JPH1174508A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関する。The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】シリコン酸化膜をゲート酸化膜として用
いるMOSトランジスタにおいて、ゲート酸化膜の高信
頼性化はトランジスタの高性能化を進める上で重要な役
割を果たしている。しかし、ゲート酸化膜の薄膜化(例
えば4nm程度以下の膜厚)では、ゲート電極への不純
物のドーピングやゲート電極加工時のプラズマダメー
ジ、チャネル領域及びソース・ドレイン領域へのイオン
注入など、プロセス中のイオンダメージなどによるゲー
ト酸化膜の信頼性劣化(TDDB劣化、リーク電流の増
大、耐圧の劣化など)が問題になると予想されている。2. Description of the Related Art In a MOS transistor using a silicon oxide film as a gate oxide film, high reliability of the gate oxide film plays an important role in improving the performance of the transistor. However, thinning of the gate oxide film (for example, a film thickness of about 4 nm or less) may cause a problem during the process, such as doping of impurities into the gate electrode, plasma damage during processing of the gate electrode, and ion implantation into the channel region and the source / drain regions. It is expected that reliability deterioration (TDDB deterioration, increase in leak current, deterioration in breakdown voltage, etc.) of the gate oxide film due to ion damage or the like will become a problem.
【0003】このような問題に対する解決策の一つとし
て、ダミーゲートパターンを用いたゲート電極の形成方
法が提案されている(例えば、特願平8−35649
3)。この方法は、半導体基板上のゲート形成予定域に
パッド酸化膜を介してダミーゲートパターンを形成し、
チャネル領域及びソース・ドレイン領域へのイオン注入
などを行った後、ダミーゲートパターン及びパッド酸化
膜を除去して形成された溝内に、CMPを用いて、ゲー
ト絶縁膜およびゲート電極を埋め込み形成するものであ
る。この方法によると、ゲート電極加工時のプラズマダ
メージや、チャネル領域及びソース・ドレイン領域への
イオン注入の際のダメージなど、ゲート絶縁膜へのダメ
ージを回避することができる。As one solution to such a problem, a method of forming a gate electrode using a dummy gate pattern has been proposed (for example, Japanese Patent Application No. 8-35649).
3). This method forms a dummy gate pattern via a pad oxide film in an area where a gate is to be formed on a semiconductor substrate,
After ion implantation into the channel region and the source / drain regions, the gate insulating film and the gate electrode are buried using CMP in the trench formed by removing the dummy gate pattern and the pad oxide film. Things. According to this method, it is possible to avoid damage to the gate insulating film, such as plasma damage during processing of the gate electrode and damage during ion implantation into the channel region and the source / drain regions.
【0004】しかし、このような方法を用いた場合、ゲ
ート電極の寸法制御が難しいという問題がある。すなわ
ち、ダミーゲートパターンの周囲に形成されているSi
O2堆積膜(層間絶縁膜)は、パッド酸化膜(熱酸化S
iO2 膜)に比べてエッチング速度が早いため、パッド
酸化膜の除去の際に層間絶縁膜が大きく後退してしま
い、その結果、ゲート電極が埋め込まれる溝の幅が大き
く変動してしまう。However, when such a method is used, there is a problem that it is difficult to control the dimensions of the gate electrode. That is, the Si formed around the dummy gate pattern
The O 2 deposited film (interlayer insulating film) is a pad oxide film (thermal oxidation S
For fast etching rate as compared with iO 2 film), it will be setback interlayer insulating film upon removal of the pad oxide film, so that the width of the groove in which a gate electrode is embedded varies greatly.
【0005】このような問題を防止するため、ダミーゲ
ートパターンの側壁にSi3 N4 膜を形成することも考
えられる。図14は、このような側壁Si3 N4 膜を設
けたトランジスタの構成を示したものである。図14に
おいて、参照数字101はゲート電極、102はゲート
絶縁膜、103はソース・ドレイン拡散層、104は側
壁絶縁膜、105はパッド酸化膜をそれぞれ示す。In order to prevent such a problem, it is conceivable to form a Si 3 N 4 film on the side wall of the dummy gate pattern. FIG. 14 shows a configuration of a transistor provided with such a sidewall Si 3 N 4 film. 14, reference numeral 101 denotes a gate electrode, 102 denotes a gate insulating film, 103 denotes a source / drain diffusion layer, 104 denotes a side wall insulating film, and 105 denotes a pad oxide film.
【0006】しかしながら、このように側壁Si3 N4
膜104を設けたとしても、側壁Si3 N4 膜104の
下の酸化膜105がダミーゲートパターンの下のパッド
酸化膜を剥離する際に後退してしまい、ゲート電極の下
端部に窪み106が形成されるという問題が生ずる。そ
のため、ソース・ドレイン領域103とゲート電極10
1との間の耐圧が劣化したり、ゲート電極101の下端
部におけるゲート絶縁膜102の膜厚が変化したりす
る。However, as described above, the side wall Si 3 N 4
Even if the film 104 is provided, the oxide film 105 under the side wall Si 3 N 4 film 104 recedes when the pad oxide film under the dummy gate pattern is peeled off, and a depression 106 is formed at the lower end of the gate electrode. The problem of formation occurs. Therefore, the source / drain region 103 and the gate electrode 10
The breakdown voltage between the gate electrode 101 and the gate insulating film 102 at the lower end of the gate electrode 101 changes.
【0007】その結果、トランジスタの特性劣化(チャ
ネル電流の低下や界面準位の増加など)や信頼性低下
(ゲート電極下端部における電界集中やゲート絶縁膜の
埋め込み性の悪化などによる絶縁性の低下など)といっ
た大きな問題が発生する。また、ゲート電極下端部に窪
み106が形成されることにより、ゲート電極が埋め込
まれる溝底部の溝幅も変動するおそれがあり、やはりゲ
ート電極の寸法制御が難しくなる。As a result, the characteristics of the transistor are degraded (eg, the channel current is reduced and the interface state is increased) and the reliability is reduced (the insulating property is reduced due to electric field concentration at the lower end of the gate electrode and deterioration of the burying property of the gate insulating film). Etc.). In addition, since the recess 106 is formed at the lower end of the gate electrode, the groove width at the bottom of the groove in which the gate electrode is buried may vary, which also makes it difficult to control the dimensions of the gate electrode.
【0008】このように、ゲート形成予定域にパッド酸
化膜(ダミー絶縁膜)およびダミーゲートパターンを形
成し、これらダミーゲートパターン及びダミー絶縁膜を
除去することにより形成された溝内にゲート絶縁膜およ
びゲート電極を形成する場合、溝の寸法制御、つまりゲ
ート電極の寸法制御が困難であるという問題があった。As described above, the pad oxide film (dummy insulating film) and the dummy gate pattern are formed in the area where the gate is to be formed, and the gate insulating film is formed in the groove formed by removing the dummy gate pattern and the dummy insulating film. Further, when forming the gate electrode, there is a problem that it is difficult to control the dimension of the groove, that is, the dimension of the gate electrode.
【0009】また、ダミーゲートパターンの側壁にSi
3 N4 膜等を形成した場合にも、ダミー絶縁膜を除去す
る際にダミー絶縁膜が横方向にエッチングされて窪みが
できてしまい、ゲート電極下端部に形成される窪みによ
って、トランジスタの特性劣化や信頼性低下が生じると
いう問題があった。また、窪みが形成されることによ
り、ゲート電極の寸法制御が難しくなるという問題もあ
る。In addition, Si on the side walls of the dummy gate pattern
Even when a 3 N 4 film or the like is formed, when the dummy insulating film is removed, the dummy insulating film is etched in the lateral direction to form a dent. There is a problem that deterioration and reliability decrease occur. Further, there is a problem that the formation of the depression makes it difficult to control the dimensions of the gate electrode.
【0010】一方、MIS型トランジスタを用いた半導
体集積回路の高性能化のため、ゲート電極の少なくとも
一部に抵抗の低い金属材料を用いたり、ゲート絶縁膜の
少なくとも一部にTa2 O5 膜などの高誘電体膜を用い
て、実効的なゲート絶縁膜厚を薄くすることが行われて
いる。そして、その際、ソース・ドレイン領域の活性化
などの高温熱工程によるゲート電極・ゲート絶縁膜の特
性劣化を回避するため、上述したように、ソース・ドレ
イン領域層を先に形成し、ゲート電極が形成されるべき
部分にソース・ドレインに対し自己整合的に形成された
溝にゲート絶縁膜およびゲート電極を埋め込み形成する
方法が提案されている。On the other hand, in order to improve the performance of a semiconductor integrated circuit using a MIS transistor, a metal material having low resistance is used for at least a part of a gate electrode, or a Ta 2 O 5 film is used for at least a part of a gate insulating film. The effective gate insulating film thickness has been reduced by using a high dielectric film such as the above. Then, at this time, in order to avoid deterioration of the characteristics of the gate electrode / gate insulating film due to a high-temperature heating step such as activation of the source / drain regions, the source / drain region layers are formed first, A method has been proposed in which a gate insulating film and a gate electrode are buried and formed in a groove formed in a portion where a gate is to be formed in a self-aligned manner with respect to a source and a drain.
【0011】以下に図15および図16を参照して、従
来提案されている半導体装置の製造プロセスの一例を説
明する。An example of a conventionally proposed manufacturing process of a semiconductor device will be described below with reference to FIGS.
【0012】図15(a)に示すように、トレンチ型の
素子分離層(図示せず)を有するSi基板111のトラ
ンジスタ形成領域表面に、厚さ10nmのSiO2 膜1
12を形成し、このSiO2 膜112の上に、ダミーゲ
ートパターン用のポリSi膜113を300nm程度の
膜厚に堆積する。As shown in FIG. 15A, an SiO 2 film 1 having a thickness of 10 nm is formed on the surface of a transistor forming region of an Si substrate 111 having a trench type element isolation layer (not shown).
Then, a poly-Si film 113 for a dummy gate pattern is deposited on the SiO 2 film 112 to a thickness of about 300 nm.
【0013】次いで、図15(b)に示すように、例え
ばリソグラフィ法とRIE法などを用いてポリSi膜1
13をダミーゲートパターンに加工する。その後、図1
5(c)に示すように、ダミーゲートパターン113を
マスクとして用いて、例えば燐イオンの注入を4×10
13cm-2程度のドーズ量で行い、n- 型ソース・ドレイ
ン領域114を形成する。Next, as shown in FIG. 15B, the poly-Si film 1 is formed by using, for example, a lithography method and an RIE method.
13 is processed into a dummy gate pattern. Then, FIG.
As shown in FIG. 5C, using the dummy gate pattern 113 as a mask, for example, 4 × 10
This is performed at a dose of about 13 cm -2 to form n - type source / drain regions 114.
【0014】次に、Si3 N4 膜を全面に堆積した後、
全面エッチバックを行い、ダミーゲートパターン113
の側面にSi3 N4 側壁115を形成し、例えば砒素イ
オンの注入を5×1015cm-2程度のドーズ量で行い、
n+ 型ソース・ドレイン領域116を形成し、図2Dに
示すLDD構造を形成する。その後、例えば1000℃
30秒程度のアニールを行い、ソース・ドレイン領域の
活性化を行う。Next, after depositing a Si 3 N 4 film on the entire surface,
The whole surface is etched back, and the dummy gate pattern 113 is etched.
Aspect of Si 3 N 4 sidewall 115 is formed on, for example, is implanted arsenic ions at a dose of about 5 × 10 15 cm -2,
An n + type source / drain region 116 is formed to form an LDD structure shown in FIG. 2D. Then, for example, 1000 ° C.
Annealing is performed for about 30 seconds to activate the source / drain regions.
【0015】次に、図16(e)に示すように、全面に
CVD−SiO2 膜117を例えば300nmの厚さに
堆積し、例えば800℃程度のN2 雰囲気で30分程度
のデンシファイを行った後に、全面を化学機械研磨によ
り平坦化し、ダミーゲートパターン113の上面を露出
させる。Next, as shown in FIG. 16E, a CVD-SiO 2 film 117 is deposited on the entire surface to a thickness of, for example, 300 nm, and densification is performed in an N 2 atmosphere at, for example, about 800 ° C. for about 30 minutes. After that, the entire surface is flattened by chemical mechanical polishing to expose the upper surface of the dummy gate pattern 113.
【0016】その後、図16(f)に示すように、露出
したダミーゲートパターン113を選択的に除去し、ダ
ミーゲートパターン113の下のSiO2 膜112を除
去し、ゲート絶縁膜・ゲート電極を形成するための溝1
18を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 16F, the exposed dummy gate pattern 113 is selectively removed, the SiO 2 film 112 under the dummy gate pattern 113 is removed, and the gate insulating film and the gate electrode are removed. Groove 1 for forming
18 are formed.
【0017】次に、全面にゲート絶縁膜として例えばT
a2 O5 膜119を20nm程度の膜厚で形成し、ゲー
ト電極として例えばRu膜120を300nm程度の膜
厚で堆積し、全面を化学機械研磨法で処理し、溝118
内にゲート絶縁膜119およびゲート電極120を埋め
込み、図16(g)に示すようなトランジスタ構造を形
成する。その後に、図示しない層間膜堆積、コンタクト
開孔、配線形成を行う。Next, for example, T
An a 2 O 5 film 119 is formed with a thickness of about 20 nm, a Ru film 120 is deposited as a gate electrode with a thickness of about 300 nm, and the entire surface is processed by a chemical mechanical polishing method.
The gate insulating film 119 and the gate electrode 120 are buried therein, thereby forming a transistor structure as shown in FIG. Thereafter, deposition of an interlayer film (not shown), contact opening, and wiring formation are performed.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
形成されたゲート電極・ゲート絶縁膜を形成するための
溝118には、上述したように、SiO2 膜112を除
去する際に、SiO2膜112が横方向にもエッチング
されて、図16(h)に拡大して示すように、横溝12
1が形成されてしまう。そのため、ゲート絶縁膜119
とゲート電極120を形成する際、図16(i)に示す
ように、空洞122が形成され、ゲート電極120の埋
め込み不良が生じてしまったり、図16(j)に示すよ
うに、ゲート電極120のコーナー部123の曲率半径
が小さくなってしまうといった不具合が生じる。However, as described above, when the SiO 2 film 112 is removed, the SiO 2 film 112 is formed in the groove 118 for forming the gate electrode and the gate insulating film formed as described above. 2 film 112 is also etched in the lateral direction, and as shown in FIG.
1 is formed. Therefore, the gate insulating film 119
When the gate electrode 120 and the gate electrode 120 are formed, a cavity 122 is formed as shown in FIG. 16 (i), and the embedding failure of the gate electrode 120 occurs, or as shown in FIG. A disadvantage occurs that the radius of curvature of the corner portion 123 becomes small.
