOS transistor, the well region of each DT-MOS transistor is configured to avoid the influence of other transistors. It must be isolated from the well regions of other transistors. Therefore, when forming a DT-MOS transistor, an SOI (Silicon On Insulator) substrate having a structure in which an insulator layer is sandwiched between semiconductor layers is used, or if a bulk substrate is used, a well is formed. The region is constituted by a shallow well region and a deep well region having different polarities, and the shallow well region is electrically isolated by the element isolation region.

以下、DT−MOSトランジスタの動作原理を説明する。ゲート電極の電位がローレベルにある時(トランジスタがオフの時)、ウエル領域の電位もローレベルにあり、閾値電圧は通常のMOSトランジスタと同じであり、オフ電流は通常MOSトランジスタと同程度に抑えられている。一方、上記ゲート電極の電位がハイレベルにある時(トランジスタがオンの時)、ウエル領域の電位もハイレベルになり、基板バイアス効果によって閾値電圧が低くなり、通常のMOSトランジスタよりも大きな駆動電流が得られる。このため、トランジスタがオフ時のリーク電流を増加させることなく低電源電圧で大きな駆動電流を得ることができる。   Hereinafter, the operating principle of the DT-MOS transistor will be described. When the potential of the gate electrode is at a low level (when the transistor is off), the potential of the well region is also at a low level, the threshold voltage is the same as that of a normal MOS transistor, and the off current is about the same as that of a normal MOS transistor. It is suppressed. On the other hand, when the potential of the gate electrode is high (when the transistor is on), the potential of the well region also becomes high, the threshold voltage is lowered due to the substrate bias effect, and the driving current is larger than that of a normal MOS transistor. Is obtained. Therefore, a large driving current can be obtained with a low power supply voltage without increasing the leakage current when the transistor is off.

図10および図11を用いて、従来の第1,第2の半導体装置を説明する。図10および図11は、電界効果トランジスタをゲート電極の長手方向に切断した断面図であり、ゲート電極とウエル領域の接続方法を分かりやすく説明するものである。図10において、101は下地ウエハ、102は酸化シリコン膜、103はp型シリコン層、104は素子分離酸化膜、105はゲート酸化膜、106はゲート電極、108は層間絶縁膜、109はp+型拡散層、110はコンタクトプラグおよびAl配線である。また、図11において、201は半導体基板、202は素子分離領域、203は深いウエル領域、204は浅いウエル領域、205はゲート酸化膜、206はゲート電極、207はゲート電極側壁絶縁膜、208は高濃度拡散層コンタクト領域、209は高融点金属シリサイド膜である。 The conventional first and second semiconductor devices will be described with reference to FIGS. FIGS. 10 and 11 are cross-sectional views of the field effect transistor cut in the longitudinal direction of the gate electrode, and explain the method of connecting the gate electrode and the well region in an easy-to-understand manner. In FIG. 10, 101 is a base wafer, 102 is a silicon oxide film, 103 is a p-type silicon layer, 104 is an element isolation oxide film, 105 is a gate oxide film, 106 is a gate electrode, 108 is an interlayer insulating film, 109 is p + A mold diffusion layer 110 is a contact plug and an Al wiring. In FIG. 11, 201 is a semiconductor substrate, 202 is an element isolation region, 203 is a deep well region, 204 is a shallow well region, 205 is a gate oxide film, 206 is a gate electrode, 207 is a gate electrode sidewall insulating film, and 208 is A high-concentration diffusion layer contact region 209 is a refractory metal silicide film.

図10に示す特許第2903892号公報に記載のDT−MOSトランジスタでは、ゲート電極106とウエル領域(109)との電気的な接続は、層間絶縁膜層108に形成されたコンタクト孔に埋め込まれた導電膜であるコンタクトプラグ110によって行われている。しかしながら、回路構成によっては、コンタクトプラグを配線層の配線に必ず接続するとは限らない。接続する必要がない場合は、コンタクトプラグを迂回するように配線を配置させなければいけなくなるので、配線層の面積が大きくなり、半導体集積回路装置の高集積化を阻害する要因となる。   In the DT-MOS transistor described in Japanese Patent No. 2990392 shown in FIG. 10, the electrical connection between the gate electrode 106 and the well region (109) is embedded in a contact hole formed in the interlayer insulating film layer 108. The contact plug 110 is a conductive film. However, depending on the circuit configuration, the contact plug is not always connected to the wiring of the wiring layer. If it is not necessary to connect, the wiring must be arranged so as to bypass the contact plug, so that the area of the wiring layer is increased, which hinders high integration of the semiconductor integrated circuit device.

また、図11に示す国際公開第00/01015号パンフレットに記載のDT−MOSトランジスタでは、ゲート電極206とウエル領域203との電気的な接続は、ゲート電極206の側壁とウエル領域203の表面に形成されたシリサイド膜209により行われている。このため、ゲート電極とウエル領域との電気的な接続を行っている部分の上部にも自由に配線を配置することができる。しかしながら、シリサイド膜によるゲート電極とウエル領域の電気的な接続を行ったDT−MOSトランジスタを作成したところ、ゲート電極とウエル領域の電気的な接続部分において、良い歩留まりを得ることが困難であった。   In the DT-MOS transistor described in the pamphlet of International Publication No. 00/01015 shown in FIG. 11, the electrical connection between the gate electrode 206 and the well region 203 is made between the side wall of the gate electrode 206 and the surface of the well region 203. This is performed by the formed silicide film 209. For this reason, wiring can be freely arranged also on the upper part of the portion where the gate electrode and the well region are electrically connected. However, when a DT-MOS transistor in which a gate electrode and a well region are electrically connected by a silicide film is produced, it is difficult to obtain a good yield at the electrical connection portion between the gate electrode and the well region. .

このようなシリサイドによるゲート電極とウエル領域との接続の歩留まりが悪い原因としては、以下のような原因が考えられる。スパッタ法で例えばCo等の高融点金属を堆積させるが、垂直に近いゲート電極の側壁には高融点金属を十分に堆積することができず、ゲート電極側壁のシリサイド化が十分でない。このため、ゲート電極側壁のシリサイド膜は、ウエル領域上のシリサイド膜と確実に接触することができず、ゲート電極とウエル領域の電気的接続の歩留まりが悪くなる。
特許第2903892号公報 (第4頁、第1図(b)) 国際公開第00/01015号パンフレット (第70頁、第22図)
The following causes can be considered as the cause of the poor yield of connection between the gate electrode and the well region due to such silicide. A refractory metal such as Co is deposited by sputtering, but the refractory metal cannot be sufficiently deposited on the side wall of the gate electrode close to the vertical, and the gate electrode side wall is not sufficiently silicided. For this reason, the silicide film on the side wall of the gate electrode cannot reliably come into contact with the silicide film on the well region, and the yield of electrical connection between the gate electrode and the well region is deteriorated.
Japanese Patent No. 2903892 (page 4, FIG. 1 (b)) International Publication No. 00/01015 Pamphlet (Page 70, Figure 22)

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ゲート電極とウエル領域が電気的に接続されているトランジスタにおいて、配線の配置を制約するコンタクトプラグを用いることなくゲート電極とウエル領域の電気的な接続を確実に行うことができ、高集積化と歩留まり向上が可能な半導体装置およびその製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above problems, and in a transistor in which a gate electrode and a well region are electrically connected, the gate electrode and the well region can be used without using a contact plug that restricts the arrangement of wirings. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can reliably perform electrical connection, and can achieve high integration and yield improvement.

