JPH01225362A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にMO8型
電界効果トランジスタの製造工程に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and particularly to a process for manufacturing an MO8 field effect transistor.
従来、MO8型半導体装置内で使用される電界効果トラ
ンジスタは、第3図に示すように、ゲート絶縁膜3上に
形成されたゲート電極4に対し、自己整合的にソース・
ドレイン拡散層5,6を配した構造を有しており、−成
約に第6図(a)〜(d)に示す製造工程を経て、製造
されている。Conventionally, a field effect transistor used in an MO8 type semiconductor device has a source and a gate electrode 4 formed on a gate insulating film 3 in a self-aligned manner, as shown in FIG.
It has a structure in which drain diffusion layers 5 and 6 are arranged, and is manufactured through the manufacturing steps shown in FIGS. 6(a) to 6(d).
すなわち、第6図(a)のように、半導体基板1上にゲ
ート絶縁膜3を介して、例えば多結晶シリコン膜4を堆
積し、通常のフォトリソグラフィによりゲート電極形成
用のレジスト・パターン13を形成する。次に、このレ
ジスト・パターンをマスフに多結晶シリコン膜を選択的
にエツチングし、ソース・ドレイン拡散層形成予定部上
の酸化膜を除去後、再酸化して、第6図(b)を得る。That is, as shown in FIG. 6(a), for example, a polycrystalline silicon film 4 is deposited on a semiconductor substrate 1 via a gate insulating film 3, and a resist pattern 13 for forming a gate electrode is formed by ordinary photolithography. Form. Next, the polycrystalline silicon film is selectively etched using this resist pattern as a mask, and after removing the oxide film on the area where the source/drain diffusion layer is to be formed, it is reoxidized to obtain the result shown in FIG. 6(b). .
次に、ゲート電極及び、素子分離用の厚い酸化膜2に対
し、自己整合的に、基板とは逆導電型の不純物をイオン
注入することにより、ソース・ドレイン拡散層5,6を
形成する。その後、第6図(c)に示すように層間絶縁
膜8を堆積し、電気的接続を行なうための開孔を形成し
た後、第6図(d)に示すように金属膜9を形成し、こ
れをパターニングすることにより、第3図の構造を得る
。Next, source/drain diffusion layers 5 and 6 are formed by ion-implanting impurities of a conductivity type opposite to that of the substrate into the gate electrode and the thick oxide film 2 for element isolation in a self-aligned manner. After that, as shown in FIG. 6(c), an interlayer insulating film 8 is deposited, and after forming an opening for electrical connection, a metal film 9 is formed as shown in FIG. 6(d). , by patterning this, the structure shown in FIG. 3 is obtained.
ところで、上述した従来の製造方法では、ゲート酸化膜
を介して、ゲート電極を形成した後、ソース・ドレイン
拡散層をゲート電極に対して自己整合的に形成するため
イオン注入を用いている。By the way, in the conventional manufacturing method described above, after forming a gate electrode through a gate oxide film, ion implantation is used to form source/drain diffusion layers in a self-aligned manner with respect to the gate electrode.
このため、ゲート電極に、注入イオンによる電荷が蓄積
されることになる。従来は、ゲート酸化膜が500人な
いし1000人程度と比較的厚いため、上記帯電の影響
は問題とならなかったが、素子寸法の微細化に伴い、ゲ
ート酸化膜厚も薄膜化され、前述のゲート電極に蓄積さ
れた電荷によるゲート絶縁膜の静電破壊が頻発するとい
う問題が生じる。Therefore, charges due to the implanted ions are accumulated in the gate electrode. Conventionally, the gate oxide film was relatively thick at about 500 to 1000 layers, so the above-mentioned charging effect did not pose a problem, but as device dimensions became smaller, the gate oxide film became thinner, and A problem arises in that electrostatic breakdown of the gate insulating film occurs frequently due to charges accumulated in the gate electrode.
上述した従来の半導体装置の製造方法に対し、本発明は
、半導体基板のソース・ドレイン形成予定部をエツチン
グし、ここにソース・ドレイン拡散層を形成し、その後
で、ゲート絶縁膜を形成し、かつソース・ドレインに対
して、自己整合的にゲート電極を形成し得るという相違
点を有する。In contrast to the conventional semiconductor device manufacturing method described above, the present invention etches the portion of the semiconductor substrate where the source/drain is to be formed, forms a source/drain diffusion layer there, and then forms a gate insulating film. Another difference is that the gate electrode can be formed in a self-aligned manner with respect to the source and drain.
