JP6368836B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP6368836B2
JP6368836B2 JP2017145606A JP2017145606A JP6368836B2 JP 6368836 B2 JP6368836 B2 JP 6368836B2 JP 2017145606 A JP2017145606 A JP 2017145606A JP 2017145606 A JP2017145606 A JP 2017145606A JP 6368836 B2 JP6368836 B2 JP 6368836B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
insulating film
metal
semiconductor layer
concerns
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017145606A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017208567A (en
Inventor
舛岡 富士雄
富士雄 舛岡
広記 中村
広記 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Original Assignee
Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd filed Critical Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Priority to JP2017145606A priority Critical patent/JP6368836B2/en
Publication of JP2017208567A publication Critical patent/JP2017208567A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6368836B2 publication Critical patent/JP6368836B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は半導体装置の製造方法、及び、半導体装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device.

半導体集積回路、特にMOSトランジスタを用いた集積回路は、高集積化の一途を辿っている。この高集積化に伴って、その中で用いられているMOSトランジスタはナノ領域まで微細化が進んでいる。このようなMOSトランジスタの微細化が進むと、リーク電流の抑制が困難であり、必要な電流量確保の要請から回路の占有面積をなかなか小さくできない、といった問題があった。このような問題を解決するために、基板に対してソース、ゲート、ドレインが垂直方向に配置され、ゲート電極が柱状半導体層を取り囲む構造のSurrounding Gate Transistor(以下、「SGT」という。)が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3を参照)。   Semiconductor integrated circuits, in particular integrated circuits using MOS transistors, are becoming increasingly highly integrated. Along with this high integration, the MOS transistors used therein have been miniaturized to the nano region. When the miniaturization of such a MOS transistor progresses, it is difficult to suppress the leakage current, and there is a problem that the occupied area of the circuit cannot be easily reduced due to a request for securing a necessary amount of current. In order to solve such a problem, a Surrounding Gate Transistor (hereinafter referred to as “SGT”) having a structure in which a source, a gate, and a drain are arranged in a direction perpendicular to a substrate and a gate electrode surrounds a columnar semiconductor layer is proposed. (For example, see Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).

従来のSGTの製造方法では、シリコン柱を描画するためのマスクを用いて窒化膜ハードマスクが柱状に形成されたシリコン柱を形成し、平面状シリコン層を描画するためのマスクを用いてシリコン柱底部に平面状シリコン層を形成し、ゲート配線を描画するためのマスクを用いてゲート配線を形成している(例えば特許文献4を参照)。
すなわち、3つのマスクを用いてシリコン柱、平面状シリコン層、ゲート配線を形成している。
In a conventional SGT manufacturing method, a silicon pillar in which a nitride film hard mask is formed in a columnar shape is formed using a mask for drawing a silicon pillar, and a silicon pillar is drawn using a mask for drawing a planar silicon layer. A planar silicon layer is formed at the bottom, and a gate wiring is formed using a mask for drawing the gate wiring (see, for example, Patent Document 4).
That is, a silicon pillar, a planar silicon layer, and a gate wiring are formed using three masks.

また、従来のMOSトランジスタにおいて、メタルゲートプロセスと高温プロセスを両立させるために、高温プロセス後にメタルゲートを作成するメタルゲートラストプロセスが実際の製品で用いられている(非特許文献1)。ポリシリコンでゲートを作成し、その後、層間絶縁膜を堆積後、化学機械研磨によりポリシリコンゲートを露出し、ポリシリコンゲートをエッチング後、メタルを堆積している。そのためSGTにおいてもメタルゲートプロセスと高温プロセスを両立させるために、高温プロセス後にメタルゲートを作成するメタルゲートラストプロセスを用いる必要がある。   Further, in a conventional MOS transistor, in order to achieve both a metal gate process and a high temperature process, a metal gate last process for creating a metal gate after a high temperature process is used in an actual product (Non-Patent Document 1). After forming a gate with polysilicon, an interlayer insulating film is deposited, then the polysilicon gate is exposed by chemical mechanical polishing, and after etching the polysilicon gate, a metal is deposited. Therefore, also in SGT, in order to make a metal gate process and a high temperature process compatible, it is necessary to use the metal gate last process which produces a metal gate after a high temperature process.

メタルゲートラストプロセスでは、ポリシリコンゲートを形成後、イオン注入により拡散層を形成している。SGTでは、柱状シリコン層上部がポリシリコンゲートに覆われるため工夫が必要である。   In the metal gate last process, after a polysilicon gate is formed, a diffusion layer is formed by ion implantation. In SGT, since the upper part of the columnar silicon layer is covered with the polysilicon gate, a device is required.

シリコン柱が細くなると、シリコンの密度は5×1022個/cm3であるから、シリコン柱内に不純物を存在させることが難しくなってくる。 When the silicon pillar is thinned, the density of silicon is 5 × 10 22 pieces / cm 3 , so that it becomes difficult for impurities to exist in the silicon pillar.

従来のSGTでは、チャネル濃度を1017cm-3以下と低不純物濃度とし、ゲート材料の仕事関数を変えることによってしきい値電圧を決定することが提案されている(例えば、特許文献5を参照)。 In the conventional SGT, it has been proposed to determine the threshold voltage by changing the work function of the gate material by setting the channel concentration to a low impurity concentration of 10 17 cm −3 or less (see, for example, Patent Document 5). ).

平面型MOSトランジスタにおいて、LDD領域のサイドウォールが低濃度層と同一の導電型を有する多結晶シリコンにより形成され、LDD領域の表面キャリアがその仕事関数差によって誘起され、酸化膜サイドウォールLDD型MOSトランジスタに比してLDD領域のインピーダンスが低減できることが示されている(例えば、特許文献6を参照)。その多結晶シリコンサイドウォールは電気的にゲート電極と絶縁されていることが示されている。また図中には多結晶シリコンサイドウォールとソース・ドレインとは層間絶縁膜により絶縁していることが示されている。   In the planar MOS transistor, the sidewall of the LDD region is formed of polycrystalline silicon having the same conductivity type as that of the low concentration layer, and the surface carrier of the LDD region is induced by the work function difference, so that the oxide film sidewall LDD type MOS It has been shown that the impedance of the LDD region can be reduced as compared with a transistor (for example, see Patent Document 6). The polycrystalline silicon sidewall is shown to be electrically insulated from the gate electrode. In the figure, it is shown that the polysilicon side wall and the source / drain are insulated by an interlayer insulating film.

また、ゲート配線と基板間の寄生容量を低減するために、従来のMOSトランジスタでは、第1の絶縁膜を用いている。例えばFINFET(非特許文献2)では、1つのフィン状半導体層の周囲に第1の絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜をエッチバックし、フィン状半導体層を露出し、ゲート配線と基板間の寄生容量を低減している。そのためSGTにおいてもゲート配線と基板間の寄生容量を低減するために第1の絶縁膜を用いる必要がある。SGTではフィン状半導体層に加えて、柱状半導体層があるため、柱状半導体層を形成するための工夫が必要である。   In order to reduce the parasitic capacitance between the gate wiring and the substrate, the conventional MOS transistor uses the first insulating film. For example, in FINFET (Non-patent Document 2), a first insulating film is formed around one fin-like semiconductor layer, the first insulating film is etched back, the fin-like semiconductor layer is exposed, and the gate wiring and the substrate The parasitic capacitance between them is reduced. Therefore, also in SGT, it is necessary to use the first insulating film in order to reduce the parasitic capacitance between the gate wiring and the substrate. In SGT, since there is a columnar semiconductor layer in addition to the fin-shaped semiconductor layer, a device for forming the columnar semiconductor layer is required.

特開平2−71556号公報JP-A-2-71556 特開平2−188966号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-188966 特開平3−145761号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-145761 特開2009−182317号公報JP 2009-182317 A 特開2004−356314号公報JP 2004-356314 A 特開平11−297984号公報JP 11-297984 A

IEDM2007 K.Mistry et.al, pp 247-250IEDM2007 K. Mistry et.al, pp 247-250 IEDM2010 CC.Wu, et. al, 27.1.1-27.1.4.IEDM2010 CC.Wu, et.al, 27.1.1-27.1.4.

