JPH1012747A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH1012747A
JPH1012747A JP8164615A JP16461596A JPH1012747A JP H1012747 A JPH1012747 A JP H1012747A JP 8164615 A JP8164615 A JP 8164615A JP 16461596 A JP16461596 A JP 16461596A JP H1012747 A JPH1012747 A JP H1012747A
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JP
Japan
Prior art keywords
pattern
semiconductor substrate
gate electrode
self
film
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Application number
JP8164615A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Nakamura
誠 中村
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Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH1012747A publication Critical patent/JPH1012747A/en
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently suppress variance in transistor characteristics and short channel effect even when self-aligned contact structure is employed for some part on a semiconductor substrate. SOLUTION: While the aspect ratio of the pattern in an MOS-FET formation area is decreased by selectively removing an offset oxide film 4 on a gate electrode 3 in the MOS-FET formation area, oblique ion implantation is carried out to form a p<+> type pocket area 6 and an n<-> type LDD area 7L in a p type Si substrate 1. As the shadowing effect of obliquely implanted ions by the pattern decreases, impurities are implanted sufficiently into right below the edge part of the gate electrode 3. In the self-aligned contact formation area, on the other hand, the offset oxide film 4 is present as usual, therefore insulation between the gate electrode 3 and upper-layer wiring which is formed by postprocessing is held excellent.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は微細なデザイン・ル
ールにもとづいて製造される半導体装置の製造方法に関
し、特に半導体基板の一部で自己整合コンタクト構造を
採用した場合にもトランジスタ部のショート・チャネル
効果を有効に防止し、またトランジスタ特性を均一化す
る方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device manufactured according to a fine design rule, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device in which a self-aligned contact structure is employed in a part of a semiconductor substrate. The present invention relates to a method for effectively preventing a channel effect and making transistor characteristics uniform.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置のデザイン・ルールが高度に
縮小されるに伴い、電界効果トランジスタ(FET)に
おいてはゲート電極の線幅を縮小してチャネル長を短縮
することが、動作の高速化を図る上で重要となってい
る。しかし、このチャネル長の縮小は一方で、いわゆる
ショート・チャネル効果を招く原因ともなっている。こ
のショート・チャネル効果の代表例にパンチスルー現象
がある。この現象は、たとえばMOS−FETでは、チ
ャネル長の短縮に伴ってドレイン領域から延びる空乏層
とソース領域から延びる空乏層とが互いに接した場合に
Si基板の内部をリーク電流が流れる現象となって現
れ、特にDRAMの転送トランジスタやCMOSインバ
ータにおいて重大な性能劣化の原因となる。
2. Description of the Related Art As the design rules of semiconductor devices have been highly reduced, it is necessary to reduce the line width of a gate electrode and shorten the channel length in a field effect transistor (FET) to increase the operation speed. It is important in planning. However, on the other hand, the reduction in the channel length causes a so-called short channel effect. A typical example of the short channel effect is a punch-through phenomenon. This phenomenon occurs, for example, in a MOS-FET, when a depletion layer extending from the drain region and a depletion layer extending from the source region come into contact with each other as the channel length is shortened, a leakage current flows inside the Si substrate. In particular, it causes a serious performance degradation in a transfer transistor of a DRAM and a CMOS inverter.

【0003】そこでパンチスルー対策として、従来より
幾つかの方法が提案されている。そのひとつに、チャネ
ル領域の不純物濃度を高めることによりソース/ドレイ
ン領域からの空乏層の広がりを抑制する技術がある。た
だしこの方法では閾値電圧Vthの基板電位依存性が高く
なり、特に不純物濃度の統計的なゆらぎまでもが問題と
なるような将来の0.1μmルールのデバイスでは必ず
しも有利な対策とはならない。
[0003] As a countermeasure against punch-through, several methods have heretofore been proposed. As one of the techniques, there is a technique of suppressing the spread of a depletion layer from a source / drain region by increasing an impurity concentration of a channel region. However, this method increases the dependence of the threshold voltage Vth on the substrate potential, and is not necessarily an advantageous measure especially in a future device having a rule of 0.1 μm in which even the statistical fluctuation of the impurity concentration becomes a problem.

【0004】これに対し、かかる懸念の少ない方法とし
てポケット・イオン注入が知られている。これは、nM
OSトランジスタの形成プロセスを例にとると、p型の
Si基板上にゲート電極を形成した後、該ゲート電極を
マスクとしてp型ポケット領域形成用のB(ホウ素)の
イオン注入と、n型ソース/ドレイン領域形成用のAs
(砒素)とを順次にイオン注入した後アニールを行うこ
とにより、通常のトランジスタのpn接合界面にp+
ポケット領域を追加形成する技術である。この方法であ
れば、チャネル領域の中でも不純物濃度が上昇するのは
端部、すなわちソース/ドレイン領域近傍に限られ、ゲ
ート電極の直下の部分の不純物濃度はそれ程高めずに済
むため、上述のような問題は生じない。
[0004] On the other hand, pocket ion implantation is known as a method of reducing such a concern. This is nM
Taking a process for forming an OS transistor as an example, after a gate electrode is formed on a p-type Si substrate, B (boron) ion implantation for forming a p-type pocket region is performed using the gate electrode as a mask, and an n-type source is formed. / As for forming drain region
This is a technique in which a p + -type pocket region is additionally formed at the pn junction interface of a normal transistor by successively implanting (arsenic) ions and then annealing. According to this method, the impurity concentration in the channel region increases only at the end portion, that is, in the vicinity of the source / drain region, and the impurity concentration in the portion immediately below the gate electrode does not need to be increased so much. Problems do not arise.

