JP4561060B2

JP4561060B2 - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP4561060B2
Application number: JP2003280726A
Authority: JP
Inventors: 健二立岩
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: JP2005050998A

Description

本発明は高密度な半導体装置及びその製造方法に関し、特に異なるレイヤに同時コンタクトを形成するコンタクト構造及びその形成方法に関するものである。

半導体装置の高密度化が進展する中で、配線パターンの微細化と共に新しいコンタクト構造が開発されている。以下、従来の半導体装置について、図６を参照しながら説明する。図６は従来の半導体装置の断面図を示すものである。

図６に示すように、Ｎ^-型シリコン基板（１００１）上に分離酸化膜（１００２）を形成する。次にゲート酸化膜（１００３）を形成し、その上にゲート電極（１００４）を形成する。ゲート電極（１００４）の脇にはＰ型拡散層１（１００６）が形成されており、ゲート電極（１００４）の横にはシリコン窒化膜で形成されるサイドウォール絶縁膜（１００５）が形成されている。サイドウォール絶縁膜（１００５）の脇にはＰ⁺型拡散層２（１００７）が形成されており、これらの上部にはシリコン窒化膜からなる拡散防止膜（１００８）及びＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜（１００９）が形成されている。

コンタクトホール（１０１０）は層間絶縁膜（１００９）及び拡散防止膜（１００８）をエッチングによって除去することで形成される。その際、ＣｏＳｉ₂／ポリシリコンからなるゲート電極（１００４）はエッチングされないため、コンタクトホール（１０１０）の底部に残る。このように、コンタクトホール（１０１０）はゲート電極（１００４）とＰ⁺型拡散層２（１００７）とを接続する、いわゆるシェアードコンタクトを形成する（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−３１６３０８号公報

しかしながら上記のような構成では、サイドウォール絶縁膜がエッチングされやすく、サイドウォール絶縁膜がなくなることにより、電気的接合リークが生じやすいという問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、高密度な半導体装置に使用される微細なシェアードコンタクトにおいて、電気的接合リークを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の半導体装置は、一方導電形の半導体基板の表面に形成された他方導電形の第１の拡散層と、第１の拡散層上に絶縁膜を介して選択的に形成された導電体層と、導電体層の側面に形成された側壁絶縁膜と、側壁絶縁膜の下で半導体基板の表面に第１の拡散層と隣接して形成された他方導電形の第２の拡散層と、半導体基板の表面に第１の拡散層とは逆側に第２の拡散層と隣接して形成された他方導電形の第３の拡散層と、導電体層を覆い、半導体基板の上に形成された拡散防止膜と、拡散防止膜の上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜及び拡散防止膜に形成され、導電体層と第３の拡散層とに跨って接続するコンタクトホールとを備えており、第３の拡散層は第２の拡散層よりも高濃度であり、第２の拡散層は第１の拡散層よりも高濃度であることを特徴とする。

これによれば、コンタクトホールを形成する際にエッチングの選択性不足により側壁絶縁膜がエッチングされ、なくなってしまっても、一方導電形の半導体基板の表面には他方導電形の第１の拡散層が形成されているため、コンタクトホールから半導体基板へ電気的接合リークを引き起こすことがない。従って、電気的接合リークの生じない高密度なシェアードコンタクトを実現することができる。

上記の半導体装置において、導電体層と第３の拡散層との表面に形成されたシリサイド層とをさらに備えていることが好ましい。

上記の半導体装置において、側壁絶縁膜及び拡散防止膜はシリコン窒化膜からなり、層間絶縁膜はシリコン酸化膜からなることが好ましい。

次に、本発明の第１の半導体装置の製造方法は、一方導電形の半導体基板の表面に他方導電形の第１の拡散層を形成する工程と、第１の拡散層の上に絶縁膜を介して第１の導電体層を選択的に形成する工程と、第１の導電体層をマスクとして、半導体基板の表面に第１の拡散層と隣接して他方導電形の第２の拡散層を形成する工程と、第１の導電体層の側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、第１の導電体層及び側壁絶縁膜をマスクとして、半導体基板の表面に第１の拡散層とは逆側に第２の拡散層と隣接して他方導電形の第３の拡散層を形成する工程と、第１の導電体層を覆い、半導体基板の上に拡散防止膜を形成する工程と、拡散防止膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜及び拡散防止膜に形成され、第１の導電体層と第３の拡散層とに跨って接続する第１のコンタクトホールを形成する工程とを備えており、第３の拡散層は第２の拡散層よりも高濃度であり、第２の拡散層は第１の拡散層よりも高濃度であることを特徴とする。