そこで、2個のマスクで、フィン状半導体層、柱状半導体層、ゲート電極とゲート配線を形成し、ゲートラストプロセスであり、自己整合で柱状半導体層上部を金属と半導体との仕事関数差によってn型半導体層もしくはp型半導体層として機能させる構造を持つSGTの製造方法と、その結果得られるSGTの構造を提供することを目的とする。   Therefore, a fin-like semiconductor layer, a columnar semiconductor layer, a gate electrode and a gate wiring are formed with two masks, and is a gate last process. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an SGT having a structure that functions as a p-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer, and an SGT structure obtained as a result.

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にフィン状半導体層を形成し、前記フィン状半導体層の周囲に第1の絶縁膜を形成する第1工程と、前記第1工程の後、柱状半導体層と第1のポリシリコンによる第1のダミーゲートを形成する第2工程と、前記第2工程の後、前記第1のダミーゲートと前記柱状半導体層の側壁に第2のダミーゲートを形成する第3工程と、前記第3工程の後、前記第2のダミーゲートの周囲に、サイドウォール状に残存させ、第5の絶縁膜からなるサイドウォールを形成し、前記フィン状半導体層上部と前記柱状半導体層下部に第2の拡散層を形成し、前記第2の拡散層上に金属と半導体の化合物を形成する第4工程と、前記第4の工程の後、層間絶縁膜を堆積し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートの上部を露出し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートを除去し、第1のゲート絶縁膜を前記柱状半導体層の周囲と前記第5の絶縁膜の内側に形成し、第1の金属を堆積し、ゲート電極及びゲート配線を形成する第5工程と、前記第5の工程の後、前記柱状半導体層周囲と前記ゲート電極と前記ゲート配線上に第2のゲート絶縁膜を堆積し、前記ゲート配線上の一部の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第2の金属を堆積し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第3の金属を堆積し、前記第3の金属と前記第2の金属の一部をエッチングすることで、第2の金属が前記柱状半導体層上部側壁を取り囲む第1のコンタクトと、前記第1のコンタクトの上部と前記柱状半導体層上部とを接続する第2のコンタクトと、前記ゲート配線上に形成された前記第2の金属と前記第3の金属からなる第3のコンタクトを形成する第6の工程を有することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a first step of forming a fin-like semiconductor layer on a semiconductor substrate and forming a first insulating film around the fin-like semiconductor layer, and after the first step, A second step of forming a first dummy gate made of a columnar semiconductor layer and a first polysilicon; and after the second step, a second dummy gate is formed on a side wall of the first dummy gate and the columnar semiconductor layer. After the third step to be formed and after the third step, a sidewall made of a fifth insulating film is formed around the second dummy gate to form a sidewall made of a fifth insulating film. And a fourth step of forming a second diffusion layer under the columnar semiconductor layer and forming a compound of metal and semiconductor on the second diffusion layer, and depositing an interlayer insulating film after the fourth step And the second dummy gate and the first dashes. Exposing the upper part of the gate, removing the second dummy gate and the first dummy gate, and forming a first gate insulating film around the columnar semiconductor layer and inside the fifth insulating film; A fifth step of depositing a first metal and forming a gate electrode and a gate wiring; and after the fifth step, a second gate insulating film around the columnar semiconductor layer, on the gate electrode, and on the gate wiring A portion of the second gate insulating film on the gate wiring is removed, a second metal is deposited, etch back is performed, and the second gate insulating film on the columnar semiconductor layer is removed. Removing, depositing a third metal, and etching the third metal and a portion of the second metal so that the second metal surrounds the upper sidewall of the columnar semiconductor layer; The upper part of the first contact and the columnar semiconductor layer And a sixth contact for forming a second contact for connecting a portion and a third contact made of the second metal and the third metal formed on the gate wiring. .

また、前記第2工程であって、前記フィン状半導体層の周囲に第2の絶縁膜を形成し、前記第2の絶縁膜の上に前記第1のポリシリコンを堆積し平坦化し、前記ゲート配線と前記柱状半導体層を形成するための第2のレジストを、前記フィン状半導体層の方向に対して垂直の方向に形成し、前記第1のポリシリコンと前記第2の絶縁膜と前記フィン状半導体層をエッチングすることにより、前記柱状半導体層と前記第1のポリシリコンによる前記第1のダミーゲートを形成することを特徴とする。   Further, in the second step, a second insulating film is formed around the fin-like semiconductor layer, the first polysilicon is deposited on the second insulating film and planarized, and the gate is formed. A second resist for forming a wiring and the columnar semiconductor layer is formed in a direction perpendicular to the direction of the fin-shaped semiconductor layer, and the first polysilicon, the second insulating film, and the fin The columnar semiconductor layer and the first dummy gate made of the first polysilicon are formed by etching the columnar semiconductor layer.

また、前記第3工程であって、前記柱状半導体層と前記第1のダミーゲートの周囲に第4の絶縁膜を形成し、前記第4の絶縁膜の周囲に第2のポリシリコンを堆積し、エッチングをすることにより、前記第1のダミーゲートと前記柱状半導体層の側壁に残存させ、前記第2のダミーゲートを形成することを特徴とする。   In the third step, a fourth insulating film is formed around the columnar semiconductor layer and the first dummy gate, and second polysilicon is deposited around the fourth insulating film. Etching is performed to leave the first dummy gate and the side walls of the columnar semiconductor layer to form the second dummy gate.

また、前記第4工程であって、前記第2のダミーゲートの周囲に、前記第5の絶縁膜を形成し、エッチングをし、サイドウォール状に残存させ、前記第5の絶縁膜からなるサイドウォールを形成し、前記フィン状半導体層上部と前記柱状半導体層下部に前記第2の拡散層を形成し、前記第2の拡散層上に前記金属と半導体の化合物を形成することを特徴とする。   Further, in the fourth step, the fifth insulating film is formed around the second dummy gate, etched, left in a sidewall shape, and the side made of the fifth insulating film. Forming a wall; forming the second diffusion layer above the fin-like semiconductor layer and below the columnar semiconductor layer; and forming the metal-semiconductor compound on the second diffusion layer. .

また、前記第5工程であって、層間絶縁膜を堆積し化学機械研磨し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートの上部を露出し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートを除去し、前記第2の絶縁膜と前記第4の絶縁膜を除去し、第1のゲート絶縁膜を前記柱状半導体層の周囲と前記第5の絶縁膜の内側に形成し、第1の金属を堆積し、エッチバックを行い、前記ゲート電極及び前記ゲート配線を形成することを特徴とする。   Further, in the fifth step, an interlayer insulating film is deposited and chemically mechanically polished to expose the second dummy gate and the upper portion of the first dummy gate, and the second dummy gate and the first dummy gate are exposed. The dummy gate is removed, the second insulating film and the fourth insulating film are removed, and a first gate insulating film is formed around the columnar semiconductor layer and inside the fifth insulating film, The first metal is deposited and etched back to form the gate electrode and the gate wiring.

また、前記第2の絶縁膜の上に前記第1のポリシリコンを堆積し平坦化後、前記第1のポリシリコン上に第3の絶縁膜を形成することをさらに含むことを特徴とする。   The method further includes depositing the first polysilicon on the second insulating film and planarizing, and then forming a third insulating film on the first polysilicon.

また、前記第4の工程の後、コンタクトストッパ膜を堆積することをさらに有することを特徴とする。   The method further includes depositing a contact stopper film after the fourth step.

また、前記第5工程の後、前記第1のゲート絶縁膜を除去する工程をさらに有することを特徴とする。   The method further includes a step of removing the first gate insulating film after the fifth step.

また、前記第1のコンタクトの金属の仕事関数は、4.0eVから4.2eVの間であることを特徴とする。   The metal work function of the first contact is between 4.0 eV and 4.2 eV.

また、前記第1のコンタクトの金属の仕事関数は、5.0eVから5.2eVの間であることを特徴とする。   The metal work function of the first contact is between 5.0 eV and 5.2 eV.

