JPH1041508A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH1041508A
JPH1041508A JP20654896A JP20654896A JPH1041508A JP H1041508 A JPH1041508 A JP H1041508A JP 20654896 A JP20654896 A JP 20654896A JP 20654896 A JP20654896 A JP 20654896A JP H1041508 A JPH1041508 A JP H1041508A
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etching
layer
gate electrode
film
semiconductor device
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Tetsuji Nagayama
哲治 長山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the short circuit of a gate electrode and wiring without giving a burden on the structure such as the longitudinal dimension, etc. SOLUTION: After a polycrystalline silicon 103 and a WSix layer 104 are deposited, an offset insulating layer 105 is formed and patterned to have a gate electrode size (a). A condition is imposed that at least the side surface of the WSix layer 104 is etched when the polycrystalline silicon 103 and the WSix layer 104 are etched by using the offset oxide layer 105 as a mask (b). Gate electrodes 110a, 110b having a shape in which the offset oxide layer 105 is overhung on the WSix layer 104 are obtained. Then, after side walls are formed on the side surfaces of the gate electrodes, an interlayer insulating film is formed, and a contact hole is formed and is filled with a wiring layer. Even after the etching for the contact hole formation, a sufficient thickness of the side wall between the shoulder part of the gate electrode and the wiring layer is guaranteed and the withstand voltage is ensured.

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、自己整合コンタク
ト構造を含む半導体装置およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device having a self-aligned contact structure and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、VLSI(Very Large Scale Int
egration) 等の半導体装置の分野においては、高集積化
および高性能化の進展に伴い、酸化シリコン(Si
2 )系の材料層のドライエッチング処理についての技
術的要求がますます厳しくなっている。
2. Description of the Related Art Recently, VLSI (Very Large Scale Int.
In the field of semiconductor devices such as egration), with the progress of high integration and high performance, silicon oxide (Si
Technical requirements for dry etching of an O 2 ) -based material layer are becoming increasingly severe.

【0003】このような状況の中、コンタクトホール工
程における位置合わせのためのマスク上の設計余裕を不
要にできる自己整合コンタクト(Self Aligned Contac
t;以下、SACと呼ぶ。)技術が注目されている。こ
のSAC技術の開発は、特に0.25μmルール以降の
世代の半導体装置の製造分野で活発化している。
[0003] Under such circumstances, a self-aligned contact (Self Aligned Contact) which can eliminate a design margin on a mask for alignment in a contact hole process.
t; hereinafter, referred to as SAC. ) Technology is attracting attention. The development of the SAC technology has been particularly active in the field of manufacturing semiconductor devices of the generation after the 0.25 μm rule.

【0004】このSAC技術が注目される要因の一つ
は、露光機(ステッパ)の性能上の制限があることにあ
り、もう一つは、SACの使用によりチップやセルの面
積をより縮めることができることにある。特に前者の要
因に関して具体的にいうと、現在入手可能な0.25μ
mルール半導体装置用量産向け露光機では、配線層のよ
り一層の微細化を図ることが困難になっているという問
題がある。これは、ステッパの位置合わせのばらつきが
十分に改善されていないことによるもので、この位置合
わせのばらつきが大きいために位置合わせの設計余裕度
を大きくする必要が生じる。その結果、配線幅を太くし
たり、あるいはコンタクトホール径が小さくなりすぎて
開口できない等の問題が発生する。
One of the factors that draws attention to this SAC technology is that there is a limitation in the performance of an exposure apparatus (stepper), and the other is that the area of a chip or a cell is further reduced by using the SAC. Is what you can do. Specifically, regarding the former factor, the 0.25 μm currently available
The exposure apparatus for mass production of m-rule semiconductor devices has a problem that it is difficult to further miniaturize the wiring layer. This is because the variation in the alignment of the stepper is not sufficiently improved. Since the variation in the alignment is large, the design margin of the alignment needs to be increased. As a result, there arise problems such as an increase in the width of the wiring or an excessively small contact hole diameter to prevent opening.

【0005】図11は、従来の半導体装置におけるコン
タクトホール形成部分の構造を表すものである。この半
導体装置は、シリコン基板201上に形成されたゲート
酸化膜202と、ゲート酸化膜202上に積層された多
結晶シリコン層203およびタングステンシリサイド
(WSiX )層204からなるゲート電極205a,2
05bとを備えている。ゲート電極205aおよびゲー
ト電極205bは、所定の水平距離を隔てるようにして
パターニングされている。WSiX 層204の上にはオ
フセット酸化膜209が形成され、また、ゲート電極2
05a,205bおよびオフセット酸化膜209の両側
には絶縁膜からなるサイドウォール膜206が形成され
ている。これらの構造を覆うようにして、層間絶縁膜2
07が形成されている。
FIG. 11 shows a structure of a contact hole forming portion in a conventional semiconductor device. The semiconductor device includes a gate oxide film 202 formed on the silicon substrate 201, a gate oxide film 202 polycrystalline silicon layers are stacked on 203 and tungsten silicide (WSi X) layer 204 made of the gate electrode 205a, 2
05b. The gate electrode 205a and the gate electrode 205b are patterned so as to be separated by a predetermined horizontal distance. Offset oxide film 209 is formed on the WSi X layer 204 is formed, also, the gate electrode 2
On both sides of the offset films 05a and 205b and the offset oxide film 209, sidewall films 206 made of an insulating film are formed. The interlayer insulating film 2 is formed so as to cover these structures.
07 is formed.

【0006】このような半導体装置の製造過程におい
て、ゲート電極205aとゲート電極205bとの間
に、シリコン基板201に達するコンタクトホールを形
成するには、このコンタクトホール形成領域に開口を有
するようにパターニングしたフォトレジスト膜208を
形成し、このフォトレジスト膜208をエッチングマス
クとして層間絶縁膜207をエッチングして除去する。
In the process of manufacturing such a semiconductor device, in order to form a contact hole reaching the silicon substrate 201 between the gate electrode 205a and the gate electrode 205b, patterning is performed so as to have an opening in the contact hole formation region. A photoresist film 208 is formed, and the interlayer insulating film 207 is removed by etching using the photoresist film 208 as an etching mask.

【0007】このとき、上記のようにステッパの位置合
わせのばらつきが大きいと、シリコン基板201との間
を確実に接続し得るコンタクトを加工するために、フォ
トレジスト膜208のコンタクトホール用開口径を大き
く形成しなければならない。その際、ゲート電極間隔が
微細化されていると、図11のように、エッチングによ
り形成されるコンタクトホールがゲート電極205aお
よび205bの一部にまで掛かってくる。ここで、コン
タクトホールの形成のために行う層間絶縁膜207のエ
ッチングが層間絶縁膜207の厚さ分のみ行われるので
あれば、本来のSAC構造が形成可能になる。しかしな
がら、実際には、シリコン基板201を十分露出させる
ために、図に示したようにオーバエッチングが必要にな
る。このため、最もスパッタリング効率の高いコーナー
部(WSiX 層204の一方の角の部分)が削られ、最
悪の場合、その部分(配線ショート部211)が露出す
る。このため、その後にコンタクトホールに埋め込まれ
る配線とゲート電極205aまたは205bとの間にシ
ョートが発生してしまう。したがって、素子間の微細化
を行う場合においては、この問題を解決していくことが
不可欠になるわけである。
At this time, if the variation in the positioning of the stepper is large as described above, the contact hole opening diameter of the photoresist film 208 must be reduced in order to process a contact that can reliably connect the silicon substrate 201. Must be large. At this time, if the distance between the gate electrodes is reduced, a contact hole formed by etching reaches a part of the gate electrodes 205a and 205b as shown in FIG. Here, if the etching of the interlayer insulating film 207 for forming the contact hole is performed only for the thickness of the interlayer insulating film 207, the original SAC structure can be formed. However, in practice, over-etching is required as shown in the figure to sufficiently expose the silicon substrate 201. Therefore, most sputtering efficient corners (part of one corner of WSi X layer 204) is cut, in the worst case, that portion (wiring short portion 211) is exposed. For this reason, a short circuit occurs between the wiring buried in the contact hole and the gate electrode 205a or 205b. Therefore, it is indispensable to solve this problem when miniaturizing elements.

【0008】この位置合わせの設計余裕を不要にできる
といわれている技術がSACである。このSAC構造を
形成するにはいくつかの方法があり、いずれも従来の露
光だけを行う方法に比べるとプロセスが多少複雑になる
という欠点がある。しかしながら、今後も続くと思われ
る微細化の流れを考慮すれば、このSAC技術の採用は
不可避であると考えられる。
[0008] SAC is a technique which is said to eliminate the need for a design margin for this alignment. There are several methods for forming this SAC structure, all of which have the disadvantage that the process is slightly more complicated than the conventional method of performing only exposure. However, it is considered that the adoption of the SAC technology is inevitable in consideration of the flow of miniaturization that will continue in the future.