上記の半導体装置の製造方法において、拡散防止膜の形成工程の前に、第１の導電体層と第３の拡散層との表面にシリサイド層を形成する工程とをさらに備えていることが好ましい。

上記の半導体装置の製造方法において、側壁絶縁膜及び拡散防止膜はシリコン窒化膜からなり、層間絶縁膜はシリコン酸化膜からなることが好ましい。

上記の半導体装置の製造方法において、第１の導電体層を選択的に形成する工程は、第１の領域に第１の導電体層を選択的に形成するとともに、第１の領域とは別の第２の領域に第２の導電体層を選択的に形成する工程を含み、
第１のコンタクトホールを形成する工程は、第２の導電体層に接続し、第１のコンタクトホールよりもコンタクト面積が小さい第２のコンタクトホールを、層間絶縁膜と拡散防止膜に同時に形成する工程を含み、
第３の拡散層を形成する工程の後で且つ拡散防止膜の形成工程の前に、第２の導電体層上を除き、第１の導電体層と第３の拡散層を覆う緩衝膜を形成する工程とをさらに備えていることを特徴とする。

これによれば、コンタクトホールを形成する際にエッチングの開孔率依存性によりエッチングが過度に掛かってしまっても、導電体層を覆うように拡散防止膜との間に緩衝膜を挟んでいるので、これを軽減することができる。このため、側壁絶縁膜がエッチングされ、なくなってしまうことを防止できるので、コンタクトホールから半導体基板へ電気的接合リークを引き起こすことがない。従って、電気的接合リークの生じない高密度なシェアードコンタクトを実現することができる。

上記の半導体装置の製造方法において、側壁絶縁膜及び拡散防止膜はシリコン窒化膜からなり、緩衝膜及び層間絶縁膜はシリコン酸化膜からなることが好ましい。

本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、第１にゲート電極下の半導体基板の表面にソース・ドレイン領域と同じ導電型の拡散層を形成し、また、第２に通常コンタクトに比べてシェアードコンタクトに過度なエッチングが掛からないようにするため、ゲート電極を覆うようにシリコン酸化膜を形成することにより、シェアードコンタクトにおいて電気的接合リークが生じることがない安定な半導体装置及びその製造方法を実現することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１〜図２は本実施形態における半導体装置の製造フローを示す断面図である。図１（ａ）に示すように、シリコン基板（１０１）の表面近傍は５００ｎｍの深さを持つＮ^-型ウエル拡散層となっており、所定の位置に３００ｎｍの深さを持つ分離酸化膜（１０２）を形成する。シリコン基板（１０１）の表面は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度を持つＰ型不純物で拡散されたＰ^-型拡散層１（１０６）を形成し、その上に３ｎｍの厚さのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜（１０３）を形成する。このＰ^-型拡散層１（１０６）は後工程で形成されるソース・ドレイン領域と同じ導電型の拡散層で形成される。

次に、図１（ｂ）に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ法により２００ｎｍの厚さのポリシリコン膜を堆積し、リソグラフィ工程及びエッチング工程を経て所定の位置にゲート電極（１０４）を形成する。次に、イオン注入法により１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の濃度を持つＰ型不純物で拡散されたエクステンション領域のＰ型拡散層２（１０７）を形成する。

次に、図２（ａ）に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を堆積後、リアクティブイオンエッチング法による異方性エッチングによりゲート電極（１０４）の脇にシリコン窒化膜からなるサイドウォール絶縁膜（１０５）を形成する。次に、イオン注入法により１×１０²⁰ｃｍ^-3以上の濃度を持つＰ型不純物で拡散されたソース・ドレイン領域のＰ⁺型拡散層３（１０８）を形成する。次に、シリコン基板（１０１）上にコバルト（Ｃｏ）を堆積後、シリサイド化を行なうことによりゲート電極（１０４）及びＰ⁺型拡散層３（１０８）の表面にＣｏＳｉ₂層（１０９）を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、ＬＰ−ＣＶＤ法により３０ｎｍの厚さのシリコン窒化膜からなる拡散防止膜（１１０）を形成し、８００ｎｍの厚さのＢＰＳＧ膜を堆積後、８００℃で６０秒の熱処理を行ない、ＣＭＰ工程を経て４００ｎｍの厚さのＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜（１１１）を形成する。次に、リソグラフィ工程及びエッチング工程を経てゲート電極（１０４）及びＰ⁺型拡散層３（１０８）に跨って１つのコンタクトホールで接続するシェアードコンタクト（１１２）を形成する。