本発明の半導体装置では、半導体基板上に形成されたウエル領域と素子分離領域と、上記ウエル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極の外縁の一部を除いて上記ゲート電極を囲むように、かつ、上記ゲート電極の側壁に接するように形成された絶縁性を有する側壁スペーサと、上記側壁スペーサが形成されていない上記ゲート電極の外縁の一部の側壁に接するように形成され、上記ゲート電極と上記ウエル領域とを電気的に接続する半導体接続部とを備えることを特徴としている。   In the semiconductor device of the present invention, a well region and an element isolation region formed on a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the well region, a gate electrode formed on the gate insulating film, and the gate An insulating side wall spacer formed so as to surround the gate electrode except for a part of the outer edge of the electrode and in contact with the side wall of the gate electrode, and the gate electrode in which the side wall spacer is not formed And a semiconductor connection portion for electrically connecting the gate electrode and the well region.

上記構成の半導体装置によれば、ゲート電極とウエル領域の電気的接続が、上部配線層に達するコンタクトプラグによって行われていないため、配線の配置に影響を与えないので、ゲート電極とウエル領域とが電気的に接続されているトランジスタを有する半導体集積回路装置の高集積化を図ることができる。また、シリサイド膜よりも半導体接続部の方がゲート電極の側壁に厚く形成することが容易であるため、ゲート電極とウエル領域との電気的接続を確実に行うことができ、ゲート電極とウエル領域とが電気的に接続されているトランジスタを有する半導体集積回路装置の歩留まりの向上を図ることができる。   According to the semiconductor device having the above configuration, since the electrical connection between the gate electrode and the well region is not performed by the contact plug reaching the upper wiring layer, the wiring arrangement is not affected. High integration of a semiconductor integrated circuit device having transistors to which are electrically connected can be achieved. In addition, since the semiconductor connection portion can be formed thicker on the side wall of the gate electrode than the silicide film, electrical connection between the gate electrode and the well region can be ensured. Thus, the yield of a semiconductor integrated circuit device having transistors that are electrically connected to each other can be improved.

また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体接続部は、上記素子分離領域側から上記ゲート電極の側壁側に向かって漸次厚くなるように形成されていることを特徴としている。   In one embodiment, the semiconductor connection portion is formed so as to gradually increase in thickness from the element isolation region side toward the side wall side of the gate electrode.

上記実施形態の半導体装置では、上記素子分離領域側からゲート電極の側壁側に向かって漸次厚くなるように半導体接続部を形成することによって、ゲート電極による垂直段差が緩和されるので、後の製造工程の生産性を上げることができる。例えば、層間絶縁膜層の平坦化が容易になる、コンタクト孔をエッチングにて形成するときのエッチング条件のマージンが広がる等の効果がある。   In the semiconductor device of the above embodiment, the vertical step due to the gate electrode is relaxed by forming the semiconductor connection portion so that the thickness gradually increases from the element isolation region side toward the side wall side of the gate electrode. The productivity of the process can be increased. For example, there are effects such as easy planarization of the interlayer insulating film layer and an increase in the margin of etching conditions when the contact hole is formed by etching.

また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体接続部と電気的に接続された上記ウエル領域の表面側に、上記ゲート電極下の領域よりも不純物濃度の高いコンタクト領域を設けたことを特徴としている。   In one embodiment, a contact region having a higher impurity concentration than the region under the gate electrode is provided on the surface side of the well region electrically connected to the semiconductor connection portion. Yes.

上記実施形態の半導体装置では、上記半導体接続部を介して上記ゲート電極と電気的に接続される上記ウエル領域の表面側に、ゲート電極下の領域よりも不純物濃度の高いコンタクト領域を設けることによって、半導体接続部とウエル領域とを低抵抗で確実に接続できる。   In the semiconductor device of the above embodiment, a contact region having a higher impurity concentration than the region under the gate electrode is provided on the surface side of the well region that is electrically connected to the gate electrode through the semiconductor connection portion. The semiconductor connection portion and the well region can be reliably connected with low resistance.

また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体接続部は、上記ウエル領域と同じ導電型であり、上記ゲート電極は、半導体からなり、上記半導体接続部に側壁が接する少なくとも一部が上記半導体接続部と同じ導電型であることを特徴としている。   In one embodiment, the semiconductor connection portion has the same conductivity type as the well region, the gate electrode is made of a semiconductor, and at least a part of the semiconductor connection portion in contact with the sidewall is the semiconductor connection. It has the same conductivity type as the part.

上記実施形態の半導体装置では、上記半導体接続部とウエル領域およびゲート電極を同じ導電型とすることによって、ゲート電極と半導体接続部とを低抵抗で直接接続できると共に、ウエル領域と半導体接続部とを低抵抗で直接接続でき、製造工程を簡略化できる。また、上記ゲート電極は、半導体例えばポリシリコン等から形成することで、ゲート電極の露出させた側壁に半導体接続部を選択的に堆積させることができる。   In the semiconductor device of the above embodiment, by making the semiconductor connection portion, the well region, and the gate electrode the same conductivity type, the gate electrode and the semiconductor connection portion can be directly connected with low resistance, and the well region, the semiconductor connection portion, Can be directly connected with low resistance, and the manufacturing process can be simplified. The gate electrode is formed of a semiconductor such as polysilicon, so that the semiconductor connection portion can be selectively deposited on the exposed side wall of the gate electrode.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にウエル領域と素子分離領域を形成する工程と、上記ウエル領域上にゲート絶縁膜を形成する工程と、上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、上記ゲート電極を囲むように、かつ、上記ゲート電極の側壁に接するように、絶縁性を有する側壁スペーサを形成する工程と、上記ゲート電極の側壁の一部が上記側壁スペーサで囲まれないように、上記側壁スペーサの一部を除去する工程と、上記側壁スペーサの一部の除去により上記側壁スペーサで囲まれなくなった上記ゲート電極の側壁の一部に接するように、上記ゲート電極と上記ウエル領域とを電気的に接続する半導体接続部を形成する工程とを備えることを特徴としている。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming a well region and an element isolation region on a semiconductor substrate, a step of forming a gate insulating film on the well region, and a gate electrode on the gate insulating film. Forming a sidewall spacer having insulating properties so as to surround the gate electrode and in contact with the sidewall of the gate electrode, and a part of the sidewall of the gate electrode is the sidewall spacer. A step of removing a part of the side wall spacer so as not to be surrounded by a part of the gate electrode, and a part of the side wall of the gate electrode that is no longer surrounded by the side wall spacer by removing a part of the side wall spacer. Forming a semiconductor connection portion for electrically connecting the gate electrode and the well region.