【0019】その結果、形成されたトランジスタは、ゲ
ート絶縁膜のゲートエッジにおける耐圧が低いなど、信
頼性の低いものになってしまう。As a result, the formed transistor has low reliability such as a low withstand voltage at the gate edge of the gate insulating film.
【0020】本発明は、上記事情の下になされ、ゲート
電極を形成する際に生ずるゲート電極下端部の窪みに起
因する、トランジスタの特性劣化や信頼性低下を防止し
た半導体装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which deterioration of transistor characteristics and reliability due to a depression at the lower end of a gate electrode which occurs when forming a gate electrode is prevented. is there.
【0021】本発明の他の目的は、ダミーゲートパター
ン及びダミー絶縁膜(ダミー膜)を除去した領域にゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極を形成する際に生ずるゲー
ト電極下端部の窪みに起因する、トランジスタの特性劣
化や信頼性低下を防止した半導体装置の製造方法を提供
することにある。Another object of the present invention is to cause a depression at the lower end of the gate electrode when a gate electrode is formed via a gate insulating film in a region from which the dummy gate pattern and the dummy insulating film (dummy film) have been removed. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which deterioration of transistor characteristics and reliability are prevented.
【0022】本発明の更に他の目的は、制御性よくゲー
ト電極を形成することを可能とする半導体装置の製造方
法を提供することにある。Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which enables a gate electrode to be formed with good controllability.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、半導体基板上のゲート形成予定領域に、
ダミー膜およびダミーゲートパターンを形成する工程
と、前記ダミーゲートパターンの側壁に第1の側壁絶縁
膜を形成する工程と、前記第1の側壁絶縁膜が形成され
たダミーゲートパターンの周囲の前記半導体基板上に層
間絶縁膜を形成する工程と、前記ダミーゲートパターン
を除去して溝を形成する工程と、前記第1の側壁絶縁膜
の一部及びその下の前記ダミー膜の部分を残すように、
前記溝に露出するダミー膜を除去する工程と、前記溝の
少なくとも底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記
溝内の前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
とを具備する半導体装置の製造方法を提供する。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
Forming a dummy film and a dummy gate pattern, forming a first sidewall insulating film on a side wall of the dummy gate pattern, and forming a semiconductor around the dummy gate pattern on which the first sidewall insulating film is formed. Forming an interlayer insulating film on the substrate, removing the dummy gate pattern to form a groove, and leaving a portion of the first sidewall insulating film and a portion of the dummy film thereunder. ,
A semiconductor device comprising: a step of removing a dummy film exposed in the groove; a step of forming a gate insulating film on at least a bottom surface of the groove; and a step of forming a gate electrode on the gate insulating film in the groove. And a method for producing the same.
【0024】また、本発明は、半導体基板と、前記半導
体基板上に形成されたゲート電極と、前記半導体基板と
ゲート電極との間、および前記ゲート電極の側面に形成
されたゲート絶縁膜と、前記ゲート電極の側面に形成さ
れたゲート絶縁膜上に形成された第1の側壁絶縁膜と、
前記第1の側壁絶縁膜上に形成された第2の側壁絶縁膜
と、前記第1及び第2の側壁絶縁膜と前記半導体基板と
の間に形成された残留膜と、前記第1及び第2の側壁絶
縁膜が形成されたゲート電極の周囲に形成された層間絶
縁膜とを具備する半導体装置を提供する。Further, the present invention provides a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the semiconductor substrate, a gate insulating film formed between the semiconductor substrate and the gate electrode, and on a side surface of the gate electrode, A first sidewall insulating film formed on a gate insulating film formed on a side surface of the gate electrode;
A second sidewall insulating film formed on the first sidewall insulating film; a residual film formed between the first and second sidewall insulating films and the semiconductor substrate; And a semiconductor device including an interlayer insulating film formed around the gate electrode on which the second sidewall insulating film is formed.
【0025】更に、本発明は、半導体基板上のゲート形
成予定領域に、ダミー膜およびダミーゲートパターンを
形成する工程と、前記ダミーゲートパターンの少なくと
も下端部近傍を改質する工程と、前記ダミーゲートパタ
ーンの周囲の半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程
と、前記ダミーゲートパターンの改質された部分を残す
ように、前記ダミーゲートパターンを除去して溝を形成
する工程と、前記溝に露出するダミー膜を除去する工程
と、前記溝内の少なくとも底面にゲート絶縁膜を形成す
る工程と、前記溝内の前記ゲート絶縁膜上にゲート電極
を形成する工程とを具備する半導体装置の製造方法を提
供する。Further, the present invention provides a step of forming a dummy film and a dummy gate pattern in a region where a gate is to be formed on a semiconductor substrate, a step of modifying at least a vicinity of a lower end portion of the dummy gate pattern, Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate around the pattern, removing the dummy gate pattern so as to leave a modified portion of the dummy gate pattern, and forming a groove; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: removing an exposed dummy film; forming a gate insulating film on at least a bottom surface in the trench; and forming a gate electrode on the gate insulating film in the trench. Provide a way.
【0026】更にまた、本発明は、半導体基板上のゲー
ト形成予定領域に、ダミー膜およびダミーゲートパター
ンを形成する工程と、前記ダミーゲートパターンの少な
くとも下端部近傍の前記ダミー膜に不純物を導入する工
程と、前記ダミーゲートパターンの周囲に層間絶縁膜を
形成する工程と、前記ダミー膜の不純物が導入された部
分を残すように、前記ダミーゲートパターンを除去して
溝を形成する工程と、前記溝に露出したダミー膜を除去
する工程と、前記溝の少なくとも底面にゲート絶縁膜を
形成する工程と、前記溝内の前記ゲート絶縁膜上にゲー
ト電極を形成する工程とを具備する半導体装置の製造方
法を提供する。Still further, according to the present invention, a dummy film and a dummy gate pattern are formed in a region where a gate is to be formed on a semiconductor substrate, and an impurity is introduced into the dummy film at least near a lower end portion of the dummy gate pattern. Forming an interlayer insulating film around the dummy gate pattern, removing the dummy gate pattern to form a groove so as to leave a portion of the dummy film where impurities are introduced, Removing a dummy film exposed in the groove; forming a gate insulating film on at least a bottom surface of the groove; and forming a gate electrode on the gate insulating film in the groove. A manufacturing method is provided.
【0027】また更に、本発明は、半導体基板上のゲー
ト形成予定領域に、ダミー膜およびダミーゲートパター
ンを形成する工程と、前記ダミー膜の、前記ダミーゲー
トパターンの少なくとも下端部近傍の部分を除去する工
程と、前記ダミー膜が除去された部分に絶縁材料膜を形
成する工程と、前記ダミーゲートパターンの周囲の前記
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁
材料膜を残すように、前記ダミーゲートパターンを除去
して溝を形成する工程と、前記溝に露出したダミー膜を
除去する工程と、前記溝の少なくとも底面にゲート絶縁
膜を形成する工程と、前記溝内の前記ゲート絶縁膜上に
ゲート電極を形成する工程とを具備する半導体装置の製
造方法を提供する。Still further, the present invention provides a step of forming a dummy film and a dummy gate pattern in a region where a gate is to be formed on a semiconductor substrate, and removing at least a portion of the dummy film near at least a lower end portion of the dummy gate pattern. Forming an insulating material film in a portion where the dummy film has been removed, forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate around the dummy gate pattern, and leaving the insulating material film. Forming a groove by removing the dummy gate pattern, removing a dummy film exposed in the groove, forming a gate insulating film on at least a bottom surface of the groove, Forming a gate electrode on a gate insulating film.
【0028】また、本発明は、半導体基板と、前記半導
体基板上に形成されたゲート電極と、前記半導体基板と
ゲート電極との間、および前記ゲート電極の側面に形成
されたゲート絶縁膜と、前記ゲート電極の周囲の前記半
導体基板上に形成された層間絶縁膜とを具備し、前記ゲ
ート電極の下端部近傍のゲート絶縁膜を含む絶縁領域の
厚さが、前記ゲート電極の下部中央のゲート絶縁膜の厚
さよりも厚い半導体装置を提供する。Further, the present invention provides a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the semiconductor substrate, a gate insulating film formed between the semiconductor substrate and the gate electrode, and on a side surface of the gate electrode, An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate around the gate electrode, wherein the thickness of the insulating region including the gate insulating film near the lower end of the gate electrode is lower than the gate in the center of the gate electrode. Provided is a semiconductor device which is thicker than an insulating film.
【0029】更に、本発明は、半導体基板と、前記半導
体基板上に選択的に形成された第1の絶縁膜と、前記第
1の絶縁膜が形成されていない前記半導体基板上に選択
的に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に
形成されたゲート電極と、前記前記ゲート電極の側面に
形成された第2の絶縁膜と、前記ゲート電極の側面に形
成された第2の絶縁膜上に形成された側壁絶縁膜とと、
前記第2の絶縁膜および側壁絶縁膜が形成されたゲート
電極の周囲に形成された層間絶縁膜とを具備し、前記ゲ
ート絶縁膜と前記第2の絶縁膜の膜厚の合計は、前記第
1の絶縁膜の膜厚よりも大きい半導体装置を提供する。Further, the present invention provides a semiconductor substrate, a first insulating film selectively formed on the semiconductor substrate, and a semiconductor device on which the first insulating film is not formed. A formed gate insulating film, a gate electrode formed on the gate insulating film, a second insulating film formed on a side surface of the gate electrode, and a second formed on a side surface of the gate electrode. A sidewall insulating film formed on the insulating film,
An interlayer insulating film formed around a gate electrode on which the second insulating film and the sidewall insulating film are formed, wherein the total thickness of the gate insulating film and the second insulating film is A semiconductor device having a thickness larger than the thickness of one insulating film is provided.
【0030】更にまた、本発明は、半導体基板と、前記
半導体基板上に選択的に形成された第1の絶縁膜と、前
記第1の絶縁膜が形成されていない前記半導体基板上に
選択的に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜
上に形成されたゲート電極と、前記前記ゲート電極の側
面に形成された第2の絶縁膜と、前記ゲート電極の側面
に形成された第2の絶縁膜上に形成された側壁絶縁膜と
と、前記第2の絶縁膜および側壁絶縁膜が形成されたゲ
ート電極の周囲に形成された層間絶縁膜とを具備し、前
記ゲート絶縁膜と前記第2の絶縁膜の膜厚の合計は、前
記側壁絶縁膜のゲート電極側下端部と、前記半導体基板
との間の距離よりも大きい半導体装置を提供する。Still further, according to the present invention, there is provided a semiconductor substrate, a first insulating film selectively formed on the semiconductor substrate, and a selective insulating film on the semiconductor substrate on which the first insulating film is not formed. A gate insulating film, a gate electrode formed on the gate insulating film, a second insulating film formed on a side surface of the gate electrode, and a second insulating film formed on a side surface of the gate electrode. A sidewall insulating film formed on the insulating film, and an interlayer insulating film formed around a gate electrode on which the second insulating film and the sidewall insulating film are formed. A semiconductor device is provided in which the total thickness of the second insulating film is larger than the distance between the lower end of the sidewall insulating film on the gate electrode side and the semiconductor substrate.
【0031】本発明の第1の態様に係る半導体装置の製
造方法では、ダミーゲートパターンの側面に側壁絶縁膜
を形成するとともに、ダミーゲートパターンを除去した
後、その下のダミー膜を除去するに際し、第1の側壁絶
縁膜の一部及びその下の前記ダミー膜の部分を残すよう
に、ダミー膜の除去が行われている。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention, a sidewall insulating film is formed on a side surface of a dummy gate pattern, and after removing the dummy gate pattern, removing the dummy film thereunder. The removal of the dummy film is performed so as to leave a part of the first sidewall insulating film and a part of the dummy film thereunder.
【0032】このような本発明の第1の態様に係る半導
体装置の製造方法によると、ダミーゲートパターンの側
壁に第1の側壁絶縁膜が形成されているので、マージン
のある安定したプロセスでダミーゲートパターン及びダ
ミー膜を除去することができ、ゲート電極を埋め込む溝
部の寸法制御性、すなわちゲート電極の寸法制御性を向
上させることができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the first side wall insulating film is formed on the side wall of the dummy gate pattern. The gate pattern and the dummy film can be removed, and the dimensional controllability of the trench for burying the gate electrode, that is, the dimensional controllability of the gate electrode can be improved.
【0033】また、ダミー膜と第1の側壁絶縁膜とを、
ほぼ等しいエッチング速度でエッチング可能な材料で構
成することにより、ダミー膜の除去の際に、ゲート電極
の側面の第1の側壁絶縁膜下にはダミー膜が残置してお
り、ゲート電極下端部に窪みが生じることを防止するこ
とができるので、後酸化を行わなくてもゲート電極下端
部の形状に起因して生じるトランジスタの特性劣化や信
頼性低下を防止することができる。Further, the dummy film and the first side wall insulating film are
By using a material that can be etched at substantially the same etching rate, the dummy film is left under the first sidewall insulating film on the side surface of the gate electrode when the dummy film is removed, and is formed at the lower end of the gate electrode. Since the formation of the depression can be prevented, deterioration in the characteristics and reliability of the transistor caused by the shape of the lower end portion of the gate electrode can be prevented without post-oxidation.
【0034】本発明の第1の態様に係る半導体装置の製
造方法は、次の具体的態様が可能である。The method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention can be implemented in the following specific modes.
【0035】(1)第1の側壁絶縁膜上に、第2の側壁
絶縁膜を形成する工程をさらに具備する。(1) The method further includes a step of forming a second sidewall insulating film on the first sidewall insulating film.
【0036】(2)第1の側壁絶縁膜と前記ダミー膜の
エッチングレートは、ほぼ等しい。 (3)ダミーゲートパターンをマスクとして用いて、前
記半導体基板に不純物を導入して、ソース・ドレイン領
域を形成する工程をさらに具備する。(2) The etching rates of the first sidewall insulating film and the dummy film are substantially equal. (3) The method further includes the step of introducing impurities into the semiconductor substrate using the dummy gate pattern as a mask to form source / drain regions.
【0037】(4)ダミーゲートパターンはアモルファ
スシリコンからなる。(4) The dummy gate pattern is made of amorphous silicon.
【0038】(5)第1の側壁絶縁膜は、ダミーゲート
パターンの熱酸化により形成される。(5) The first side wall insulating film is formed by thermal oxidation of the dummy gate pattern.
【0039】(6)ダミーゲートパターンはアモルファ
スシリコン膜によって形成されている。(6) The dummy gate pattern is formed of an amorphous silicon film.
【0040】なお、ダミーゲートパターンを粒径の小さ
なアモルファスシリコン膜で形成することにより、パタ
ーニング時のアモルファスシリコン膜のパターンエッジ
の凸凹を少なくすることができる。By forming the dummy gate pattern with an amorphous silicon film having a small grain size, it is possible to reduce the unevenness of the pattern edge of the amorphous silicon film during patterning.