また、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成されたフィン状半導体層と、前記フィン状半導体層の周囲に形成された第1の絶縁膜と、前記フィン状半導体層上に形成された柱状半導体層と、前記柱状半導体層の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された金属からなるゲート電極と、前記ゲート電極に接続された前記フィン状半導体層に直交する方向に延在する金属からなるゲート配線と、前記ゲート電極と前記ゲート配線の周囲と底部に形成された前記第1のゲート絶縁膜と、前記ゲート電極の外側の幅と前記ゲート配線の幅は同じであって、前記フィン状半導体層の上部と前記柱状半導体層の下部に形成された第2の拡散層と、前記柱状半導体層の上部側壁の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された第2の金属からなる第1のコンタクトと、前記第1のコンタクトの上部と前記柱状半導体層上部とを接続する第3の金属からなる第2のコンタクトと、前記ゲート配線上に形成された前記第2の金属と前記第3の金属からなる第3のコンタクトを有することを特徴とする。   The semiconductor device of the present invention is formed on the fin-like semiconductor layer, the fin-like semiconductor layer formed on the semiconductor substrate, the first insulating film formed around the fin-like semiconductor layer, and the fin-like semiconductor layer. A columnar semiconductor layer, a first gate insulating film formed around the columnar semiconductor layer, a gate electrode made of metal formed around the first gate insulating film, and connected to the gate electrode A gate wiring made of a metal extending in a direction orthogonal to the fin-like semiconductor layer, the gate electrode, the first gate insulating film formed on the periphery and bottom of the gate wiring, and an outer side of the gate electrode The width of the gate wiring is the same as that of the second diffusion layer formed in the upper part of the fin-like semiconductor layer, the lower part of the columnar semiconductor layer, and the upper sidewall of the columnar semiconductor layer. Second game An insulating film; a first contact made of a second metal formed around the second gate insulating film; and a third metal connecting the upper portion of the first contact and the upper portion of the columnar semiconductor layer. And a third contact made of the second metal and the third metal formed on the gate wiring.

また、前記第1のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記第3のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅と等しいことを特徴とする。   Further, the width of the first contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the third contact in the direction perpendicular to the gate wiring.

また、前記第1のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記ゲート配線のゲート配線に直交する方向の幅と等しいことを特徴とする。   Further, the width of the first contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the gate wiring in the direction perpendicular to the gate wiring.

また、前記第3のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記ゲート配線のゲート配線に直交する方向の幅と等しいことを特徴とする。   Further, the width of the third contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the gate wiring in the direction perpendicular to the gate wiring.

また、前記第1のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記第2のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅と等しいことを特徴とする。   Further, the width of the first contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the second contact in the direction perpendicular to the gate wiring.

また、前記第1のコンタクトの周囲と底部に形成された前記第2のゲート絶縁膜をさらに有することを特徴とする。   The semiconductor device further includes the second gate insulating film formed around and at the bottom of the first contact.

また、前記第1のコンタクトの第2の金属の仕事関数は、4.0eVから4.2eVの間であることを特徴とする。   The work function of the second metal of the first contact is between 4.0 eV and 4.2 eV.

また、前記第1のコンタクトの第2の金属の仕事関数は、5.0eVから5.2eVの間であることを特徴とする。   The work function of the second metal of the first contact is between 5.0 eV and 5.2 eV.

本発明によれば、2個のマスクで、フィン状半導体層、柱状半導体層、ゲート電極とゲート配線を形成し、ゲートラストプロセスであり、自己整合で柱状半導体層上部を金属と半導体との仕事関数差によってn型半導体層もしくはp型半導体層として機能させる構造を持つSGTの製造方法と、その結果得られるSGTの構造を提供することができる。   According to the present invention, a fin-like semiconductor layer, a columnar semiconductor layer, a gate electrode and a gate wiring are formed with two masks, and is a gate last process. It is possible to provide a method for manufacturing an SGT having a structure that functions as an n-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer by a function difference, and a structure of the SGT obtained as a result.

半導体基板上にフィン状半導体層を形成し、前記フィン状半導体層の周囲に第1の絶縁膜を形成する第1工程と、前記第1工程の後、柱状半導体層と第1のポリシリコンによる第1のダミーゲートを形成する第2工程と、前記第2工程の後、前記第1のダミーゲートと前記柱状半導体層の側壁に第2のダミーゲートを形成する第3工程と、前記第3工程の後、前記第2のダミーゲートの周囲に、サイドウォール状に残存させ、第5の絶縁膜からなるサイドウォールを形成し、前記フィン状半導体層上部と前記柱状半導体層下部に第2の拡散層を形成し、前記第2の拡散層上に金属と半導体の化合物を形成する第4工程と、前記第4の工程の後、層間絶縁膜を堆積し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートの上部を露出し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートを除去し、第1のゲート絶縁膜を前記柱状半導体層の周囲と前記第5の絶縁膜の内側に形成し、第1の金属を堆積し、エッチバックを行い、ゲート電極及びゲート配線を形成する第5工程と、により、2個のマスクで、フィン状半導体層、柱状半導体層、後にゲート電極とゲート配線となる第1のダミーゲート及び第2のダミーゲートを形成することができ、工程数を削減することができる。   A first step of forming a fin-like semiconductor layer on a semiconductor substrate and forming a first insulating film around the fin-like semiconductor layer; and after the first step, a columnar semiconductor layer and a first polysilicon are used. A second step of forming a first dummy gate; a third step of forming a second dummy gate on a sidewall of the first dummy gate and the columnar semiconductor layer after the second step; After the step, a sidewall made of a fifth insulating film is formed around the second dummy gate to form a sidewall made of a fifth insulating film, and a second portion is formed above the fin-like semiconductor layer and below the columnar semiconductor layer. A fourth step of forming a diffusion layer and forming a metal and semiconductor compound on the second diffusion layer; and after the fourth step, an interlayer insulating film is deposited, and the second dummy gate and the An upper portion of the first dummy gate is exposed, and the first dummy gate is exposed. The first dummy gate and the first dummy gate are removed, a first gate insulating film is formed around the columnar semiconductor layer and inside the fifth insulating film, a first metal is deposited, and etch back is performed. And the fifth step of forming the gate electrode and the gate wiring, and using the two masks, the fin-like semiconductor layer, the columnar semiconductor layer, the first dummy gate and the second gate electrode and the gate wiring later, A dummy gate can be formed, and the number of processes can be reduced.

柱状半導体層と、ゲート配線との合わせずれをなくすことができる。   Misalignment between the columnar semiconductor layer and the gate wiring can be eliminated.

また、ポリシリコンで第1のダミーゲートと第2のダミーゲートを作成し、その後、層間絶縁膜を堆積後、化学機械研磨により第1のダミーゲートと第2のダミーゲートを露出し、ポリシリコンゲートをエッチング後、金属を堆積する従来のメタルゲートラストの製造方法を用いることができるため、メタルゲートSGTを容易に形成できる。   In addition, the first dummy gate and the second dummy gate are made of polysilicon, and after that, an interlayer insulating film is deposited, and then the first dummy gate and the second dummy gate are exposed by chemical mechanical polishing. Since the conventional metal gate last manufacturing method of depositing metal after etching the gate can be used, the metal gate SGT can be easily formed.

また、前記第5の工程の後、露出した前記第1のゲート絶縁膜を除去し、前記柱状半導体層周囲と前記ゲート電極と前記ゲート配線上に第2のゲート絶縁膜を堆積し、前記ゲート配線上の一部の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第2の金属を堆積し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第3の金属を堆積し、前記第3の金属と前記第2の金属の一部をエッチングすることで、第2の金属が前記柱状半導体層上部側壁を取り囲む第1のコンタクトと、前記第1のコンタクトの上部と前記柱状半導体層上部とを接続する第2のコンタクトと、前記ゲート配線上に形成された前記第2の金属と前記第3の金属からなる第3のコンタクトを形成する第6の工程と、を有することを特徴とすることにより、柱状半導体層上部に拡散層を形成することが不要となる。また、同時にゲート配線上のコンタクトを形成することができる。   Further, after the fifth step, the exposed first gate insulating film is removed, and a second gate insulating film is deposited around the columnar semiconductor layer, the gate electrode, and the gate wiring, and the gate A part of the second gate insulating film on the wiring is removed, a second metal is deposited, etch back is performed, the second gate insulating film on the columnar semiconductor layer is removed, and a third A metal is deposited, and the third metal and a part of the second metal are etched, whereby the second metal surrounds the upper side wall of the columnar semiconductor layer, and the first contact A sixth step of forming a second contact connecting the upper portion and the upper portion of the columnar semiconductor layer, and a third contact made of the second metal and the third metal formed on the gate wiring; By having It is not necessary to form a diffusion layer on Jo semiconductor layer top. At the same time, a contact on the gate wiring can be formed.