【0005】上述のポケット・イオン注入法としては、
Si基板面の法線方向に対して所定角度だけイオンの入
射方向を傾けた、いわゆる斜めイオン注入法がよく用い
られる。これは、ゲート電極のエッジ近傍のSi基板中
にも十分な濃度で不純物を導入するためである。この斜
めイオン注入は実際には、イオンの入射方向に対してS
i基板面を傾けた状態で該基板を回転させながら行われ
ている。
[0005] As the pocket ion implantation method described above,
A so-called oblique ion implantation method in which the incident direction of ions is inclined by a predetermined angle with respect to the normal direction of the Si substrate surface is often used. This is because impurities are introduced at a sufficient concentration into the Si substrate near the edge of the gate electrode. This oblique ion implantation is actually S
This is performed while rotating the substrate while the substrate surface is inclined.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の半導
体プロセスでは、フォトリソグラフィにおける縮小投影
露光装置のアライメント性能の向上がデザイン・ルール
の縮小に追いつかないために、下層配線との間の重ね合
わせ精度のバラつきを考慮して接続孔の設計余裕を決定
しようとすると、接続孔の設計寸法(=ホール径+設計
余裕)が大きくなり過ぎる問題が生じている。接続孔の
設計寸法が大きくなると、下層配線の線幅を縮小するこ
とができず、半導体デバイスの微細化や高密度化の大き
な障害となる。一方、設計寸法の増大をホール径の縮小
で抑えようとすると、現状の露光装置では焦点深度が不
足し、レジスト膜にホール・パターンを解像させること
ができない。
By the way, in recent semiconductor processes, since the improvement of the alignment performance of the reduced projection exposure apparatus in photolithography cannot keep up with the reduction of the design rule, the overlay accuracy with the lower layer wiring has to be improved. When the design margin of the connection hole is determined in consideration of the variation in the size, the design dimension of the connection hole (= hole diameter + design margin) becomes too large. If the design size of the connection hole becomes large, the line width of the lower wiring cannot be reduced, which is a major obstacle to miniaturization and high density of the semiconductor device. On the other hand, if an attempt is made to suppress an increase in the design size by reducing the hole diameter, the current exposure apparatus has an insufficient depth of focus and cannot resolve the hole pattern in the resist film.

【0007】かかる背景から、重ね合わせのための設計
余裕をフォトマスク上で不要にできる自己整合コンタク
ト・プロセスが提案されており、特にデザイン・ルール
0.3μm以降ではその採用がほぼ必須になると考えら
れている。自己整合コンタクト・プロセスには色々な種
類があるが、露光工程が増えないことから最もよく検討
されているのは、窒化シリコン(SiN)膜をエッチン
グ停止膜として用いるプロセスである。このプロセスに
より得られる従来の一般的な自己整合コンタクト構造に
ついて、図8を参照しながら説明する。
[0007] From such a background, a self-alignment contact process has been proposed which can make the design margin for the superposition unnecessary on the photomask. Have been. Although there are various types of self-aligned contact processes, the process most often studied because a number of exposure steps is not increased is a process using a silicon nitride (SiN) film as an etching stop film. A conventional general self-aligned contact structure obtained by this process will be described with reference to FIG.

【0008】この図は、たとえばSRAMのビット線コ
ンタクトやDRAMの記憶ノード・コンタクトにみられ
る様な、2本のゲート電極(ワード線)の間で自己整合
的に基板コンタクトが形成される部分の構造を示してい
る。すなわち、Si基板21上にはゲート酸化膜22
(SiO2 )を介してタングステン・ポリサイド膜から
なるゲート電極23(polySi/WSix)が形成
されており、このゲート電極23はその上面をオフセッ
ト酸化膜24(SiOx)、側面をLDDサイドウォー
ル25(SiOx)にそれぞれ被覆され、周囲から絶縁
されている。また、Si基板21にはこれらゲート電極
23とLDDサイドウォール25のエッジに対してそれ
ぞれ自己整合的にLDD構造を有するソース/ドレイン
領域26が形成されている。
FIG. 1 shows a portion where a substrate contact is formed in a self-aligned manner between two gate electrodes (word lines) as seen in a bit line contact of an SRAM or a storage node contact of a DRAM. Shows the structure. That is, the gate oxide film 22 is formed on the Si substrate 21.
A gate electrode 23 (polySi / WSix) made of a tungsten / polycide film is formed via (SiO 2 ). The gate electrode 23 has an offset oxide film 24 (SiOx) on its upper surface and an LDD sidewall 25 ( SiOx) and are insulated from the surroundings. In the Si substrate 21, source / drain regions 26 having an LDD structure are formed in a self-alignment manner with the gate electrode 23 and the edge of the LDD sidewall 25, respectively.