【0009】このようなSAC形成法の中で、コンタク
トホールの形成の際のエッチングストッパ膜としてシリ
コンナイトライド(Si3 4 )膜を使う方法が活発に
検討されている。この方法では露光工程が増えないた
め、コスト上昇が比較的少ないという点で有利である。
その他、エッチングストッパ膜として金属膜を使う方法
もあるが、露光工程が余分に必要になり製造工程が複雑
化する。
Among such SAC forming methods, a method of using a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film as an etching stopper film when forming a contact hole is being actively studied. This method is advantageous in that the number of exposure steps does not increase, so that the cost increase is relatively small.
In addition, there is a method of using a metal film as an etching stopper film. However, an extra exposure process is required, and the manufacturing process is complicated.

【0010】図12はエッチングストッパ膜としてSi
3 4 膜を用いた半導体装置の製造方法を表すものであ
る。この半導体装置では、ゲート電極205a,205
b、オフセット酸化膜209およびサイドウォール膜2
06を形成した後、Si3 4 膜からなるエッチングス
トッパ膜210を成膜してから層間絶縁膜207を成膜
する。この半導体装置では、層間絶縁膜207を構成す
るSiO2 に対して高い選択比を有するSi3 4
(エッチングストッパ膜210)によってゲート電極2
05a,205bの両側のサイドウォール膜206が守
られているため、ゲート電極205aと205bとの中
間にコンタクトホールを開口する際にサイドウォール膜
206がエッチングされることが回避される。そして、
コンタクトホール形成後に、コンタクト底部のエッチン
グストッパ膜210(Si3 4 )を除去することで、
自己整合形のコンタクトホールができあがる。このよう
に、エッチングストッパ膜としてSi3 4 を用いたS
AC構造を採用することによって、位置合わせ余裕が不
要になる。
FIG. 12 shows an etching stopper film made of Si.
The method of manufacturing a semiconductor device using a 3 N 4 film is used to represent an. In this semiconductor device, the gate electrodes 205a, 205
b, offset oxide film 209 and sidewall film 2
After the formation of 06, an etching stopper film 210 made of a Si 3 N 4 film is formed, and then an interlayer insulating film 207 is formed. In this semiconductor device, the gate electrode 2 is formed by a Si 3 N 4 film (etching stopper film 210) having a high selectivity with respect to SiO 2 constituting the interlayer insulating film 207.
Since the sidewall films 206 on both sides of the gate electrodes 05a and 205b are protected, the sidewall films 206 are prevented from being etched when a contact hole is opened between the gate electrodes 205a and 205b. And
By removing the etching stopper film 210 (Si 3 N 4 ) at the bottom of the contact after forming the contact hole,
A self-aligned contact hole is created. As described above, S using Si 3 N 4 as an etching stopper film
By employing the AC structure, no alignment margin is required.

【0011】但し、Si3 4 膜を用いたSACを実用
化する方法においては、難度の高いエッチング技術の開
発が必須である。具体的には、薄いSi3 4 膜(エッ
チングストッパ膜210)上でエッチングを停止させる
ことができるようにするために、SiO2 膜(層間絶縁
膜207)のエッチング時にSi3 4 に対する選択比
を大きくする試みがなされている。Si3 4 膜に対す
る選択比を高くするためのプロセスとしては、装置の放
電方式によってもやや異なるが、基本的にはCF(フッ
化炭素)系保護膜を使い、SiO2 膜のエッチング速度
の劣化を高密度プラズマを使って防ぐ方法が有力であ
る。
However, in a method of putting SAC using a Si 3 N 4 film into practical use, it is essential to develop a difficult etching technique. More specifically, in order to stop the etching on the thin Si 3 N 4 film (etching stopper film 210), selection of Si 3 N 4 is performed at the time of etching the SiO 2 film (interlayer insulating film 207). Attempts have been made to increase the ratio. The process for increasing the selectivity with respect to the Si 3 N 4 film is slightly different depending on the discharge method of the apparatus. However, basically, a CF (fluorocarbon) -based protective film is used and the etching rate of the SiO 2 film is reduced. The method of preventing deterioration by using high-density plasma is effective.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SAC
技術は総合的に見るとまだ課題が多く、例えば、エッチ
ングストッパ膜であるSi3 4 膜に対して高い選択比
でSiO2 膜のエッチングを行った後に、そのSi3
4 膜のエッチング工程を行う必要があるが、この後工程
をも含めたSAC技術は完成度は未だ不十分である。こ
れは、一般に、Si3 4 膜のエッチングにおいてはS
iO2 膜のエッチングと類似の条件が用いられるため、
Si3 4 膜に対する選択比を相当高くして層間絶縁膜
(SiO2膜)のエッチングを行ったとしても、最もス
パッタリング効率の高いコーナー部(ゲート電極205
a,205bの角の部分)のサイドウォール膜206は
ある程度削られ、薄くなってしまうからであり、さら
に、その後にSi3 4 膜の除去のためのエッチングを
行う際に、やはりコーナー部のエッチングが最も早く進
行するからである。このため、最悪の場合には、図12
に示したように、ゲート電極205aとゲート電極20
5bの角部が露出して配線ショート部211を生じてし
まう。
However, the SAC
There are still many problems in the technology when viewed comprehensively. For example, after etching a SiO 2 film with a high selectivity with respect to a Si 3 N 4 film as an etching stopper film, the Si 3 N
Although it is necessary to perform an etching process for four films, the SAC technology including the subsequent processes is still insufficient in perfection. This generally means that when etching a Si 3 N 4 film, S
Since conditions similar to the etching of the iO 2 film are used,
Even if the interlayer insulating film (SiO 2 film) is etched with the selectivity relative to the Si 3 N 4 film being considerably increased, the corner portion (gate electrode 205) having the highest sputtering efficiency is obtained.
This is because the side wall film 206 at the corners (a, 205b) is shaved to a certain extent and becomes thinner. Further, when etching for removing the Si 3 N 4 film is performed thereafter, the side wall film 206 still has the corner portions. This is because the etching proceeds fastest. Therefore, in the worst case, FIG.
As shown in FIG. 3, the gate electrode 205a and the gate electrode 20
The corner portion 5b is exposed, and a short circuit portion 211 is generated.

【0013】このような配線ショートの発生を回避する
ためには、ゲート電極205a,205bを覆うオフセ
ット酸化膜209の膜厚を十分厚くして縦方向の寸法マ
ージンを確保するという方法を取らざるを得ないのが実
情である。
In order to avoid such a short circuit in the wiring, it is necessary to take a method of sufficiently increasing the thickness of the offset oxide film 209 covering the gate electrodes 205a and 205b to secure a vertical dimensional margin. The fact is that you can't get it.

【0014】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、縦方向の寸法等の構造に負担をかけ
ずにゲート電極と配線とのショートを防止することがで
きる自己整合コンタクト構造を有する半導体装置および
その製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a self-aligned contact that can prevent a short circuit between a gate electrode and a wiring without burdening a structure such as a vertical dimension. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure and a method of manufacturing the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、半導体基板上にゲート酸化膜を介して形成され所定
の寸法にパターニングされたゲート電極と、ゲート電極
の上に形成されゲート電極に対して高いエッチング選択
性を有する絶縁層とを備え、絶縁層がゲート電極よりも
外側に張り出すように構成したものである。ゲート電極
は、例えば多結晶シリコン層の上にタングステンシリサ
イド等の高融点金属層を積層して形成する。このとき、
少なくとも高融点金属層の横方向寸法が絶縁層の横方向
寸法よりも小さくなるようにし、絶縁層が高融点金属層
から外側に張り出す(オーバーハングする)ように形成
する。高融点金属層の側面は、上側が狭く下側が広いテ
ーパ形状に形成するようにしてもよい。高融点金属層と
しては、例えばタングステンシリサイドを用いる。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate oxide film and patterned to a predetermined size; and a gate electrode formed on the gate electrode. An insulating layer having a high etching selectivity with respect to the gate electrode. The gate electrode is formed by stacking a high melting point metal layer such as tungsten silicide on a polycrystalline silicon layer, for example. At this time,
At least the lateral dimension of the refractory metal layer is made smaller than the lateral dimension of the insulating layer, and the insulating layer is formed so as to protrude outward (overhang) from the refractory metal layer. The side surface of the high melting point metal layer may be formed in a tapered shape in which the upper side is narrow and the lower side is wide. As the refractory metal layer, for example, tungsten silicide is used.