第5の工程の後、ゲート電極とゲート配線の上方には、ゲート電極とゲート配線と同じ形状の孔が残っている。従って、露出した前記第1のゲート絶縁膜を除去し、前記柱状半導体層周囲と前記ゲート電極と前記ゲート配線上に第2のゲート絶縁膜を堆積し、前記ゲート配線上の一部の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第2の金属を堆積し、エッチバックを行うと、ゲート電極とゲート配線と同じ形状の孔に金属が埋め込まれ、自己整合で、第2の金属が前記柱状半導体層上部側壁を取り囲む第1のコンタクトを形成することができる。   After the fifth step, a hole having the same shape as the gate electrode and the gate wiring remains above the gate electrode and the gate wiring. Therefore, the exposed first gate insulating film is removed, a second gate insulating film is deposited around the columnar semiconductor layer, the gate electrode, and the gate wiring, and a part of the first gate insulating film on the gate wiring is deposited. When the gate insulating film 2 is removed, the second metal is deposited, and etch back is performed, the metal is embedded in the hole having the same shape as the gate electrode and the gate wiring, and the second metal is formed into the columnar shape by self-alignment A first contact surrounding the upper sidewall of the semiconductor layer can be formed.

また、前記ゲート配線上の一部の前記第2のゲート絶縁膜を除去しているため、同時にゲート配線のための第3のコンタクトを形成することができ、ゲート配線のためのコンタクトを容易に形成できる。   In addition, since a part of the second gate insulating film on the gate wiring is removed, a third contact for the gate wiring can be formed at the same time, and the contact for the gate wiring can be easily made. Can be formed.

メタルゲートラストプロセスをSGTに適用しようとすると、柱状半導体層上部がポリシリコンゲートに覆われるため、柱状半導体層上部に拡散層を形成することが難しい。従って、ポリシリコンゲート形成前に柱状半導体層上部に拡散層を形成することとなる。一方、本発明では、柱状半導体層上部に拡散層を形成せず、柱状半導体層上部を金属と半導体との仕事関数差によってn型半導体層もしくはp型半導体層として機能させることができる。従って、柱状半導体層上部に拡散層を形成する工程を削減することができる。   If the metal gate last process is applied to SGT, the upper part of the columnar semiconductor layer is covered with the polysilicon gate, so that it is difficult to form a diffusion layer on the upper part of the columnar semiconductor layer. Therefore, a diffusion layer is formed on the columnar semiconductor layer before forming the polysilicon gate. On the other hand, in the present invention, the diffusion layer is not formed on the upper part of the columnar semiconductor layer, and the upper part of the columnar semiconductor layer can function as an n-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer depending on a work function difference between the metal and the semiconductor. Therefore, it is possible to reduce the step of forming the diffusion layer on the columnar semiconductor layer.

また、前記ゲート電極と前記ゲート配線の周囲と底部に形成された前記第1のゲート絶縁膜により、ゲート電極とゲート配線とは、柱状半導体層とフィン状半導体層とから絶縁をすることができる。   The gate electrode and the gate wiring can be insulated from the columnar semiconductor layer and the fin-shaped semiconductor layer by the first gate insulating film formed around and at the bottom of the gate electrode and the gate wiring. .

第5の工程の後のゲート電極とゲート配線の上方のゲート電極とゲート配線と同じ形状の孔を埋めることにより、第1のコンタクトと第2のコンタクトと第3のコンタクトを形成するため、前記第1のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記第3のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅と等しくなる。また、前記第1のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記ゲート配線のゲート配線に直交する方向の幅と等しくなる。また、前記第3のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記ゲート配線のゲート配線に直交する方向の幅と等しくなる。また、前記第1のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記第2のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅と等しくなる。   In order to form the first contact, the second contact, and the third contact by filling the hole having the same shape as the gate electrode and the gate wiring above the gate electrode and the gate wiring after the fifth step, The width of the first contact in the direction orthogonal to the gate wiring is equal to the width of the third contact in the direction orthogonal to the gate wiring. The width of the first contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the gate wiring in the direction perpendicular to the gate wiring. In addition, the width of the third contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the gate wiring in the direction perpendicular to the gate wiring. The width of the first contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the second contact in the direction perpendicular to the gate wiring.

従って、第1のコンタクトと第2のコンタクトと第3のコンタクトは、ゲート配線と直交する方向の合わせずれをなくすことができる。   Therefore, the first contact, the second contact, and the third contact can eliminate misalignment in the direction orthogonal to the gate wiring.

(a)は本発明に係る半導体装置の平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view of the semiconductor device based on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a).

以下に、本発明の実施形態に係るSGTの構造を形成するための製造工程を、図2〜図41を参照して説明する。   Below, the manufacturing process for forming the structure of SGT which concerns on embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIGS.

まず、半導体基板上にフィン状半導体層を形成し、前記フィン状半導体層の周囲に第1の絶縁膜を形成する第1工程を示す。本実施例では、シリコン基板としたが、シリコン以外の半導体を用いることもできる。   First, a first step of forming a fin-like semiconductor layer on a semiconductor substrate and forming a first insulating film around the fin-like semiconductor layer is shown. In this embodiment, the silicon substrate is used, but a semiconductor other than silicon can be used.

図2に示すように、シリコン基板101上にフィン状シリコン層を形成するための第1のレジスト102を形成する。   As shown in FIG. 2, a first resist 102 for forming a fin-like silicon layer is formed on the silicon substrate 101.

図3に示すように、シリコン基板101をエッチングし、フィン状シリコン層103を形成する。今回はレジストをマスクとしてフィン状シリコン層を形成したが、酸化膜や窒化膜といったハードマスクを用いてもよい。   As shown in FIG. 3, the silicon substrate 101 is etched to form a fin-like silicon layer 103. Although the fin-like silicon layer is formed using a resist as a mask this time, a hard mask such as an oxide film or a nitride film may be used.

図4に示すように、第1のレジスト102を除去する。   As shown in FIG. 4, the first resist 102 is removed.

図5に示すように、フィン状シリコン層103の周囲に第1の絶縁膜104を堆積する。第1の絶縁膜として高密度プラズマによる酸化膜や低圧CVD(Chemical Vapor Deposition)による酸化膜を用いてもよい。   As shown in FIG. 5, a first insulating film 104 is deposited around the fin-like silicon layer 103. An oxide film formed by high-density plasma or an oxide film formed by low-pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) may be used as the first insulating film.

図6に示すように、第1の絶縁膜104をエッチバックし、フィン状シリコン層103の上部を露出する。ここまでは、非特許文献2のフィン状シリコン層の製法と同じである。   As shown in FIG. 6, the 1st insulating film 104 is etched back and the upper part of the fin-like silicon layer 103 is exposed. The process up to here is the same as the manufacturing method of the fin-like silicon layer of Non-Patent Document 2.

以上によりシリコン基板101上にフィン状シリコン層103を形成し、前記フィン状シリコン層103の周囲に第一の絶縁膜104を形成する第1工程が示された。   Thus, the first step of forming the fin-like silicon layer 103 on the silicon substrate 101 and forming the first insulating film 104 around the fin-like silicon layer 103 is shown.

次に、前記フィン状半導体層の周囲に第2の絶縁膜を形成し、前記第2の絶縁膜の上に第1のポリシリコンを堆積し平坦化し、ゲート配線と柱状半導体層を形成するための第2のレジストを、前記フィン状半導体層の方向に対して垂直の方向に形成し、前記第1のポリシリコンと前記第2の絶縁膜と前記フィン状半導体層をエッチングすることにより、柱状半導体層と前記第1のポリシリコンによる第1のダミーゲートを形成する第2工程を示す。   Next, a second insulating film is formed around the fin-shaped semiconductor layer, and first polysilicon is deposited and planarized on the second insulating film to form a gate wiring and a columnar semiconductor layer. The second resist is formed in a direction perpendicular to the direction of the fin-shaped semiconductor layer, and the first polysilicon, the second insulating film, and the fin-shaped semiconductor layer are etched to form a columnar shape. A second step of forming a semiconductor layer and a first dummy gate made of the first polysilicon is shown.