【0009】上記オフセットSiOx膜24とLDDサ
イドウォール25の表面は、SiOx系材料に対してエ
ッチング選択比を確保することが可能なSiNエッチン
グ停止膜26で被覆されており、さらに基体の表面がB
PSG(ホウ素・リン・シリケート・ガラス)膜よりな
る層間絶縁膜27で平坦化されている。この層間絶縁膜
28には、レジスト・パターニングと異方性ドライエッ
チングを経てコンタクトホール29が開口され、このコ
ンタクトホール29を被覆してたとえばTiN/Al積
層膜よりなる上層配線30が形成される。
The surfaces of the offset SiOx film 24 and the LDD side wall 25 are covered with a SiN etching stop film 26 capable of ensuring an etching selectivity with respect to the SiOx-based material.
It is planarized by an interlayer insulating film 27 made of a PSG (boron / phosphor / silicate / glass) film. A contact hole 29 is opened in the interlayer insulating film 28 through resist patterning and anisotropic dry etching, and an upper wiring 30 made of, for example, a TiN / Al laminated film is formed to cover the contact hole 29.

【0010】上記SiNエッチング停止膜27は、局部
的に大きな膜厚差を有する層間絶縁膜27にコンタクト
・ホール29を開口する際に、過剰なオーバーエッチン
グからオフセット酸化膜24やLDDサイドウォール2
5を保護する役割を果たしている。このため、下層配線
(この場合はソース/ドレイン領域26)に対してコン
タクトホール29の開口位置が若干ずれたり、あるいは
図示されるように電極間スペースに比べて著しく幅の広
いコンタクトホール29を開口するような場合であって
も、SiNエッチング停止膜27の除去時のオフセット
酸化膜24やLDDサイドウォール25の侵食を最小限
に抑えることができる。また、このSiNエッチング停
止膜27が存在することにより、層間絶縁膜28の平坦
化も可能となっている。
When the contact hole 29 is opened in the interlayer insulating film 27 having a locally large difference in thickness, the SiN etching stop film 27 prevents the offset oxide film 24 and the LDD sidewall 2 from excessive overetching.
5 plays a role of protection. For this reason, the opening position of the contact hole 29 is slightly shifted with respect to the lower wiring (the source / drain region 26 in this case), or the contact hole 29 which is significantly wider than the space between the electrodes as shown in FIG. Even if such a case occurs, it is possible to minimize the erosion of the offset oxide film 24 and the LDD sidewall 25 when the SiN etching stop film 27 is removed. Also, the presence of the SiN etching stop film 27 enables the interlayer insulating film 28 to be flattened.

【0011】上述したように、オフセット酸化膜24は
図8に示したような自己整合コンタクト構造においては
ゲート電極23と上層配線30との間の絶縁を図る上で
不可欠の部材であり、しかもコンタクトホール29がゲ
ート電極23に重複した場合の絶縁耐圧を確保する観点
から、ある程度の厚さをもって形成されることが必要で
ある。このオフセット酸化膜24は通常、ゲート電極2
3と一括してパターニングされるので、このパターニン
グ終了時のパターンの高さは、ゲート電極23のみが形
成されている場合に比べて高くなる。
As described above, the offset oxide film 24 is an indispensable member for achieving insulation between the gate electrode 23 and the upper wiring 30 in the self-aligned contact structure as shown in FIG. From the viewpoint of ensuring the withstand voltage when the hole 29 overlaps the gate electrode 23, it is necessary to form the hole 29 with a certain thickness. This offset oxide film 24 is usually
3, the pattern height at the end of the patterning is higher than when only the gate electrode 23 is formed.

【0012】かかる自己整合コンタクト・プロセスと前
述の斜めイオン注入とを組み合わせようとした場合、パ
ターンの間隔が縮小されるにしたがってイオン入射が該
パターンのシャドウイング効果を受ける様になり、ゲー
ト電極23のエッジ部の下まで不純物が導入され難くな
る問題が生ずる。この問題を、図9を参照しながら説明
する。
When the self-aligned contact process and the above-described oblique ion implantation are to be combined, as the distance between the patterns is reduced, the incidence of ions is affected by the shadowing effect of the patterns. The problem arises that it is difficult for impurities to be introduced to below the edge portion. This problem will be described with reference to FIG.