本方法によれば、シェアードコンタクト（１１２）を形成する際にエッチング選択性不足によりサイドウォール絶縁膜（１０５）がエッチングされ、なくなってしまった場合においても、Ｐ^-型拡散層１（１０６）によりシリコン基板（１０１）の表面はＰ^-型領域になっているため、シェアードコンタクト（１１２）からＮ^-型ウエル領域へ電気的接合リークを引き起こすことがない。

なお、本実施形態において、シリコン基板側をＮ型領域、拡散層１をＰ型領域としたが、逆にシリコン基板側はＰ型領域で、拡散層１がＮ型領域であっても良い。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同じ工程については説明を省略する。

図３〜図４は本実施形態における半導体装置の製造フローを示す断面図である。図３（ａ）に示すように、シリコン基板（２０１）の表面近傍は５００ｎｍの深さを持つＮ^-型ウエル拡散層となっており、所定の位置に３００ｎｍの深さを持つ分離酸化膜（２０２）を形成する。次に、第１の実施形態と同様にして、３ｎｍの厚さを持つシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜（２０３）、ポリシリコン膜からなるゲート電極（２０４）、エクステンション領域のＰ型拡散層１（２０５）、シリコン窒化膜からなるサイドウォール絶縁膜（２０６）、ソース・ドレイン領域のＰ⁺型拡散層２（２０７）を順次形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法により５０ｎｍの厚さのシリコン酸化膜を堆積し、リソグラフィ工程及びエッチング工程を経てシェアードコンタクトの形成領域だけにシリコン酸化膜からなる緩衝膜（２０８）を残存させる。

次に、図４（ａ）に示すように、Ｃｏによるシリサイド化を経てＣｏＳｉ₂層（２０９）を形成する。この時、残存する緩衝膜（２０８）の領域にはＣｏＳｉ₂層は形成されない。

次に、図４（ｂ）に示すように、３０ｎｍの厚さのシリコン窒化膜からなる拡散防止膜（２１０）を形成後、４００ｎｍの厚さのＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜（２１１）を形成する。次に、リソグラフィ工程及びエッチング工程を経てゲート電極（２０４）及びＰ⁺型拡散層２（２０７）に跨って１つのコンタクトホールで接続するシェアードコンタクト（２１２）を形成する。この時、同時に通常コンタクト（２１３）を形成する。

本方法によれば、シェアードコンタクト（２１２）領域は緩衝膜（２０８）の厚さ５０ｎｍ分だけ通常コンタクト（２１３）より厚く形成されることになる。シェアードコンタクト（２１２）はゲート電極（２０４）とＰ⁺型拡散層２（２０７）との両方のコンタクトを１つのコンタクトホールで形成するため、コンタクト面積は通常コンタクト（２１３）の２倍程度の大きさが必要になる。ところが、図５に示すように、一般にコンタクト面積が大きくなるとエッチング速度が上昇し、通常コンタクト（２１３）でエッチング深さを合わせた場合、シェアードコンタクト（２１２）ではエッチングが過度に掛かってしまうことになるが、本実施形態ではシェアードコンタクト（２１２）領域では５０ｎｍの緩衝膜（２０８）を挟むことによりこれを軽減することができる。従って、サイドウォール絶縁膜（２０６）がエッチングされ、なくなってしまうことを防止できるので、Ｎ^-型ウエル領域へ電気的接合リークを引き起こすことがない。

なお、第１の実施形態と第２の実施形態は個々に実施しても良いが、同時に実施すると両者による相乗効果が得られることは言うまでもない。

本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、シェアードコンタクトにおいて電気的接合リークを防止することができると言う効果を有し、例えば異なるレイヤに同時コンタクトを形成するコンタクト構造及びその形成方法等のように、高密度な半導体装置及びその製造方法に適用できる。

本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造フローを示す断面図本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造フローを示す断面図本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造フローを示す断面図本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造フローを示す断面図コンタクトホール径とエッチング速度の関係を示す図従来例の半導体装置の断面図