図7に示すように、前記フィン状シリコン層103の周囲に第2の絶縁膜105を形成する。第2の絶縁膜105は、酸化膜が好ましい。   As shown in FIG. 7, a second insulating film 105 is formed around the fin-like silicon layer 103. The second insulating film 105 is preferably an oxide film.

図8に示すように、前記第2の絶縁膜105の上に第1のポリシリコン106を堆積し平坦化する。   As shown in FIG. 8, a first polysilicon 106 is deposited on the second insulating film 105 and planarized.

図9に示すように、前記第1のポリシリコン106上に第3の絶縁膜107を形成する。第3の絶縁膜107は、窒化膜が好ましい。   As shown in FIG. 9, a third insulating film 107 is formed on the first polysilicon 106. The third insulating film 107 is preferably a nitride film.

図10に示すように、ゲート配線と柱状シリコン層を形成するための第2のレジスト108を、前記フィン状シリコン層103の方向に対して垂直の方向に形成する。   As shown in FIG. 10, a second resist 108 for forming the gate wiring and the columnar silicon layer is formed in a direction perpendicular to the direction of the fin-shaped silicon layer 103.

図11に示すように、前記第3の絶縁膜107と前記第1のポリシリコン106と前記第2の絶縁膜105と前記フィン状シリコン層103をエッチングすることにより、柱状シリコン層109と前記第1のポリシリコンによる第1のダミーゲート106を形成する。このとき、第2のレジストがエッチング中に除去された場合、第3の絶縁膜107がハードマスクとして機能する。第2のレジストがエッチング中に除去されないとき、第3の絶縁膜を使用しなくてもよい。   As shown in FIG. 11, by etching the third insulating film 107, the first polysilicon 106, the second insulating film 105, and the fin-like silicon layer 103, the columnar silicon layer 109 and the first silicon layer 109 are etched. A first dummy gate 106 made of one polysilicon is formed. At this time, when the second resist is removed during etching, the third insulating film 107 functions as a hard mask. When the second resist is not removed during etching, the third insulating film may not be used.

図12に示すように、第2のレジスト108を除去する。   As shown in FIG. 12, the second resist 108 is removed.

以上により、前記フィン状半導体層の周囲に第2の絶縁膜を形成し、前記第2の絶縁膜の上に第1のポリシリコンを堆積し平坦化し、ゲート配線と柱状半導体層を形成するための第2のレジストを、前記フィン状半導体層の方向に対して垂直の方向に形成し、前記第1のポリシリコンと前記第2の絶縁膜と前記フィン状半導体層をエッチングすることにより、柱状半導体層と前記第1のポリシリコンによる第1のダミーゲートを形成する第2工程が示された。   As described above, the second insulating film is formed around the fin-like semiconductor layer, the first polysilicon is deposited and planarized on the second insulating film, and the gate wiring and the columnar semiconductor layer are formed. The second resist is formed in a direction perpendicular to the direction of the fin-shaped semiconductor layer, and the first polysilicon, the second insulating film, and the fin-shaped semiconductor layer are etched to form a columnar shape. A second step of forming a semiconductor layer and a first dummy gate made of the first polysilicon is shown.

次に、前記第2工程の後、前記柱状半導体層と前記第1のダミーゲートの周囲に第4の絶縁膜を形成し、前記第4の絶縁膜の周囲に第2のポリシリコンを堆積し、エッチングをすることにより、前記第1のダミーゲートと前記柱状半導体層の側壁に残存させ、第2のダミーゲートを形成する第3工程を示す。   Next, after the second step, a fourth insulating film is formed around the columnar semiconductor layer and the first dummy gate, and second polysilicon is deposited around the fourth insulating film. , Shows a third step of forming a second dummy gate by etching and remaining on the side walls of the first dummy gate and the columnar semiconductor layer.

図13に示すように、前記柱状シリコン層109と前記第1のダミーゲート106の周囲に第4の絶縁膜110を形成する。第4の絶縁膜110は、酸化膜が好ましい。   As shown in FIG. 13, a fourth insulating film 110 is formed around the columnar silicon layer 109 and the first dummy gate 106. The fourth insulating film 110 is preferably an oxide film.

図14に示すように、前記第4の絶縁膜110の周囲に第2のポリシリコン113を堆積する。   As shown in FIG. 14, second polysilicon 113 is deposited around the fourth insulating film 110.

図15に示すように、第2のポリシリコン113をエッチングをすることにより、前記第1のダミーゲート106と前記柱状シリコン層109の側壁に残存させ、第2のダミーゲート113を形成する。   As shown in FIG. 15, the second polysilicon 113 is etched to remain on the side walls of the first dummy gate 106 and the columnar silicon layer 109, thereby forming the second dummy gate 113.

以上により、前記第2工程の後、前記柱状半導体層と前記第1のダミーゲートの周囲に第4の絶縁膜を形成し、前記第4の絶縁膜の周囲に第2のポリシリコンを堆積し、エッチングをすることにより、前記第1のダミーゲートと前記柱状半導体層の側壁に残存させ、第2のダミーゲートを形成する第3工程が示された。   As described above, after the second step, the fourth insulating film is formed around the columnar semiconductor layer and the first dummy gate, and the second polysilicon is deposited around the fourth insulating film. The third step of forming the second dummy gate by etching is left on the side walls of the first dummy gate and the columnar semiconductor layer.

次に、前記第2のダミーゲートの周囲に、第5の絶縁膜を形成し、エッチングをし、サイドウォール状に残存させ、前記第5の絶縁膜からなるサイドウォールを形成し、前記フィン状半導体層上部と前記柱状半導体層下部に第2の拡散層を形成し、前記第2の拡散層上に金属と半導体の化合物を形成する第4工程を示す。   Next, a fifth insulating film is formed around the second dummy gate, etched, and left in a sidewall shape to form a sidewall made of the fifth insulating film, and the fin shape A fourth step is shown in which a second diffusion layer is formed on the upper part of the semiconductor layer and the lower part of the columnar semiconductor layer, and a compound of metal and semiconductor is formed on the second diffusion layer.

図16に示すように、前記第2のダミーゲート113の周囲に、第5の絶縁膜114を形成する。第5の絶縁膜114は、窒化膜が好ましい。   As shown in FIG. 16, a fifth insulating film 114 is formed around the second dummy gate 113. The fifth insulating film 114 is preferably a nitride film.

図17に示すように、第5の絶縁膜114をエッチングをし、サイドウォール状に残存させ、前記第5の絶縁膜からなるサイドウォール114を形成する。   As shown in FIG. 17, the fifth insulating film 114 is etched and left in the shape of a sidewall to form a sidewall 114 made of the fifth insulating film.

図18に示すように、不純物を導入し、前記フィン状シリコン層103上部と前記柱状シリコン層109下部に第2の拡散層115を形成する。n型拡散層のときは、砒素やリンを導入することが好ましい。p型拡散層のときは、ボロンを導入することが好ましい。不純物導入は、第5の絶縁膜を形成する前に行ってもよい。   As shown in FIG. 18, impurities are introduced to form a second diffusion layer 115 above the fin-like silicon layer 103 and below the columnar silicon layer 109. In the case of an n-type diffusion layer, it is preferable to introduce arsenic or phosphorus. In the case of a p-type diffusion layer, it is preferable to introduce boron. Impurity introduction may be performed before the fifth insulating film is formed.

図19に示すように、前記第2の拡散層115上に金属と半導体の化合物116を形成する。このとき、第2のダミーゲート113上部にも金属と半導体の化合物117が形成される。   As shown in FIG. 19, a metal-semiconductor compound 116 is formed on the second diffusion layer 115. At this time, a metal-semiconductor compound 117 is also formed on the second dummy gate 113.

以上により、前記第2のダミーゲートの周囲に、第5の絶縁膜を形成し、エッチングをし、サイドウォール状に残存させ、前記第5の絶縁膜からなるサイドウォールを形成し、前記フィン状半導体層上部と前記柱状半導体層下部に第2の拡散層を形成し、前記第2の拡散層上に金属と半導体の化合物を形成する第4工程が示された。   As described above, a fifth insulating film is formed around the second dummy gate, etched, and left in a sidewall shape to form a sidewall made of the fifth insulating film. A fourth step is shown in which a second diffusion layer is formed in the upper part of the semiconductor layer and the lower part of the columnar semiconductor layer, and a compound of metal and semiconductor is formed on the second diffusion layer.