上記発明の半導体装置の製造方法によれば、上記ゲート電極とウエル領域の電気的接続が、上部配線層に達するコンタクトプラグによって行われていないため、配線の配置に影響を与えないので、ゲート電極とウエル領域とが電気的に接続されているトランジスタを有する半導体集積回路装置の高集積化を図ることができる。また、上記ゲート電極とウエル領域との電気的な接続部分の半導体接続部は、ゲート電極に対して自己整合的に形成されるので、素子の面積を増大させることなく、ゲート電極とウエル領域との電気的な接続を確実に行うことができ、歩留まりの向上を図ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the invention, since the electrical connection between the gate electrode and the well region is not performed by the contact plug reaching the upper wiring layer, the wiring arrangement is not affected. High integration of a semiconductor integrated circuit device having a transistor in which a well region and a well region are electrically connected can be achieved. Further, since the semiconductor connection portion of the electrical connection portion between the gate electrode and the well region is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode, the gate electrode and the well region are not increased without increasing the area of the element. Thus, the electrical connection can be reliably performed, and the yield can be improved.

以上より明らかなように、本発明の半導体装置によれば、ゲート電極は半導体接続部を介してウエル領域と電気的に接続されている構造によって、ゲート電極とウエル領域との電気的接続を行っている部分にコンタクトプラグが必要ないので、上部配線層の配線の配置に影響を与えることがなく、ゲート電極とウエル領域が電気的に接続されたトランジスタを有する半導体集積回路装置を高集積化することができる。また、上記半導体接続部は、ゲート電極の側壁にシリサイド膜より厚く形成されているので、シリサイド膜でゲート電極とウエル領域を電気的に接続する場合より歩留まりを良くすることができる。   As apparent from the above, according to the semiconductor device of the present invention, the gate electrode and the well region are electrically connected by the structure in which the gate electrode is electrically connected to the well region through the semiconductor connection portion. Since the contact plug is not required in the portion where the gate electrode is connected, the semiconductor integrated circuit device having a transistor in which the gate electrode and the well region are electrically connected is highly integrated without affecting the wiring arrangement of the upper wiring layer. be able to. Further, since the semiconductor connection portion is formed thicker than the silicide film on the side wall of the gate electrode, the yield can be improved as compared with the case where the gate electrode and the well region are electrically connected by the silicide film.

また、一実施形態によれば、ゲート電極とウエル領域とを電気的に接続している半導体接続部は、素子分離領域からゲート電極に向かって漸次厚くなっているため、ゲート電極による垂直段差が緩和され、後の製造工程の生産性を上げることができる。例えば、層間絶縁膜層の平坦化が容易になるという効果や、コンタクト孔をエッチングにて形成するときのエッチング条件のマージンが広がるという効果等がある。   Also, according to one embodiment, the semiconductor connection portion that electrically connects the gate electrode and the well region is gradually thickened from the element isolation region toward the gate electrode. It is mitigated and the productivity of the subsequent manufacturing process can be increased. For example, there are an effect that the planarization of the interlayer insulating film layer is facilitated, an effect that a margin of etching conditions when the contact hole is formed by etching is widened, and the like.

また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極とウエル領域との電気的接続に、配線の配置に影響を与えるコンタクトプラグを用いないで、ゲート電極とウエル領域とを半導体接続部を介して電気的に接続するので、半導体集積回路装置の高集積化を図ることができる。ゲート電極とウエル領域との電気的接続を行う部分の半導体接続部は、ゲート電極に対して自己整合的に形成されるので、素子の面積を増大させることなく、ゲート電極とウエル領域との電気的な接続を確実に行うことができ、ゲート電極とウエル領域とが電気的に接続されているトランジスタを有する半導体集積回路装置の歩留まりの向上を図ることができる。   Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the gate electrode and the well region are connected to the semiconductor connection portion without using a contact plug that affects the arrangement of the wiring for the electrical connection between the gate electrode and the well region. Therefore, high integration of the semiconductor integrated circuit device can be achieved. Since the semiconductor connection portion that electrically connects the gate electrode and the well region is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode, the electrical connection between the gate electrode and the well region is not increased without increasing the area of the element. Connection can be reliably performed, and the yield of a semiconductor integrated circuit device having a transistor in which a gate electrode and a well region are electrically connected can be improved.

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

なお、本明細書における第1導電型とは、p型またはn型を意味する。また、第2導電型とは、第1導電型がp型の場合はn型を、第1導電型がn型の場合はp型を意味することとする。   In the present specification, the first conductivity type means p-type or n-type. The second conductivity type means n-type when the first conductivity type is p-type, and p-type when the first conductivity type is n-type.

本発明の半導体装置の好ましい実施の形態について図1に基づいて説明する。図1(a)は、上記半導体装置の平面図であり、図1(b)は、図1(a)の切断面A−Aにおける断面図であり、図1(c)は、図1(a)の切断面B−Bにおける断面図である。   A preferred embodiment of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a plan view of the semiconductor device, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG. 1A, and FIG. It is sectional drawing in the cut surface BB of a).