【0041】(7)ダミーゲートパターンはシリコン膜
(特にアモルファスシリコン膜が好ましい)によって形
成され、第1の側壁絶縁膜はこのシリコン膜を熱酸化し
たものである。(7) The dummy gate pattern is formed of a silicon film (especially an amorphous silicon film is preferable), and the first sidewall insulating film is obtained by thermally oxidizing this silicon film.
【0042】第1の側壁絶縁膜を熱酸化シリコン膜とす
ることにより、熱酸化シリコン膜を用いたダミー膜とほ
ぼ同一のエッチング速度でエッチングすることが可能と
なり、より確実にゲート電極下端部に窪みが生じること
を防止することができる。When the first side wall insulating film is made of a thermal silicon oxide film, it is possible to perform etching at substantially the same etching rate as that of the dummy film using the thermal silicon oxide film, so that the lower portion of the gate electrode can be more reliably formed. Depression can be prevented from occurring.
【0043】(8)ゲート絶縁膜には堆積膜(CVD−
SiO2 膜、CVD−SiON膜、CVD−Si3 N4
膜或いはこれらを含む積層膜、CVDによって形成され
た高誘電体膜(Ta2 O5 膜、(Ba,Sr)TiO3
膜など)或いはこれを含む積層膜)である。(8) A deposited film (CVD-
SiO 2 film, CVD-SiON film, CVD-Si 3 N 4
Film or a laminated film containing them, a high dielectric film (Ta 2 O 5 film, (Ba, Sr) TiO 3 ) formed by CVD
Film, etc.) or a laminated film containing the same.
【0044】特に、ゲート絶縁膜として高誘電体膜を用
いることにより、ゲート絶縁膜の実効的な膜厚をリーク
電流の増加や耐圧の劣化なしに薄膜化することができ
る。In particular, by using a high dielectric film as the gate insulating film, the effective thickness of the gate insulating film can be reduced without increasing the leak current or deteriorating the breakdown voltage.
【0045】本発明の第2の態様に係る半導体装置で
は、ゲート電極の側面に第1および第2の側壁絶縁膜を
形成するとともに、第1及び第2の側壁絶縁膜と半導体
基板との間に残留膜が存在している。In the semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the first and second sidewall insulating films are formed on the side surfaces of the gate electrode, and the gap between the first and second sidewall insulating films and the semiconductor substrate is formed. Has a residual film.
【0046】このような構造の半導体装置によれば、ゲ
ート電極の側面が第1及び第2の側壁絶縁膜及びその下
の残留膜で覆われているので、ゲート電極下端部の形状
に起因して生じるトランジスタの特性劣化や信頼性低下
を防止することができる。According to the semiconductor device having such a structure, the side surfaces of the gate electrode are covered with the first and second side wall insulating films and the residual film thereunder. As a result, it is possible to prevent the deterioration of the characteristics and the reliability of the transistor caused by the above.
【0047】本発明の第3の態様に係る半導体装置の製
造方法によると、ダミー膜を除去する際に、溝部の下端
部近傍に改質された部分が残置しており、これによりダ
ミー膜の後退を抑制できるので、ダミー膜を除去する際
にゲート電極下端部に窪みが生じることを防止すること
ができる。従って、ゲート電極下端部の絶縁膜を厚く、
またゲート電極下端部の曲率半径を大きくすることがで
き、後酸化工程を行わなくても、絶縁耐圧の劣化などゲ
ート電極下端部の形状に起因して生じるトランジスタの
特性劣化や信頼性低下を防止することができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the third aspect of the present invention, when the dummy film is removed, the modified portion is left near the lower end of the groove, and the dummy film is thereby removed. Since the recession can be suppressed, it is possible to prevent a depression from being formed at the lower end of the gate electrode when removing the dummy film. Therefore, the insulating film at the lower end of the gate electrode is made thicker,
In addition, the radius of curvature at the lower end of the gate electrode can be increased, preventing deterioration of transistor characteristics and reliability due to the shape of the lower end of the gate electrode, such as deterioration of withstand voltage, without performing a post-oxidation step. can do.
【0048】この方法において、ダミーゲートパターン
としてシリコン膜(単結晶シリコン膜、多結晶シリコン
膜、アモルファスシリコン膜)、ダミー膜としてシリコ
ン酸化膜を用い、ダミーゲートパターンの少なくとも下
端部近傍を改質する工程がダミーゲートパターンとなる
シリコン膜の熱酸化であることが好ましい。このように
すれば、ゲート絶縁膜中を酸化剤が拡散することによ
り、ダミーゲートパターン下端部の酸化が底面方向から
も進行し、簡単な工程でダミーゲートパターンの下端部
近傍を絶縁物へ改質することができる。In this method, a silicon film (single crystal silicon film, polycrystalline silicon film, amorphous silicon film) is used as a dummy gate pattern and a silicon oxide film is used as a dummy film, and at least the vicinity of the lower end of the dummy gate pattern is modified. Preferably, the step is thermal oxidation of a silicon film to be a dummy gate pattern. With this configuration, the oxidizing agent diffuses in the gate insulating film, so that the oxidation of the lower end of the dummy gate pattern proceeds from the bottom direction, and the vicinity of the lower end of the dummy gate pattern is converted into an insulator in a simple process. Can be quality.
【0049】また、本発明の第4の態様に係る半導体装
置の製造方法によると、ダミー膜を除去する際に、溝部
の下端部近傍にダミー膜に不純物が導入された部分が残
置しており、これによりダミー膜の後退を抑制できるの
で、ダミー膜を除去する際にゲート電極下端部に窪みが
生じることを防止することができる。従って、ゲート電
極下端部の絶縁膜を厚く、またゲート電極下端部の曲率
半径を大きくすることができ、後酸化工程を行わなくて
も、絶縁耐圧の劣化などゲート電極下端部の形状に起因
して生じるトランジスタの特性劣化や信頼性低下を防止
することができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, when the dummy film is removed, a portion where the impurity is introduced into the dummy film remains near the lower end of the groove. Thus, since the retreat of the dummy film can be suppressed, it is possible to prevent the lower end of the gate electrode from being dented when the dummy film is removed. Therefore, the thickness of the insulating film at the lower end of the gate electrode can be increased, and the radius of curvature of the lower end of the gate electrode can be increased. As a result, it is possible to prevent the deterioration of the characteristics and the reliability of the transistor caused by the above.
【0050】この方法において、ダミー膜としてシリコ
ン酸化膜を用い、ダミーゲートパターンの少なくとも下
端部近傍のダミー膜に不純物を導入する工程が窒素又は
炭素のイオン注入、或いは熱窒化であることが好まし
い。このようにすれば、ダミー膜を除去する際に、希フ
ッ酸処理のようなエッチングの制御性がよい簡単な方法
で、ダミーゲートパターンの下端部近傍の不純物が導入
されたダミー膜を残すことができる。In this method, it is preferable that a silicon oxide film is used as the dummy film, and the step of introducing impurities into the dummy film at least near the lower end of the dummy gate pattern is ion implantation of nitrogen or carbon or thermal nitridation. In this way, when removing the dummy film, the dummy film into which the impurity is introduced near the lower end portion of the dummy gate pattern is left by a simple method with good controllability of etching such as dilute hydrofluoric acid treatment. Can be.
【0051】また、本発明の第5の態様に係る半導体装
置の製造方法によると、ダミー膜を除去する際に、溝部
の下端部近傍のダミー膜が除去された箇所に絶縁材料膜
が残置しており、これによりダミー膜の後退を抑制でき
るので、ダミー膜を除去する際にゲート電極下端部に窪
みが生じることを防止することができる。従って、ゲー
ト電極下端部の絶縁膜を厚く、またゲート電極下端部の
曲率半径を大きくすることができ、後酸化工程を行わな
くても、絶縁耐圧の劣化などゲート電極下端部の形状に
起因して生じるトランジスタの特性劣化や信頼性低下を
防止することができる。Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect of the present invention, when removing the dummy film, the insulating material film is left near the lower end of the groove where the dummy film has been removed. As a result, the retreat of the dummy film can be suppressed, so that it is possible to prevent a depression at the lower end of the gate electrode when the dummy film is removed. Therefore, the thickness of the insulating film at the lower end of the gate electrode can be increased, and the radius of curvature of the lower end of the gate electrode can be increased. As a result, it is possible to prevent the deterioration of the characteristics and the reliability of the transistor caused by the above.
【0052】この方法において、ダミー膜としてシリコ
ン酸化膜を用い、ダミーゲートパターンの下端部近傍の
ダミー膜が除去された箇所に絶縁材料膜を形成する工程
が、シリコン窒化膜を形成する工程であることが好まし
い。このようにすれば、ダミー膜を除去する際に、希フ
ッ酸処理のようなエッチングの制御性がよい簡単な方法
で、ダミーゲートパターンの下端部近傍の絶縁材料膜を
残すことができる。In this method, the step of using a silicon oxide film as a dummy film and forming an insulating material film in a portion near the lower end of the dummy gate pattern where the dummy film has been removed is a step of forming a silicon nitride film. Is preferred. In this manner, when removing the dummy film, the insulating material film near the lower end of the dummy gate pattern can be left by a simple method such as dilute hydrofluoric acid treatment with good controllability of etching.
【0053】なお、前記各製造方法において、ダミーゲ
ートパターンを除去する工程よりも前に、ダミーゲート
パターンの両側の半導体基板にソース・ドレイン拡散層
を形成する工程をさらに有することが好ましい。Preferably, in each of the manufacturing methods, a step of forming a source / drain diffusion layer on the semiconductor substrate on both sides of the dummy gate pattern is preferably provided before the step of removing the dummy gate pattern.
【0054】本発明の第6の態様に係る半導体装置で
は、ゲート電極の下端部近傍のゲート絶縁膜を含む絶縁
領域の厚さが、ゲート電極の下部中央のゲート絶縁膜の
厚さよりも厚い。この場合、ゲート電極の下端部の曲率
半径がゲート電極の下部中央のゲート絶縁膜の厚さより
も大きいことが好ましい。In the semiconductor device according to the sixth aspect of the present invention, the thickness of the insulating region including the gate insulating film near the lower end of the gate electrode is larger than the thickness of the gate insulating film at the lower center of the gate electrode. In this case, it is preferable that the radius of curvature at the lower end of the gate electrode is larger than the thickness of the gate insulating film at the lower center of the gate electrode.
【0055】図12は、種々の平面部膜厚/エッジ部膜
厚比における、ゲート電極下端部の曲率半径に対する下
端部電界/平面部電界の比を示すグラフである。なお、
曲率半径r、平面部の膜厚aは、図13に示す通りであ
る。図12のグラフから、下端部(エッジ部)の膜厚が
厚くなるほど、またエッジ部の曲率半径が大きくなるほ
ど、平面部電界に対するエッジ部電界が小さくなり、エ
ッジ部の電界集中が低減されることがわかる。FIG. 12 is a graph showing the ratio of the lower end electric field / plane electric field to the radius of curvature of the lower end of the gate electrode at various plane part film thickness / edge part film thickness ratios. In addition,
The radius of curvature r and the thickness a of the plane portion are as shown in FIG. From the graph of FIG. 12, it can be seen that as the thickness of the lower end portion (edge portion) becomes larger and the radius of curvature of the edge portion becomes larger, the edge portion electric field with respect to the plane portion electric field becomes smaller and the electric field concentration at the edge portion is reduced. I understand.
【0056】従って、本発明の第6の態様に係る半導体
装置によれば、ゲート電極下端部の電界が弱まり(電界
集中が緩和され)、ゲート電極下端部における絶縁性
(信頼性)が向上する。Therefore, according to the semiconductor device of the sixth aspect of the present invention, the electric field at the lower end of the gate electrode is weakened (electric field concentration is reduced), and the insulation (reliability) at the lower end of the gate electrode is improved. .
【0057】本発明の第7の態様に係る半導体装置で
は、ゲート絶縁膜と、ゲート電極の側面に形成された第
2の絶縁膜の膜厚の合計は、半導体基板のゲート部以外
の部分に形成された第1の絶縁膜の膜厚よりも大きい。
あるいは、ゲート絶縁膜と、ゲート電極の側面に形成さ
れた第2の絶縁膜の膜厚の合計は、側壁絶縁膜のゲート
電極側下端部と、半導体基板との間の距離よりも大き
い。In the semiconductor device according to the seventh aspect of the present invention, the total thickness of the gate insulating film and the second insulating film formed on the side surface of the gate electrode is equal to the thickness of the portion other than the gate portion of the semiconductor substrate. The thickness is larger than the thickness of the formed first insulating film.
Alternatively, the sum of the thicknesses of the gate insulating film and the second insulating film formed on the side surface of the gate electrode is larger than the distance between the lower end of the sidewall insulating film on the gate electrode side and the semiconductor substrate.
【0058】このような半導体装置の構成によると、ゲ
ートエッジ部のシリコン基板表面と側壁絶縁膜と間に形
成される横溝が、ゲート絶縁膜によって埋め尽くされ、
ゲート電極のエッジ部の形状が曲率半径の大きいものに
なるため、ゲートエッジ部での信頼性が向上した半導体
装置が得られる。According to such a structure of the semiconductor device, the lateral groove formed between the surface of the silicon substrate at the gate edge portion and the sidewall insulating film is completely filled with the gate insulating film.
Since the shape of the edge of the gate electrode has a large radius of curvature, a semiconductor device with improved reliability at the gate edge can be obtained.
【0059】[0059]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0060】まず、本発明の第1の実施形態について説
明する。First, a first embodiment of the present invention will be described.
【0061】図1(a)は、本発明の第1の実施形態に
係る半導体装置の平面図、図1(b)は、図1(a)の
A−A´断面図、図1(c)は、図1(a)のB−B´
断面図をそれぞれ示す。FIG. 1A is a plan view of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. ) Is BB ′ in FIG.
The sectional views are respectively shown.
【0062】図1において、不純物濃度1〜5×1015
cm-3程度のp型シリコン基板11の素子分離絶縁膜1
2で分離された素子形成領域内に、不純物濃度5×10
19cm-3程度、拡散領域深さ0.10μm程度のソース
・ドレイン領域となるn型拡散領域17が形成されてお
り、ソース・ドレイン領域間のチャンネル領域には、ト
ランジスタのしきい値電圧(Vth)をコントロールする
為の不純物濃度5×1017cm-3程度のp型チャネル不
純物領域(図示せず)が、主にチャネル領域にのみ選択
的に形成されている。In FIG. 1, the impurity concentration is 1 to 5 × 10 15
Element isolation insulating film 1 of p-type silicon substrate 11 of about cm -3
The impurity concentration of 5 × 10
An n-type diffusion region 17 serving as a source / drain region with a diffusion region depth of approximately 0.10 μm and a diffusion region depth of approximately 19 cm −3 is formed. A p-type channel impurity region (not shown) having an impurity concentration of about 5 × 10 17 cm −3 for controlling Vth) is selectively formed mainly only in the channel region.