次に、前記第4の工程の後、層間絶縁膜を堆積し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートの上部を露出し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートを除去し、第1のゲート絶縁膜を前記柱状半導体層の周囲と前記第5の絶縁膜の内側に形成し、第1の金属を堆積し、ゲート電極及びゲート配線を形成する第5工程を示す。   Next, after the fourth step, an interlayer insulating film is deposited, and the upper portions of the second dummy gate and the first dummy gate are exposed, and the second dummy gate and the first dummy gate are exposed. A fifth step of forming a first gate insulating film around the columnar semiconductor layer and inside the fifth insulating film, depositing a first metal, and forming a gate electrode and a gate wiring. Show.

図20に示すように、コンタクトストッパ膜118を堆積し、層間絶縁膜119を堆積する。コンタクトストッパ膜118として、窒化膜が好ましい。また、コンタクト孔エッチングの制御ができるときは、コンタクトストッパ膜を用いなくてもよい。   As shown in FIG. 20, a contact stopper film 118 is deposited, and an interlayer insulating film 119 is deposited. The contact stopper film 118 is preferably a nitride film. Further, when the contact hole etching can be controlled, the contact stopper film may not be used.

図21に示すように、化学機械研磨し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートの上部を露出する。このとき、第2のダミーゲート113上部に形成された金属と半導体の化合物117を除去する。   As shown in FIG. 21, chemical mechanical polishing is performed to expose the upper portion of the second dummy gate and the first dummy gate. At this time, the metal-semiconductor compound 117 formed on the second dummy gate 113 is removed.

図22に示すように、前記第2のダミーゲート113と前記第1のダミーゲート106を除去する。   As shown in FIG. 22, the second dummy gate 113 and the first dummy gate 106 are removed.

図23に示すように、前記第2の絶縁膜105と前記第4の絶縁膜110を除去する。   As shown in FIG. 23, the second insulating film 105 and the fourth insulating film 110 are removed.

図24に示すように、第1のゲート絶縁膜120を前記柱状シリコン層109の周囲と前記第5の絶縁膜114の内側に形成し、第1の金属121を堆積する。柱状シリコン層109の周囲にゲート電極121aが形成される。また、ゲート配線121bが形成される。前記ゲート電極121aと前記ゲート配線121bの周囲と底部に形成された前記第1のゲート絶縁膜120により、ゲート電極121aとゲート配線121bとは、柱状シリコン層109とフィン状シリコン層103とから絶縁をすることができる。   As shown in FIG. 24, a first gate insulating film 120 is formed around the columnar silicon layer 109 and inside the fifth insulating film 114, and a first metal 121 is deposited. A gate electrode 121 a is formed around the columnar silicon layer 109. In addition, the gate wiring 121b is formed. The gate electrode 121a and the gate wiring 121b are insulated from the columnar silicon layer 109 and the fin-shaped silicon layer 103 by the first gate insulating film 120 formed around and at the bottom of the gate electrode 121a and the gate wiring 121b. Can do.

図25に示すように、第1の金属121のエッチバックを行い、柱状シリコン層109上部を露出する。   As shown in FIG. 25, the first metal 121 is etched back to expose the upper portion of the columnar silicon layer 109.

以上により、前記第4の工程の後、層間絶縁膜を堆積し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートの上部を露出し、前記第2のダミーゲートと前記第1のダミーゲートを除去し、第1のゲート絶縁膜を前記柱状半導体層の周囲と前記第5の絶縁膜の内側に形成し、第1の金属を堆積し、ゲート電極及びゲート配線を形成する第5工程が示された。   As described above, after the fourth step, an interlayer insulating film is deposited, and the upper portions of the second dummy gate and the first dummy gate are exposed, and the second dummy gate and the first dummy gate are exposed. A fifth step of forming a first gate insulating film around the columnar semiconductor layer and inside the fifth insulating film, depositing a first metal, and forming a gate electrode and a gate wiring. Indicated.

次に、前記柱状半導体層周囲と前記ゲート電極と前記ゲート配線上に第2のゲート絶縁膜を堆積し、前記ゲート配線上の一部の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第2の金属を堆積し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第3の金属を堆積し、前記第3の金属と前記第2の金属の一部をエッチングすることで、第2の金属が前記柱状半導体層上部側壁を取り囲む第1のコンタクトと、前記第1のコンタクトの上部と前記柱状半導体層上部とを接続する第2のコンタクトと、前記ゲート配線上に形成された前記第2の金属と前記第3の金属からなる第3のコンタクトを形成する第6の工程を示す。   Next, a second gate insulating film is deposited around the columnar semiconductor layer, on the gate electrode, and on the gate wiring, a part of the second gate insulating film on the gate wiring is removed, and a second gate insulating film is removed. Metal is deposited, etch back is performed, the second gate insulating film on the columnar semiconductor layer is removed, a third metal is deposited, and the third metal and a part of the second metal are deposited. Etching allows a second metal to surround the columnar semiconductor layer upper sidewall, a second contact connecting the upper portion of the first contact and the columnar semiconductor layer, and the gate wiring 6 shows a sixth step of forming a third contact made of the second metal and the third metal formed above.

図26に示すように、露出した第1のゲート絶縁膜120を除去する。   As shown in FIG. 26, the exposed first gate insulating film 120 is removed.

図27に示すように、柱状シリコン層109周囲とゲート電極121aとゲート配線121b上に第2のゲート絶縁膜123を堆積する。   As shown in FIG. 27, a second gate insulating film 123 is deposited around the pillar-shaped silicon layer 109 and on the gate electrode 121a and the gate wiring 121b.

図28に示すように、ゲート配線121b上の一部の第2のゲート絶縁膜123を除去するための第3のレジスト124を形成する。   As shown in FIG. 28, a third resist 124 for removing a part of the second gate insulating film 123 on the gate wiring 121b is formed.

図29に示すように、ゲート配線121b上の一部の第2のゲート絶縁膜123を除去する。   As shown in FIG. 29, a part of the second gate insulating film 123 on the gate wiring 121b is removed.

図30に示すように、第3のレジスト124を除去する。   As shown in FIG. 30, the third resist 124 is removed.

図31に示すように、第2の金属125を堆積する。第2の金属125の金属の仕事関数は、トランジスタがn型のときは、4.0eVから4.2eVの間であることが好ましい。また、第2の金属126の仕事関数は、トランジスタがp型のときは、5.0eVから5.2eVの間であることを特徴とすることが好ましい。   As shown in FIG. 31, the 2nd metal 125 is deposited. The metal work function of the second metal 125 is preferably between 4.0 eV and 4.2 eV when the transistor is n-type. The work function of the second metal 126 is preferably 5.0 eV to 5.2 eV when the transistor is p-type.

図32に示すように、第2の金属125のエッチバックを行い、柱状シリコン層109上の第2のゲート絶縁膜123を露出する。   As shown in FIG. 32, the second metal 125 is etched back to expose the second gate insulating film 123 on the columnar silicon layer 109.

図33に示すように、露出した柱状シリコン層109上の第2のゲート絶縁膜123を除去する。   As shown in FIG. 33, the second gate insulating film 123 on the exposed columnar silicon layer 109 is removed.

図34に示すように、第3の金属126を堆積する。第3の金属は第2の金属と同じ金属でもよい。   As shown in FIG. 34, a third metal 126 is deposited. The third metal may be the same metal as the second metal.

図35に示すように、コンタクト孔を形成するための第4のレジスト127を形成する。   As shown in FIG. 35, the 4th resist 127 for forming a contact hole is formed.

図36に示すように、層間絶縁膜119とコンタクトストッパ膜118をエッチングし、コンタクト孔128を形成する。   As shown in FIG. 36, the interlayer insulating film 119 and the contact stopper film 118 are etched to form a contact hole 128.

図37に示すように、第4のレジスト127を除去する。   As shown in FIG. 37, the 4th resist 127 is removed.

図38に示すように、金属配線のための第4の金属130を堆積する。このときコンタクト129が形成される。   As shown in FIG. 38, the 4th metal 130 for metal wiring is deposited. At this time, a contact 129 is formed.

図39に示すように、金属配線を形成し、第3の金属126と第2の金属125の一部をエッチングするための第5のレジスト131、132、133を形成する。   As shown in FIG. 39, metal wiring is formed, and fifth resists 131, 132, and 133 for etching part of the third metal 126 and the second metal 125 are formed.