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板のエツチ
ングに対してマスク性を有する被膜を、ゲート電極形成
予定部をおおうようにパターニングする工程と、該マス
ク・パターンと素子分離用絶縁膜に対して、自己整合的
に、半導体基板を選択エツチングし、凹部な形成する工
程と、前記マスク・パターンと素子分離領域に対して自
己整合的に、該凹部にソース・ドレイン拡散層を形成す
る工程と、ソース・ドレイン拡散層形成後、マスク材を
除去し、ゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁
膜上にゲート電極を形成する工程を有している。The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of patterning a film having masking properties against etching of a semiconductor substrate so as to cover a portion where a gate electrode is to be formed, and a step of patterning a film having a masking property against etching of a semiconductor substrate, and a step of patterning a film having a masking property against etching of a semiconductor substrate so as to cover a portion where a gate electrode is to be formed. a step of selectively etching the semiconductor substrate to form a recess in a self-aligned manner; and a step of forming a source/drain diffusion layer in the recess in a self-aligned manner with respect to the mask pattern and the element isolation region. After forming the source/drain diffusion layer, the method includes a step of removing the mask material and forming a gate insulating film, and a step of forming a gate electrode on the gate insulating film.
次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.
第1図は、本発明の製造方法の一実施例により形成した
MO8型電界効果トランジスタの断面図である。P型シ
リコン基板l上に、素子分離用の厚い酸化膜2が形成さ
れ、ゲート酸化膜3を介して、多結晶シリコンのゲート
電極4が形成されている。ゲート電極に整合して、ソー
ス・ドレイン拡散層5,6が形成されている。FIG. 1 is a cross-sectional view of an MO8 field effect transistor formed by an embodiment of the manufacturing method of the present invention. A thick oxide film 2 for element isolation is formed on a P-type silicon substrate l, and a gate electrode 4 of polycrystalline silicon is formed with a gate oxide film 3 interposed therebetween. Source/drain diffusion layers 5 and 6 are formed in alignment with the gate electrode.
以下、第4図(a)〜(Dを用いて、製造方法を説明す
る。まず、第4図(a)に示すように、素子分離用の厚
い酸化膜2を選択酸化法により形成し、活性領域上に2
00人〜1000人の酸化膜11を成長した後、窒化膜
12を気相成長法により1000人〜2000人堆積す
る。そして、ゲート電極形成予定部をおおうレジスト・
パターン13を例えばフォトリングラフィにより形成す
る。なお、図示していないが、活性領域の基板表面領域
には、トランジスタのスレッショルド電圧調整用の不純
物をイオン注入により導入してもよい。また、素子分離
用酸化膜の直下に、寄生チャネル・ストップ用の不純物
層を形成するのは公知である。The manufacturing method will be explained below using FIGS. 4(a) to 4(D). First, as shown in FIG. 4(a), a thick oxide film 2 for element isolation is formed by a selective oxidation method. 2 on the active area
After growing the oxide film 11 of 1,000 to 1,000 layers, a nitride film 12 of 1,000 to 2,000 layers is deposited by vapor phase growth. Then, a resist film is applied to cover the area where the gate electrode is to be formed.
The pattern 13 is formed by, for example, photolithography. Although not shown, impurities for adjusting the threshold voltage of the transistor may be introduced into the active region of the substrate surface region by ion implantation. It is also known to form an impurity layer for parasitic channel stop directly under the element isolation oxide film.