【0013】図9は、パターンの疎密および高さによる
斜めイオン注入時のイオン入射効率の違いを説明する図
である。まず、(a)図のようにパターン高さとパター
ン間隔が共に大きい場合には、該パターンのエッジを掠
めて斜めに入射するイオンも基板へ入射することができ
るが、(b)図のようにパターン高さはそのままでパタ
ーン間隔のみが縮小されると、一方のパターンのエッジ
を掠めた斜め入射イオンが隣接するパターンの側壁面に
衝突してしまい、基板面へ到達できなくなる。実際のイ
オンの挙動はパターン・エッジによる散乱も考慮すると
もう少し複雑であるが、いずれにしてもパターンが密に
形成されている領域では、斜めポケット・イオン注入を
行ってもショート・チャネル効果の効果的な抑制が期待
できなくなる。また、LDDイオン注入を斜めに行った
際には、ゲート電極下へのLDD領域(低濃度不純物拡
散領域)の侵入長がパターンの疎な領域と密な領域とで
異なってしまい、トランジスタ特性がバラつく原因とな
る。
FIG. 9 is a diagram for explaining a difference in ion incidence efficiency during oblique ion implantation depending on the density and height of the pattern. First, when both the pattern height and the pattern interval are large as shown in FIG. 7A, ions which obliquely enter the substrate by grazing the edges of the pattern can also enter the substrate, as shown in FIG. If only the pattern interval is reduced without changing the pattern height, obliquely incident ions, which have sharpened the edges of one pattern, collide with the side wall surface of the adjacent pattern and cannot reach the substrate surface. The actual ion behavior is a little more complicated when the scattering due to the pattern edge is also taken into account, but in any case, the effect of the short channel effect can be obtained even in oblique pocket ion implantation in areas where the pattern is densely formed. Cannot be expected. Also, when the LDD ion implantation is performed obliquely, the penetration length of the LDD region (low-concentration impurity diffusion region) under the gate electrode differs between a sparse pattern region and a dense pattern region, and the transistor characteristics are reduced. It causes variation.

【0014】そこで本発明は、自己整合コンタクト・プ
ロセスを採用した場合にも、斜めイオン注入のパターン
疎密依存性を解消し、これによりショート・チャネル効
果の抑制とトランジスタ特性の均一化を図ることが可能
な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention eliminates the dependence of oblique ion implantation on the pattern density even when a self-aligned contact process is employed, thereby suppressing the short channel effect and making the transistor characteristics uniform. It is an object of the present invention to provide a possible method for manufacturing a semiconductor device.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、自己整合コン
タクト形成領域とMIS型トランジスタ形成領域とを同
一の半導体基板上に有する半導体装置の製造方法におい
て、該MIS型トランジスタ形成領域内でのみトランジ
スタのゲート電極の上面のオフセット絶縁膜を選択的に
除去した状態で斜めイオン注入を行うことにより、上述
の目的を達成しようとするものである。この斜めイオン
注入は、典型的にはポケット・イオン注入である。ま
た、上記ゲート電極の側壁面にLDDサイドウォールを
形成して上記MIS型トランジスタをLDD構造とする
場合には、上記斜めイオン注入としてLDD領域形成用
の低濃度イオン注入を併せて行うことができる。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a self-aligned contact formation region and a MIS transistor formation region on the same semiconductor substrate, wherein the transistor is formed only in the MIS transistor formation region. The above object is achieved by performing oblique ion implantation in a state where the offset insulating film on the upper surface of the gate electrode is selectively removed. This oblique ion implantation is typically a pocket ion implantation. When an LDD sidewall is formed on the side wall surface of the gate electrode to form the MIS transistor with an LDD structure, low-concentration ion implantation for forming an LDD region can be performed as the oblique ion implantation. .

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】ゲート電極と共通パターンにて形
成されるオフセット絶縁膜は、自己整合コンタクト形成
領域ではゲート電極と上層配線との間の絶縁耐圧を確保
する上で重要な役割を果たすが、トランジスタ形成領域
では斜めイオン注入による不純物の導入を妨げる原因と
なる。本発明では、このオフセット絶縁膜をトランジス
タ形成領域においてのみ選択的に除去するので、この領
域内では半導体基板への不純物の導入効率を高めること
ができる。すなわち、図9の(b)図と(c)図との比
較から明らかなように、パターン間隔が一定であれば
(c)図に示されるようにパターン高さの小さい方がシ
ャドウイング効果は少なく、斜め入射イオンがSi基板
21へ十分に到達できることになる。この結果、ゲート
電極のエッジ部の直下にまで不純物が十分に導入される
ようになり、トランジスタの特性のバラつきやショート
・チャネル効果を抑制することが可能となる。その一方
で、自己整合コンタクト形成領域ではゲート電極上に従
来どおりオフセット絶縁膜が存在するので、該ゲート電
極と上層配線との間の絶縁耐圧が十分に確保される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An offset insulating film formed by a common pattern with a gate electrode plays an important role in ensuring a withstand voltage between the gate electrode and an upper wiring in a self-aligned contact formation region. In the transistor formation region, this may hinder the introduction of impurities by oblique ion implantation. In the present invention, since the offset insulating film is selectively removed only in the transistor formation region, the efficiency of introducing impurities into the semiconductor substrate can be increased in this region. That is, as is clear from the comparison between FIGS. 9B and 9C, if the pattern interval is constant, the smaller the pattern height is, the more the shadowing effect becomes, as shown in FIG. 9C. Thus, obliquely incident ions can reach the Si substrate 21 sufficiently. As a result, the impurity is sufficiently introduced to just below the edge portion of the gate electrode, and variation in characteristics of the transistor and short channel effect can be suppressed. On the other hand, in the self-aligned contact formation region, since the offset insulating film exists on the gate electrode as in the related art, the withstand voltage between the gate electrode and the upper wiring is sufficiently ensured.