本発明の実施の形態の半導体装置は、図1(a)〜(c)に示すように、半導体基板1上の深いウエル領域(もしくは絶縁体層)2上に形成される。この深いウエル領域2上にウエル領域11と素子分離領域12を形成している。上記ウエル領域11の極性と深いウエル領域2との導電型は異なっている。すなわち、第1導電型の深いウエル領域2上に第2導電型のウエル領域11を形成している。上記ウエル領域11上にゲート絶縁膜13を形成し、そのゲート絶縁膜13上にゲート電極14を形成している。上記ゲート電極14の側壁に絶縁性の側壁スペーサ15を形成している。しかし、上記絶縁性の側壁スペーサ15は、ゲート電極14とウエル領域11とを電気的に接続する部分のゲート電極14の側壁には形成されていない。上記ゲート電極14とウエル領域11とを電気的に接続する部分のゲート電極14の側壁に接して半導体接続部17が形成されている。また、ソース/ドレイン領域となる部分に半導体材料18,19を形成している。上記半導体接続部17とウエル領域11が接している部分の下部に第2導電型の不純物濃度の高いコンタクト領域20を形成している。上記ソース/ドレイン領域となる半導体材料18,19とウエル領域11が接している部分の下部に、第1導電型の不純物濃度の高い領域21,22を形成している。上記ゲート電極14と半導体接続部17上に、シリサイド膜24を形成している。そして、上記ソース/ドレイン領域となる半導体材料18,19上に、シリサイド膜23,25を形成している。なお、上記素子分離領域12上には、一部の領域を除いてシリコン窒化膜16を形成している。   The semiconductor device according to the embodiment of the present invention is formed on a deep well region (or insulator layer) 2 on a semiconductor substrate 1 as shown in FIGS. A well region 11 and an element isolation region 12 are formed on the deep well region 2. The polarity of the well region 11 and the conductivity type of the deep well region 2 are different. That is, the second conductivity type well region 11 is formed on the first conductivity type deep well region 2. A gate insulating film 13 is formed on the well region 11, and a gate electrode 14 is formed on the gate insulating film 13. An insulating sidewall spacer 15 is formed on the sidewall of the gate electrode 14. However, the insulating side wall spacer 15 is not formed on the side wall of the gate electrode 14 in a portion that electrically connects the gate electrode 14 and the well region 11. A semiconductor connection portion 17 is formed in contact with the side wall of the gate electrode 14 at a portion where the gate electrode 14 and the well region 11 are electrically connected. In addition, semiconductor materials 18 and 19 are formed in portions to be source / drain regions. A contact region 20 having a high impurity concentration of the second conductivity type is formed below a portion where the semiconductor connection portion 17 and the well region 11 are in contact with each other. Regions 21 and 22 having a high impurity concentration of the first conductivity type are formed below the portions where the semiconductor regions 18 and 19 to be the source / drain regions are in contact with the well region 11. A silicide film 24 is formed on the gate electrode 14 and the semiconductor connection portion 17. Silicide films 23 and 25 are formed on the semiconductor materials 18 and 19 to be the source / drain regions. A silicon nitride film 16 is formed on the element isolation region 12 except for a part of the region.

また、上記ゲート電極14は、図1(a)に示すように、ウエル領域11内の不純物濃度の高い領域21,22とに挟まれたチャネル領域の上部に位置する電極部14Aと、その電極部14Aよりも幅の広いパッド部14Bとを有している。また、上記ゲート電極14には、図1(b)に示すように、第1導電型の部分14aと第2導電型の部分14bがある。上記第1導電型の部分14aと第2導電型の部分14bの境界は、ゲート電極14のパッド部14B内に位置し、実行チャネル幅が狭まり駆動電流が低下することを防止している。また、上記シリサイド膜24によって、ゲート電極14の第1導電型の部分14aとゲート電極14の第2導電型の部分14bとの間の抵抗が低減されている。   Further, as shown in FIG. 1A, the gate electrode 14 includes an electrode portion 14A located above the channel region sandwiched between the high impurity concentration regions 21 and 22 in the well region 11, and its electrode. The pad portion 14B is wider than the portion 14A. The gate electrode 14 includes a first conductivity type portion 14a and a second conductivity type portion 14b as shown in FIG. The boundary between the first conductivity type portion 14a and the second conductivity type portion 14b is located in the pad portion 14B of the gate electrode 14 to prevent the effective channel width from being narrowed and the drive current from being lowered. The silicide film 24 reduces the resistance between the first conductivity type portion 14 a of the gate electrode 14 and the second conductivity type portion 14 b of the gate electrode 14.

上記ゲート電極14は、半導体接続部17と不純物濃度の高いコンタクト領域20を介してウエル領域11と電気的に接続されており、ゲート電極14とウエル領域11の電気的接続に上部配線層に達するコンタクトプラグを用いていないため、配線の配置に影響を与えない。この結果、ゲート電極14とウエル領域11とが電気的に接続されているトランジスタを有する半導体集積回路装置の高集積化を図ることができる。また、シリサイド膜よりも半導体接続部17の方がゲート電極14の側壁に厚く形成することが容易であるため、ゲート電極14とウエル領域11との電気的接続を確実に行うことができ、ゲート電極14とウエル領域11とが電気的に接続されているトランジスタを有する半導体集積回路装置の歩留まりの向上を図ることができる。   The gate electrode 14 is electrically connected to the well region 11 through the semiconductor connection portion 17 and the contact region 20 having a high impurity concentration, and reaches the upper wiring layer in the electrical connection between the gate electrode 14 and the well region 11. Since no contact plug is used, the wiring arrangement is not affected. As a result, high integration of a semiconductor integrated circuit device having a transistor in which the gate electrode 14 and the well region 11 are electrically connected can be achieved. In addition, since the semiconductor connection portion 17 is easier to be formed on the side wall of the gate electrode 14 than the silicide film, the electrical connection between the gate electrode 14 and the well region 11 can be reliably performed. The yield of a semiconductor integrated circuit device having a transistor in which the electrode 14 and the well region 11 are electrically connected can be improved.

図2〜図9に、ゲート電極とウエル領域が電気的に接続されている半導体装置の好ましい製造方法を説明する。   2 to 9 illustrate a preferred method for manufacturing a semiconductor device in which a gate electrode and a well region are electrically connected.

まず、半導体基板1上に形成した第1導電型の深いウエル領域(もしくは絶縁体層)2上に、図2に示すように、周知のSTI(Shallow Trench Isolation)技術とイオン注入技術によって、第2導電型のウエル領域11と素子分離領域12を形成する。上記素子分離領域12は、隣接する素子のウエル領域11が互いに電気的に分離されるように形成される。なお、図3〜図9では、図2に示した半導体基板1と深いウエル領域(もしくは絶縁体層)2および素子分離領域12の下側の一部は省略している。   First, as shown in FIG. 2, the first conductivity type deep well region (or insulator layer) 2 formed on the semiconductor substrate 1 is subjected to a first STI (Shallow Trench Isolation) technique and an ion implantation technique. A two-conductivity well region 11 and an element isolation region 12 are formed. The element isolation region 12 is formed so that the well regions 11 of adjacent elements are electrically isolated from each other. 3 to 9, the semiconductor substrate 1 shown in FIG. 2, the deep well region (or insulator layer) 2, and a part below the element isolation region 12 are omitted.