次に、第4図(b)に示すように、レジスト・パターン
13をマスクに、窒化膜12を異方性エッチし、さらに
酸化膜11を除去する。そして、第4時(C)に示すよ
うに、前記マスク・パターン及び素子分離用酸化膜2に
対して、自己整合的に、シリコン基板1を異方性の選択
エッチし、1000人〜5000人深さの凹部な形成す
る。続いて、この凹部に、ソース・ドレイン形成のため
、例えば、ヒ素を1015cm−2程度イオン注入する
。この際、イオン注入は、イオン・ビームの入射方向に
対して、基板を傾け、かつ回転させながら行なってもよ
いし、基板に垂直に高ドーズのイオン注入を行ない、そ
の後、基板を傾け、比較的低ドーズのイオン注入を行な
ってもよい。次に第4図(d)に示すように、基板上に
、例えば、スピンオン・ガラスを塗布し、前述の凹部を
埋める。なお、この材料には、スピンオン・ガラス以外
の絶ITh[でもよい。その後、第4図(e)に示すよ
うに、先に塗布したスピンオンガラス7を、ゲート領域
をおおう窒化膜12が露出し、かつ凹部内に残るように
エッチバックする。そして、露出した窒化膜12をウェ
ットエッチし、さらに酸化膜11を除去して、第4図(
「)のようになる。次に、第4図(g)に示すように、
ゲート酸化膜3を形成した後、基板上に、導電性の多結
晶シリコン膜4を堆積し、フォトリソグラフィ等により
、レジスト・パターン13を形成する。そして、このレ
ジスト・パターン13をマスクに多結晶シリコン膜4を
選択的にエツチングし、第4図(h)を得る。その後は
、従来と同様に、第4図(i)のように層間絶縁膜8を
堆積した後、ソース・ドレイン等と電気接続を行なうた
めの開孔を形成するためのパターニングを行ない、第4
図(Dに示すように、金属配線層9を形成する。Next, as shown in FIG. 4(b), the nitride film 12 is anisotropically etched using the resist pattern 13 as a mask, and the oxide film 11 is further removed. Then, as shown in the fourth time (C), the silicon substrate 1 is anisotropically selectively etched in a self-aligned manner with respect to the mask pattern and the oxide film 2 for element isolation. Form a deep recess. Subsequently, arsenic, for example, is ion-implanted at a depth of about 10<15 >cm<-2 >into this recessed portion to form a source/drain. At this time, ion implantation may be performed while tilting and rotating the substrate with respect to the direction of incidence of the ion beam, or high-dose ion implantation may be performed perpendicular to the substrate, and then the substrate may be tilted for comparison. Ion implantation may be performed at a targeted low dose. Next, as shown in FIG. 4(d), spin-on glass, for example, is applied onto the substrate to fill the aforementioned recesses. Note that this material may be any other material than spin-on glass. Thereafter, as shown in FIG. 4(e), the previously applied spin-on glass 7 is etched back so that the nitride film 12 covering the gate region is exposed and remains in the recess. Then, the exposed nitride film 12 is wet-etched, and the oxide film 11 is further removed, as shown in FIG.
"). Next, as shown in Figure 4 (g),
After forming the gate oxide film 3, a conductive polycrystalline silicon film 4 is deposited on the substrate, and a resist pattern 13 is formed by photolithography or the like. Then, using this resist pattern 13 as a mask, the polycrystalline silicon film 4 is selectively etched to obtain the pattern shown in FIG. 4(h). Thereafter, in the same manner as before, an interlayer insulating film 8 is deposited as shown in FIG.
As shown in the figure (D), a metal wiring layer 9 is formed.
第2図は、本発明の実施例2の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of Example 2 of the present invention.
この実施例では、ゲート電極4とソース・ドレイン拡散
層5,6との自己整合度が、実施例1より高いため、寄
生容量がより低くできるという利点がある。以下、第5
図(a)〜(k)を用いて、製造方法を説明する。まず
第5図(a)に示すように、P型シリコン基板上に、素
子分離用の厚い酸化膜2を形成し、基板上に2000人
〜6000人程度のタングステン膜22を堆積する。そ
して、ゲート電極形成予定部をおおうレジスト・パター
ン13を形成する。その後、タングステン膜22を第5
図(b)のように選択エッチし、さらに第5図(c)の
ように基板を、例えば、反応性イオンエツチングし、実
施例1に示したのと同様にして、ソース・ドレイン拡散
層5,6を形成して、第5図(d)となる。次に、第5
図(e)に示すように、基板上に気相成長法により酸化
膜10を堆積し、さらに塗布膜7を形成する。さらに、
レジスト13を塗布して、基板表面を平坦化する。なお
、凹部を埋める材料は絶縁膜であればよく、特に材料を
限定するものでない。また、基板表面の平坦化にレジス
ト膜を用いることは、特に必要ない。次に、第5図(f
)に示すように、前述の多層膜を、各層の被膜のエッチ
レートが、はぼ同等となる条件でエッチバックし、タン
グステン膜22の表面を露出させ、第5図(g)に示す
ように、露出したタングステン膜22及び酸化膜11を
ウェットエッチにより除去する。その後、第5図(h)
に示すように、ゲート酸化膜を形成し、基板上に導電膜
4を堆積する。次に第5図(i)に示すように、導電膜