【0017】以下、本発明の具体的な実施の形態につい
て、図1ないし図7を参照しながら説明する。ここでは
MIS型トランジスタの例としてn型MOS−FETを
とり上げる。
Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, an n-type MOS-FET is taken as an example of the MIS transistor.

【0018】図1は、たとえばp型のSi基板1上の自
己整合コンタクト形成領域とMOS−FET形成領域の
各々において、ゲート電極3(polySi/WSi
x)とオフセット酸化膜4(SiOx)とが共通パター
ンで形成された状態を示している。ここまでの工程を説
明すると、まずたとえばパイロジェニック酸化によりS
i基板1の表面に厚さ約10nmのゲート酸化膜2を形
成し、この上にタングステン(W)−ポリサイド膜を積
層する。このW−ポリサイド膜は、下層側から順に、不
純物を含有する厚さ約50nmのポリシリコン(pol
ySi)膜と、厚さ約50nmのWSix膜とが積層さ
れたものであり、いずれもLPCVD法により成膜する
ことができる。この上にさらに、たとえばプラズマCV
D法により厚さ約100nmのSiOx膜を成膜した
後、この積層膜の上でゲート電極3のパターンにしたが
ってレジスト・パターニングを行い、該積層膜の異方性
ドライエッチングを行うと、図示されるようなパターン
が形成される。
FIG. 1 shows, for example, in each of a self-aligned contact formation region and a MOS-FET formation region on a p-type Si substrate 1, a gate electrode 3 (polySi / WSi
x) and the offset oxide film 4 (SiOx) are formed in a common pattern. To explain the steps so far, first, for example, S
A gate oxide film 2 having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of an i-substrate 1, and a tungsten (W) -polycide film is laminated thereon. The W-polycide film is made of polysilicon (pol) having a thickness of about 50 nm and
A ySi) film and a WSix film having a thickness of about 50 nm are stacked, and both can be formed by the LPCVD method. On top of this, for example, a plasma CV
After a SiOx film having a thickness of about 100 nm is formed by the method D, resist patterning is performed on the laminated film according to the pattern of the gate electrode 3, and anisotropic dry etching of the laminated film is performed. Such a pattern is formed.

【0019】上記のゲート電極3の幅は約0.25μ
m、自己整合コンタクト形成領域における電極間スペー
スは約0.25μm、MOS−FET形成領域における
電極間スペースは約0.4μmとした。MOS−FET
形成領域において電極間スペースを広くとっているの
は、該領域におけるコンタクト形成が自己整合的ではな
くなるために、ゲート電極3と後工程で形成される上層
配線との間の絶縁を図るためにある程度のスペースを確
保しておく必要があるからである。ただし、パターン間
隔が広いとは言っても、このレベルのデザイン・ルール
では配線間スペースに斜め入射するイオンが基板へ到達
し難いことに変わりはない。
The width of the gate electrode 3 is about 0.25 μm.
m, the space between the electrodes in the self-aligned contact formation region was about 0.25 μm, and the space between the electrodes in the MOS-FET formation region was about 0.4 μm. MOS-FET
The reason why the space between the electrodes is wide in the formation region is that the contact formation in the region is not self-aligned, so that the insulation between the gate electrode 3 and the upper wiring formed in a later step is made to some extent. This is because it is necessary to secure a space for this. However, even if the pattern interval is wide, the design rules of this level still make it difficult for ions obliquely entering the inter-wiring space to reach the substrate.

【0020】次に、図2に示されるように、自己整合コ
ンタクト形成領域内のパターンをレジスト・パターン5
(PR)で被覆した。このレジスト・パターン5をマス
クとしてたとえばフルオロカーボン系ガスを用いたRI
E(反応性イオン・エッチング)を行うことにより、M
OS−FET形成領域のパターンの最上層を構成するオ
フセット酸化膜4を選択的に除去した。
Next, as shown in FIG. 2, the pattern in the self-aligned contact formation region is
(PR). Using this resist pattern 5 as a mask, for example, RI using a fluorocarbon-based gas is used.
By performing E (reactive ion etching), M
The offset oxide film 4 constituting the uppermost layer of the pattern in the OS-FET formation region was selectively removed.

【0021】次に、図3に示されるように、レジスト・
パターン5をアッシングにより除去し、p型不純物のポ
ケット・イオン注入を行った。この時のイオン注入条件
はたとえば、イオン種=B+ ,イオン加速エネルギー3
0keV,ドース量=4×1012/cm2 ,イオン入射
角=45°とした。続いて、n型不純物のLDDイオン
注入を行った。この時のイオン注入条件はたとえば、イ
オン種=As+ ,イオン加速エネルギー25keV,ド
ース量=2×1013/cm2 ,イオン入射角=7°とし
た。
Next, as shown in FIG.
The pattern 5 was removed by ashing, and pocket ion implantation of a p-type impurity was performed. The ion implantation conditions at this time are, for example, ion species = B + , ion acceleration energy 3
0 keV, dose = 4 × 10 12 / cm 2 , and ion incident angle = 45 °. Subsequently, LDD ion implantation of n-type impurities was performed. The ion implantation conditions at this time were, for example, ion species = As + , ion acceleration energy 25 keV, dose amount = 2 × 10 13 / cm 2 , and ion incident angle = 7 °.