図40に示すように、第4の金属130をエッチングし、金属配線134、135、136を形成する。また、第3の金属126と第2の金属125の一部をエッチングすることで、第2の金属125が柱状シリコン層109上部側壁を取り囲む第1のコンタクト125aと、前記第1のコンタクト125aの上部と柱状シリコン層109上部とを接続する第2のコンタクト126aと、ゲート配線121b上に形成された第2の金属125bと第3の金属126bからなる第3のコンタクト137を形成する。金属配線形成前に、第3の金属126と第2の金属125の一部をエッチングしてもよい。従って、第1のコンタクトと第2のコンタクトと第3のコンタクトは、ゲート配線と直交する方向の合わせずれをなくすことができる。   As shown in FIG. 40, the 4th metal 130 is etched and the metal wiring 134, 135, 136 is formed. Further, by etching a part of the third metal 126 and the second metal 125, the second metal 125 surrounds the upper side wall of the columnar silicon layer 109, and the first contact 125a A second contact 126a connecting the upper portion and the upper portion of the columnar silicon layer 109, and a third contact 137 made of the second metal 125b and the third metal 126b formed on the gate wiring 121b are formed. Before the metal wiring is formed, part of the third metal 126 and the second metal 125 may be etched. Therefore, the first contact, the second contact, and the third contact can eliminate misalignment in the direction orthogonal to the gate wiring.

柱状シリコン層109上部に拡散層を形成せず、柱状シリコン層上部を第2の金属とシリコンとの仕事関数差によってn型シリコン層もしくはp型シリコン層として機能させることができる。従って、柱状シリコン層上部に拡散層を形成する工程を削減することができる。   A diffusion layer is not formed on the columnar silicon layer 109, but the columnar silicon layer upper portion can function as an n-type silicon layer or a p-type silicon layer depending on a work function difference between the second metal and silicon. Therefore, it is possible to reduce the step of forming the diffusion layer on the columnar silicon layer.

図41に示すように、第5のレジスト131、132、133を除去する。   As shown in FIG. 41, the fifth resists 131, 132, 133 are removed.

以上により、前記柱状半導体層周囲と前記ゲート電極と前記ゲート配線上に第2のゲート絶縁膜を堆積し、前記ゲート配線上の一部の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第2の金属を堆積し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第3の金属を堆積し、前記第3の金属と前記第2の金属の一部をエッチングすることで、第2の金属が前記柱状半導体層上部側壁を取り囲む第1のコンタクトと、前記第1のコンタクトの上部と前記柱状半導体層上部とを接続する第2のコンタクトと、前記ゲート配線上に形成された前記第2の金属と前記第3の金属からなる第3のコンタクトを形成する第6の工程が示された。   As described above, the second gate insulating film is deposited around the columnar semiconductor layer, on the gate electrode, and on the gate wiring, and a part of the second gate insulating film on the gate wiring is removed, and the second gate insulating film is removed. Metal is deposited, etch back is performed, the second gate insulating film on the columnar semiconductor layer is removed, a third metal is deposited, and the third metal and a part of the second metal are deposited. Etching allows a second metal to surround the columnar semiconductor layer upper sidewall, a second contact connecting the upper portion of the first contact and the columnar semiconductor layer, and the gate wiring A sixth step of forming a third contact made of the second metal and the third metal formed thereon is shown.

以上により、2個のマスクで、フィン状半導体層、柱状半導体層、ゲート電極とゲート配線を形成し、ゲートラストプロセスであり、自己整合で柱状半導体層上部を金属と半導体との仕事関数差によってn型半導体層もしくはp型半導体層として機能させる構造を持つSGTの製造方法が示された。   As described above, the fin-shaped semiconductor layer, the columnar semiconductor layer, the gate electrode and the gate wiring are formed with two masks, and is a gate last process, and the upper part of the columnar semiconductor layer is self-aligned by the work function difference between the metal and the semiconductor. A method for manufacturing an SGT having a structure that functions as an n-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer is shown.

上記製造方法によって得られる半導体装置の構造を図1に示す。
シリコン基板101上に形成されたフィン状シリコン層103と、前記フィン状シリコン層103の周囲に形成された第1の絶縁膜104と、前記フィン状シリコン層103上に形成された柱状シリコン層109と、前記柱状シリコン層109の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜120と、前記第1のゲート絶縁膜120の周囲に形成された金属からなるゲート電極121aと、前記ゲート電極121aに接続された前記フィン状シリコン層103に直交する方向に延在する金属からなるゲート配線121bと、前記ゲート電極121aと前記ゲート配線121bの周囲と底部に形成された前記第1のゲート絶縁膜120と、ここで前記ゲート電極121aの外側の幅と前記ゲート配線121bの幅は同じであり、前記フィン状シリコン層103の上部と前記柱状シリコン層109の下部に形成された第2の拡散層115と、前記柱状シリコン層109の上部側壁の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜123と、前記第2のゲート絶縁膜123の周囲に形成された第2の金属からなる第1のコンタクト125aと、前記第1のコンタクト125aの上部と前記柱状シリコン層109上部とを接続する第3の金属からなる第2のコンタクト126bと、前記ゲート配線121b上に形成された前記第2の金属と前記第3の金属からなる第3のコンタクト137を有することを特徴とする
A structure of a semiconductor device obtained by the manufacturing method is shown in FIG.
A fin-like silicon layer 103 formed on the silicon substrate 101, a first insulating film 104 formed around the fin-like silicon layer 103, and a columnar silicon layer 109 formed on the fin-like silicon layer 103. A first gate insulating film 120 formed around the columnar silicon layer 109, a gate electrode 121a made of metal formed around the first gate insulating film 120, and connected to the gate electrode 121a A gate wiring 121b made of a metal extending in a direction perpendicular to the finned silicon layer 103, and the gate electrode 121a and the first gate insulating film 120 formed around and at the bottom of the gate wiring 121b. Here, the width of the outside of the gate electrode 121a and the width of the gate wiring 121b are the same, and the fin-like silicon 103, a second diffusion layer 115 formed below the columnar silicon layer 109, a second gate insulating film 123 formed around the upper sidewall of the columnar silicon layer 109, and the second A first contact 125 a made of a second metal formed around the gate insulating film 123, and a second metal made of a third metal that connects the upper portion of the first contact 125 a and the upper portion of the columnar silicon layer 109. And a third contact 137 made of the second metal and the third metal formed on the gate wiring 121b.

第5の工程の後のゲート電極とゲート配線の上方のゲート電極とゲート配線と同じ形状の孔を埋めることにより、第1のコンタクトと第2のコンタクトと第3のコンタクトを形成するため、前記第1のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記第3のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅と等しくなる。また、前記第1のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記ゲート配線のゲート配線に直交する方向の幅と等しくなる。また、前記第3のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記ゲート配線のゲート配線に直交する方向の幅と等しくなる。また、前記第1のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅は、前記第2のコンタクトのゲート配線に直交する方向の幅と等しくなる。   In order to form the first contact, the second contact, and the third contact by filling the hole having the same shape as the gate electrode and the gate wiring above the gate electrode and the gate wiring after the fifth step, The width of the first contact in the direction orthogonal to the gate wiring is equal to the width of the third contact in the direction orthogonal to the gate wiring. The width of the first contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the gate wiring in the direction perpendicular to the gate wiring. In addition, the width of the third contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the gate wiring in the direction perpendicular to the gate wiring. The width of the first contact in the direction perpendicular to the gate wiring is equal to the width of the second contact in the direction perpendicular to the gate wiring.

従って、第1のコンタクトと第2のコンタクトと第3のコンタクトは、ゲート配線と直交する方向の合わせずれをなくすことができる。   Therefore, the first contact, the second contact, and the third contact can eliminate misalignment in the direction orthogonal to the gate wiring.

本発明では、柱状シリコン層109上部に拡散層を形成せず、柱状シリコン層109上部を第2の金属125とシリコンとの仕事関数差によってn型シリコン層もしくはp型シリコン層として機能させることができる。従って、柱状シリコン層上部に拡散層を形成する工程を削減することができる。   In the present invention, the diffusion layer is not formed on the columnar silicon layer 109, and the columnar silicon layer 109 can function as an n-type silicon layer or a p-type silicon layer depending on a work function difference between the second metal 125 and silicon. it can. Therefore, it is possible to reduce the step of forming the diffusion layer on the columnar silicon layer.