を、選択的にエッチバックし、ゲート電極4を形成する
。そして、第5図(j)に示すように層間絶縁膜として
PSG膜8を堆積し、ソース・ドレイン等との電気接続
を行なうための開孔な形成するためのレジスト・パター
ン13を形成する。以下、通常の工程に従って、第5図
(k)に示すように金属配線膜9を堆積し、これをパタ
ーニングすることにより、第2図の構造を得る。In this embodiment, since the degree of self-alignment between the gate electrode 4 and the source/drain diffusion layers 5 and 6 is higher than that in the first embodiment, there is an advantage that the parasitic capacitance can be lowered. Below, the fifth
The manufacturing method will be explained using Figures (a) to (k). First, as shown in FIG. 5(a), a thick oxide film 2 for element isolation is formed on a P-type silicon substrate, and a tungsten film 22 of about 2,000 to 6,000 layers is deposited on the substrate. Then, a resist pattern 13 is formed to cover the portion where the gate electrode is to be formed. After that, the tungsten film 22 is
Selective etching is performed as shown in FIG. 5(b), and the substrate is further subjected to, for example, reactive ion etching as shown in FIG. 5(c), and the source/drain diffusion layer 5 is , 6 are formed as shown in FIG. 5(d). Next, the fifth
As shown in Figure (e), an oxide film 10 is deposited on the substrate by vapor phase growth, and a coating film 7 is further formed. moreover,
A resist 13 is applied to flatten the substrate surface. Note that the material filling the recesses may be an insulating film, and the material is not particularly limited. Further, it is not particularly necessary to use a resist film to flatten the substrate surface. Next, Fig. 5 (f
), the multilayer film described above is etched back under conditions such that the etch rate of each layer is approximately the same, exposing the surface of the tungsten film 22, and as shown in FIG. 5(g). Then, the exposed tungsten film 22 and oxide film 11 are removed by wet etching. After that, Fig. 5 (h)
As shown in FIG. 2, a gate oxide film is formed and a conductive film 4 is deposited on the substrate. Next, as shown in FIG. 5(i), the conductive film is selectively etched back to form the gate electrode 4. Then, as shown in FIG. 5(j), a PSG film 8 is deposited as an interlayer insulating film, and a resist pattern 13 is formed to form openings for electrical connection with sources, drains, etc. Thereafter, according to the usual process, a metal wiring film 9 is deposited as shown in FIG. 5(k), and this is patterned to obtain the structure shown in FIG. 2.
以上説明したように、本発明は、ゲート電極形成予定部
をマスクして、ソース・ドレイン領域予定部の基板を選
択エッチして凹部を形成し、この凹部にソース・ドレイ
ンを形成した後、ゲート酸化膜を形成するため、イオン
注入による静電破壊が問題とならず、非常に薄いゲート
酸化膜が使用できる。また、ソース・ドレイン拡散層は
基板内の凹部表面に形成され、ゲート電極とソース・ド
レイン拡散層表面の間には、比較的厚い絶縁膜が埋め込
まれているので、ここでのオーバーラツプ容量は低く抑
えることができるという効果がある。As explained above, the present invention masks the area where the gate electrode is to be formed, selectively etches the substrate in the area where the source/drain region is to be formed to form a recess, and after forming the source/drain in the recess, the gate electrode is formed. Since an oxide film is formed, electrostatic damage caused by ion implantation is not a problem, and a very thin gate oxide film can be used. In addition, the source/drain diffusion layer is formed on the surface of the recess in the substrate, and a relatively thick insulating film is embedded between the gate electrode and the surface of the source/drain diffusion layer, so the overlap capacitance here is low. The effect is that it can be suppressed.