【0022】以上のイオン注入により、シリコン基板1
にはp+ 型のポケット領域6とn-型のLDD領域7L
とが形成される。本発明では、パターンのアスペクト比
を増大させる原因であるオフセット酸化膜4がMOS−
FET形成領域において予め選択的に除去されているの
で、この領域ではゲート電極3のエッジ部の直下にも十
分な濃度の不純物が導入され、トランジスタ特性のバラ
つきやショート・チャネル効果の抑制に大きく貢献して
いる。
By the above ion implantation, the silicon substrate 1
Has a p + type pocket region 6 and an n type LDD region 7 L
Are formed. According to the present invention, the offset oxide film 4 which causes the aspect ratio of the pattern to increase is the MOS-type.
Since the region is selectively removed in advance in the FET formation region, a sufficient concentration of impurities is introduced also immediately below the edge of the gate electrode 3 in this region, greatly contributing to suppression of variation in transistor characteristics and suppression of the short channel effect. doing.

【0023】次に、かかる基体の全面をコンフォーマル
に被覆するSiOx膜をCVD法により成膜し、これを
異方的にエッチバックすることにより、図4に示される
ように各パターンの側壁面上にLDDサイドウォール8
s,8t(添字sとtは、LDDサイドウォールの形成
場所がそれぞれ自己整合コンタクト形成領域とMOS−
FET形成領域であることを表す。以下同様。)を形成
した。この状態で高濃度イオン注入を行い、LDD構造
を有するソース/ドレイン領域7を形成した。このとき
のイオン注入条件は、たとえばイオン種=As+ ,イオ
ン加速エネルギー20keV,ドース量=3×1015
cm2 とした。なお、不純物の活性化はたとえば105
0℃,10秒間のRTA(ラピッド・サーマル・アニー
ル)により行った。
Next, a SiOx film for covering the entire surface of the substrate in a conformal manner is formed by a CVD method, and the SiOx film is anisotropically etched back to form a sidewall surface of each pattern as shown in FIG. LDD sidewall 8 on top
s, 8t (the suffixes s and t indicate that the LDD sidewall formation locations are the
Indicates that this is an FET formation region. The same applies hereinafter. ) Formed. In this state, high-concentration ion implantation was performed to form source / drain regions 7 having an LDD structure. The ion implantation conditions at this time are, for example, ion species = As + , ion acceleration energy 20 keV, dose amount = 3 × 10 15 /
cm 2 . The activation of impurities is performed, for example, at 105
This was performed by RTA (rapid thermal annealing) at 0 ° C. for 10 seconds.

【0024】次に、図5に示されるように、基体の全面
をコンフォーマルに被覆する厚さ約20nmのSiNエ
ッチング停止膜9をたとえばプラズマCVD法により成
膜し、続いて基体の全面を厚さ約400nmの層間絶縁
膜10で平坦化した。この層間絶縁膜10は、たとえば
3 −TEOS常圧CVD法によるSiOx膜の成膜時
にホウ素とリンとをドープして形成されるBPSG膜を
リフローさせて得られる。かかる層間絶縁膜10の平坦
化は、この膜とエッチング選択比のとれるSiNエッチ
ング停止膜9が下層側に設けられていることで可能とな
っている。層間絶縁膜10の上ではさらに、レジスト・
パターン11(PR)を形成した。このレジスト・パタ
ーン11には、コンタクトホール・パターンにしたがっ
た開口12が設けられている。
Next, as shown in FIG. 5, an SiN etching stop film 9 having a thickness of about 20 nm for conformally covering the entire surface of the substrate is formed by, for example, a plasma CVD method. The surface was flattened with an interlayer insulating film 10 having a thickness of about 400 nm. This interlayer insulating film 10 is obtained by, for example, reflowing a BPSG film formed by doping boron and phosphorus at the time of forming an SiOx film by an O 3 -TEOS normal pressure CVD method. Such planarization of the interlayer insulating film 10 is made possible by providing the SiN etching stop film 9 having an etching selectivity with this film on the lower layer side. On the interlayer insulating film 10, a resist
Pattern 11 (PR) was formed. The resist pattern 11 has an opening 12 according to the contact hole pattern.