【0063】チャネル領域上には、例えば5nm程度の
膜厚のSiO2 膜からなるゲート絶縁膜19が形成され
ている。また、ゲート絶縁膜19に底面を囲まれ、ゲー
ト絶縁膜19及びダミーゲート膜を酸化して得られた酸
化膜15の一部に側面を囲まれた導電性膜(例えばTi
N膜、Ru膜、W膜、Al膜、Cu膜或いはそれらの積
層膜)からなるゲート電極20が、ソース・ドレイン領
域17に対して自己整合的に形成されている。On the channel region, a gate insulating film 19 made of, for example, an SiO 2 film having a thickness of about 5 nm is formed. Further, a conductive film (for example, Ti) whose bottom is surrounded by the gate insulating film 19 and whose side is surrounded by a part of the oxide film 15 obtained by oxidizing the gate insulating film 19 and the dummy gate film.
A gate electrode 20 made of an N film, a Ru film, a W film, an Al film, a Cu film, or a laminated film thereof is formed in a self-aligned manner with respect to the source / drain region 17.
【0064】チャネル長方向のゲート幅Lは、例えば
0.15μm程度である。また、層間絶縁膜21上には
配線22が形成され、この配線22は、層間絶縁膜21
に形成されたプラグによってゲート電極20及びソース
・ドレイン領域17に接続されたている。The gate width L in the channel length direction is, for example, about 0.15 μm. A wiring 22 is formed on the interlayer insulating film 21, and the wiring 22 is formed on the interlayer insulating film 21.
Are connected to the gate electrode 20 and the source / drain region 17.
【0065】以下、図2および図3(図1(a)のA−
A´断面に対応した製造工程断面図)を参照して、図1
に示したトランジスタの製造プロセスを説明する。2 and 3 (A- of FIG. 1A).
FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process corresponding to the A ′ section.
The manufacturing process of the transistor shown in FIG.
【0066】まず、図2(a)に示すように、不純物濃
度5×1015cm-3程度のp型シリコン基板11(n型
シリコン基板或いはp型Si基板の表面にp型又はn型
エピタキシャルSi層を例えば1μm程度の膜厚に成長
させたいわゆるエピタキシャル基板でもよい)の(10
0)面に、nチャネルトランジスタ形成領域にはpウエ
ル(図示せず)を、pチャネルトランジスタ形成領域に
はnウエル(図示せず)を形成する。First, as shown in FIG. 2A, a p-type silicon substrate 11 having an impurity concentration of about 5 × 10 15 cm -3 (p-type or n-type epitaxial For example, a so-called epitaxial substrate in which a Si layer is grown to a thickness of about 1 μm may be used.
On the 0) plane, a p-well (not shown) is formed in the n-channel transistor formation region, and an n-well (not shown) is formed in the p-channel transistor formation region.
【0067】その後、例えば反応性イオンエッチング
(RIE)法を用いてSi基板11に溝を掘り、その溝
に絶縁膜を埋め込んで、いわゆるトレンチ型の素子分離
層12(トレンチ深さ約0.2μm程度のSTI(Shal
low Trench Isolation))を形成する。続いて、厚さ5
nm程度のSiO2 からなるパッド酸化膜(ダミー絶縁
膜)13を熱酸化により形成する。Thereafter, a groove is formed in the Si substrate 11 by, for example, a reactive ion etching (RIE) method, and an insulating film is buried in the groove to form a so-called trench type element isolation layer 12 (trench depth of about 0.2 μm). STI (Shal
low Trench Isolation)). Then, thickness 5
A pad oxide film (dummy insulating film) 13 of about 2 nm of SiO 2 is formed by thermal oxidation.
【0068】次に、このSiO2 膜13上にダミーゲー
トパターン用のアモルファスSi膜14を300nm程
度の膜厚に堆積し、これを通常のリソグラフィー法で形
成したレジストをマスクとして用いてRIE法などによ
りエッチングし、後の工程でゲート電極を形成するため
に除去されるダミーゲートパターン14を形成する。こ
の時のダミーゲートパターン14の寸法をL1とする。Next, an amorphous Si film 14 for a dummy gate pattern is deposited on this SiO 2 film 13 to a thickness of about 300 nm, and this is formed by a RIE method using a resist formed by a usual lithography method as a mask. To form a dummy gate pattern 14 which is removed in a later step to form a gate electrode. The size of the dummy gate pattern 14 at this time is L1.
【0069】ダミーゲートパターン14は、グレインサ
イズの小さなアモルファスSiにより形成されているた
め、パターニング時のアモルファスSi膜のパターン・
エッジは、凸凹が少ないという特長がある。なお、本実
施形態では、ダミーゲートパターン14をアモルファス
Siにより構成しているが、グレインサイズの小さいポ
リSiにより構成しても良い。また、ダミーゲートパタ
ーン14をSi系材料により構成した場合、Si膜のR
IE時にSiO2 膜13に対して高いエッチング選択比
を設定し易いので、Si基板11へのエッチング(RI
E)ダメージを抑える事ができる。Since the dummy gate pattern 14 is formed of amorphous Si having a small grain size, the pattern of the amorphous Si film at the time of patterning is reduced.
The edge has a feature that there are few irregularities. In the present embodiment, the dummy gate pattern 14 is made of amorphous Si, but may be made of poly Si having a small grain size. When the dummy gate pattern 14 is made of a Si-based material, the R
Since it is easy to set a high etching selectivity with respect to the SiO 2 film 13 during IE, the etching (RI
E) Damage can be suppressed.
【0070】次に、図2(b)に示すように、アモルフ
ァスSiからなるダミーゲートパターン14の表面を例
えば850℃の酸素雰囲気で熱酸化して、約10nm程
度の膜厚の酸化膜15を形成する。酸化膜15の膜厚
は、パッド酸化膜の膜厚より厚い(パッド酸化膜の1.
5〜3倍程度の膜厚)ことが好ましい。酸化後のダミー
ゲートパターン14の寸法をL2 とすると、L2 は酸化
された分だけL1 より小さくなる(L2 <L1 )。Next, as shown in FIG. 2B, the surface of the dummy gate pattern 14 made of amorphous Si is thermally oxidized in an oxygen atmosphere at, for example, 850 ° C. to form an oxide film 15 having a thickness of about 10 nm. Form. The thickness of the oxide film 15 is larger than the thickness of the pad oxide film (1.
It is preferable that the thickness is about 5 to 3 times. When the size of the dummy gate pattern 14 after oxidation and L 2, L 2 is smaller than only L 1 minute oxidized (L 2 <L 1).
【0071】次に、図2(c)に示すように、LDD
(Lightly Doped Drain )構造を形成する為、ダミーゲ
ートパターン14及びSiO2 膜15をマスクとして用
いて、nチャネルトランジスタの場合には例えばリン
(P+ )イオンの注入を70keV、4×1013cm-2
程度行ない、n- 型拡散領域17aを形成する。続い
て、Si3 N4 膜(又はSiO2 膜)を全面に堆積した
後に全面のRIEを行ない、ダミーゲートパターン14
の側壁部にSi3 N4 膜(又はSiO2 膜)を残すいわ
ゆる「側壁残し工程」を行ない、ダミーゲートパターン
14の側壁にあるSiO2 膜15上に膜厚20nm程度
の側壁絶縁膜16を形成する。Next, as shown in FIG.
(Lightly Doped Drain) structure is formed by using the dummy gate pattern 14 and the SiO 2 film 15 as a mask, and in the case of an n-channel transistor, for example, phosphorus (P + ) ion implantation is performed at 70 keV and 4 × 10 13 cm. -2
The n - type diffusion region 17a is formed. Subsequently, after depositing a Si 3 N 4 film (or SiO 2 film) on the entire surface, RIE is performed on the entire surface to form a dummy gate pattern 14.
Of the side wall leaving the Si 3 N 4 film (or SiO 2 film) subjected to so-called "sidewall leaving process", the sidewall insulating film 16 having a thickness of about 20nm on the SiO 2 film 15 on the sidewall of the dummy gate pattern 14 Form.
【0072】その後、ダミーゲートパターン14及び側
壁膜16をマスクとして用いて、例えば砒素(As+ )
イオンの注入を30keV、5×1015cm-2程度行な
って、n+ 型拡散領域17bを形成し、いわゆるLDD
構造を形成する。なお、ここではLDD構造を採用して
いるが、n- 型拡散領域のみ或いはn+ 型拡散領域のみ
のいわゆるシングル・ソース・ドレイン構造でも良い。Thereafter, using the dummy gate pattern 14 and the side wall film 16 as a mask, for example, arsenic (As + )
Ion implantation is performed at about 30 keV and about 5 × 10 15 cm −2 to form an n + -type diffusion region 17b.
Form the structure. Although the LDD structure is employed here, a so-called single source / drain structure having only the n − type diffusion region or only the n + type diffusion region may be employed.
【0073】次に、全面に層間絶縁膜となるCVD−S
iO2 膜18を例えば400nm程度堆積し、例えば8
00℃程度のN2 雰囲気で30分程度デンシファイを行
なう。この熱工程は、ソース・ドレインのイオン注入領
域の活性化をも兼ねている。拡散領域の深さ(Xj )を
抑えたい時は、デンシファイの温度を750℃程度に低
温にし、950℃で10秒程度のRTA(Rapid Therma
l Anneal)プロセスを併用してイオン注入領域の活性化
を行なっても良い。Next, CVD-S to be an interlayer insulating film is formed on the entire surface.
An iO 2 film 18 is deposited, for example, to a thickness of about 400 nm,
Densification is performed in an N 2 atmosphere at about 00 ° C. for about 30 minutes. This heat step also serves to activate the source / drain ion implantation regions. To reduce the depth (X j ) of the diffusion region, the temperature of the densify is lowered to about 750 ° C., and RTA (Rapid Therma) is performed at 950 ° C. for about 10 seconds.
l Anneal) process may be used in combination to activate the ion implantation region.
【0074】その後、全面をCMP(Chemical Mechani
cal Polishing )により平坦化し、ダミーゲートパター
ン14の表面を露出させる。Thereafter, the entire surface is subjected to CMP (Chemical Mechanical).
Cal Polishing) to expose the surface of the dummy gate pattern 14.
【0075】次に、図2(d)に示すように、ダミーゲ
ートパターン14をCDE(Chemical Dry Etching)法
やKOH溶液を用いたウェットエッチング法などにより
酸化膜などに対して選択的に除去し、溝部30を形成す
る。その後、所望の領域に形成したレジストパターン
(図示せず)、層間絶縁膜となるSiO2 膜18、側壁
絶縁膜16及びSiO2 膜15をマスクとして用いて、
所望のチャネル領域にのみチャネル・イオン注入を行な
う。nチャネルトランジスタの場合、例えば0.7V程
度のしきい値電圧(Vth)を設定する為には、例えばボ
ロン(B+ )を10keV、5×1012cm-2程度イオ
ン注入し、チャネル領域にのみ選択的にp型チャネル不
純物領域(図示せず)を形成する。Next, as shown in FIG. 2D, the dummy gate pattern 14 is selectively removed from an oxide film or the like by a CDE (Chemical Dry Etching) method or a wet etching method using a KOH solution. The groove 30 is formed. Thereafter, using a resist pattern (not shown) formed in a desired region, the SiO 2 film 18 serving as an interlayer insulating film, the sidewall insulating film 16 and the SiO 2 film 15 as masks,
Channel ion implantation is performed only in a desired channel region. In the case of an n-channel transistor, for example, in order to set a threshold voltage (Vth) of about 0.7 V, for example, boron (B + ) is ion-implanted at about 10 keV and about 5 × 10 12 cm −2 into the channel region. Only a p-type channel impurity region (not shown) is selectively formed.
【0076】このイオン注入工程は、SiO2 膜13を
通して行なっても良いし、SiO2膜13を剥離してか
ら再度SiO2 膜を形成し、この新しく形成したSiO
2 膜を通して行なっても良い。チャネル不純物領域の活
性化は、この後、例えばRTAを用いて800℃、10
秒程度の熱処理により行う。この後は高温の熱工程が無
いので、トランジスタのショート・チャネル効果を抑え
る事ができるように、チャネル領域の不純物プロファイ
ルを最適化できると言う特徴がある。[0076] The ion implantation process may be performed through the SiO 2 film 13, by peeling off the SiO 2 film 13 again to form a SiO 2 film according to the general this newly formed SiO
It may be performed through two films. After that, activation of the channel impurity region is performed at 800 ° C. for 10
The heat treatment is performed for about a second. After that, since there is no high-temperature heat step, the impurity profile of the channel region can be optimized so that the short channel effect of the transistor can be suppressed.
【0077】次に、図3(e)に示すように、溝底部の
パッド酸化膜13を除去する。溝部側壁の酸化膜15と
パッド酸化膜13とは共に熱酸化膜であり,ほぼ等しい
エッチング速度でエッチングされるが、側壁酸化膜15
の膜厚がパッド酸化膜13の膜厚よりも厚いため、側壁
酸化膜15の一部はパッド酸化膜13を剥離した後も溝
部側壁に残置する。Next, as shown in FIG. 3E, the pad oxide film 13 at the bottom of the groove is removed. Both the oxide film 15 and the pad oxide film 13 on the trench side wall are thermal oxide films, and are etched at substantially the same etching rate.
Is thicker than the pad oxide film 13, a part of the side wall oxide film 15 remains on the groove side wall even after the pad oxide film 13 is peeled off.
【0078】この時の溝幅L3 は、側壁酸化膜15が除
去された分だけL2 よりも大きくなる(L3 >L2 )。
また、側壁酸化膜15とパッド酸化膜13とがほぼ等し
いエッチング速度でエッチングされることから、側壁酸
化膜15及び側壁窒化膜16下のパッド酸化膜13が過
剰にエッチングされることによる窪みの発生を防止でき
る。At this time, the groove width L 3 is larger than L 2 by the removal of the sidewall oxide film 15 (L 3 > L 2 ).
Further, since the sidewall oxide film 15 and the pad oxide film 13 are etched at substantially the same etching rate, a depression is generated due to excessive etching of the pad oxide film 13 under the sidewall oxide film 15 and the sidewall nitride film 16. Can be prevented.