第1図は、本発明の第1の実施例により製造されたMO
8電界効果トランジスタの断面図、第2図は、本発明の
第2の実施例により製造されたMO8電界効果トランジ
スタの断面図、第3図は、従来の製造方法により形成さ
れたMO8電界効果トランジスタの断面図である。第4
図(a)〜(Dは、第1の実施例の製造工程を示す断面
図、第5図(a)〜(k)は、第2の実施例の製造工程
を示す断面図、第6図(a)〜(d)は、従来の製造工
程を示す工程断面図である。
】・・・・・・シリコン基板、2・・・・・・酸化膜、
3・・・・・・ゲート酸化膜、4・・・・・・ゲート電
極、5,6・・・・・・ソース・ドレイン領域、7・・
・・・・絶縁膜、8・・・・・・層間絶縁膜、9・・・
・・・配線、10,11・・・・・・酸化膜、12・・
・・・・窒化膜、13・・・・・・レジスト、22・・
・・・・タングステン膜。
代理人 弁理士 内 原 音
J:’r’−)d酬淀イとM
5.6−ソース・トレイン
7:2おシH便
箒 II!f
ll:會芙よ■具
事 2 図
第 3 回
ll:醗を腰
是4 rMctL)
$ 4 図Cb)
第 4 r3!rcc>
茅 4Ii?T(d)
摺り 4− vMCCノ
茅4 I!I(ffJ
羊 4 圓(J、)
第 4 し「Cど)
箒 + 回(j)
芥 5 」り
弄 5 r5!J(b)
$ 5 1MCC)
席 5 圏(d)
第 ’; I!T(e)
$ 5 rMrf>
多1 5 て’J Uノ
茅 5 呵Ck)
雇 5 酊(1,)
一茅 5 囚(j)
$ 5 貴σ(ロ)FIG. 1 shows an MO manufactured according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an MO8 field-effect transistor manufactured according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of an MO8 field-effect transistor manufactured by a conventional manufacturing method. FIG. Fourth
Figures (a) to (D) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the first embodiment, Figures 5 (a) to (k) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the second example, and Figure 6. (a) to (d) are process cross-sectional views showing conventional manufacturing processes.]...Silicon substrate, 2...Oxide film,
3... Gate oxide film, 4... Gate electrode, 5, 6... Source/drain region, 7...
...Insulating film, 8...Interlayer insulating film, 9...
... Wiring, 10, 11... Oxide film, 12...
...Nitride film, 13...Resist, 22...
...Tungsten film. Agent Patent Attorney Uchihara Oto J:'r'-)d Shuiyodo I and M 5.6-Source Train 7:2 Oshi H Benbou II! f ll: Aifuyo ■Toji 2 Fig. 3rd ll: I'm going to have a good time 4 rMctL) $ 4 Fig. Cb) 4th r3! rcc> Kaya 4Ii? T(d) Printing 4- vMCC no Kaya 4 I! I (ffJ sheep 4 round (J,) 4th shi ``Cd'' broom + times (j) 5 ''riplay 5 r5! J (b) $ 5 1MCC) Seat 5 Area (d) No. '; I! T(e) $ 5 rMrf> 多1 5 te'J Uの茅 5 呵Ck) 5 茊(1,) 一茅 5 prisoner(j) $ 5 Kiσ(ro)
Claims (1)
性を有する被膜を形成する工程と、前記半導体基板上の
ゲート電極形成予定部以外の前記マスク被膜を選択的に
除去する工程と、該マスク・パターン及び素子分離領域
に対して、自己整合的に、前記半導体基板を選択的に、
異方性エッチし、基板表面に凹部を形成する工程と、前
記マスク・パターンと素子分離領域に対して、自己整合
的に、該凹部内に、ソース・ドレイン拡散層を形成する
工程と、該ソース・ドレイン拡散層形成後、前記凹部内
を絶縁膜で埋める工程と、前記ゲート電極形成予定部を
おおう、マスク被膜を選択的に除去する工程と、ゲート
電極形成予定部の半導体基板上にゲート絶縁膜を形成す
る工程と、該ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工
程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。a step of forming a film on a semiconductor substrate that has a masking property against etching of the substrate; a step of selectively removing the mask film other than a portion where a gate electrode is to be formed on the semiconductor substrate; selectively moving the semiconductor substrate in a self-aligned manner with respect to the pattern and the element isolation region;
forming a recess in the substrate surface by anisotropic etching; forming a source/drain diffusion layer in the recess in a self-aligned manner with respect to the mask pattern and the element isolation region; After forming the source/drain diffusion layer, a step of filling the inside of the recess with an insulating film, a step of selectively removing the mask film covering the region where the gate electrode is to be formed, and a step of removing the gate electrode on the semiconductor substrate in the region where the gate electrode is to be formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of forming an insulating film and forming a gate electrode on the gate insulating film.
Priority Applications (1)
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- 1988-03-04 JP JP5212988A patent/JP2623647B2/en not_active Expired - Lifetime
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