【0016】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体基板上に形成したゲート酸化膜上にゲート電極層を
形成する工程と、ゲート電極層の上にゲート電極層に対
して高いエッチング選択性を有する絶縁層を形成してこ
れを所定の寸法にパターニングする工程と、パターニン
グされた絶縁層をエッチングマスクとしてゲート電極層
をエッチングする工程とを含み、ゲート電極層のエッチ
ング工程においてゲート電極層の側面もエッチングされ
るようにすることで絶縁層がエッチング後のゲート電極
層よりも外側に張り出すようにしたものである。ゲート
電極層を多結晶シリコン層および高融点金属層を積層さ
せて形成する場合には、少なくとも高融点金属層の側面
がエッチングされるようにエッチングを行うようにし、
また、高融点金属層の側面が、上側が狭く下側が広いテ
ーパ形状になるようにしてもよい。高融点金属層として
タングステンシリサイドを用いる場合には、エッチング
工程において、酸素ガスの流量を増加させることによ
り、タングステンシリサイド層の側面エッチングを促進
させることができる。また、エッチングチャンバ内に石
英系の構成材を配置する場合には、エッチング工程にお
いて石英系の構成材のスパッタ量を大きくし、活性度の
大きい酸素ラジカルをプラズマ中に多量に供給すること
によって、タングステンシリサイド層の側面エッチング
を促進させることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a gate electrode layer on a gate oxide film formed on a semiconductor substrate, and a step of forming a high etching selectivity on the gate electrode layer with respect to the gate electrode layer Forming an insulating layer having, and patterning the insulating layer having a predetermined size, and etching the gate electrode layer using the patterned insulating layer as an etching mask, the etching of the gate electrode layer in the gate electrode layer etching step The side surfaces are also etched so that the insulating layer protrudes outside the gate electrode layer after the etching. When the gate electrode layer is formed by stacking a polycrystalline silicon layer and a high melting point metal layer, etching is performed so that at least the side surfaces of the high melting point metal layer are etched,
Further, the side surface of the refractory metal layer may have a tapered shape in which the upper side is narrow and the lower side is wide. When tungsten silicide is used as the refractory metal layer, the etching of the side surface of the tungsten silicide layer can be promoted by increasing the flow rate of oxygen gas in the etching step. Further, when a quartz-based constituent material is disposed in the etching chamber, the sputtering amount of the quartz-based constituent material is increased in the etching step, and a large amount of oxygen radical having high activity is supplied into the plasma. Side etching of the tungsten silicide layer can be promoted.

【0017】本発明に係る半導体装置およびその製造方
法では、絶縁層がゲート電極よりも外側に張り出すよう
に構成しているため、その後に形成される層間絶縁膜に
コンタクトホールを形成する際のエッチングによってゲ
ート電極の肩部(コーナー部)を覆う絶縁層が極度に薄
くなるのを回避できる。
In the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention, since the insulating layer is formed so as to protrude outside the gate electrode, it is necessary to form a contact hole in an interlayer insulating film formed thereafter. The insulating layer covering the shoulder (corner) of the gate electrode can be prevented from being extremely thin by etching.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0019】まず、本発明に係る半導体装置の製造に用
いるプラズマ処理装置の例として、高密度プラズマを発
生できるエッチング装置について説明する。
First, an etching apparatus capable of generating high-density plasma will be described as an example of a plasma processing apparatus used for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【0020】図8は、RF(高周波)バイアス印加型E
CR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマエッチン
グ装置の概略構造を表すものである。この装置は、マグ
ネトロン11で発生したマイクロ波が導波管12を通っ
てチャンバ19内に至り、さらに石英ベルジャ13を介
してウェハステージ17上のウェハ15に到達する構成
になっている。チャンバ19の周囲にはソレノイドコイ
ル14が配設されている。ウェハステージ17上のウェ
ハ15は、クランプ16によって固定されている。ウェ
ハステージ17は、高周波電源18に接続され、所定の
周波数の高周波電圧が印加されるようになっている。
FIG. 8 shows an RF (high frequency) bias application type E
1 shows a schematic structure of a CR (Electron Cyclotron Resonance) plasma etching apparatus. In this apparatus, the microwave generated by the magnetron 11 reaches the chamber 19 through the waveguide 12 and further reaches the wafer 15 on the wafer stage 17 via the quartz bell jar 13. The solenoid coil 14 is provided around the chamber 19. The wafer 15 on the wafer stage 17 is fixed by a clamp 16. The wafer stage 17 is connected to a high frequency power supply 18 so that a high frequency voltage of a predetermined frequency is applied.

【0021】図9は、MCR(磁場封込型リアクタ)タ
イプのエッチング装置の要部構造を表すものである。こ
の装置は、石英製の側壁電極30に高周波電源21より
13.56MHzのRFを印加し、上部電極29をアノ
ードとして放電した後、上部電極29またはチャンバ側
壁に巻設したマルチポール磁石(図示せず)によって磁
場封じ込めを行い、比較的高密度のプラズマを形成でき
る機構となっている。また、ウェハステージ27には高
周波電源28から基板バイアス450kHzが印加され
るようになっており、これにより入射イオンエネルギの
独立制御が可能になっている。
FIG. 9 shows the main structure of an MCR (magnetically sealed reactor) type etching apparatus. This apparatus applies 13.56 MHz RF from a high-frequency power supply 21 to a quartz side wall electrode 30 and discharges the upper electrode 29 as an anode. Then, a multipole magnet (shown in FIG. ) To confine the magnetic field and form a relatively high-density plasma. In addition, a substrate bias of 450 kHz is applied to the wafer stage 27 from the high-frequency power supply 28, thereby enabling independent control of incident ion energy.

【0022】図10は、ICP(誘導結合プラズマ)タ
イプのエッチング装置の要部構造を表すものである。こ
の装置は、ウェハステージ37の上方に設けた石英板3
2上に渦巻き状に巻設された誘導結合コイル21に高周
波電源33から13.56MHzのRFを印加し、高密
度プラズマを形成する機構となっている。ウェハステー
ジ37上にはクランプ36によってクランプされたウェ
ハ35が載置され、高周波電源38から高周波電圧が印
加されるようになっている。
FIG. 10 shows a main structure of an ICP (inductively coupled plasma) type etching apparatus. This apparatus includes a quartz plate 3 provided above a wafer stage 37.
13. A high frequency power supply 33 applies 13.56 MHz RF to the inductive coupling coil 21 spirally wound on the coil 2 to form high density plasma. A wafer 35 clamped by a clamp 36 is placed on the wafer stage 37, and a high-frequency voltage is applied from a high-frequency power supply 38.

【0023】なお、図示していないが、上記図8〜図1
0のいずれの装置においても、高周波電源18,28,
38に接続されたウェハステージ17,27,37は、
温度制御用の冷媒(例えば商品名フロリナート)が循環
する構造となっており、さらに単極式静電チャックが設
置されている。
Although not shown, FIGS.
0, the high-frequency power supplies 18, 28,
The wafer stages 17, 27, 37 connected to
It has a structure in which a coolant for temperature control (for example, Florinert, trade name) circulates, and further includes a single-pole electrostatic chuck.

【0024】次に、以上のような装置を用いて自己整合
コンタクトを有する半導体装置を製造する方法を説明す
る。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device having a self-aligned contact using the above-described device will be described.

【0025】図1および図2は、本発明の一実施の形態
に係る半導体装置の製造方法を表すものである。本実施
の形態は、エッチングストッパを用いずに自己整合コン
タクト構造を形成する場合に適用するものである。
FIGS. 1 and 2 show a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. This embodiment is applied to a case where a self-aligned contact structure is formed without using an etching stopper.

【0026】まず、図1(a)に示したように、シリコ
ン基板101上に、ゲート酸化膜102を熱酸化法によ
り形成した後、例えば減圧CVD(Chemical Vapor Dep
osition )法により多結晶シリコン層103を100n
m程度の膜厚に形成し、さらにその上に例えばプラズマ
CVD法によりWSiX 層104を100nm程度の膜
厚に形成する。次に、例えば常圧CVD法によりSiO
2 膜を250nm程度の膜厚に形成した後、i線ストッ
パと通常のSiO2 膜エッチング装置を用いて上記Si
2 膜を0.35μm幅の所望のゲートパターンに加工
し、これをオフセット酸化膜105とする。
First, as shown in FIG. 1A, after a gate oxide film 102 is formed on a silicon substrate 101 by a thermal oxidation method, for example, a low pressure CVD (Chemical Vapor Dep.
osition) method to form the polysilicon layer 103 by 100 n.
was formed to a thickness of about m, forming a WSi X layer 104 to a thickness of about 100nm by addition, for example, a plasma CVD method on it. Next, for example, by normal pressure CVD
2 film is formed to a thickness of about 250 nm, and then the Si film is formed using an i-line stopper and a normal SiO 2 film etching apparatus.
The O 2 film is processed into a desired gate pattern having a width of 0.35 μm, which is used as an offset oxide film 105.