符号の説明

１０１シリコン基板（Ｎ^-型ウエル拡散層）
１０２分離酸化膜
１０３ゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）
１０４ゲート電極
１０５サイドウォール絶縁膜（シリコン窒化膜）
１０６Ｐ^-型拡散層１
１０７Ｐ型拡散層２
１０８Ｐ⁺型拡散層３
１０９ＣｏＳｉ₂層
１１０拡散防止膜（シリコン窒化膜）
１１１層間絶縁膜（ＢＰＳＧ膜）
１１２シェアードコンタクト
２０１シリコン基板（Ｎ^-型ウエル拡散層）
２０２分離酸化膜
２０３ゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）
２０４ゲート電極
２０５Ｐ型拡散層１
２０６サイドウォール絶縁膜（シリコン窒化膜）
２０７Ｐ⁺型拡散層２
２０８緩衝膜（シリコン酸化膜）
２０９ＣｏＳｉ₂層
２１０拡散防止膜（シリコン窒化膜）
２１１層間絶縁膜（ＢＰＳＧ膜）
２１２シェアードコンタクト
２１３通常コンタクト
１００１シリコン基板
１００２分離酸化膜
１００３ゲート酸化膜
１００４ゲート電極
１００５サイドウォール絶縁膜
１００６Ｐ型拡散層１
１００７Ｐ⁺型拡散層２
１００８拡散防止膜（シリコン窒化膜）
１００９層間絶縁膜（ＢＰＳＧ膜）
１０１０シェアードコンタクト

Claims

一方導電形の半導体基板の表面に形成された他方導電形の第１の拡散層と、
前記第１の拡散層上に絶縁膜を介して選択的に形成された導電体層と、
前記導電体層の側面に形成された側壁絶縁膜と、
前記側壁絶縁膜の下で前記半導体基板の表面に前記第１の拡散層と隣接して形成された他方導電形の第２の拡散層と、
前記半導体基板の表面に前記第１の拡散層とは逆側に前記第２の拡散層と隣接して形成された他方導電形の第３の拡散層と、
前記導電体層を覆い、前記半導体基板の上に形成された拡散防止膜と、
前記拡散防止膜の上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜及び前記拡散防止膜に形成され、前記導電体層と前記第３の拡散層とに跨って接続するコンタクトホールとを備えており、
前記第３の拡散層は前記第２の拡散層よりも高濃度であり、前記第２の拡散層は前記第１の拡散層よりも高濃度であることを特徴とする半導体装置。
前記導電体層と前記第３の拡散層との表面に形成されたシリサイド層とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記側壁絶縁膜及び前記拡散防止膜はシリコン窒化膜からなり、
前記層間絶縁膜はシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
一方導電形の半導体基板の表面に他方導電形の第１の拡散層を形成する工程と、
前記第１の拡散層の上に絶縁膜を介して第１の導電体層を選択的に形成する工程と、
前記第１の導電体層をマスクとして、前記半導体基板の表面に前記第１の拡散層と隣接して他方導電形の第２の拡散層を形成する工程と、
前記第１の導電体層の側面に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の導電体層及び前記側壁絶縁膜をマスクとして、前記半導体基板の表面に前記第１の拡散層とは逆側に前記第２の拡散層と隣接して他方導電形の第３の拡散層を形成する工程と、
前記第１の導電体層を覆い、前記半導体基板の上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜及び前記拡散防止膜に形成され、前記第１の導電体層と前記第３の拡散層とに跨って接続する第１のコンタクトホールを形成する工程とを備えており、
前記第３の拡散層は前記第２の拡散層よりも高濃度であり、前記第２の拡散層は前記第１の拡散層よりも高濃度であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記拡散防止膜の形成工程の前に、前記第１の導電体層と前記第３の拡散層との表面にシリサイド層を形成する工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記側壁絶縁膜及び前記拡散防止膜はシリコン窒化膜からなり、
前記層間絶縁膜はシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１の導電体層を選択的に形成する工程は、第１の領域に前記第１の導電体層を選択的に形成するとともに、前記第１の領域とは別の第２の領域に第２の導電体層を選択的に形成する工程を含み、
前記第１のコンタクトホールを形成する工程は、前記第２の導電体層に接続し、前記第１のコンタクトホールよりもコンタクト面積が小さい第２のコンタクトホールを、前記層間絶縁膜と前記拡散防止膜に同時に形成する工程を含み、
前記第３の拡散層を形成する工程の後で且つ前記拡散防止膜の形成工程の前に、前記第２の導電体層上を除き、前記第１の導電体層と前記第３の拡散層を覆う緩衝膜を形成する工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記側壁絶縁膜及び前記拡散防止膜はシリコン窒化膜からなり、
前記緩衝膜及び前記層間絶縁膜はシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。