【0079】この様な方法を用いることにより、ダミー
ゲートパターン14の除去時に、ダミーゲートパターン
14の側面が酸化膜で完全に覆われている為、マージン
のある安定したプロセスでダミーゲートパターン14を
剥離することができる。また、パッド酸化膜13の剥離
時にも、溝部側壁の酸化膜により側壁絶縁膜16等の後
退を防ぐことができ、後の工程で形成されるゲート電極
の寸法(L4 )を制御することができるという特長があ
る。つまり、最終的なゲート電極の寸法(L4)は、L
3 とゲート絶縁膜の膜厚(Tox)の2倍の和で決まる
(L4 =L3 +2×Tox)。また、L3 はダミーゲート
パターン14の酸化量(酸化膜厚)とパッド酸化膜13
の剥離量(オーバーエッチング量)で制御することがで
き、L4 をダミーゲートパターンの幅Lと同じにする事
も、小さくする事も可能である。By using such a method, since the side surfaces of the dummy gate pattern 14 are completely covered with the oxide film when the dummy gate pattern 14 is removed, the dummy gate pattern 14 can be formed in a stable and marginal process. Can be peeled. Also, even when the pad oxide film 13 is peeled off, the recession of the sidewall insulating film 16 and the like can be prevented by the oxide film on the side wall of the groove, and the dimension (L 4 ) of the gate electrode formed in a later step can be controlled. There is a feature that can be. That is, the final gate electrode dimension (L 4 ) is L
It is determined by the sum of 3 and twice the thickness (Tox) of the gate insulating film (L 4 = L 3 + 2 × Tox). L 3 is the oxidation amount (oxide film thickness) of the dummy gate pattern 14 and the pad oxide film 13.
Of it can be controlled in peeling amount (over-etching amount), that the L 4 equal to the width L of the dummy gate patterns, it is possible to reduce.
【0080】次に、図3(f)に示すように、全面にC
VD−SiO2 膜(膜厚は約3nm程度)や高誘電体膜
(例えばTa2 O5 膜、膜厚は20nm程度)からなる
ゲート絶縁膜19を堆積する。ゲート絶縁膜19が高誘
電体膜である場合、Si界面との間に界面準位等ができ
にくいように、界面に薄い(例えば1nm程度の)Si
O2 膜(図示せず)或いはRTP(Rapid Thermal Proc
ess )を用いてNH3ガス雰囲気でSi表面に直接窒化
した膜(図示せず)などを形成しても良い。Next, as shown in FIG.
A gate insulating film 19 made of a VD-SiO 2 film (thickness is about 3 nm) or a high dielectric film (for example, a Ta 2 O 5 film with a thickness of about 20 nm) is deposited. When the gate insulating film 19 is a high dielectric film, a thin (for example, about 1 nm) Si film is formed on the interface so that an interface state or the like is not easily formed between the gate insulating film 19 and the Si interface.
O 2 film (not shown) or RTP (Rapid Thermal Proc)
ess), a film (not shown) directly nitrided on the Si surface in an NH 3 gas atmosphere may be formed.
【0081】また、ゲート絶縁膜19としては、CVD
−SiONx 膜(オキシナイトライド膜)やCVD−S
i3 N4 膜を含む積層膜を用いてもよい。これらの場合
には、膜形成後に例えば1000℃、10秒程度のRT
Pによる熱処理を行ってデンシファイしても良い。この
様にすると、Si界面の界面準位が減少したりリーク電
流が減少するなど、絶縁膜としての絶縁特性を改善する
ことができる。The gate insulating film 19 is formed by CVD
-SiON x film (oxynitride film) and CVD-S
A stacked film including an i 3 N 4 film may be used. In these cases, after film formation, for example, at 1000 ° C. for about 10 seconds, RT
Densification may be performed by performing a heat treatment with P. By doing so, the insulating properties of the insulating film can be improved, for example, the interface state at the Si interface decreases and the leak current decreases.
【0082】高誘電体膜をゲート絶縁膜に使用すると、
ゲート絶縁膜の実効的な膜厚をリーク電流の増大や絶縁
耐圧の劣化なしに薄くすることができ、トランジスタの
ショートチャネル効果を抑える事ができる。また、ドレ
イン電流の増加やカットオフ特性の向上などをはかるこ
とも可能である。When a high dielectric film is used for a gate insulating film,
The effective thickness of the gate insulating film can be reduced without increasing a leak current or deteriorating a withstand voltage, so that a short channel effect of a transistor can be suppressed. In addition, it is possible to increase the drain current and the cutoff characteristics.
【0083】次に、図3(g)に示すように、例えばメ
タル膜(Ru膜、TiN膜、W膜、タングステンナイト
ライド膜(WNx )など、或いはW膜/TiN膜のよう
な、これらの膜の積層膜)からなるゲート電極20を全
面に堆積する。もちろん、CVD−SiO2 膜、CVD
−SiON膜或いはCVD−Si3 N4 膜を含む積層膜
をゲート絶縁膜とした場合には、不純物をドープした多
結晶Si膜をゲート電極として用いても良い。Next, as shown in FIG. 3 (g), for example, a metal film (Ru film, TiN film, W film, tungsten nitride film (WN x ), or a W film / TiN film) The gate electrode 20 is deposited on the entire surface. Of course, CVD-SiO 2 film, CVD
When the -SiON film or the gate insulating film a multilayer film including a CVD-Si 3 N 4 film, a polycrystalline Si film doped with impurities may be used as the gate electrode.
【0084】その後、全面にゲート絶縁膜19およびメ
タル電極20を堆積した後、メタル材料に対するCMP
条件の下でCMPを施す事により、ゲート絶縁膜19お
よびメタル電極20をダミーゲートパターンを除去した
後の溝の中に埋め込む。この時、SiO2 膜18及びゲ
ート絶縁膜19は、メタル膜のCMP時のストッパーと
しての役割を果たす。ゲート絶縁膜19は、SiO2 膜
18の上に残っていても良い。Then, after depositing a gate insulating film 19 and a metal electrode 20 on the entire surface, CMP for the metal material is performed.
By performing CMP under the conditions, the gate insulating film 19 and the metal electrode 20 are buried in the trench after removing the dummy gate pattern. At this time, the SiO 2 film 18 and the gate insulating film 19 serve as stoppers for the CMP of the metal film. The gate insulating film 19 may remain on the SiO 2 film 18.
【0085】ゲート電極の幅(図3(f)のL4 )は、
図2(a)に示すダミーゲートパターン14の幅L1 よ
りもゲート絶縁膜19の膜厚の2倍分だけ小さくする事
も可能である(ただし、L1 =L3 とする)。すなわ
ち、リソグラフィーで決まる最小寸法がL(ここでは
0.15μmと仮定する)、ゲート絶縁膜の厚さが0.
02μmと仮定すると、Lよりもゲート絶縁膜の膜厚の
2倍(0.02μm×2=0.04μm)だけ短くする
ことができる。従って、リソグラフィーの限界が0.1
5μmであるにもかかわらず、ゲート電極幅(L4 )が
0.11μmのものが実現できる。つまり、トランジス
タのチャネル長をリソグラフィーで決まる寸法よりさら
に短くできるという特徴がある。The width of the gate electrode (L 4 in FIG. 3F) is
The width L 1 of the dummy gate pattern 14 shown in FIG. 2A can be reduced by twice the thickness of the gate insulating film 19 (L 1 = L 3 ). That is, the minimum dimension determined by lithography is L (here, it is assumed to be 0.15 μm), and the thickness of the gate insulating film is 0.1 μm.
Assuming that it is 02 μm, it can be shorter than L by twice the thickness of the gate insulating film (0.02 μm × 2 = 0.04 μm). Therefore, the limit of lithography is 0.1
Despite being 5 μm, a gate electrode width (L 4 ) of 0.11 μm can be realized. That is, there is a feature that the channel length of the transistor can be made shorter than the dimension determined by lithography.
【0086】もちろん、このチャネル長がゲート絶縁膜
の膜厚の2倍だけ短くなる事を考慮してパッド酸化膜1
3のエッチング量やアモルファスSi膜14の酸化膜1
5の膜厚を調整する事により、図2(a)に示すL1 に
ほぼ等しい寸法を得る事も可能である。また、Ta2 O
5 膜などの高誘電体膜の場合、実際の膜厚が厚いので、
L4 の長さをかなり短くすることができる。Of course, in consideration of the fact that this channel length is reduced by twice the thickness of the gate insulating film, the pad oxide film 1
3 and the oxide film 1 of the amorphous Si film 14
By adjusting the film thickness of No. 5 , it is also possible to obtain a dimension substantially equal to L1 shown in FIG. In addition, Ta 2 O
In the case of a high dielectric film such as 5 films, the actual film thickness is large,
The length of L 4 can significantly be shortened.
【0087】次に、図3(h)に示すように、全面にS
iO2 からなる層間絶縁膜21を約200nm程度の厚
さに堆積した後、ソース・ドレイン領域17及びゲート
電極20へのコンタクト孔23を開口し、さらにAl層
を堆積してコンタクト孔23を埋め、パターニングして
配線22を形成する。その後、全面にパッシベーション
膜(図示せず)を堆積し、トランジスタの基本構造が作
製される。Next, as shown in FIG.
After depositing an interlayer insulating film 21 of iO 2 to a thickness of about 200 nm, a contact hole 23 to the source / drain region 17 and the gate electrode 20 is opened, and an Al layer is further deposited to fill the contact hole 23. Then, the wiring 22 is formed by patterning. Thereafter, a passivation film (not shown) is deposited on the entire surface, and a basic structure of the transistor is manufactured.
【0088】以上のような製造方法によれば、ダミーゲ
ートパターンを粒径の小さなアモルファスSiにより構
成することにより、パターニング時のアモルファスSi
膜のパターンエッジの凸凹を少なくすることができる。
また、ダミーゲートパターンの除去時にダミーゲートパ
ターンの側面が酸化膜で完全に覆われている為、マージ
ンのある安定したプロセスでダミーゲートパターンを剥
離することができる。これにより、後の工程で形成され
るゲート電極の寸法を制御することができる。また、パ
ッド酸化膜の剥離時にも、溝部側壁の酸化膜により側壁
絶縁膜等の後退を防ぐことができ、後の工程で形成され
るゲート電極の寸法を制御する事ができる。更に、溝部
側壁の酸化膜とパッド酸化膜とがほぼ等しいエッチング
速度でエッチングされることから、側壁酸化膜及び側壁
窒化膜下のパッド酸化膜が過剰にエッチングされること
による窪みの発生を防止できる。According to the manufacturing method described above, the dummy gate pattern is made of amorphous Si having a small grain size, so that the amorphous
The unevenness of the pattern edge of the film can be reduced.
Further, since the side surface of the dummy gate pattern is completely covered with the oxide film when the dummy gate pattern is removed, the dummy gate pattern can be peeled off by a stable and marginal process. Thus, the size of the gate electrode formed in a later step can be controlled. Further, even when the pad oxide film is peeled off, the recession of the sidewall insulating film and the like can be prevented by the oxide film on the side wall of the groove, and the dimensions of the gate electrode formed in a later step can be controlled. Further, since the oxide film on the trench side wall and the pad oxide film are etched at substantially the same etching rate, it is possible to prevent the occurrence of a depression due to excessive etching of the pad oxide film under the sidewall oxide film and the sidewall nitride film. .
【0089】また、ゲート電極をプラズマダメージの無
いCMPを使って加工する為、RIE時に起こり易いプ
ラズマ・プロセスによるダメージ(ゲート絶縁膜の絶縁
破壊など)を回避することができる。また、イオン注入
領域の活性化及びリフロー工程などの高温熱処理工程
を、ゲート絶縁膜(高誘電体膜を含む積層膜など)の形
成前に実施できるので、ゲート絶縁膜のリーク電流増加
や耐圧不良などの劣化を回避する事ができる。また、ゲ
ート電極の側面がアモルファスSiの酸化膜で覆われて
いる構造のため、後酸化を行なわなくてもゲート電極と
基板或いはゲート電極とソース・ドレイン間の耐圧を良
好に保つことができる。In addition, since the gate electrode is processed by using CMP without plasma damage, it is possible to avoid damage (such as dielectric breakdown of a gate insulating film) due to a plasma process which easily occurs during RIE. In addition, since a high-temperature heat treatment process such as an ion implantation region activation and a reflow process can be performed before forming a gate insulating film (such as a laminated film including a high-dielectric film), a leak current of the gate insulating film is increased and a withstand voltage is deteriorated. Such deterioration can be avoided. Further, since the side surface of the gate electrode is covered with an amorphous Si oxide film, the breakdown voltage between the gate electrode and the substrate or between the gate electrode and the source / drain can be maintained well without post-oxidation.
【0090】また、ゲート電極より先にソース・ドレイ
ン領域を形成するが、このソース・ドレイン領域に自己
整合的にゲート電極を形成することができる。すなわ
ち、ゲート電極とソース・ドレイン拡散領域とを従来ど
おり自己整合的に形成することができる。また、チャネ
ル領域のみにトランジスタのしきい値電圧(Vth)調整
用のチャネル・イオン注入領域の形成を行なう事がで
き、ソース・ドレインの接合リークや接合容量を減少で
きる。また、このチャネルイオン注入領域は、ソース・
ドレイン領域の活性化アニールの高温熱工程を受けない
ので、短チャネル効果の抑制に対して理想的なチャネル
不純物プロファイルを形成・維持することができる。Further, the source / drain region is formed before the gate electrode. The gate electrode can be formed in the source / drain region in a self-aligned manner. That is, the gate electrode and the source / drain diffusion region can be formed in a self-aligned manner as in the related art. Further, a channel ion implantation region for adjusting the threshold voltage (Vth) of the transistor can be formed only in the channel region, and junction leakage and junction capacitance between the source and drain can be reduced. In addition, this channel ion implantation region
Since a high-temperature thermal step of activation annealing of the drain region is not performed, an ideal channel impurity profile for suppressing a short channel effect can be formed and maintained.
【0091】また、トランジスタのチャネル長を、リソ
グラフィーの限界で決まるような寸法に対して、ゲート
絶縁膜となる高誘電体膜等の堆積膜の膜厚の2倍分だけ
短くできるため、短チャネル化によりトランジスタの性
能を向上させる事ができる。また、CVD等の堆積膜を
用いてゲート絶縁膜を形成する事により、STIのSi
表面コーナー部における微少なくぼみ(このくぼみの領
域にゲート絶縁膜及びゲート電極が形成され、これがコ
ーナー部に寄生トランジスタを形成してトランジスタの
しきい値を変化させる等の問題がある。)を埋め込む事
ができるため、コーナー部における寄生トランジスタの
形成を抑制することができ、しきい値のバラツキを抑え
る事ができる。Further, the channel length of the transistor can be reduced by twice the thickness of a deposited film such as a high dielectric film serving as a gate insulating film to a dimension determined by the limit of lithography. , The performance of the transistor can be improved. Also, by forming a gate insulating film using a deposited film such as CVD, the STI Si
At the corner portion of the surface, a very small depression (a gate insulating film and a gate electrode are formed in the region of the depression, which forms a parasitic transistor at the corner portion and causes a problem such as changing the threshold value of the transistor) is buried. Therefore, formation of a parasitic transistor in a corner portion can be suppressed, and variation in a threshold value can be suppressed.