【0027】次に、図1(b)に示したように、例えば
図8に示したECRタイプのエッチング装置を用い、オ
フセット酸化膜105をエッチングマスクとしてWSi
X 層104をエッチングする。このときのエッチング条
件は例えば次のように設定する。 放電ガス:Cl2 /O2 =75/12sccm 容器内圧力:0.4Pa マイクロ波出力:1200W RFバイアス:70W(800kHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:20%
Next, as shown in FIG. 1B, for example, an ECR type etching apparatus shown in FIG.
The X layer 104 is etched. The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: Cl 2 / O 2 = 75/12 sccm Container pressure: 0.4 Pa Microwave output: 1200 W RF bias: 70 W (800 kHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 20%

【0028】このように、WSiX 層104のエッチン
グ時においては、O2 の流量比を高めると共にマイクロ
波出力も高めてWSiX 層104のサイドエッチングを
促進したため、図1(b)のようにオフセット酸化膜1
05の直下にアンダーカット形状が生じ、結果としてオ
フセット酸化膜105がWSiX 層104の上にオーバ
ーハングした形となる。
[0028] Thus, at the time of etching the WSi X layer 104, because of the accelerated side etching of WSi X layer 104 also enhances microwave power to increase the flow ratio of O 2, as shown in FIG. 1 (b) Offset oxide film 1
05 undercut shape occurs immediately below the result offset oxide film 105 is shaped overhanging on the WSi X layer 104 as.

【0029】次に、図1(c)に示したように、同じく
ECRタイプのエッチング装置(図8)を用い、オフセ
ット酸化膜105をエッチングマスクとして多結晶シリ
コン層103をエッチングする。このときのエッチング
条件は例えば次のように設定する。 放電ガス:Cl2 /O2 =75/5sccm 容器内圧力:0.4Pa マイクロ波出力:900W RFバイアス:30W(800kHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:40%
Next, as shown in FIG. 1C, the polycrystalline silicon layer 103 is etched using the offset oxide film 105 as an etching mask, similarly using an ECR type etching apparatus (FIG. 8). The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: Cl 2 / O 2 = 75/5 sccm Container pressure: 0.4 Pa Microwave output: 900 W RF bias: 30 W (800 kHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 40%

【0030】このように、多結晶シリコン層103のエ
ッチング時においては通常の異方性条件を用いているた
め、多結晶シリコン層103はサイドエッチングが行わ
れず、図1(c)に示したように、オフセット酸化膜1
05とほぼ同じ幅で垂直にエッチングされる。
As described above, when the polycrystalline silicon layer 103 is etched, the ordinary anisotropic condition is used, so that the polycrystalline silicon layer 103 is not subjected to side etching, and as shown in FIG. And offset oxide film 1
It is etched vertically with almost the same width as 05.

【0031】このようにして、微細間隔を隔てて配置さ
れた2つのゲート電極110a,110bが形成され
る。
In this manner, two gate electrodes 110a and 110b arranged at a fine interval are formed.

【0032】次に、図2(a)に示したように、例えば
常圧CVD法によりサイドウォール用のSiO2 膜を2
00nm程度の膜厚に形成した後、通常のSiO2 膜エ
ッチング装置によって異方性エッチバックを行い、LD
D(Lightly Doped Drain)構造形成用のサイドウォール
膜106を形成する。さらに、例えば常圧CVD法によ
り、全面にSiO2 膜からなる層間絶縁膜107を30
0nm程度の膜厚に形成した後、フォトレジスト膜10
8を塗布形成し、i線ステッパを用いてフォトレジスト
108に0.45μm径のコンタクトホールパターンを
形成する。
Next, as shown in FIG. 2A, an SiO 2 film for a side wall is
After being formed to a thickness of about 00 nm, anisotropic etch-back is performed using a normal SiO 2 film etching apparatus, and LD
A sidewall film 106 for forming a D (Lightly Doped Drain) structure is formed. Further, an interlayer insulating film 107 made of a SiO 2 film is formed on the entire surface by, eg, normal pressure CVD.
After being formed to a thickness of about 0 nm, the photoresist film 10
Then, a contact hole pattern having a diameter of 0.45 μm is formed in the photoresist 108 using an i-line stepper.

【0033】次に、図2(b)に示したように、ECR
タイプのSiO2 エッチング装置(図8)を用い、フォ
トレジスト膜108をエッチングマスクとして層間絶縁
膜107をエッチングし、コンタクトホールを形成す
る。このときのエッチング条件は例えば次のように設定
する。 放電ガス:CHF3 /CH2 2=35/15sccm 容器内圧力:0.27Pa マイクロ波出力:1200W RFバイアス:150W(800kHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:30%
Next, as shown in FIG.
Using a type of SiO 2 etching apparatus (FIG. 8), the interlayer insulating film 107 is etched using the photoresist film 108 as an etching mask to form a contact hole. The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: CHF 3 / CH 2 F 2 = 35/15 sccm Container pressure: 0.27 Pa Microwave output: 1200 W RF bias: 150 W (800 kHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 30%

【0034】このように十分なオーバーエッチングを行
っているにもかかわらず、ゲート電極110a,110
bのWSiX 層104のコーナー部を覆うSiO2
(サイドウォール106)の膜厚が十分確保される。
Despite sufficient over-etching, the gate electrodes 110a, 110
the film thickness of the SiO 2 film which covers the corner portions of the WSi X layer 104 b (sidewall 106) is sufficiently ensured.

【0035】次に、図2(c)に示したように、フォト
レジスト108をアッシングにより完全に除去したの
ち、例えば減圧CVD法により多結晶シリコンからなる
配線層109を形成し、これをパターニングする。その
際、ゲート電極110a,110bと配線層109との
間には、エッチング後においても十分な膜厚が残ってい
るサイドウォール膜106によって十分な距離が確保さ
れているため、十分な耐圧特性(降伏電圧50V以上)
を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 2C, after the photoresist 108 is completely removed by ashing, a wiring layer 109 made of polycrystalline silicon is formed by, for example, a low pressure CVD method, and this is patterned. . At this time, since a sufficient distance is secured between the gate electrodes 110a and 110b and the wiring layer 109 by the sidewall film 106 having a sufficient film thickness even after etching, sufficient withstand voltage characteristics ( (Breakdown voltage 50V or more)
Can be obtained.

【0036】このように、本実施の形態では、エッチン
グストッパを用いずに良好な自己整合コンタクトを形成
することができ、ゲート電極と配線との耐圧特性も十分
なものとなる。
As described above, in the present embodiment, a good self-aligned contact can be formed without using an etching stopper, and the withstand voltage characteristics between the gate electrode and the wiring are sufficient.

【0037】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。
Next, another embodiment of the present invention will be described.

【0038】本実施の形態は、上記実施の形態と同様
に、エッチングストッパを用いないで自己整合コンタク
トを形成するものである。まず、図3(a)に示したよ
うに、シリコン基板101上に、ゲート酸化膜102を
熱酸化法により形成した後、例えば減圧CVD法により
多結晶シリコン層103を100nm程度の膜厚に形成
し、さらにその上に例えばプラズマCVD法によりWS
X 層104を100nm程度の膜厚に形成する。次
に、例えば常圧CVD法によりSiO2 膜を250nm
程度の膜厚に形成した後、i線ストッパと通常のSiO
2 膜エッチング装置を用いて上記SiO2 膜を0.35
μm幅の所望のゲートパターンに加工し、これをオフセ
ット酸化膜105とする。
In this embodiment, a self-aligned contact is formed without using an etching stopper, as in the above embodiment. First, as shown in FIG. 3A, after a gate oxide film 102 is formed on a silicon substrate 101 by a thermal oxidation method, a polycrystalline silicon layer 103 is formed to a thickness of about 100 nm by, for example, a low pressure CVD method. Then, WS is further formed thereon by, for example, a plasma CVD method.
The i X layer 104 formed to a thickness of about 100 nm. Next, for example, an SiO 2 film is formed to a thickness of 250 nm by a normal pressure CVD method.
After being formed to a film thickness of about
Using a two- film etching apparatus, the SiO 2 film
It is processed into a desired gate pattern having a width of μm, and this is used as an offset oxide film 105.

【0039】次に、図3(b)に示したように、ECR
タイプのエッチング装置(図8)を用い、オフセット酸
化膜105をエッチングマスクとしてWSiX 層104
をエッチングする。このときのエッチング条件は例えば
次のように設定する。 放電ガス:Cl2 /O2 =75/12sccm 容器内圧力:0.4Pa マイクロ波出力:1200W RFバイアス:70W(800kHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:20%
Next, as shown in FIG.
Using type etching apparatus (FIG. 8), WSi X layer 104 offsets oxide film 105 as an etching mask
Is etched. The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: Cl 2 / O 2 = 75/12 sccm Container pressure: 0.4 Pa Microwave output: 1200 W RF bias: 70 W (800 kHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 20%

【0040】このように、WSiX 層104のエッチン
グ時においては、O2 の流量比を高めると共にマイクロ
波出力も高めてWSiX 層104のサイドエッチングを
促進したため、図3(b)に示したようにオフセット酸
化膜105の直下にアンダーカット形状が生じ、結果と
してオフセット酸化膜105がWSiX 層104の上に
オーバーハングした形状が得られる。
[0040] Thus, at the time of etching the WSi X layer 104, because of the accelerated side etching of WSi X layer 104 also enhances microwave power to increase the flow ratio of O 2, shown in FIG. 3 (b) undercut shape immediately below the offset oxide film 105 occurs as a result offset oxide film 105 is overhanging shape is formed on the WSi X layer 104 obtained as.