次に、図3に示すように、上記ウエル領域11上にゲート絶縁膜13を形成し、そのゲート絶縁膜13上にゲート電極14を形成する。上記ゲート絶縁膜13は、絶縁性を有する限りその材質は特に限定されない。本発明の実施の形態では、上記ゲート絶縁膜13として2〜5 nmの厚さに形成されたシリコン窒化酸化物層を形成する。必要ならば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、他の誘電体およびそれらの組み合わせを用いてよい。また、上記ゲート電極14は、100〜350 nmの厚さに堆積されたポリシリコン層上にシリコン酸化膜31のパターンを周知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて形成した後、ポリシリコン層をドライエッチングして形成されることが望ましい。上記ゲート電極14は、ポリシリコンからなることが望ましいが、必要ならば、金属、単結晶シリコン、またはそれらの組み合わせを用いてもよい。また、上記シリコン酸化膜層31は、ポリシリコン層のエッチングのときにマスクとなる材料であればよく、シリコン酸化膜に限るものではない。   Next, as shown in FIG. 3, a gate insulating film 13 is formed on the well region 11, and a gate electrode 14 is formed on the gate insulating film 13. The material of the gate insulating film 13 is not particularly limited as long as it has an insulating property. In the embodiment of the present invention, a silicon nitride oxide layer having a thickness of 2 to 5 nm is formed as the gate insulating film 13. If necessary, silicon oxide, silicon nitride, other dielectrics and combinations thereof may be used. The gate electrode 14 is formed by forming a pattern of the silicon oxide film 31 on a polysilicon layer deposited to a thickness of 100 to 350 nm using a well-known photolithography technique and dry etching technique, and then forming a polysilicon layer. It is desirable to form by dry etching. The gate electrode 14 is preferably made of polysilicon, but if necessary, metal, single crystal silicon, or a combination thereof may be used. The silicon oxide film layer 31 is not limited to a silicon oxide film as long as it is a material that becomes a mask when the polysilicon layer is etched.

次に、図4に示すように、絶縁膜層(図示せず)を堆積した後、周知のドライエッチングを行い、ゲート電極14の側壁に絶縁性の側壁スペーサ15を形成する。上記絶縁膜層は、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法を用いて約5〜100 nm程度の厚さに堆積したシリコン窒化膜が望ましいが、上記シリコン酸化膜層31をエッチングするときにエッチング耐性のある材料であればよく、シリコン窒化膜に限るものではない。   Next, as shown in FIG. 4, after depositing an insulating film layer (not shown), well-known dry etching is performed to form an insulating sidewall spacer 15 on the sidewall of the gate electrode 14. The insulating film layer is preferably a silicon nitride film deposited to a thickness of about 5 to 100 nm using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, but the silicon oxide film layer 31 is etched. The material may be any material having etching resistance, and is not limited to the silicon nitride film.

次に、図5に示すように、上記ゲート電極14とウエル領域11とを電気的に接続する部分にあたる絶縁性の側壁スペーサ15の一部を周知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により除去する。上記絶縁性の側壁スペーサ15の一部を除くときのドライエッチング技術には、イオンに曝さないケミカルドライエッチング方式を用いるとウエル領域11に損傷を与えずに絶縁性の側壁スペーサ15の一部を効率的に除去することができる。   Next, as shown in FIG. 5, a part of the insulating side wall spacer 15 corresponding to a portion where the gate electrode 14 and the well region 11 are electrically connected is removed by a known photolithography technique and dry etching technique. In the dry etching technique for removing a part of the insulating side wall spacer 15, when a chemical dry etching method not exposed to ions is used, a part of the insulating side wall spacer 15 is removed without damaging the well region 11. It can be removed efficiently.

次に、図6に示すように、上記ゲート電極14の周囲を囲むようにかつ絶縁性の側壁スペーサ15の側壁の外側に半導体材料61を形成する。半導体材料61は、400〜800 nmの厚さにLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition:低圧化学気相成長)法で堆積されたポリシリコン層を周知のドライエッチング技術でエッチングバックして形成されることが望ましい。   Next, as shown in FIG. 6, a semiconductor material 61 is formed so as to surround the gate electrode 14 and outside the side wall of the insulating side wall spacer 15. The semiconductor material 61 is formed by etching back a polysilicon layer deposited by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method to a thickness of 400 to 800 nm by a well-known dry etching technique. Is desirable.

上記半導体材料61を、LPCVD法で堆積した後エッチングバックして形成する場合は、半導体材料61が図6(b)に示すように素子分離領域12からゲート電極14に向かって漸次厚くなるようになるため、ゲート電極14による垂直段差が緩和され、後の製造工程の生産性を上げることができる。例えば、層間絶縁膜層の平坦化が容易になると共に、コンタクト孔をエッチングにて形成するときのエッチング条件のマージンが広がる等の効果がある。この時点では、半導体材料61は、ゲート電極14の周囲を環状に囲っているためにソースとドレインとなる部分が短絡している。   When the semiconductor material 61 is formed by LPCVD and then etched back, the semiconductor material 61 gradually increases in thickness from the element isolation region 12 toward the gate electrode 14 as shown in FIG. Therefore, the vertical step due to the gate electrode 14 is relaxed, and the productivity of the subsequent manufacturing process can be increased. For example, the interlayer insulating film layer can be easily flattened and the etching condition margin when the contact hole is formed by etching is increased. At this time, since the semiconductor material 61 surrounds the periphery of the gate electrode 14 in a ring shape, the portions serving as the source and the drain are short-circuited.

上記ポリシリコン層を堆積するときには、ウエル領域11との界面に自然酸化膜が成長しないように形成することが重要となる。ウエル領域11の表面と、堆積したポリシリコン層との界面に自然酸化膜が成長すると、後の工程で、イオン注入によりポリシリコン層中にドナー(もしくはアクセプタ)となる不純物を導入した後に熱処理により不純物を半導体基板中に熱拡散させて接合を形成するときに、この自然酸化膜が不純物の拡散バリアとなり均一な不純物拡散が阻害される。このため、ソースおよびドレインの接合深さが不均一になり、トランジスタ特性がばらつく原因となる。   When depositing the polysilicon layer, it is important that the native oxide film is not grown at the interface with the well region 11. When a natural oxide film grows at the interface between the surface of the well region 11 and the deposited polysilicon layer, an impurity that becomes a donor (or acceptor) is introduced into the polysilicon layer by ion implantation in a later step, and then heat treatment is performed. When a junction is formed by thermally diffusing impurities in the semiconductor substrate, the natural oxide film serves as an impurity diffusion barrier, and uniform impurity diffusion is inhibited. For this reason, the junction depth of the source and drain becomes non-uniform, which causes the transistor characteristics to vary.

本発明の実施の形態では、予備排気室と露点が常に−100 ℃以下に保たれた窒素パージ室と、堆積炉を備えたLPCVD装置によりポリシリコン層を形成するので、自然酸化膜を成長させずにポリシリコンを成長させることが可能となっている。   In the embodiment of the present invention, the polysilicon layer is formed by the pre-exhaust chamber, the nitrogen purge chamber in which the dew point is always kept at −100 ° C. or less, and the LPCVD apparatus equipped with the deposition furnace, so that a natural oxide film is grown. It is possible to grow polysilicon without losing.