【0092】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
【0093】まず、第2の実施形態の第1の具体例につ
いて、図4および図5に示した工程断面図を参照して説
明する。First, a first specific example of the second embodiment will be described with reference to the process sectional views shown in FIGS.
【0094】まず、図4(a)に示すように、トレンチ
型の素子分離領域(Shallow TrenchIsolation)62に
囲まれた素子形成領域のSi基板61表面に厚さ10n
m程度のSiO2 膜63(ダミー絶縁膜)を形成し、続
いて、このSiO2 膜63上にダミーゲートパターン用
のポリSi膜64を300nm程度の膜厚に堆積する。First, as shown in FIG. 4A, a 10-nm-thick element is formed on the surface of the Si substrate 61 in the element formation region surrounded by the trench-type element isolation region (Shallow Trench Isolation) 62.
A SiO 2 film 63 (dummy insulating film) having a thickness of about m is formed, and a polysilicon film 64 for a dummy gate pattern is deposited on the SiO 2 film 63 to a thickness of about 300 nm.
【0095】次に、図4(b)に示すように、例えばリ
ソグラフィー法とRIE法などを用いて、ポリSi膜6
4をダミーゲートパターンの形状に加工する。Next, as shown in FIG. 4B, the poly-Si film 6 is formed by using, for example, lithography and RIE.
4 is processed into a dummy gate pattern shape.
【0096】次に、図4(c)に示すように、例えばR
TO(Rapid Thermal Oxidation )により1000℃、
60秒程度で熱酸化を行い、ダミーゲートパターン64
のエッジ部の丸め、エッジ部下のSiO2 膜63の膜厚
を増加させ、かつダミーゲートパターン露出部へのSi
O2 膜65の形成を行う。Next, as shown in FIG.
1000 ° C by TO (Rapid Thermal Oxidation)
Thermal oxidation is performed in about 60 seconds, and a dummy gate pattern 64 is formed.
Rounding the edge portion, increasing the thickness of the SiO 2 film 63 under the edge portion, and increasing the thickness of the Si
An O 2 film 65 is formed.
【0097】次に、図4(d)に示すように、ポリSi
膜64/SiO2 膜65をマスクとして用いて、例えば
リン(P+ )イオンの注入を70keV、4×1013c
m-2程度のドーズ量で行ない、n- 型領域67aを形成
する。Next, as shown in FIG.
Using the film 64 / SiO 2 film 65 as a mask, for example, phosphorus (P + ) ion implantation is performed at 70 keV, 4 × 10 13 c
An n − -type region 67 a is formed at a dose of about m −2 .
【0098】次に、図4(e)に示すように、Si3 N
4 膜を全面に堆積した後、全面にRIEを施し、ダミー
ゲートパターン64の側壁部にSi3 N4 膜を残すいわ
ゆる「Si3 N4 の側壁残し」を行ない、ダミーゲート
パターン64の側壁に膜厚20nm程度のSi3 N4 膜
66を形成する。[0098] Next, as shown in FIG. 4 (e), Si 3 N
After depositing the 4 film on the entire surface, RIE is performed on the entire surface, and a so-called “Si 3 N 4 side wall remaining” that leaves a Si 3 N 4 film on the side wall of the dummy gate pattern 64 is performed. A Si 3 N 4 film 66 having a thickness of about 20 nm is formed.
【0099】その後、図4(f)に示すように、例えば
砒素(As+ )イオンの注入を30keV、5×1015
cm-2程度行なって、n+ 型領域67bを形成し、いわ
ゆるLDD構造を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 4F, for example, arsenic (As + ) ions are implanted at 30 keV and 5 × 10 15
By performing about cm −2 , an n + -type region 67b is formed to form a so-called LDD structure.
【0100】次に、図5(f)に示すように、全面に層
間絶縁膜となるCVD−SiO2 膜68を例えば300
nm程度の厚さに堆積し、例えば800℃程度のN2 雰
囲気で30分程度デンシファイを行なった後に、全面を
CMPによって平坦化し、ダミーゲートパターン64表
面を露出させる。Next, as shown in FIG. 5F, a CVD-SiO 2 film 68 serving as an interlayer
After depositing to a thickness of about nm and performing densification in an N 2 atmosphere at about 800 ° C. for about 30 minutes, the entire surface is flattened by CMP to expose the surface of the dummy gate pattern 64.
【0101】次に、図5(h)に示すように、露出した
ポリSi膜64を選択的に除去して溝部71を形成した
後、所望の領域に形成したレジストパターン(図示せ
ず)、SiO2 膜68、側壁絶縁膜Si3 N4 膜66及
びSiO2 膜65をマスクとして用いて、チャネル領域
にのみチャネル・イオン注入を行なう。このチャネル不
純物領域72の活性化は、例えばRTA(Rapid Therma
l Anneal)を用いて800℃、10秒程度の熱処理で行
なう。Next, as shown in FIG. 5H, after the exposed poly-Si film 64 is selectively removed to form the groove 71, a resist pattern (not shown) formed in a desired region is formed. Using the SiO 2 film 68, the sidewall insulating film Si 3 N 4 film 66, and the SiO 2 film 65 as masks, channel ion implantation is performed only in the channel region. The activation of the channel impurity region 72 is performed, for example, by RTA (Rapid Therma
l Anneal) at 800 ° C. for about 10 seconds.
【0102】次に、図5(i)に示すように、例えば希
フッ酸処理により、エッジ部のみを残すようにSiO2
膜63及びSiO2 膜65を除去する。この時、エッジ
部にはSiO2 膜63が残っているため、エッジ部に窪
みは形成されない。その後、全面に、例えば高誘電体膜
(例えばTa2 O5 膜)からなるゲート絶縁膜69を膜
厚20nm程度堆積する。[0102] Next, FIG. 5 as shown in (i), for example by dilute hydrofluoric acid treatment, SiO 2 so as to leave only the edge portion
The film 63 and the SiO 2 film 65 are removed. At this time, since the SiO 2 film 63 remains at the edge, no depression is formed at the edge. Thereafter, a gate insulating film 69 made of, for example, a high dielectric film (for example, a Ta 2 O 5 film) is deposited on the entire surface to a thickness of about 20 nm.
【0103】次に、図5(j)に示すように、例えばR
uなどのメタルを全面に堆積した後に、全面をCMPす
る事により、及びをダミーゲートパターン64を除去し
た後の溝の中に、高誘電体ゲート絶縁膜69およびメタ
ル膜からなるゲート電極70を埋め込む。Next, as shown in FIG.
After a metal such as u is deposited on the entire surface, the entire surface is subjected to CMP, and a gate electrode 70 made of a high dielectric gate insulating film 69 and a metal film is formed in the groove after the dummy gate pattern 64 is removed. Embed.
【0104】その後、全面に層間絶縁膜としてSiO2
膜(図示せず)を約200nm程度の膜厚で堆積し、こ
れにソース・ドレイン領域67及びゲート電極70への
コンタクト孔を開口し、さらにAl層(図示せず)の成
膜してコンタクト孔を埋め、パターニングを行って配線
を形成する。さらに全面にパッシベーション膜(図示せ
ず)を堆積して、トランジスタの基本構造が作製され
る。Thereafter, SiO 2 was used as an interlayer insulating film on the entire surface.
A film (not shown) is deposited to a thickness of about 200 nm, contact holes to the source / drain regions 67 and the gate electrode 70 are opened, and an Al layer (not shown) is formed. The holes are filled and patterned to form wiring. Further, a passivation film (not shown) is deposited on the entire surface to form a basic structure of the transistor.
【0105】次に、第2の実施形態の第2の具体例につ
いて、図6および図7に示した工程断面図を参照して説
明する。Next, a second specific example of the second embodiment will be described with reference to the process sectional views shown in FIGS.
【0106】まず、図6(a)に示すように、トレンチ
型の素子分離領域62に囲まれた素子形成領域のSi基
板61表面に厚さ10nm程度のSiO2 膜63(ダミ
ー絶縁膜)を形成し、続いて、このSiO2 膜63上に
ダミーゲートパターン用のポリSi膜64を膜厚300
nm程度に堆積する。First, as shown in FIG. 6A, an SiO 2 film 63 (dummy insulating film) having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of the Si substrate 61 in the element formation region surrounded by the trench type element isolation region 62. Then, a poly-Si film 64 for a dummy gate pattern is formed on the SiO 2 film 63 to a thickness of 300 nm.
It is deposited to about nm.
【0107】次に、図6(b)に示すように、例えばリ
ソグラフィー法とRIE法などを用いて、ポリSi膜6
4をダミーゲートパターンの形状に加工する。Next, as shown in FIG. 6B, the poly-Si film 6 is formed using, for example, lithography and RIE.
4 is processed into a dummy gate pattern shape.
【0108】次に、図6(c)に示すように、例えばR
TN(Rapid Thermal Nitridation)による1000
℃、60秒程度の熱窒化、或いは30keV、1×10
14cm-2程度の窒素イオン注入(注入するイオンは炭素
イオンでもよい)を行うことにより、SiO2 膜63に
窒素含有部63aを形成する。この時、図に示すよう
に、ダミーゲートパターン64のエッジ部下のSiO2
膜63にも窒素が導入される。なお、ポリSi膜64の
表面領域にも窒素含有部64aが形成される。Next, as shown in FIG.
1000 by TN (Rapid Thermal Nitridation)
° C, thermal nitridation for about 60 seconds, or 30 keV, 1 × 10
By performing nitrogen ion implantation of about 14 cm -2 (the ions to be implanted may be carbon ions), a nitrogen-containing portion 63a is formed in the SiO 2 film 63. At this time, as shown in FIG, SiO 2 edge subordinates of the dummy gate pattern 64
Nitrogen is also introduced into the film 63. Note that a nitrogen-containing portion 64a is also formed in the surface region of the poly-Si film 64.
【0109】次に、図6(d)に示すように、ポリSi
膜64(窒素含有部64aも含む)をマスクとして用い
て、例えばリン(P+ )イオンの注入を70keV、4
×1013cm-2程度行ない、n- 型拡散領域67aを形
成する。Next, as shown in FIG.
Using the film 64 (including the nitrogen-containing portion 64a) as a mask, for example, phosphorus (P + ) ion implantation is performed at 70 keV,
The process is performed at about × 10 13 cm −2 to form an n − type diffusion region 67a.
【0110】次に、図6(e)に示すように、Si3 N
4 膜を全面に堆積した後、全面にRIEを施し、ダミー
ゲートパターン64の側壁部にSi3 N4 膜を残すいわ
ゆる「Si3 N4 の側壁残し」を行ない、ダミーゲート
パターン64の側壁に膜厚20nm程度のSi3 N4 膜
66を形成する。[0110] Next, as shown in FIG. 6 (e), Si 3 N
After depositing the 4 film on the entire surface, RIE is performed on the entire surface, and a so-called “Si 3 N 4 side wall remaining” that leaves a Si 3 N 4 film on the side wall of the dummy gate pattern 64 is performed. A Si 3 N 4 film 66 having a thickness of about 20 nm is formed.
【0111】その後、図6(f)に示すように、例えば
砒素(As+ )イオンの注入を30keV、5×1015
cm-2程度行なって、n+ 型領域67bを形成し、いわ
ゆるLDD構造を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 6F, for example, arsenic (As + ) ions are implanted at 30 keV and 5 × 10 15
By performing about cm −2 , an n + -type region 67b is formed to form a so-called LDD structure.
【0112】次に、図7(a)に示すように、全面に層
間絶縁膜となるCVD−SiO2 膜68を例えば300
nm程度堆積し、例えば800℃程度のN2 雰囲気で3
0分程度デンシファイを行なった後に、全面をCMPに
よって平坦化し、ダミーゲートパターン64(窒素含有
部64a)表面を露出させる。Next, as shown in FIG. 7A, a CVD-SiO 2 film 68 serving as an interlayer insulating film is
about 3 nm in an N 2 atmosphere of about 800 ° C.
After performing densification for about 0 minutes, the entire surface is flattened by CMP to expose the surface of the dummy gate pattern 64 (the nitrogen-containing portion 64a).
【0113】次に、図7(h)に示すように、露出した
ダミーゲートパターン64を選択的に除去して溝部71
を形成した後、所望の領域に形成したレジストパターン
(図示せず)、SiO2 膜68及び側壁絶縁膜Si3 N
4 膜66をマスクとして用いて、チャネル領域にのみチ
ャネル・イオン注入を行なう。このチャネル不純物領域
72の活性化は、例えばRTAを用いて800℃、10
秒程度の熱処理で行なう。Next, as shown in FIG. 7H, the exposed dummy gate pattern 64 is selectively removed to form the groove 71.
Is formed, a resist pattern (not shown) formed in a desired region, the SiO 2 film 68 and the sidewall insulating film Si 3 N
Using the four films 66 as a mask, channel ion implantation is performed only in the channel region. The activation of the channel impurity region 72 is performed at 800 ° C. for 10
The heat treatment is performed for about a second.
【0114】次に、図7(i)に示すように、例えば希
フッ酸処理により、エッジ部のみを残すようにSiO2
膜63を除去する。この時、エッジ部のSiO2 膜63
には窒素含有部63aが形成されているので、エッジ部
に窪みは形成されない。その後、全面に例えば高誘電体
膜(例えばTa2 O5 膜)からなるゲート絶縁膜69を
膜厚20nm程度堆積する。Next, as shown in FIG. 7 (i), for example, a dilute hydrofluoric acid treatment is performed to remove the SiO 2 so as to leave only the edges.
The film 63 is removed. At this time, the SiO 2 film 63 at the edge portion
Is formed with a nitrogen-containing portion 63a, so no dent is formed at the edge portion. Thereafter, a gate insulating film 69 made of, for example, a high dielectric film (eg, a Ta 2 O 5 film) is deposited on the entire surface to a thickness of about 20 nm.
【0115】次に、図7(j)に示すように、ゲート電
極として例えばRuなどのメタルを全面に堆積した後
に、全面にCMPを施す事により、ダミーゲートパター
ン64を除去した後の溝の中に、高誘電体ゲート絶縁膜
69およびメタルからなるゲート電極70を埋め込む。Next, as shown in FIG. 7 (j), a metal such as Ru is deposited on the entire surface as a gate electrode, and then the entire surface is subjected to CMP to remove the dummy gate pattern 64 from the groove. A high dielectric gate insulating film 69 and a gate electrode 70 made of metal are buried therein.
【0116】その後、全面に層間絶縁膜としてSiO2
膜(図示せず)を約200nm程度の膜厚で堆積し、こ
れにソース・ドレイン領域67及びゲート電極70への
コンタクト孔を開口し、さらにAl層(図示せず)を成
膜してコンタクト孔を埋め、パターニングを行って配線
を形成する。さらに全面にパッシベーション膜(図示せ
ず)を堆積して、トランジスタの基本構造が作製され
る。Thereafter, SiO 2 is used as an interlayer insulating film on the entire surface.