【0041】ここまでは、上記の実施の形態(図1
(a),(b))と同様である。
Up to this point, the above embodiment (FIG. 1)
(A) and (b)).

【0042】次に、図3(c)に示したように、同じく
ECRタイプのエッチング装置(図8)を用い、オフセ
ット酸化膜105をエッチングマスクとして多結晶シリ
コン層103をエッチングする。このときのエッチング
条件は例えば次のように設定する。 放電ガス:Cl2 /O2 =75/2sccm 容器内圧力:0.4Pa マイクロ波出力:1200W RFバイアス:30W(800kHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:40%
Next, as shown in FIG. 3C, the polycrystalline silicon layer 103 is etched using the offset oxide film 105 as an etching mask, similarly using an ECR type etching apparatus (FIG. 8). The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: Cl 2 / O 2 = 75/2 sccm Container pressure: 0.4 Pa Microwave output: 1200 W RF bias: 30 W (800 kHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 40%

【0043】このように、本実施の形態では、多結晶シ
リコン層103のエッチング時において、上記実施の形
態(図1(c))の場合よりもO2 の流量比を減らし、
WSiX 層104の場合と同量のサイドエッチングが生
じるように制御するようにしたので、図3(c)に示し
たように、WSiX 層104のみならず多結晶シリコン
層103までもがオフセット酸化膜105より小さい幅
で垂直にエッチングされる。すなわち、エッチングマス
クであるオフセット酸化膜105より小さい幅寸法を有
し、かつ垂直形状の側面を有するゲート電極110
a′,110b′が得られる。
As described above, in this embodiment, at the time of etching the polycrystalline silicon layer 103, the flow rate ratio of O 2 is reduced as compared with the case of the above embodiment (FIG. 1C).
Since as side etching when the same amount of WSi X layer 104 is controlled to occur, as shown in FIG. 3 (c), the offset even until WSi X layer 104 not only polycrystalline silicon layer 103 It is vertically etched with a width smaller than oxide film 105. That is, the gate electrode 110 having a width smaller than the offset oxide film 105 serving as an etching mask and having a vertical side surface.
a 'and 110b' are obtained.

【0044】このようにして、微細間隔を隔てて配置さ
れた2つのゲート電極110a′,110b′が形成さ
れる。
In this manner, two gate electrodes 110a 'and 110b' arranged at a fine interval are formed.

【0045】次に、図4(a)に示したように、例えば
常圧CVD法によりサイドウォール用のSiO2 膜を2
00nm程度の膜厚に形成した後、通常のSiO2 膜エ
ッチング装置によって異方性エッチバックを行い、LD
D構造形成用のサイドウォール膜106を形成する。さ
らに、例えば常圧CVD法により、全面にSiO2 膜か
らなる層間絶縁膜107を300nm程度の膜厚に形成
した後、フォトレジスト膜108を塗布形成し、i線ス
テッパを用いてフォトレジスト108に0.45μm径
のコンタクトホールパターンを形成する。そして、EC
RタイプのSiO2 エッチング装置(図8)を用い、フ
ォトレジスト膜108をエッチングマスクとして層間絶
縁膜107のエッチングを行う。このときのエッチング
条件は例えば次のように設定する。 放電ガス:CHF3 /CH2 2 =35/15sccm 容器内圧力:0.27Pa μ波出力:1200W RFバイアス:150W(800kHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:30%
Next, as shown in FIG. 4A, an SiO 2 film for a side wall is
After being formed to a thickness of about 00 nm, anisotropic etch-back is performed using a normal SiO 2 film etching apparatus, and LD
A sidewall film 106 for forming a D structure is formed. Further, an interlayer insulating film 107 made of a SiO 2 film is formed on the entire surface to a thickness of about 300 nm by, for example, normal pressure CVD, and then a photoresist film 108 is applied and formed. A 0.45 μm diameter contact hole pattern is formed. And EC
Using an R type SiO 2 etching apparatus (FIG. 8), the interlayer insulating film 107 is etched using the photoresist film 108 as an etching mask. The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: CHF 3 / CH 2 F 2 = 35/15 sccm Container pressure: 0.27 Pa Microwave output: 1200 W RF bias: 150 W (800 kHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 30%

【0046】このように十分なオーバーエッチングを行
ったにもかかわらず、図4(a)に示したように、ゲー
ト電極110a′,110b′のWSiX 層104のコ
ーナー部を覆うSiO2 膜(サイドウォール106)の
膜厚が十分確保される。
[0046] Despite done this way a sufficient over-etching, as shown in FIG. 4 (a), a gate electrode 110a ', 110b' SiO 2 film which covers the corner portions of the WSi X layer 104 ( The thickness of the side wall 106) is sufficiently ensured.

【0047】次に、図4(b)に示したように、フォト
レジスト108をアッシングにより完全に除去したの
ち、例えば減圧CVD法により、多結晶シリコンからな
る配線層109を形成し、所定の形状にパターニングす
る。その際、ゲート電極110a′,110b′と配線
層との間には、エッチング後においても十分な膜厚をも
つサイドウォール膜106によって十分な距離が確保さ
れているため、十分な耐圧特性(降伏電圧50V以上)
が得られる。
Next, as shown in FIG. 4B, after the photoresist 108 is completely removed by ashing, a wiring layer 109 made of polycrystalline silicon is formed by, for example, a low pressure CVD method, and a predetermined shape is formed. Is patterned. At this time, since a sufficient distance is secured between the gate electrodes 110a 'and 110b' and the wiring layer by the sidewall film 106 having a sufficient film thickness even after etching, sufficient withstand voltage characteristics (breakdown) (Voltage 50V or more)
Is obtained.

【0048】このように、本実施の形態においてもエッ
チングストッパを用いずに良好な自己整合コンタクトを
形成することができ、ゲート電極と配線との耐圧特性も
十分なものとなる。
As described above, also in the present embodiment, a good self-aligned contact can be formed without using an etching stopper, and the withstand voltage characteristics between the gate electrode and the wiring are sufficient.

【0049】次に、図1、図5および図6を参照して、
本発明の他の実施の形態を説明する。
Next, referring to FIGS. 1, 5 and 6,
Another embodiment of the present invention will be described.

【0050】本実施の形態は、エッチングストッパを用
いて自己整合コンタクトを形成するものである。ここで
当初の数工程は上記の実施の形態(図1)と類似なの
で、図1を用いて説明する。
In this embodiment, a self-aligned contact is formed using an etching stopper. Here, the first few steps are similar to those of the above-described embodiment (FIG. 1), and will be described with reference to FIG.

【0051】まず、図1(a)に示したように、シリコ
ン基板101上に、ゲート酸化膜102を熱酸化法によ
り形成した後、例えば減圧CVD法により多結晶シリコ
ン層103を100nm程度の膜厚に形成し、さらにそ
の上に例えばプラズマCVD法によりWSiX 層104
を100nm程度の膜厚に形成する。次に、例えば常圧
CVD法によりSiO2 膜を250nm程度の膜厚に形
成した後、i線ストッパと通常のSiO2 膜エッチング
装置を用いて上記SiO2 膜を0.35μm幅の所望の
ゲートパターンに加工し、これをオフセット酸化膜10
5とする。
First, as shown in FIG. 1A, after a gate oxide film 102 is formed on a silicon substrate 101 by a thermal oxidation method, a polycrystalline silicon layer 103 is formed to a thickness of about 100 nm by, for example, a low pressure CVD method. is formed with a thickness, WSi X layer 104 further thereon by, for example, a plasma CVD method
Is formed to a thickness of about 100 nm. Then, for example, after forming a SiO 2 film to a thickness of about 250nm by atmospheric pressure CVD, desired gate of 0.35μm width the SiO 2 film by using an i-line stopper and ordinary SiO 2 film etching apparatus It is processed into a pattern, and this is
5 is assumed.

【0052】次に、図1(b)に示したように、図9の
MCRタイプのエッチング装置を用い、オフセット酸化
膜105をエッチングマスクとしてWSiX 層104を
エッチングする。このときのエッチング条件は例えば次
のように設定する。
Next, as shown in FIG. 1 (b), using the etching apparatus of MCR type 9, to etch the WSi X layer 104 offsets oxide film 105 as an etching mask. The etching conditions at this time are set, for example, as follows.