前記第2の金属125の仕事関数が4.0eVから4.2eVの間であるとき、n型シリコンの仕事関数4.05eVの近傍であるため、柱状シリコン層109上部は、n型シリコンとして機能する。この場合、第2の金属としては例えば、タンタルとチタンの化合物(TaTi)や窒化タンタル(TaN)が好ましい。   When the work function of the second metal 125 is between 4.0 eV and 4.2 eV, the work function of the n-type silicon is in the vicinity of 4.05 eV, so that the upper part of the columnar silicon layer 109 functions as n-type silicon. To do. In this case, as the second metal, for example, a compound of tantalum and titanium (TaTi) or tantalum nitride (TaN) is preferable.

前記第2の金属125の仕事関数が5.0eVから5.2eVの間であるとき、p型シリコンの仕事関数5.15eVの近傍であるため、柱状シリコン層106上部は、p型シリコンとして機能する。この場合、第2の金属としては例えば、ルテニウム(Ru)や窒化チタン(TiN)が好ましい。   When the work function of the second metal 125 is between 5.0 eV and 5.2 eV, the work function of the p-type silicon is in the vicinity of 5.15 eV, so that the upper part of the columnar silicon layer 106 functions as p-type silicon. To do. In this case, for example, ruthenium (Ru) or titanium nitride (TiN) is preferable as the second metal.

また、前記ゲート電極121aと前記ゲート配線121bの周囲と底部に形成された前記第1のゲート絶縁膜120により、ゲート電極121aとゲート配線121bとは、柱状シリコン層109とフィン状シリコン層103とから絶縁をすることができる。   In addition, the gate electrode 121a and the gate wiring 121b include the columnar silicon layer 109, the fin-shaped silicon layer 103, and the first gate insulating film 120 formed around and at the bottom of the gate electrode 121a and the gate wiring 121b. Can be insulated from.

セルフアラインで形成されるので、柱状シリコン層109と、ゲート配線121bとの合わせずれをなくすことができる。   Since it is formed by self-alignment, misalignment between the columnar silicon layer 109 and the gate wiring 121b can be eliminated.

なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明の一実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。   It should be noted that the present invention can be variously modified and modified without departing from the broad spirit and scope of the present invention. Further, the above-described embodiment is for explaining an example of the present invention, and does not limit the scope of the present invention.

例えば、上記実施例において、p型(p+型を含む。)とn型(n+型を含む。)とをそれぞれ反対の導電型とした半導体装置の製造方法、及び、それにより得られる半導体装置も当然に本発明の技術的範囲に含まれる。 For example, in the above embodiment, a method of manufacturing a semiconductor device in which p-type (including p + -type) and n-type (including n + -type) are opposite in conductivity type, and a semiconductor obtained thereby An apparatus is naturally included in the technical scope of the present invention.

101.シリコン基板
102.第1のレジスト
103.フィン状シリコン層
104.第1の絶縁膜
105.第2の絶縁膜
106.第1のポリシリコン、第1のダミーゲート
107.第3の絶縁膜
108.第2のレジスト
109.柱状シリコン層
110.第4の絶縁膜
113.第2のポリシリコン、第2のダミーゲート
114.第5の絶縁膜、第5の絶縁膜からなるサイドウォール
115.第2の拡散層
116.金属と半導体の化合物
117.金属と半導体の化合物
118.コンタクトストッパ膜
119.層間絶縁膜
120.第1のゲート絶縁膜
121.第1の金属
121a.ゲート電極
121b.ゲート配線
123.第2のゲート絶縁膜
124.第3のレジスト
125.第2の金属
125a.第1のコンタクト
125b.第2の金属
126.第3の金属
126a.第2のコンタクト
126b.第3の金属
127.第4のレジスト
128.コンタクト孔
129.コンタクト
130.第4の金属
131.第5のレジスト
132.第5のレジスト
133.第5のレジスト
134.金属配線
135.金属配線
136.金属配線
137.第3のコンタクト
101. Silicon substrate 102. First resist 103. Fin-like silicon layer 104. First insulating film 105. Second insulating film 106. First polysilicon, first dummy gate 107. Third insulating film 108. Second resist 109. Columnar silicon layer 110. Fourth insulating film 113. Second polysilicon, second dummy gate 114. Side wall 115. Made of fifth insulating film, fifth insulating film. Second diffusion layer 116. Compound of metal and semiconductor 117. Compound of metal and semiconductor 118. Contact stopper film 119. Interlayer insulating film 120. First gate insulating film 121. First metal 121a. Gate electrode 121b. Gate wiring 123. Second gate insulating film 124. Third resist 125. Second metal 125a. First contact 125b. Second metal 126. Third metal 126a. Second contact 126b. Third metal 127. Fourth resist 128. Contact hole 129. Contact 130. Fourth metal 131. Fifth resist 132. Fifth resist 133. Fifth resist 134. Metal wiring 135. Metal wiring 136. Metal wiring 137. Third contact

Claims (1)

半導体基板上に形成されたフィン状半導体層と、
前記フィン状半導体層の周囲に形成された第1の絶縁膜と、
前記フィン状半導体層上に形成された柱状半導体層と、
前記柱状半導体層の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された金属からなるゲート電極と、
前記ゲート電極に接続された前記フィン状半導体層に直交する方向に延在する金属からなるゲート配線と、
前記柱状半導体層の上部側壁の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された第2の金属からなる第1のコンタクトと、
前記ゲート配線上に形成された前記第2の金属を含む第3のコンタクトと、
前記第1のコンタクトの下側にさらに形成された前記第2のゲート絶縁膜と、
を有し、
前記第1のコンタクトの上部と前記柱状半導体層上部が電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
A fin-like semiconductor layer formed on a semiconductor substrate;
A first insulating film formed around the fin-like semiconductor layer;
A columnar semiconductor layer formed on the fin-shaped semiconductor layer;
A first gate insulating film formed around the columnar semiconductor layer;
A gate electrode made of metal formed around the first gate insulating film;
A gate wiring made of a metal extending in a direction orthogonal to the fin-like semiconductor layer connected to the gate electrode;
A second gate insulating film formed around the upper sidewall of the columnar semiconductor layer;
A first contact made of a second metal formed around the second gate insulating film;
A third contact including the second metal formed on the gate wiring;
The second gate insulating film further formed under the first contact;
Have
The semiconductor device, wherein an upper portion of the first contact and an upper portion of the columnar semiconductor layer are electrically connected.
JP2017145606A 2017-07-27 2017-07-27 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device Active JP6368836B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017145606A JP6368836B2 (en) 2017-07-27 2017-07-27 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017145606A JP6368836B2 (en) 2017-07-27 2017-07-27 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016027697A Division JP6326437B2 (en) 2016-02-17 2016-02-17 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017208567A JP2017208567A (en) 2017-11-24
JP6368836B2 true JP6368836B2 (en) 2018-08-01

Family

ID=60417416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017145606A Active JP6368836B2 (en) 2017-07-27 2017-07-27 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6368836B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10373912B2 (en) * 2018-01-05 2019-08-06 International Business Machines Corporation Replacement metal gate processes for vertical transport field-effect transistor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6891234B1 (en) * 2004-01-07 2005-05-10 Acorn Technologies, Inc. Transistor with workfunction-induced charge layer
EP2446467A4 (en) * 2009-06-26 2014-07-02 California Inst Of Techn Methods for fabricating passivated silicon nanowires and devices thus obtained
JP2013021274A (en) * 2011-07-14 2013-01-31 Toshiba Corp Semiconductor device
KR20130110181A (en) * 2011-11-09 2013-10-08 유니산티스 일렉트로닉스 싱가포르 프라이빗 리미티드 Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017208567A (en) 2017-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5731073B1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
WO2013080378A1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5759077B1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5822326B1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
WO2015125204A1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5902868B1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JPWO2015132913A1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5680801B1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5740535B1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6368836B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5670603B1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6326437B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5890053B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6080989B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5869166B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6329299B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6033938B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5861197B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6211637B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6121386B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6154051B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6285393B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5989197B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP2016146503A (en) Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device
JP2015079988A (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180702

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180709

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6368836

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250