具体的には、ポリシリコン層を堆積させる直前にフッ酸系の溶液で洗浄し、自然酸化膜を一旦除去した後、予備真空排気室に搬送する。搬送時の大気雰囲気を一旦真空排気した後、窒素雰囲気に置換し露点が−100℃以下に保たれた窒素パージ室に搬送する。ここで、予備排気室の役割は、搬送時の大気を窒素パージ室に混入させないことである。ほんの僅かな大気であっても大気が窒素パージ室に混入すると、−100 ℃以下の雰囲気まで回復させるのに数日の時間がかかり、非常にスループットが悪化してしまう。また、窒素パージ室の役割は、ウエハ表面に吸着した水分子を窒素パージにより完全に除去することである。ウエハ表面に吸着した水分子は窒素パージにより完全に除去できることが実験により確認されている。   Specifically, the substrate is washed with a hydrofluoric acid-based solution immediately before depositing the polysilicon layer, the natural oxide film is once removed, and then transferred to the preliminary vacuum exhaust chamber. The air atmosphere at the time of transfer is once evacuated and then replaced with a nitrogen atmosphere and transferred to a nitrogen purge chamber in which the dew point is kept at -100 ° C. or lower. Here, the role of the preliminary exhaust chamber is to prevent air during transport from entering the nitrogen purge chamber. Even if it is a very small amount of air, if air is mixed into the nitrogen purge chamber, it takes several days to recover the atmosphere below -100 ° C., and the throughput is extremely deteriorated. The role of the nitrogen purge chamber is to completely remove water molecules adsorbed on the wafer surface by nitrogen purge. Experiments have confirmed that water molecules adsorbed on the wafer surface can be completely removed by nitrogen purge.

通常のLPCVD装置では、このような除去しきれない水分子をウエハ表面に吸着させたまま堆積炉に搬送される。通常のポリシリコン膜は550 ℃から650 ℃程度の温度で形成しているため、この温度に保たれている堆積炉にウエハを搬送するときに吸着している水分子及び大気中の酸素がシリコンウエハと反応して、ポリシリコン層を形成する前に自然酸化膜が成長してしまう。これにより、ポリシリコン層とウエル領域11との界面に自然酸化膜が成長してしまう。しかし、本実施の形態のLPCVD装置では、上述したように露点が常に−100 ℃以下に保たれた窒素パージ室にて吸着している水分子を完全に除去した後に堆積炉に搬送するシステムになっているため、自然酸化膜を成長させることなくポリシリコン層を形成することが可能となっている。したがって、不純物がウエル領域11に円滑に拡散し、均一な接合を制御性良く形成することができる。   In an ordinary LPCVD apparatus, water molecules that cannot be removed are transported to the deposition furnace while adsorbed on the wafer surface. Since an ordinary polysilicon film is formed at a temperature of about 550 ° C. to 650 ° C., water molecules adsorbed when the wafer is transferred to a deposition furnace maintained at this temperature and oxygen in the atmosphere are formed by silicon. The natural oxide film grows before reacting with the wafer and forming the polysilicon layer. As a result, a natural oxide film grows at the interface between the polysilicon layer and the well region 11. However, in the LPCVD apparatus according to the present embodiment, as described above, the system in which the water molecules adsorbed in the nitrogen purge chamber in which the dew point is always kept at −100 ° C. or lower is completely removed and then transferred to the deposition furnace. Therefore, it is possible to form a polysilicon layer without growing a natural oxide film. Therefore, the impurities can be smoothly diffused into the well region 11 and a uniform junction can be formed with good controllability.

また、上記半導体材料61は、ウエル領域11やゲート電極14などの露出したシリコン面にのみ形成されるように選択的に堆積されてもよい。上記半導体材料61を選択的に堆積する場合は、上記ゲート電極14の側壁に堆積する膜とウエル領域11に堆積する膜が十分接触する膜厚まで堆積する必要がある。少なくとも、上記ゲート絶縁膜13の膜厚より厚く堆積する必要がある。上記半導体材料61を選択的に堆積する効果としては、シリコン面(ウエル領域11やゲート電極14などの露出面)にのみ半導体材料61が形成され、素子分離領域12上には形成されないので、後に記述するフォトリソグラフィ、エッチング技術を用いて半導体材料61を分離する工程を省略できるという効果がある。   The semiconductor material 61 may be selectively deposited so as to be formed only on exposed silicon surfaces such as the well region 11 and the gate electrode 14. When the semiconductor material 61 is selectively deposited, it is necessary to deposit the film so that the film deposited on the side wall of the gate electrode 14 and the film deposited on the well region 11 are in sufficient contact. It is necessary to deposit at least thicker than the gate insulating film 13. As an effect of selectively depositing the semiconductor material 61, the semiconductor material 61 is formed only on the silicon surface (exposed surface of the well region 11 and the gate electrode 14) and is not formed on the element isolation region 12. There is an effect that the step of separating the semiconductor material 61 by using the photolithography and etching techniques to be described can be omitted.

さらに、上記半導体材料61は、不純物の固体拡散の速度が速いポリシリコンからなることが望ましいが、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、シリコン/ゲルマニウム合金それらの組み合わせを用いてもよい。   Further, the semiconductor material 61 is preferably made of polysilicon having a high solid diffusion rate of impurities, but amorphous silicon, single crystal silicon, a silicon / germanium alloy, or a combination thereof may be used.

次に、図7に示されているように、上記半導体材料61を、ソース/ドレイン領域の一方(半導体材料18)、ソース/ドレイン領域の他方(半導体材料19)、ゲート電極14とウエル領域11との電気的な接続部分(半導体接続部17)に分離する。本発明の実施の形態では、ゲート電極14上のシリコン酸化膜31を希フッ酸処理により除いた後、半導体材料61の一部をフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて除去することで、半導体材料61を分離している。   Next, as shown in FIG. 7, the semiconductor material 61 is mixed with one of the source / drain regions (semiconductor material 18), the other of the source / drain regions (semiconductor material 19), the gate electrode 14 and the well region 11. And an electrical connection portion (semiconductor connection portion 17). In the embodiment of the present invention, after the silicon oxide film 31 on the gate electrode 14 is removed by dilute hydrofluoric acid treatment, a part of the semiconductor material 61 is removed by using a photolithography technique and a dry etching technique, so that the semiconductor The material 61 is separated.