【0053】放電ガス:Cl2 =60sccm 容器内圧力:0.4Pa ソース出力:1200W RFバイアス:50W(450kHz) ウェハ温度:70℃ オーバエッチング:20%Discharge gas: Cl 2 = 60 sccm Container pressure: 0.4 Pa Source output: 1200 W RF bias: 50 W (450 kHz) Wafer temperature: 70 ° C. Over etching: 20%

【0054】このように、WSiX 層104のエッチン
グ時においては、ソース出力を高めて側壁電極20のス
パッタ量を大きくすることにより、側壁電極20を構成
する石英表面からプラズマ中への酸素ラジカル(活性度
の高い遊離酸素原子O* )の供給を多くし、WSiX
104のサイドエッチングを促進するようにしたため、
図1(b)のようにオフセット酸化膜105の直下にア
ンダーカット形状が生じ、結果としてオフセット酸化膜
105がWSiX 層104の上にオーバーハングした形
状が得られる。
As described above, at the time of etching the WSi x layer 104, by increasing the source output and increasing the sputter amount of the side wall electrode 20, oxygen radicals (plasma) from the quartz surface constituting the side wall electrode 20 to the plasma are increased. order to increase the supply of highly active free oxygen atoms O *), and so as to facilitate the side etching of the WSi X layer 104,
Figure 1 undercut shape immediately below the offset oxide film 105 occur as in (b), however, results offset oxide film 105 is overhanging shape is formed on the WSi X layer 104 obtained as.

【0055】次に、図1(c)に示したように、同じく
MCRタイプのエッチング装置(図8)を用い、オフセ
ット酸化膜105をエッチングマスクとして多結晶シリ
コン層103をエッチングする。このときのエッチング
条件は例えば次のように設定する。 放電ガス:Cl2 /HBr=40/40sccm 容器内圧力:0.4Pa マイクロ波出力:900W RFバイアス:20W(450kHz) ウェハ温度:70℃ オーバエッチング:40%
Next, as shown in FIG. 1C, the polycrystalline silicon layer 103 is etched using the offset oxide film 105 as an etching mask, also using an MCR type etching apparatus (FIG. 8). The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: Cl 2 / HBr = 40 / 40sccm container pressure: 0.4 Pa microwave power: 900 W RF Bias: 20W (450 kHz) wafer temperature: 70 ° C. over-etching: 40%

【0056】このように、多結晶シリコン層103のエ
ッチングにおいては、通常の異方性条件を用いているの
で、多結晶シリコン層103はサイドエッチングが行わ
れず、図1(c)に示したように、オフセット酸化膜1
05とほぼ同じ幅で垂直にエッチングされる。
As described above, since the ordinary anisotropic condition is used in the etching of the polycrystalline silicon layer 103, the polycrystalline silicon layer 103 is not subjected to side etching, as shown in FIG. And offset oxide film 1
It is etched vertically with almost the same width as 05.

【0057】次に、図5(a)に示したように、例えば
常圧CVD法によりサイドウォール用のSiO2 膜を2
00nm程度の膜厚に形成した後、通常のSiO2 膜エ
ッチング装置によって異方性エッチバックを行い、LD
D構造形成用のサイドウォール膜106を形成する。さ
らに、Si3 4 膜からなるエッチングストッパ膜11
1を50nm程度の膜厚に形成したのち、例えば常圧C
VD法により、全面にSiO2 膜からなる層間絶縁膜1
07を500nm程度の膜厚に形成し、これをリフロー
法によって平坦化する。次に、フォトレジスト膜108
を塗布形成し、i線ステッパを用いてフォトレジスト膜
108に0.45μm径のコンタクトホールパターンを
形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, an SiO 2 film for a side wall is
After being formed to a thickness of about 00 nm, anisotropic etch-back is performed using a normal SiO 2 film etching apparatus, and LD
A sidewall film 106 for forming a D structure is formed. Further, an etching stopper film 11 made of a Si 3 N 4 film
1 is formed to a film thickness of about 50 nm,
Interlayer insulating film 1 made entirely of SiO 2 film by VD method
07 is formed to a thickness of about 500 nm, and flattened by a reflow method. Next, the photoresist film 108
Then, a contact hole pattern having a diameter of 0.45 μm is formed in the photoresist film 108 using an i-line stepper.

【0058】次に、図5(b)に示したように、通常の
マグネトロンタイプのSiO2 エッチング装置を用い、
フォトレジスト膜108をエッチングマスクとして層間
絶縁膜107のエッチングを行う。このときのエッチン
グ条件は例えば次のように設定する。 放電ガス:C4 8 /CO/Ar=10/200/30
0sccm 容器内圧力:6.0Pa RFバイアス:1600W(13.56MHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:50%
Next, as shown in FIG. 5B, an ordinary magnetron type SiO 2 etching apparatus was used.
The interlayer insulating film 107 is etched using the photoresist film 108 as an etching mask. The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: C 4 F 8 / CO / Ar = 10/200/30
0 sccm Container pressure: 6.0 Pa RF bias: 1600 W (13.56 MHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 50%

【0059】次に、図6(a)に示したように、同じく
マグネトロンタイプのSiO2 膜エッチング装置を用
い、フォトレジスト膜108をエッチングマスクとして
エッチングストッパ膜111(Si3 4 膜)をエッチ
ング除去する。このときのエッチング条件は例えば次の
ように設定する。 放電ガス:CHF3 /O2 =20/20sccm 容器内圧力:6.0Pa RFバイアス:600W(13.56MHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:30%
Next, as shown in FIG. 6A, the etching stopper film 111 (Si 3 N 4 film) is etched using the photoresist film 108 as an etching mask, similarly using a magnetron type SiO 2 film etching apparatus. Remove. The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: CHF 3 / O 2 = 20/20 sccm Container pressure: 6.0 Pa RF bias: 600 W (13.56 MHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 30%

【0060】このように、本実施の形態では、2つのエ
ッチングステップ(層間絶縁膜107およびエッチング
ストッパ膜111のエッチング)を合わせると、上記の
実施の形態(図2)以上に十分なオーバエッチングを行
っているにもかかわらず、図6(a)に示したように、
ゲート電極110a,110bのWSiX 層104のコ
ーナー部を覆うSiO2 膜の膜厚が十分確保される。
As described above, in this embodiment, when the two etching steps (the etching of the interlayer insulating film 107 and the etching stopper film 111) are combined, the over-etching is more sufficient than in the above-described embodiment (FIG. 2). Despite the operation, as shown in FIG.
Gate electrode 110a, the thickness of the SiO 2 film which covers the corner portions of the WSi X layer 104 and 110b is sufficiently ensured.

【0061】次に、図6(b)に示したように、フォト
レジスト108をアッシングにより完全に除去したの
ち、例えば減圧CVD法により、多結晶シリコンからな
る配線層109を形成し、所定の形状にパターニングす
る。その際、ゲート電極110a′,110b′と配線
層109との間には、エッチング後においても十分な膜
厚が残っているサイドウォール膜106によって十分な
距離が確保されているため、十分な耐圧特性(降伏電圧
50V以上)を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 6B, after the photoresist 108 is completely removed by ashing, a wiring layer 109 made of polycrystalline silicon is formed by, for example, a low pressure CVD method, and a predetermined shape is formed. Is patterned. At this time, since a sufficient distance is secured between the gate electrodes 110a 'and 110b' and the wiring layer 109 by the sidewall film 106 having a sufficient film thickness even after etching, a sufficient withstand voltage is obtained. Characteristics (breakdown voltage of 50 V or more) can be obtained.

【0062】このように、本実施の形態では、エッチン
グストッパを用いた場合にも良好な自己整合コンタクト
を形成することができ、ゲート電極と配線との耐圧特性
も十分なものとなる。
As described above, in the present embodiment, a good self-aligned contact can be formed even when an etching stopper is used, and the withstand voltage characteristics between the gate electrode and the wiring are sufficient.

【0063】次に、図3および図7を参照して、本発明
の他の実施の形態を説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0064】本実施の形態は、上記の実施の形態と同様
のエッチングストッパを用いて自己整合コンタクトを形
成するものである。ここで当初の数工程は上記の実施の
形態(図3(a))と同様であるので説明を省略する。
In this embodiment, a self-aligned contact is formed using the same etching stopper as in the above embodiment. Here, the first few steps are the same as those in the above-described embodiment (FIG. 3A), and a description thereof will be omitted.

【0065】本実施の形態では、まず、上記の実施の形
態(図3(a))で説明した内容と同様の工程および条
件により、図3(a)に示したような構造を得る。
In this embodiment, first, the structure as shown in FIG. 3A is obtained by the same steps and conditions as those described in the above embodiment (FIG. 3A).