【0025】次に、上記の開口12内に表出する層間絶
縁膜10をたとえばCHF3 /CH2 2 混合ガスを用
いたドライエッチングにより除去し、図6に示されるよ
うに自己整合コンタクト形成領域とMOS−FET形成
領域にそれぞれコンタクトホール13s,13tを途中
まで形成した。このエッチングは、フルオロカーボン系
ポリマーの堆積を利用して下地のSiNエッチング停止
膜9に対して高い選択比を確保できる条件で行った。
Next, the interlayer insulating film 10 exposed in the opening 12 is removed by, for example, dry etching using a mixed gas of CHF 3 / CH 2 F 2 to form a self-aligned contact as shown in FIG. Contact holes 13s and 13t were partially formed in the region and the MOS-FET formation region, respectively. This etching was performed under the condition that a high selectivity with respect to the underlying SiN etching stop film 9 can be secured by utilizing the deposition of the fluorocarbon polymer.

【0026】続いて、下地として表出したSiNエッチ
ング停止膜9をたとえばCHF3 /O2 混合ガスを用い
てドライエッチングし、図7に示されるようなコンタク
トホール13s,13tを完成させた。さらに、これら
のコンタクトホール13s,13tを被覆するごとく上
層配線を形成した。この上層配線は、コンタクトホール
13s,13tの内部に埋め込まれるプラグ14と、平
坦化された層間絶縁膜10の上に形成される上層配線パ
ターン15からなる。上記プラグ14は一例としてTi
N密着層/W膜の積層膜で構成することができ、また上
層配線パターン15はたとえばTiNバリヤメタル/A
l−1%Si膜/TiN反射防止膜の3層膜で構成する
ことができる。なお、図7に示されるような自己整合コ
ンタクト構造は、たとえばSRAMのビット線コンタク
トやDRAMの記憶ノード・コンタクトに採用されるも
のである。
Subsequently, the SiN etching stop film 9 exposed as a base was dry-etched using, for example, a CHF 3 / O 2 mixed gas to complete the contact holes 13s and 13t as shown in FIG. Further, an upper wiring was formed so as to cover these contact holes 13s and 13t. The upper wiring includes a plug 14 buried in the contact holes 13s and 13t, and an upper wiring pattern 15 formed on the planarized interlayer insulating film 10. The plug 14 is, for example, Ti
The upper wiring pattern 15 can be composed of, for example, a TiN barrier metal / A film.
It can be composed of a three-layer film of 1-1% Si film / TiN antireflection film. The self-aligned contact structure as shown in FIG. 7 is employed for a bit line contact of an SRAM or a storage node contact of a DRAM, for example.

【0027】以上、本発明の具体的な実施の形態につい
て説明したが、本発明はこの形態に何ら限定されるもの
ではない。たとえば、不純物の導電型を上述の逆とする
ことは任意である。また、デザイン・ルール、デバイス
構造の細部、各部の構成材料、成膜方法、ドライエッチ
ング条件、イオン注入条件については、適宜変更や選択
が可能である。
Although the specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. For example, it is optional to reverse the conductivity type of the impurity described above. Further, design rules, details of the device structure, constituent materials of each part, film forming methods, dry etching conditions, and ion implantation conditions can be appropriately changed or selected.

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、半導体基板上の一部でかかる自己整合コン
タクトが形成される場合であっても、トランジスタ性能
を均一化し、かつショート・チャネル効果を抑制するこ
とができる。したがって本発明は、半導体装置の微細
化,高集積化,高性能化に大きく貢献するものである。
As is apparent from the above description, according to the present invention, even when such a self-aligned contact is formed on a part of the semiconductor substrate, the transistor performance can be made uniform and short-circuit can be achieved. -The channel effect can be suppressed. Therefore, the present invention greatly contributes to miniaturization, high integration, and high performance of a semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用したプロセス例において、自己整
合コンタクト形成領域とMOS−FET形成領域でそれ
ぞれオフセット酸化膜およびゲート電極のパターニング
を行った状態を示す模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an offset oxide film and a gate electrode are patterned in a self-aligned contact formation region and a MOS-FET formation region in a process example to which the present invention is applied.

【図2】図1の自己整合コンタクト形成領域をレジスト
・パターンで被覆し、MOS−FET形成領域において
オフセット酸化膜を選択的に除去した状態を示す模式的
断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state where a self-aligned contact formation region in FIG. 1 is covered with a resist pattern and an offset oxide film is selectively removed in a MOS-FET formation region.

【図3】図2のレジスト・パターンを除去し、斜めイオ
ン注入によりSi基板中にp+型のポケット領域とn-
型のLDD領域を形成した状態を示す模式的断面図であ
る。
FIG. 3 shows the removal of the resist pattern of FIG. 2 and the oblique ion implantation of a p + type pocket region and n − in a Si substrate.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a mold LDD region is formed.

【図4】図3のゲート電極の側壁面にLDDサイドウォ
ールを形成し、高濃度イオン注入を行ってソース/ドレ
イン領域を形成した状態を示す模式的断面図である。
4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an LDD side wall is formed on a side wall surface of the gate electrode in FIG. 3 and source / drain regions are formed by performing high-concentration ion implantation.

【図5】図4の基体の全面にコンフォーマルなSiNエ
ッチング停止膜と平坦な層間絶縁膜とを順次積層し、レ
ジスト・パターニングを行った状態を示す模式的断面図
である。
5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a conformal SiN etching stop film and a flat interlayer insulating film are sequentially laminated on the entire surface of the substrate of FIG. 4 and resist patterning has been performed.