A film (not shown) is deposited to a thickness of about 200 nm, a contact hole is opened in the source / drain region 67 and the gate electrode 70, and an Al layer (not shown) is formed. The holes are filled and patterned to form wiring. Further, a passivation film (not shown) is deposited on the entire surface to form a basic structure of the transistor.
【0117】次に、第2の実施形態の第3の具体例につ
いて、図8および図9に示した工程断面図を参照して説
明する。Next, a third specific example of the second embodiment will be described with reference to the process sectional views shown in FIGS.
【0118】まず、図8(a)に示すように、トレンチ
型の素子分離領域62に囲まれた素子形成領域のSi基
板61表面に厚さ10nm程度のSiO2 膜63(ダミ
ー絶縁膜)を形成し、続いて、このSiO2 膜63上に
ダミーゲートパターン用のポリSi膜64を300nm
程度の膜厚に堆積する。First, as shown in FIG. 8A, a SiO 2 film 63 (dummy insulating film) having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of the Si substrate 61 in the element formation region surrounded by the trench type element isolation region 62. Then, a poly-Si film 64 for a dummy gate pattern is formed on the SiO 2 film 63 to a thickness of 300 nm.
It is deposited to a film thickness of the order.
【0119】次に、図8(b)に示すように、例えばリ
ソグラフィー法とRIE法などを用いて、ポリSi膜6
4をダミーゲートパターンの形状に加工する。Next, as shown in FIG. 8B, the poly-Si film 6 is formed using, for example, lithography and RIE.
4 is processed into a dummy gate pattern shape.
【0120】次に、図8(c)に示すように、ダミーゲ
ートパターンのポリSi膜64をマスクとして用いて、
例えばリン(P+ )イオンの注入を70keV、4×1
013cm-2程度行ない、n- 型領域67aを形成する。Next, as shown in FIG. 8C, using the poly-Si film 64 of the dummy gate pattern as a mask,
For example, phosphorus (P + ) ion implantation is performed at 70 keV, 4 × 1
The process is performed at about 0 13 cm −2 to form an n − type region 67a.
【0121】次に、図8(d)に示すように、希フッ酸
処理によりエッジ部のダミーゲート絶縁膜63を除去
し、続いて全面にSi3 N4 膜66aを堆積する。この
とき、図に示すように、除去されたエッジ部の下にもS
i3 N4 膜66aが埋め込まれる。Next, as shown in FIG. 8D, the dummy gate insulating film 63 at the edge portion is removed by dilute hydrofluoric acid treatment, and subsequently, a Si 3 N 4 film 66a is deposited on the entire surface. At this time, as shown in FIG.
The i 3 N 4 film 66a is embedded.
【0122】次に、図8(e)に示すように、全面のR
IEを行ない、ダミーゲートパターンの側壁部にSi3
N4 膜を残すいわゆる「Si3 N4 の側壁残し」を行な
い、ダミーゲートパターン64の側壁に膜厚20nm程
度のSi3 N4 膜66aを形成する。Next, as shown in FIG.
IE is performed, and Si 3 is formed on the side wall of the dummy gate pattern.
The so-called “remaining side wall of Si 3 N 4 ” is performed to leave the N 4 film, and a Si 3 N 4 film 66 a having a thickness of about 20 nm is formed on the side wall of the dummy gate pattern 64.
【0123】その後、図8(f)に示すように、例えば
砒素(As+ )イオンの注入を30keV、5×1015
cm-2程度行なってn+ 型領域67bを形成し、いわゆ
るLDD構造を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 8F, for example, arsenic (As + ) ion implantation is performed at 30 keV and 5 × 10 15
By performing about cm −2, the n + -type region 67b is formed to form a so-called LDD structure.
【0124】次に、図9(g)に示すように、全面に層
間絶縁膜となるCVD−SiO2 膜68を例えば300
nm程度堆積し、例えば800℃程度のN2 雰囲気で3
0分程度デンシファイを行なった後に、全面をCMPに
よって平坦化し、ダミーゲートパターン64を露出させ
る。Next, as shown in FIG. 9G, a CVD-SiO 2 film 68 serving as an interlayer insulating film is
about 3 nm in an N 2 atmosphere of about 800 ° C.
After performing densification for about 0 minutes, the entire surface is planarized by CMP to expose the dummy gate pattern 64.
【0125】次に、図9(h)に示すように、露出した
ダミーゲートパターン64を選択的に除去して溝部71
を形成した後、所望の領域に形成したレジストパターン
(図示せず)、SiO2 膜68及び側壁絶縁膜Si3 N
4 膜66aをマスクとして用いて、チャネル領域にのみ
チャネル・イオン注入を行なう。このチャネル不純物領
域72の活性化は、例えばRTAを用いて800℃、1
0秒程度の熱処理で行なう。Next, as shown in FIG. 9H, the exposed dummy gate pattern 64 is selectively removed to form the groove 71.
Is formed, a resist pattern (not shown) formed in a desired region, a SiO 2 film 68 and a sidewall insulating film Si 3 N
Using the four films 66a as a mask, channel ion implantation is performed only in the channel region. The activation of the channel impurity region 72 is performed at 800 ° C.,
The heat treatment is performed for about 0 seconds.
【0126】次に、図9(i)に示すように、例えば希
フッ酸処理により、エッジ部のSi3 N4 膜66aを残
すようにSiO2 膜63を除去する。この時、エッジ部
にはSi3 N4 膜66aが形成されているので、エッジ
部に窪みは形成されない。その後、全面に例えば高誘電
体膜(例えばTa2 O5 膜)からなるゲート絶縁膜69
を20nm程度の膜厚に堆積する。Next, as shown in FIG. 9I, the SiO 2 film 63 is removed by, for example, dilute hydrofluoric acid treatment so as to leave the Si 3 N 4 film 66a at the edge. At this time, since the Si 3 N 4 film 66a is formed at the edge, no depression is formed at the edge. Thereafter, a gate insulating film 69 made of, for example, a high dielectric film (for example, Ta 2 O 5 film) is formed on the entire surface.
Is deposited to a thickness of about 20 nm.
【0127】次に、図9(j)に示すように、例えばR
uなどのメタルを全面に堆積した後に、全面をCMPす
る事により、ダミーゲートパターンを除去した後の溝の
中に、高誘電体ゲート絶縁膜69およびメタルからなる
ゲート電極70を埋め込む。Next, as shown in FIG.
After depositing a metal such as u on the entire surface, the entire surface is subjected to CMP to bury a high dielectric gate insulating film 69 and a gate electrode 70 made of metal in the trench after the dummy gate pattern is removed.
【0128】その後、全面に層間絶縁膜としてSiO2
膜(図示せず)を約200nm程度の膜厚で堆積し、こ
れにソース・ドレイン領域67及びゲート電極70への
コンタクト孔を開口し、さらにAl層(図示せず)を成
膜してコンタクト孔を埋め、パターニングを行って配線
を形成する。さらに全面にパッシベーション膜(図示せ
ず)を堆積して、トランジスタの基本構造が作製され
る。Thereafter, SiO 2 was used as an interlayer insulating film on the entire surface.
A film (not shown) is deposited to a thickness of about 200 nm, a contact hole is opened in the source / drain region 67 and the gate electrode 70, and an Al layer (not shown) is formed. The holes are filled and patterned to form wiring. Further, a passivation film (not shown) is deposited on the entire surface to form a basic structure of the transistor.
【0129】以上説明した第2の実施形態によれば、ゲ
ート電極エッジ部におけるゲート絶縁膜の膜厚が厚く、
ゲート電極の曲率半径が大きくなるため、エッジ部にお
けるゲート絶縁膜の信頼性が向上する。また、ゲート電
極及びソース・ドレインに対して自己整合的にエッジ部
の厚膜化及び丸めが行われるので、ばらつきの少ない素
子特性と高信頼性を実現することができる。According to the second embodiment described above, the thickness of the gate insulating film at the edge of the gate electrode is large.
Since the radius of curvature of the gate electrode is increased, the reliability of the gate insulating film at the edge is improved. In addition, since the thickness and rounding of the edge portion are performed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode and the source / drain, device characteristics and high reliability with little variation can be realized.
【0130】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において
種々変形して実施可能である。The present invention is not limited to the above embodiments, but can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof.
【0131】本発明によれば、ダミー膜を除去する際に
ダミー膜が横方向にエッチングされることによって生じ
る窪みを防止することができるため、ゲート電極下端部
の窪みに起因して生じるトランジスタの特性劣化や信頼
性低下を防止することができる。According to the present invention, it is possible to prevent a dent caused by the lateral etching of the dummy film when removing the dummy film, so that the transistor formed due to the dent at the lower end of the gate electrode can be prevented. Deterioration of characteristics and reliability can be prevented.
【0132】また、マージンのある安定したプロセスで
ダミーゲートパターン及びダミー膜を除去することがで
きるため、ゲート電極を埋め込む溝部の寸法制御性、す
なわちゲート電極の寸法制御性を向上させることができ
る。Further, since the dummy gate pattern and the dummy film can be removed by a stable process with a margin, the dimensional controllability of the groove for burying the gate electrode, that is, the dimensional controllability of the gate electrode can be improved.
【0133】次に、本発明の第3の実施形態について、
図10および図11に示した工程断面図を参照して説明
する。Next, a third embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to the process cross-sectional views shown in FIGS.
【0134】図10(a)に示すように、トレンチ型の
素子分離層(図示せず)を有するSi基板81のトラン
ジスタ形成領域表面に、厚さ5nmのSiO2 膜82を
形成し、このSiO2 膜82の上に、ダミーゲートパタ
ーン用のポリSi膜83を300nm程度の膜厚に堆積
する。As shown in FIG. 10A, a 5-nm-thick SiO 2 film 82 is formed on the surface of a transistor forming region of a Si substrate 81 having a trench-type element isolation layer (not shown). On the second film 82, a poly-Si film 83 for a dummy gate pattern is deposited to a thickness of about 300 nm.
【0135】次いで、図10(b)に示すように、例え
ばリソグラフィ法とRIE法などを用いてポリSi膜8
3をダミーゲートパターンに加工する。その後、図10
(c)に示すように、ダミーゲートパターン83をマス
クとして用いて、例えば燐イオンの注入を4×1013c
m-2程度のドーズ量で行い、n- 型ソース・ドレイン領
域84を形成する。Next, as shown in FIG. 10B, the poly-Si film 8 is formed using, for example, lithography and RIE.
3 is processed into a dummy gate pattern. Then, FIG.
As shown in (c), for example, phosphorus ions are implanted at 4 × 10 13 c using the dummy gate pattern 83 as a mask.
This is performed at a dose of about m −2 to form n − type source / drain regions 84.
【0136】次に、Si3 N4 膜を全面に堆積した後、
全面エッチバックを行い、ダミーゲートパターン83の
側面にSi3 N4 側壁絶縁膜85を形成し、例えば砒素
イオンの注入を5E15cm-2程度行いn+ 型ソース・
ドレイン領域86を形成し、図10(d)に示すLDD
構造を形成する。その後、例えば1000℃30秒程度
のアニールを行い、ソース・ドレイン領域の活性化を行
う。Next, after depositing a Si 3 N 4 film on the entire surface,
The whole surface is etched back to form a Si 3 N 4 side wall insulating film 85 on the side surface of the dummy gate pattern 83, and for example, arsenic ion implantation is performed at about 5E15 cm −2 to perform n + type source
A drain region 86 is formed, and the LDD shown in FIG.
Form the structure. After that, annealing at, for example, 1000 ° C. for about 30 seconds is performed to activate the source / drain regions.
【0137】次に、図10(e)に示すように、全面に
CVD−SiO2 膜87を例えば300nmの厚さに堆
積し、例えば800℃程度のN2 雰囲気で30分程度の
デンシファイを行った後に、全面を化学機械研磨により
平坦化し、ダミーゲートパターン83の上面を露出させ
る。Next, as shown in FIG. 10E, a CVD-SiO 2 film 87 is deposited on the entire surface to a thickness of, for example, 300 nm, and densification is performed for about 30 minutes in an N 2 atmosphere at, for example, about 800 ° C. After that, the entire surface is flattened by chemical mechanical polishing to expose the upper surface of the dummy gate pattern 83.
【0138】その後、図10(f)に示すように、露出
したダミーゲートパターン83を選択的に除去し、ダミ
ーゲートパターン83の下のSiO2 膜82を除去し、
ゲート絶縁膜・ゲート電極を形成するための溝88を形
成する。After that, as shown in FIG. 10F, the exposed dummy gate pattern 83 is selectively removed, and the SiO 2 film 82 under the dummy gate pattern 83 is removed.
A groove 88 for forming a gate insulating film and a gate electrode is formed.
【0139】次に、例えばNOガスを用いてSi基板8
1上に1.5nmの酸窒化膜89を形成した後、例えば
5nmの厚さのTa2 O5 膜90と、ゲート電極として
例えば300nm程度の厚さのRu膜91を堆積し、全
面に化学機械研磨法を施すことにより溝88内に酸窒化
膜89およびTa2 O5 膜90からなるゲート絶縁膜と
Ru膜からなるゲート電極91を埋め込み、図11
(g)に示すようなトランジスタ構造を形成する。その
後、図示しない層間膜堆積、コンタクト開孔、配線形成
を行う。Next, the Si substrate 8 is formed using, for example, NO gas.
After a 1.5 nm oxynitride film 89 is formed on the substrate 1, a Ta 2 O 5 film 90 having a thickness of, for example, 5 nm and a Ru film 91 having a thickness of, for example, about 300 nm are deposited as a gate electrode. By performing a mechanical polishing method, a gate insulating film composed of an oxynitride film 89 and a Ta 2 O 5 film 90 and a gate electrode 91 composed of a Ru film are buried in the trench 88, and FIG.
A transistor structure as shown in FIG. Thereafter, deposition of an interlayer film (not shown), contact opening, and wiring formation are performed.
【0140】ここで、図11(h)に示すように、ゲー
ト電極91の底面に形成されるゲート絶縁膜の厚さt3
は、酸窒化膜89の厚さ1.5nmとTa2 O5 膜90
の厚さ5nmの合計で6.5nmであり、ゲート電極側
面に形成されるTa2 O5 膜90の厚さt4 は5nmで
あり、SiO2 膜82の厚さt1 =5nmとの間にt3
+t4 >t1 の関係が成立し、かつSi3 N4 膜85下
端部とSi基板81の表面との間の距離t1 ′を用い
て、t3 +t4 >t1 ′の関係が成立するようにしてい
る。Here, as shown in FIG. 11H, the thickness t 3 of the gate insulating film formed on the bottom surface of the gate electrode 91 is reduced.