【0066】次に、図3(b)に示したように、例えば
図10のICPタイプのエッチング装置を用いてWSi
X 層104をエッチングする。このときのエッチング条
件は、例えば次のように設定する。 放電ガス:Cl2 /O2 =100/15sccm 容器内圧力:0.4Pa ソース出力:2500W RFバイアス:90W(13.56MHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:20%
Next, as shown in FIG. 3B, for example, using the ICP type etching apparatus shown in FIG.
The X layer 104 is etched. The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: Cl 2 / O 2 = 100/15 sccm Container pressure: 0.4 Pa Source output: 2500 W RF bias: 90 W (13.56 MHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 20%

【0067】このように、WSiX 層104のエッチン
グ時においては、O2 の流量比を高めると共に、ソース
出力も高めてWSiX 層104のサイドエッチングを促
進したため、図3(b)に示したように、オフセット酸
化膜105直下にアンダーカット形状が生じ、結果とし
てオフセット酸化膜105がWSiX 層104の上にオ
ーバーハングした形となる。
As described above, at the time of etching the WSi x layer 104, the O 2 flow rate ratio was increased and the source output was also increased to promote the side etching of the WSi x layer 104. as such, the undercut shape occurs immediately below the offset oxide film 105, the result offset oxide film 105 is shaped overhanging on the WSi X layer 104 as.

【0068】次に、図3(c)に示したように、図10
のICPタイプのエッチング装置を用いて多結晶シリコ
ン層103をエッチングする。このときのエッチング条
件は、例えば次のように設定する。 放電ガス:Cl2 /O2 =100/2sccm 容器内圧力:0.2Pa マイクロ波出力:900W RFバイアス:30W(13.56MHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:40%
Next, as shown in FIG.
The polycrystalline silicon layer 103 is etched using the ICP type etching apparatus described above. The etching conditions at this time are set, for example, as follows. Discharge gas: Cl 2 / O 2 = 100/2 sccm Container pressure: 0.2 Pa Microwave output: 900 W RF bias: 30 W (13.56 MHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 40%

【0069】このように、多結晶シリコン層103のエ
ッチング時においては、O2 の流量比を減らしてWSi
X 104と同量のサイドエッチングが生じるように制御
したので、図3(c)に示したように、WSiX 層10
4のみならず多結晶シリコン層103までもがオフセッ
ト酸化膜105より小さい幅で垂直にエッチングされ、
エッチングマスクであるオフセット酸化膜105より小
さい幅寸法を有し、かつ垂直形状の側面を有するゲート
電極110a′,110b′が得られる。
As described above, at the time of etching the polycrystalline silicon layer 103, the flow rate ratio of O 2 is reduced and the WSi
And X 104 because the same amount of side etching was controlled to occur, as shown in FIG. 3 (c), WSi X layer 10
4 as well as the polycrystalline silicon layer 103 are vertically etched with a width smaller than the offset oxide film 105,
Gate electrodes 110a 'and 110b' having a smaller width dimension than offset oxide film 105 serving as an etching mask and having vertical side surfaces are obtained.

【0070】次に、図7(a)に示したように、例えば
常圧CVD法によりサイドウォール用のSiO2 膜を2
00nm程度の膜厚に形成した後、通常のSiO2 膜エ
ッチング装置によって異方性エッチバックを行い、LD
D構造形成用のサイドウォール膜106を形成する。さ
らに、Si3 4 膜からなるエッチングストッパ膜11
1を50nm程度の膜厚に形成したのち、例えば常圧C
VD法により、全面にSiO2 膜からなる層間絶縁膜1
07を500nm程度の膜厚に形成し、これをリフロー
法によって平坦化する。次に、フォトレジスト膜108
を塗布形成し、i線ステッパを用いてフォトレジスト1
08に0.45μm径のコンタクトホールパターンを形
成する。そして、通常のマグネトロンタイプのSiO2
エッチング装置を用い、フォトレジスト膜108をエッ
チングマスクとして層間絶縁膜107のエッチングを行
う。このときのエッチング条件は図6(a)の場合と同
様に例えば次のように設定する。 放電ガス:C4 8 /CO/Ar=10/200/30
0sccm 容器内圧力:6.0Pa RFバイアス:1600W(13.56MHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:50%
Next, as shown in FIG. 7A, an SiO 2 film for a side wall is
After being formed to a thickness of about 00 nm, anisotropic etch-back is performed using a normal SiO 2 film etching apparatus, and LD
A sidewall film 106 for forming a D structure is formed. Further, an etching stopper film 11 made of a Si 3 N 4 film
1 is formed to a film thickness of about 50 nm,
Interlayer insulating film 1 made entirely of SiO 2 film by VD method
07 is formed to a thickness of about 500 nm, and flattened by a reflow method. Next, the photoresist film 108
Is applied and photoresist 1 is formed using an i-line stepper.
In 08, a contact hole pattern having a diameter of 0.45 μm is formed. And the usual magnetron type SiO 2
Using an etching apparatus, the interlayer insulating film 107 is etched using the photoresist film 108 as an etching mask. The etching conditions at this time are set as follows, for example, as in the case of FIG. Discharge gas: C 4 F 8 / CO / Ar = 10/200/30
0 sccm Container pressure: 6.0 Pa RF bias: 1600 W (13.56 MHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 50%

【0071】次に、同じく図7(a)に示したように、
マグネトロンタイプのSiO2 膜エッチング装置を用
い、フォトレジスト膜108をエッチングマスクとして
エッチングストッパ膜111(Si3 4 膜)をエッチ
ング除去する。このときのエッチング条件は図6(a)
の場合と同様に例えば次のように設定する。 放電ガス:CHF3 /O2 =20/20sccm 容器内圧力:6.0Pa RFバイアス:600W(13.56MHz) ウェハ温度:20℃ オーバエッチング:30%
Next, as shown in FIG.
Using a magnetron type SiO 2 film etching apparatus, the etching stopper film 111 (Si 3 N 4 film) is etched away using the photoresist film 108 as an etching mask. The etching conditions at this time are shown in FIG.
For example, the following is set as in the case of (1). Discharge gas: CHF 3 / O 2 = 20/20 sccm Container pressure: 6.0 Pa RF bias: 600 W (13.56 MHz) Wafer temperature: 20 ° C. Over etching: 30%

【0072】このように、本実施の形態では、2つのエ
ッチングステップ(層間絶縁膜107およびエッチング
ストッパ膜111のエッチング)を合わせると、上記の
実施の形態(図2)以上に十分なオーバエッチングを行
っているにもかかわらず、図7(a)に示したように、
ゲート電極110a′,110b′のWSiX 層104
のコーナー部を覆うSiO2 膜の膜厚が十分確保され
る。
As described above, in this embodiment, when the two etching steps (the etching of the interlayer insulating film 107 and the etching stopper film 111) are combined, the over-etching is more sufficient than in the above-described embodiment (FIG. 2). Despite the operation, as shown in FIG.
The gate electrode 110a ', 110b' WSi X layer 104
The thickness of the SiO 2 film covering the corners of the above is sufficiently ensured.

【0073】次に、図7(b)に示したように、フォト
レジスト膜108をアッシングにより完全に除去したの
ち、例えば減圧CVD法により、多結晶シリコンからな
る配線層109を形成する。その際、ゲート電極110
a′,110b′と配線層109との間には、エッチン
グ後においても十分な膜厚をもつサイドウォール膜10
6によって十分な距離が確保されているため、十分な耐
圧特性(降伏電圧50V以上)を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 7B, after the photoresist film 108 is completely removed by ashing, a wiring layer 109 made of polycrystalline silicon is formed by, for example, a low pressure CVD method. At that time, the gate electrode 110
a ′, 110 b ′ and the wiring layer 109, a sidewall film 10 having a sufficient thickness even after etching.
6, a sufficient distance is secured, so that sufficient withstand voltage characteristics (breakdown voltage of 50 V or more) can be obtained.

【0074】このように、本実施の形態でも、エッチン
グストッパを用いて良好な自己整合コンタクトを形成す
ることができ、ゲート電極と配線との耐圧特性も十分な
ものとなる。
As described above, also in the present embodiment, a good self-aligned contact can be formed using the etching stopper, and the withstand voltage characteristics between the gate electrode and the wiring are also sufficient.