次に、図8に図示されているように、周知のフォトリソグラフィ技術とイオン注入技術を用いて、半導体接続部17と半導体材料18,19およびゲート電極14に不純物注入を行う。上記不純物注入において、ゲート電極14とウエル領域11の電気的な接続を行う部分の半導体接続部17への不純物注入では、半導体接続部17がウエル領域11と同じ導電型になるように注入するイオン種を選択し、ソース/ドレイン領域の一部となる半導体材料18,19への不純物注入では、半導体材料18,19がウエル領域11とは、異なる導電型になるようにイオン種を選択する。なお、本発明の実施の形態では、半導体接続部17が確実に第2導電型になるようにイオン注入を行うため、ゲート電極14の一部は第2導電型になり、第1導電型の部分14aと第2導電型の部分14bに分かれる。また、上記ゲート電極14の第1導電型の部分14aと第2導電型の部分14bの境界が、ゲート電極14のパッド部分14B内に位置するように不純物注入を行うことで、実効チャネル幅が狭まることによる駆動電流の低下を防ぐことができる。   Next, as shown in FIG. 8, impurities are implanted into the semiconductor connection portion 17, the semiconductor materials 18 and 19, and the gate electrode 14 using a well-known photolithography technique and ion implantation technique. In the impurity implantation, in the impurity implantation into the semiconductor connection portion 17 where the gate electrode 14 and the well region 11 are electrically connected, ions implanted so that the semiconductor connection portion 17 has the same conductivity type as the well region 11. In selecting impurities and implanting impurities into the semiconductor materials 18 and 19 that are part of the source / drain regions, ion species are selected so that the semiconductor materials 18 and 19 have a different conductivity type from the well region 11. In the embodiment of the present invention, ion implantation is performed so as to ensure that the semiconductor connection portion 17 has the second conductivity type. Therefore, a part of the gate electrode 14 has the second conductivity type, and the first conductivity type It is divided into a portion 14a and a second conductivity type portion 14b. Further, by performing impurity implantation so that the boundary between the first conductivity type portion 14a and the second conductivity type portion 14b of the gate electrode 14 is located in the pad portion 14B of the gate electrode 14, the effective channel width is increased. A decrease in drive current due to narrowing can be prevented.

上記不純物注入は、例えば、不純物イオンとしてAsイオンを用いた場合には、10〜180 keV程度の注入エネルギーで、1×1015〜2×1016 cm-2程度の量を注入し、不純物イオンとして、Pイオンを用いた場合には5〜100 keV程度の注入エネルギーで、1×1016〜2×1016 cm-2程度の量を注入し、また、不純物イオンとしてBイオンを用いた場合には、5〜40 keV程度の注入エネルギーで、1×1016〜2×1016 cm-2程度の量を注入することで行うことができる。 For example, when As ions are used as the impurity ions, the impurity implantation is performed by implanting an amount of about 1 × 10 15 to 2 × 10 16 cm −2 with an implantation energy of about 10 to 180 keV. In the case where P ions are used, an amount of about 1 × 10 16 to 2 × 10 16 cm −2 is implanted with an implantation energy of about 5 to 100 keV, and B ions are used as impurity ions. Can be performed by implanting an amount of about 1 × 10 16 to 2 × 10 16 cm −2 with an implantation energy of about 5 to 40 keV.

上記不純物注入の後、不純物活性化のためにアニールを行うことにより、不純物濃度の高いコンタクト領域20が半導体接続部17からの不純物拡散によって形成され、不純物濃度の高い領域21,22が半導体材料18,19からの不純物拡散によって形成される。上記不純物活性化のためのアニールは、不純物濃度の高い領域21,22の先端が少なくともゲート電極14の外縁に到達するように行うことが望ましい。上記半導体接続部17の下部に不純物濃度の高いコンタクト領域20が形成されることで、ゲート電極14とウエル領域11とがオーミック接続される。   After the impurity implantation, annealing for impurity activation is performed, so that the contact region 20 having a high impurity concentration is formed by impurity diffusion from the semiconductor connection portion 17, and the regions 21 and 22 having a high impurity concentration are formed by the semiconductor material 18. , 19 is formed by impurity diffusion. The annealing for activating the impurities is desirably performed so that the tips of the regions 21 and 22 having a high impurity concentration reach at least the outer edge of the gate electrode 14. A contact region 20 having a high impurity concentration is formed below the semiconductor connection portion 17 so that the gate electrode 14 and the well region 11 are ohmically connected.

次に、図9に図示されているように、周知のサリサイド技術により、ソース/ドレイン領域の一部である半導体材料18,19上、ゲート電極14上、ゲート電極14とウエル領域11の電気的な接続部分である半導体接続部17上に、高融点金属シリサイド膜を選択的に形成する。サリサイドに用いる高融点金属としては、Coからなることが望ましいが、Ti、Ni、それらの組み合わせを用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 9, an electrical connection between the semiconductor materials 18 and 19, which are part of the source / drain region, the gate electrode 14, and the gate electrode 14 and the well region 11 is performed by a known salicide technique. A refractory metal silicide film is selectively formed on the semiconductor connection portion 17 which is a simple connection portion. The refractory metal used for salicide is preferably made of Co, but Ti, Ni, or a combination thereof may be used.

この後、周知の手法によりコンタクト孔、配線等(図示せず)を形成することにより本発明の半導体装置を製造することができる。   Thereafter, the semiconductor device of the present invention can be manufactured by forming contact holes, wirings and the like (not shown) by a known method.