【図6】図5の層間絶縁膜を選択的にドライエッチング
してコンタクトホールを途中まで形成した状態を示す模
式的断面図である。
6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a contact hole is formed partway by selectively dry-etching the interlayer insulating film of FIG. 5;

【図7】図7のコンタクトホールの底面に表出したSi
Nエッチング停止膜を選択的に除去してコンタクトホー
ルを完成し、これを被覆する上層配線を形成した状態を
示す模式的断面図である。
FIG. 7 shows Si exposed on the bottom surface of the contact hole in FIG. 7;
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a contact hole is completed by selectively removing an N-etching stop film and an upper-layer wiring covering the contact hole is formed.

【図8】従来の一般的な自己整合コンタクト構造を説明
するための模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining a conventional general self-aligned contact structure.

【図9】パターンの疎密および高さによる斜めイオン注
入時のイオン入射効率の違いを説明する模式的断面図で
あり、(a)図はパターン高さとパターン間隔が共に大
きい場合、(b)図はパターン高さが大きくパターン間
隔が小さい場合、(c)図はパターン高さとパターン間
隔が共に小さい場合をそれぞれ表す。
9A and 9B are schematic cross-sectional views illustrating differences in ion incidence efficiency during oblique ion implantation depending on the density and height of a pattern. FIG. 9A is a diagram when both the pattern height and the pattern interval are large, and FIG. (C) shows the case where the pattern height is large and the pattern interval is small, and (c) shows the case where both the pattern height and the pattern interval are small.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…Si基板 2…ゲート酸化膜 3…ゲート電極 4
…オフセット酸化膜 6…ポケット領域 7…ソース/
ドレイン領域 8s…(自己整合コンタクト形成領域
の)LDDサイドウォール 8t…(MOS−FET形
成領域の)LDDサイドウォール 9…SiNエッチン
グ停止膜 10…層間絶縁膜 13s…(自己整合コン
タクト形成領域の)コンタクトホール 13t…(MO
S−FET形成領域の)コンタクトホール 14…プラ
グ 15…上層配線パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Si substrate 2 ... Gate oxide film 3 ... Gate electrode 4
... Offset oxide film 6 ... Pocket region 7 ... Source /
Drain region 8s LDD side wall (for self-aligned contact formation region) 8t LDD side wall (for MOS-FET formation region) 9 ... SiN etching stop film 10 ... Interlayer insulating film 13s ... Contact (for self-aligned contact formation region) Hall 13t ... (MO
Contact hole (in the S-FET formation region) 14 plug 15 upper wiring pattern

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 自己整合コンタクト形成領域とMIS型
トランジスタ形成領域とを同一の半導体基板上に有する
半導体装置の製造方法であって、 前記半導体基板上に上面をオフセット絶縁膜で被覆され
た電極パターンを形成する第1工程と、 前記自己整合コンタクト形成領域内にある前記電極パタ
ーンをレジスト・パターンで被覆する第2工程と、 前記MIS型トランジスタ形成領域内にある前記電極パ
ターンの上面の前記オフセット絶縁膜を選択的に除去す
る第3工程と、 前記レジスト・パターンを除去する第4工程と、 前記半導体基板の法線方向に対して所定角度傾けた方向
から該半導体基板へイオン注入を行う第5工程とを有す
る半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having a self-aligned contact formation region and a MIS transistor formation region on the same semiconductor substrate, comprising: an electrode pattern having an upper surface covered with an offset insulating film on the semiconductor substrate. A second step of covering the electrode pattern in the self-aligned contact formation region with a resist pattern; and an offset insulation of an upper surface of the electrode pattern in the MIS transistor formation region. A third step of selectively removing a film, a fourth step of removing the resist pattern, and a fifth step of implanting ions into the semiconductor substrate from a direction inclined at a predetermined angle with respect to a normal direction of the semiconductor substrate. And a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 前記第5工程では、前記半導体基板と同
じ導電型の不純物をイオン注入して該半導体基板内にポ
ケット領域を形成する請求項1記載の半導体装置の製造
方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the fifth step, a pocket region is formed in the semiconductor substrate by ion-implanting an impurity of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate.
【請求項3】 前記第5工程の後に、前記電極パターン
の側壁面にLDDサイドウォールを形成する第6工程を
設ける請求項1記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising, after the fifth step, a sixth step of forming an LDD sidewall on a side wall surface of the electrode pattern.
【請求項4】 前記第5工程では、前記半導体基板と同
じ導電型の不純物をイオン注入して該半導体基板内にポ
ケット領域を形成すると共に、該半導体基板と逆の導電
型の不純物をイオン注入してLDD領域を形成する請求
項3記載の半導体装置の製造方法。
4. In the fifth step, an impurity of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is ion-implanted to form a pocket region in the semiconductor substrate, and an impurity of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is ion-implanted. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the LDD region is formed by performing the method.
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