【0075】以上、種々の実施の形態を挙げて本発明を
説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるもの
ではなく、種々変形可能である。例えば、上記の各実施
の形態で示したスパッタ等の条件(温度,ガス流量,ガ
ス流量比等)はあくまで一例に過ぎず、適宜の値に設定
することができる。また、エッチングプラズマ源や装置
構成、サンプル構造およびエッチング等のプロセス条件
についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜選択
可能である。
Although the present invention has been described with reference to various embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified. For example, the conditions (temperature, gas flow rate, gas flow rate ratio, etc.) of the sputtering and the like described in each of the above embodiments are merely examples, and can be set to appropriate values. Process conditions such as an etching plasma source, an apparatus configuration, a sample structure, and etching can be appropriately selected without departing from the gist of the present invention.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
装置およびその製造方法によれば、ゲート電極の上の絶
縁層がゲート電極よりも外側に張り出すようにしたの
で、その後に形成される層間絶縁膜にコンタクトホール
を形成する際のエッチングによってゲート電極の肩部
(コーナー部)を覆う絶縁層が極度に薄くなりあるいは
露出するのを回避できる。このため、自己整合コンタク
トの形成時においてゲート電極と配線との間の十分な絶
縁性を確保することができる。
As described above, according to the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention, since the insulating layer overlying the gate electrode extends outside the gate electrode, it is formed thereafter. It is possible to prevent the insulating layer covering the shoulder (corner) of the gate electrode from being extremely thin or exposed by etching when forming a contact hole in the interlayer insulating film. For this reason, sufficient insulation between the gate electrode and the wiring can be ensured when the self-aligned contact is formed.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造
方法の各工程を表す素子断面図である。
FIG. 1 is an element sectional view showing each step of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1に続く各工程を表す素子断面図である。FIG. 2 is an element cross-sectional view illustrating each step following FIG. 1;

【図3】本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の製
造方法の各工程を表す素子断面図である。
FIG. 3 is an element cross-sectional view illustrating each step of a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図4】図3に続く各工程を表す素子断面図である。FIG. 4 is an element cross-sectional view illustrating each step following FIG. 3;

【図5】本発明のさらに他の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法の後半工程を表す素子断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of an element showing a latter half of a method of manufacturing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention.

【図6】図5に続く各工程を表す素子断面図である。FIG. 6 is an element cross-sectional view illustrating each step following FIG. 5;

【図7】本発明のさらに他の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法の後半工程を表す素子断面図である。
FIG. 7 is an element sectional view showing a latter half of a method of manufacturing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention.

【図8】本発明に係る半導体装置の製造方法において使
用するRFバイアス印加型ECR高密度プラズマエッチ
ング装置の構成を示す概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing the configuration of an RF bias application type ECR high-density plasma etching apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図9】本発明に係る半導体装置の製造方法において使
用するMCRタイプの高密度プラズマエッチング装置の
構成を示す概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a configuration of an MCR type high-density plasma etching apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図10】本発明に係る半導体装置の製造方法において
使用するICPタイプの高密度プラズマエッチング装置
の構成を示す概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an ICP type high-density plasma etching apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図11】従来の自己整合コンタクトを有する半導体装
置の構造を表す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional semiconductor device having a self-aligned contact.

【図12】従来の自己整合コンタクトを有する他の半導
体装置の構造を表す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a structure of another semiconductor device having a conventional self-aligned contact.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…マグネトロン、12…導波管、13…石英ベルジ
ャ、14…ソレノイドコイル、15,25,35…ウェ
ハ、17,27,37…ウェハステージ、18,21,
28,33,38…高周波電源、29…上部電極、30
…側壁電極、31…誘導結合コイル、32…石英板、1
01…シリコン基板、102…ゲート酸化膜、103…
多結晶シリコン層、104…WSiX 層、105…オフ
セット酸化膜、106…サイドウォール膜、107…層
間絶縁膜、108…フォトレジスト膜、109…配線
層、110a,110a′,110b,110b…ゲー
ト電極、111…エッチングストッパ膜
11: magnetron, 12: waveguide, 13: quartz bell jar, 14: solenoid coil, 15, 25, 35: wafer, 17, 27, 37: wafer stage, 18, 21,
28, 33, 38: high frequency power supply, 29: upper electrode, 30
... side wall electrode, 31 ... induction coupling coil, 32 ... quartz plate, 1
01: silicon substrate, 102: gate oxide film, 103:
Polycrystalline silicon layer, 104 ... WSi X layer, 105 ... offset oxide film, 106 ... sidewall film, 107 ... interlayer insulating film, 108 ... photoresist film, 109 ... wiring layer, 110a, 110a ', 110b, 110b ... Gate Electrode, 111 ... etching stopper film

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にゲート酸化膜を介して形
成され、所定の寸法にパターニングされたゲート電極
と、 このゲート電極の上に形成され、前記ゲート電極に対し
て高いエッチング選択性を有する絶縁層とを備え、 前記絶縁層は、前記ゲート電極よりも外側に張り出すよ
うにして形成されていることを特徴とする半導体装置。
A gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate oxide film and patterned to a predetermined size; and a gate electrode formed on the gate electrode and having high etching selectivity with respect to the gate electrode. A semiconductor device, comprising: an insulating layer, wherein the insulating layer is formed so as to protrude outside the gate electrode.
【請求項2】 前記ゲート電極は、少なくとも、多結晶
シリコン層およびこの多結晶シリコン層上に形成された
高融点金属層の積層構造からなり、少なくとも前記高融
点金属層の横方向寸法が前記絶縁層の横方向寸法よりも
小さく形成されていることを特徴とする請求項1記載の
半導体装置。
2. The gate electrode has a laminated structure of at least a polycrystalline silicon layer and a refractory metal layer formed on the polycrystalline silicon layer. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed smaller than a lateral dimension of the layer.
【請求項3】 前記高融点金属層の側面は、上側が狭く
下側が広いテーパ形状に形成されていることを特徴とす
る請求項2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a side surface of said high melting point metal layer is formed in a tapered shape having a narrow upper side and a wide lower side.
【請求項4】 前記高融点金属層は、タングステンシリ
サイドからなることを特徴とする請求項3記載の半導体
装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said refractory metal layer is made of tungsten silicide.
【請求項5】 半導体基板上に形成したゲート酸化膜上
に、ゲート電極層を形成する工程と、 前記ゲート電極層の上に、前記ゲート電極層に対して高
いエッチング選択性を有する絶縁層を形成し、これを所
定の寸法にパターニングする工程と、 パターニングされた前記絶縁層をエッチングマスクとし
て、前記ゲート電極層をエッチングする工程とを含み、 前記ゲート電極層のエッチング工程においてゲート電極
層の側面もエッチングされるようにすることで、前記絶
縁層がエッチング後の前記ゲート電極層よりも外側に張
り出すようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
5. A step of forming a gate electrode layer on a gate oxide film formed on a semiconductor substrate; and forming an insulating layer having high etching selectivity on the gate electrode layer on the gate electrode layer. Forming and patterning the gate electrode layer to a predetermined dimension, and using the patterned insulating layer as an etching mask, etching the gate electrode layer. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating layer protrudes outward from the gate electrode layer after the etching by etching the gate electrode layer.
【請求項6】 前記ゲート電極層を形成する工程は、少
なくとも、多結晶シリコン層を形成する工程と、この多
結晶シリコン層上に高融点金属層を積層させる工程とを
含み、前記エッチング工程では、少なくとも前記高融点
金属層の側面がエッチングされるようにエッチングを行
うことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方
法。
6. The step of forming the gate electrode layer includes at least a step of forming a polycrystalline silicon layer and a step of laminating a high melting point metal layer on the polycrystalline silicon layer. 6. The method according to claim 5, wherein the etching is performed so that at least a side surface of the refractory metal layer is etched.
【請求項7】 前記エッチング工程では、前記高融点金
属層の側面が、上側が狭く下側が広いテーパ形状にエッ
チングされるようにしたことを特徴とする請求項6記載
の半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein in the etching step, a side surface of the high melting point metal layer is etched into a tapered shape having a narrow upper side and a wide lower side.
【請求項8】 前記高融点金属層としてタングステンシ
リサイドを用いると共に、前記エッチング工程におい
て、酸素ガスの流量を増加させることにより、タングス
テンシリサイド層の側面エッチングを促進させるように
したことを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
8. The method according to claim 1, wherein tungsten silicide is used as said refractory metal layer, and in said etching step, a flow rate of oxygen gas is increased to promote side etching of said tungsten silicide layer. Item 7. The semiconductor device according to Item 6.
【請求項9】 前記高融点金属層としてタングステンシ
リサイドを用いると共に、エッチングチャンバ内に石英
系の構成材を配置し、 前記エッチング工程において、前記石英系の構成材のス
パッタ量を大きくすることによって活性度の大きい酸素
ラジカルをプラズマ中に多量に供給し、タングステンシ
リサイド層の側面エッチングを促進させるようにしたこ
とを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
9. A method in which tungsten silicide is used as the refractory metal layer, a quartz-based component is disposed in an etching chamber, and the amount of sputter of the quartz-based component is increased in the etching step. 7. The semiconductor device according to claim 6, wherein a large amount of oxygen radical having a high degree is supplied into the plasma to promote side etching of the tungsten silicide layer.
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