図1(a)は、本発明の実施の形態の半導体装置の平面図であり、図1(b)は、A−A切断面における断面図であり、図1(c)は、B−B切断面における断面図である。1A is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. It is sectional drawing in a cut surface. 図2(a)は、上記半導体装置の製造方法を説明する平面図であり、図2(b)は、A−A切断面における断面図であり、図2(c)は、B−B切断面における断面図である。2A is a plan view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line BB. It is sectional drawing in a surface. 図3(a)は、図2(c)に続く半導体装置の製造方法を説明する平面図であり、図3(b)は、A−A切断面における断面図であり、図3(c)は、B−B切断面における断面図である。3A is a plan view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device subsequent to FIG. 2C, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. These are sectional drawings in a BB cut surface. 図4(a)は、図3(c)に続く半導体装置の製造方法を説明する平面図であり、図4(b)は、A−A切断面における断面図であり、図4(c)は、B−B切断面における断面図である。4A is a plan view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device subsequent to FIG. 3C, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. These are sectional drawings in a BB cut surface. 図5(a)は、図4(c)に続く半導体装置の製造方法を説明する平面図であり、図5(b)は、A−A切断面における断面図であり、図5(c)は、B−B切断面における断面図である。5A is a plan view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device subsequent to FIG. 4C, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. These are sectional drawings in a BB cut surface. 図6(a)は、図5(c)に続く半導体装置の製造方法を説明する平面図であり、図6(b)は、A−A切断面における断面図であり、図6(c)は、B−B切断面における断面図である。6A is a plan view for explaining a method for manufacturing a semiconductor device subsequent to FIG. 5C, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. These are sectional drawings in a BB cut surface. 図7(a)は、図6(c)に続く半導体装置の製造方法を説明する平面図であり、図7(b)は、A−A切断面における断面図であり、図7(c)は、B−B切断面における断面図である。FIG. 7A is a plan view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device subsequent to FIG. 6C, FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. These are sectional drawings in a BB cut surface. 図8(a)は、図7(c)に続く半導体装置の製造方法を説明する平面図であり、図8(b)は、A−A切断面における断面図であり、(c)は、B−B切断面における断面図である。FIG. 8A is a plan view for explaining a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 7C, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. It is sectional drawing in a BB cut surface. 図9(a)は、図8(c)に続く半導体装置の製造方法を説明する平面図であり、図9(b)は、A−A切断面における断面図であり、図9(c)は、B−B切断面における断面図である。FIG. 9A is a plan view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device subsequent to FIG. 8C, FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. These are sectional drawings in a BB cut surface. 図10は従来の第1の半導体装置としてのDT−MOSトランジスタの構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a DT-MOS transistor as a conventional first semiconductor device. 図11は従来の第2の半導体装置としてのDT−MOSトランジスタの構造を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a DT-MOS transistor as a conventional second semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体基板
2…深いウエル領域(もしくは絶縁体層)
11…ウエル領域
12…素子分離領域
13…ゲート絶縁膜
14…ゲート電極
14A…電極部
14B…パッド部
14a…第1導電型の部分
14b…第2導電型の部分
15…側壁スペーサ
16…シリコン窒化膜
17…半導体接続部(ゲート電極とウエル領域の電気的な接続部分)
18…半導体材料(ソース/ドレイン領域の一部)
19…半導体材料(ソース/ドレイン領域の一部)
20…第2導電型の不純物濃度の高いコンタクト領域
21…第1導電型の不純物濃度の高い領域
22…第1導電型の不純物濃度の高い領域
23〜25…シリサイド膜
31…シリコン酸化膜
61…半導体材料
101…下地ウエハ
102…酸化シリコン膜
103…p型シリコン層
104…素子分離酸化膜
105…ゲート酸化膜
106…ゲート電極
108…層間絶縁膜
109…p+型拡散層
110…コンタクトプラグおよびAl配線
201…半導体基板
202…素子分離領域
203…深いウエル領域
204…浅いウエル領域
205…ゲート酸化膜
206…ゲート電極
207…ゲート電極側壁絶縁膜
208…高濃度拡散層コンタクト領域
209…高融点金属シリサイド膜
1 ... Semiconductor substrate 2 ... Deep well region (or insulator layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Well region 12 ... Element isolation region 13 ... Gate insulating film 14 ... Gate electrode 14A ... Electrode part 14B ... Pad part 14a ... First conductivity type part 14b ... Second conductivity type part 15 ... Side wall spacer 16 ... Silicon nitride Film 17 ... Semiconductor connection portion (electrical connection portion between gate electrode and well region)
18 ... Semiconductor material (part of source / drain region)
19 ... Semiconductor material (part of source / drain region)
20 ... second conductivity type high impurity concentration contact region 21 ... first conductivity type high impurity concentration region 22 ... first conductivity type high impurity concentration region 23-25 ... silicide film 31 ... silicon oxide film 61 ... Semiconductor material 101 ... Underlying wafer 102 ... Silicon oxide film 103 ... p-type silicon layer 104 ... element isolation oxide film 105 ... gate oxide film 106 ... gate electrode 108 ... interlayer insulating film 109 ... p + type diffusion layer 110 ... contact plug and Al Interconnect 201 ... Semiconductor substrate 202 ... Element isolation region 203 ... Deep well region 204 ... Shallow well region 205 ... Gate oxide film 206 ... Gate electrode 207 ... Gate electrode sidewall insulating film 208 ... High-concentration diffusion layer contact region 209 ... Refractory metal silicide film

Claims (5)

半導体基板上に形成されたウエル領域と素子分離領域と、
上記ウエル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
上記ゲート電極の外縁の一部を除いて上記ゲート電極を囲むように、かつ、上記ゲート電極の側壁に接するように形成された絶縁性を有する側壁スペーサと、
上記側壁スペーサが形成されていない上記ゲート電極の外縁の一部の側壁に接するように形成され、上記ゲート電極と上記ウエル領域とを電気的に接続する半導体接続部とを備えることを特徴とする半導体装置。
A well region and an element isolation region formed on a semiconductor substrate;
A gate insulating film formed on the well region;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
An insulating sidewall spacer formed so as to surround the gate electrode except for a part of the outer edge of the gate electrode and to be in contact with the sidewall of the gate electrode;
The semiconductor device further comprises a semiconductor connection portion formed so as to be in contact with a part of the side wall of the outer edge of the gate electrode where the side wall spacer is not formed, and electrically connecting the gate electrode and the well region. Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置であって、
上記半導体接続部は、上記素子分離領域側から上記ゲート電極の側壁側に向かって漸次厚くなるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the semiconductor connection portion is formed so as to gradually increase in thickness from the element isolation region side toward the side wall side of the gate electrode.
請求項1または2に記載の半導体装置であって、
上記半導体接続部と電気的に接続された上記ウエル領域の表面側に、上記ゲート電極下の領域よりも不純物濃度の高いコンタクト領域を設けたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein
A semiconductor device, wherein a contact region having an impurity concentration higher than that of a region under the gate electrode is provided on a surface side of the well region electrically connected to the semiconductor connection portion.
請求項1乃至3のいずれか1つに記載の半導体装置であって、
上記半導体接続部は、上記ウエル領域と同じ導電型であり、
上記ゲート電極は、半導体からなり、上記半導体接続部に側壁が接する少なくとも一部が上記半導体接続部と同じ導電型であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor connection portion has the same conductivity type as the well region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is made of a semiconductor, and at least a part of which the side wall is in contact with the semiconductor connection portion has the same conductivity type as the semiconductor connection portion.
半導体基板上にウエル領域と素子分離領域を形成する工程と、
上記ウエル領域上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
上記ゲート電極を囲むように、かつ、上記ゲート電極の側壁に接するように、絶縁性を有する側壁スペーサを形成する工程と、
上記ゲート電極の側壁の一部が上記側壁スペーサで囲まれないように、上記側壁スペーサの一部を除去する工程と、
上記側壁スペーサの一部の除去により上記側壁スペーサで囲まれなくなった上記ゲート電極の側壁の一部に接するように、上記ゲート電極と上記ウエル領域とを電気的に接続する半導体接続部を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a well region and an element isolation region on a semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film on the well region;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming an insulating sidewall spacer so as to surround the gate electrode and to be in contact with the sidewall of the gate electrode;
Removing a part of the side wall spacer so that a part of the side wall of the gate electrode is not surrounded by the side wall spacer;
A semiconductor connection portion that electrically connects the gate electrode and the well region is formed so as to be in contact with a part of the side wall of the gate electrode that is no longer surrounded by the side wall spacer by removing a part of the side wall spacer. A method of manufacturing a semiconductor device.
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