Is a 1.5 nm thick oxynitride film 89 and a Ta 2 O 5 film 90.
The thickness t 4 of the Ta 2 O 5 film 90 formed on the side surface of the gate electrode is 5 nm, and the thickness t 1 of the SiO 2 film 82 is between 5 nm and 5 nm. T 3
+ T 4 > t 1, and the relationship t 3 + t 4 > t 1 ′ is established using the distance t 1 ′ between the lower end of the Si 3 N 4 film 85 and the surface of the Si substrate 81. I am trying to do it.
【0141】上記のような構成により、図11(i)に
示すように、ダミーゲートパターン83の下のSiO2
膜82を除去する際に形成された横溝は、ゲート絶縁膜
によって埋め尽くされ、ゲート電極のエッジ部の形状が
曲率半径の大きいものになり、ゲートエッジ部での信頼
性の高いトランジスタ構造が実現した。[0141] With the configuration described above, as shown in FIG. 11 (i), SiO 2 under the dummy gate pattern 83
The lateral groove formed when removing the film 82 is filled with the gate insulating film, and the shape of the edge of the gate electrode has a large radius of curvature, realizing a highly reliable transistor structure at the gate edge. did.
【0142】以上のように、本発明の第3の実施形態に
よると、ゲートエッジ部のシリコン基板表面と側壁絶縁
膜と間に形成される横溝が、ゲート絶縁膜によって埋め
尽くされ、ゲート電極のエッジ部の形状が曲率半径の大
きいものになるため、ゲートエッジ部での信頼性が向上
した半導体装置が得られる。As described above, according to the third embodiment of the present invention, the lateral groove formed between the silicon substrate surface at the gate edge portion and the side wall insulating film is completely filled with the gate insulating film, and the gate electrode is formed. Since the shape of the edge has a large radius of curvature, a semiconductor device with improved reliability at the gate edge can be obtained.
【0143】[0143]
【発明の効果】本発明によれば、ダミー膜を除去する際
にダミー膜が横方向にエッチングされることによって生
じる窪みを防止することができるため、ゲート電極下端
部の窪みに起因して生じるトランジスタの特性劣化や信
頼性低下を防止することができる。According to the present invention, when the dummy film is removed, it is possible to prevent the dent caused by the lateral etching of the dummy film. Deterioration of characteristics and reliability of the transistor can be prevented.
【0144】また、マージンのある安定したプロセスで
ダミーゲートパターン及びダミー膜を除去することがで
きるため、ゲート電極を埋め込む溝部の寸法制御性、す
なわちゲート電極の寸法制御性を向上させることができ
る。Further, since the dummy gate pattern and the dummy film can be removed by a stable process with a margin, the dimensional controllability of the groove for burying the gate electrode, that is, the dimensional controllability of the gate electrode can be improved.
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構
成を示す平面図および断面図;FIG. 1 is a plan view and a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
【図2】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造工程を示す断面図;FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
【図3】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造工程を示す断面図;FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
【図4】本発明の第2の実施形態の第1の具体例に係る
半導体装置の製造工程を示す断面図;FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first specific example of the second embodiment of the present invention;
【図5】本発明の第2の実施形態の第1の具体例に係る
半導体装置の製造工程を示す断面図;FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first specific example of the second embodiment of the present invention;
【図6】本発明の第2の実施形態の第2の具体例に係る
半導体装置の製造工程を示す断面図;FIG. 6 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a second specific example of the second embodiment of the present invention;
【図7】本発明の第2の実施形態の第2の具体例に係る
半導体装置の製造工程を示す断面図;FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a second specific example of the second embodiment of the present invention;
【図8】本発明の第2の実施形態の第3の具体例に係る
半導体装置の製造工程を示す断面図;FIG. 8 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a third specific example of the second embodiment of the present invention;
【図9】本発明の第2の実施形態の第3の具体例に係る
半導体装置の製造工程を示す断面図;FIG. 9 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a third specific example of the second embodiment of the present invention;
【図10】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の
製造工程を示す断面図。FIG. 10 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の
製造工程を示す断面図。FIG. 11 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
【図12】ゲートエッジ部の曲率半径増大による効果に
ついて示す特性図;FIG. 12 is a characteristic diagram showing the effect of increasing the radius of curvature of the gate edge;
【図13】ゲートエッジ部近傍を拡大して示す図;FIG. 13 is an enlarged view showing the vicinity of a gate edge;
【図14】ダミーゲートパターンの側壁にSi3 N4 膜
を形成して得た従来のトランジスタの断面図;14 is a cross-sectional view of a conventional transistor obtained by forming a Si 3 N 4 film on a side wall of a dummy gate pattern;
【図15】ゲート絶縁膜の一部に高誘電体膜を用いてゲ
ート絶縁膜の膜厚を薄くした、従来の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図;FIG. 15 is a cross-sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device in which the thickness of the gate insulating film is reduced by using a high dielectric film as a part of the gate insulating film;
【図16】ゲート絶縁膜の一部に高誘電体膜を用いてゲ
ート絶縁膜の膜厚を薄くした、従来の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図;16 is a cross-sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device in which the thickness of a gate insulating film is reduced by using a high-dielectric film as a part of the gate insulating film;
11,61,81,111…シリコン基板 12,62,112…素子分離領域 13,63,82,82…シリコン酸化膜(ダミー膜) 14,64,83,113…ダミーゲートパターン 15,65,…シリコン酸化膜(第1の側壁酸化膜) 16,66…シリコン窒化膜(第2の側壁酸化膜) 17,67…ソース・ドレイン拡散層 18,68…層間絶縁膜 19、69…ゲート絶縁膜 20,70…ゲート電極 30,71…溝部 63a…不純物含有部 66a…シリコン窒化膜 11, 61, 81, 111 ... silicon substrate 12, 62, 112 ... element isolation region 13, 63, 82, 82 ... silicon oxide film (dummy film) 14, 64, 83, 113 ... dummy gate pattern 15, 65, ... Silicon oxide film (first side wall oxide film) 16, 66 ... silicon nitride film (second side wall oxide film) 17, 67 ... source / drain diffusion layer 18, 68 ... interlayer insulating film 19, 69 ... gate insulating film 20 , 70 gate electrode 30, 71 groove 63a impurity-containing portion 66a silicon nitride film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 哲朗 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Tetsuro Matsuda 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Inside Toshiba Yokohama Office
Claims (8)
ミー膜およびダミーゲートパターンを形成する工程と、 前記ダミーゲートパターンの側壁に第1の側壁絶縁膜を
形成する工程と、 前記第1の側壁絶縁膜が形成されたダミーゲートパター
ンの周囲の前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工
程と、 前記ダミーゲートパターンを除去して溝を形成する工程
と、 前記第1の側壁絶縁膜の一部及びその下の前記ダミー膜
の部分を残すように、前記溝に露出するダミー膜を除去
する工程と、 前記溝の少なくとも底面にゲート絶縁膜を形成する工程
と、 前記溝内の前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する
工程とを具備する半導体装置の製造方法。A step of forming a dummy film and a dummy gate pattern in a region where a gate is to be formed on a semiconductor substrate; a step of forming a first side wall insulating film on a side wall of the dummy gate pattern; Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate around the dummy gate pattern on which the sidewall insulating film is formed; removing the dummy gate pattern to form a groove; Removing the dummy film exposed in the groove so as to leave a part and the part of the dummy film thereunder; forming a gate insulating film on at least a bottom surface of the groove; and forming the gate in the groove. Forming a gate electrode on the insulating film.
電極の側面に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート電極の側面に形成されたゲート絶縁膜上に形
成された第1の側壁絶縁膜と、 前記第1の側壁絶縁膜上に形成された第2の側壁絶縁膜
と、 前記第1及び第2の側壁絶縁膜と前記半導体基板との間
に形成された残留膜と、前記第1及び第2の側壁絶縁膜
が形成されたゲート電極の周囲に形成された層間絶縁膜
とを具備する半導体装置。2. A semiconductor substrate; a gate electrode formed on the semiconductor substrate; a gate insulating film formed between the semiconductor substrate and the gate electrode and on a side surface of the gate electrode; A first sidewall insulating film formed on a gate insulating film formed on a side surface, a second sidewall insulating film formed on the first sidewall insulating film, and the first and second sidewall insulating films A semiconductor device comprising: a residual film formed between a film and the semiconductor substrate; and an interlayer insulating film formed around a gate electrode on which the first and second sidewall insulating films are formed.
ミー膜およびダミーゲートパターンを形成する工程と、 前記ダミーゲートパターンの少なくとも下端部近傍を改
質する工程と、 前記ダミーゲートパターンの周囲の半導体基板上に層間
絶縁膜を形成する工程と、 前記ダミーゲートパターンの改質された部分を残すよう
に、前記ダミーゲートパターンを除去して溝を形成する
工程と、 前記溝に露出するダミー膜を除去する工程と、 前記溝内の少なくとも底面にゲート絶縁膜を形成する工
程と、 前記溝内の前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する
工程とを具備する半導体装置の製造方法。3. A step of forming a dummy film and a dummy gate pattern in an area where a gate is to be formed on a semiconductor substrate, a step of modifying at least a lower end portion of the dummy gate pattern, and a step of modifying the periphery of the dummy gate pattern. Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate; removing the dummy gate pattern so as to leave a modified portion of the dummy gate pattern to form a groove; and a dummy film exposed to the groove. A method of forming a gate insulating film on at least a bottom surface in the groove; and a step of forming a gate electrode on the gate insulating film in the groove.
ミー膜およびダミーゲートパターンを形成する工程と、 前記ダミーゲートパターンの少なくとも下端部近傍の前
記ダミー膜に不純物を導入する工程と、 前記ダミーゲートパターンの周囲に層間絶縁膜を形成す
る工程と、 前記ダミー膜の不純物が導入された部分を残すように、
前記ダミーゲートパターンを除去して溝を形成する工程
と、 前記溝に露出したダミー膜を除去する工程と、 前記溝の少なくとも底面にゲート絶縁膜を形成する工程
と、 前記溝内の前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する
工程とを具備する半導体装置の製造方法。4. A step of forming a dummy film and a dummy gate pattern in a region where a gate is to be formed on a semiconductor substrate; a step of introducing an impurity into the dummy film at least near a lower end of the dummy gate pattern; Forming an interlayer insulating film around the gate pattern, and leaving a portion of the dummy film into which the impurity is introduced,
Removing the dummy gate pattern to form a groove; removing the dummy film exposed in the groove; forming a gate insulating film on at least a bottom surface of the groove; and forming the gate insulating film in the groove. Forming a gate electrode on the film.
ミー膜およびダミーゲートパターンを形成する工程と、 前記ダミー膜の、前記ダミーゲートパターンの少なくと
も下端部近傍の部分を除去する工程と、 前記ダミー膜が除去された部分に絶縁材料膜を形成する
工程と、 前記ダミーゲートパターンの周囲の前記半導体基板上に
層間絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁材料膜を残すように、前記ダミーゲートパター
ンを除去して溝を形成する工程と、 前記溝に露出したダミー膜を除去する工程と、 前記溝の少なくとも底面にゲート絶縁膜を形成する工程
と、 前記溝内の前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する
工程とを具備する半導体装置の製造方法。5. A step of forming a dummy film and a dummy gate pattern in a region where a gate is to be formed on a semiconductor substrate; a step of removing at least a portion of the dummy film near a lower end of the dummy gate pattern; Forming an insulating material film on a portion where the dummy film has been removed; forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate around the dummy gate pattern; and forming the dummy gate film so as to leave the insulating material film. Forming a groove by removing a pattern; removing a dummy film exposed in the groove; forming a gate insulating film on at least a bottom surface of the groove; and forming a gate insulating film on the gate insulating film in the groove. Forming a gate electrode.
電極の側面に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート電極の周囲の前記半導体基板上に形成された
層間絶縁膜とを具備し、前記ゲート電極の下端部近傍の
ゲート絶縁膜を含む絶縁領域の厚さが、前記ゲート電極
の下部中央のゲート絶縁膜の厚さよりも厚い半導体装
置。6. A semiconductor substrate; a gate electrode formed on the semiconductor substrate; a gate insulating film formed between the semiconductor substrate and the gate electrode and on a side surface of the gate electrode; And a thickness of an insulating region including a gate insulating film near a lower end portion of the gate electrode, wherein a thickness of a gate insulating film at a lower center of the gate electrode is provided. A semiconductor device that is thicker.
と、 前記第1の絶縁膜が形成されていない前記半導体基板上
に選択的に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 前記前記ゲート電極の側面に形成された第2の絶縁膜
と、 前記ゲート電極の側面に形成された第2の絶縁膜上に形
成された側壁絶縁膜とと、 前記第2の絶縁膜および側壁絶縁膜が形成されたゲート
電極の周囲に形成された層間絶縁膜とを具備し、 前記ゲート絶縁膜と前記第2の絶縁膜の膜厚の合計は、
前記第1の絶縁膜の膜厚よりも大きい半導体装置。7. A semiconductor substrate, a first insulating film selectively formed on the semiconductor substrate, and a gate selectively formed on the semiconductor substrate on which the first insulating film is not formed. An insulating film, a gate electrode formed on the gate insulating film, a second insulating film formed on a side surface of the gate electrode, and a second insulating film formed on a side surface of the gate electrode. A gate insulating film, comprising: a formed sidewall insulating film; and an interlayer insulating film formed around a gate electrode on which the second insulating film and the sidewall insulating film are formed. The gate insulating film and the second insulating film The total thickness of
A semiconductor device having a thickness greater than a thickness of the first insulating film.
と、 前記第1の絶縁膜が形成されていない前記半導体基板上
に選択的に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 前記前記ゲート電極の側面に形成された第2の絶縁膜
と、 前記ゲート電極の側面に形成された第2の絶縁膜上に形
成された側壁絶縁膜とと、 前記第2の絶縁膜および側壁絶縁膜が形成されたゲート
電極の周囲に形成された層間絶縁膜とを具備し、 前記ゲート絶縁膜と前記第2の絶縁膜の膜厚の合計は、
前記側壁絶縁膜のゲート電極側下端部と、前記半導体基
板との間の距離よりも大きい半導体装置。8. A semiconductor substrate, a first insulating film selectively formed on the semiconductor substrate, and a gate selectively formed on the semiconductor substrate on which the first insulating film is not formed. An insulating film, a gate electrode formed on the gate insulating film, a second insulating film formed on a side surface of the gate electrode, and a second insulating film formed on a side surface of the gate electrode. A gate insulating film, comprising: a formed sidewall insulating film; and an interlayer insulating film formed around a gate electrode on which the second insulating film and the sidewall insulating film are formed. The gate insulating film and the second insulating film The total thickness of
A semiconductor device having a distance greater than a distance between a lower end of the sidewall insulating film on the gate electrode side and the semiconductor substrate.
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