JPH1174527A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH1174527A
JPH1174527A JP18545298A JP18545298A JPH1174527A JP H1174527 A JPH1174527 A JP H1174527A JP 18545298 A JP18545298 A JP 18545298A JP 18545298 A JP18545298 A JP 18545298A JP H1174527 A JPH1174527 A JP H1174527A
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gate
forming
insulating film
dummy
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Tomohiro Saito
友博 齋藤
Toshihiko Iinuma
俊彦 飯沼
Seiji Inumiya
誠治 犬宮
Junji Yagishita
淳史 八木下
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    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to suppress a concentration of an electric field at the edge corner of an element region and prevent the deterioration of transistor characteristic. SOLUTION: A method of manufacturing the semiconductor comprises a process for forming a first film and a second film, a process for forming a first groove by selectively removing an upper part of the second film, the first film, and a semiconductor substrate 101, a process for embedding a first insulation film 107 in the first groove and forming an element separation region, a process for patterning the second film surrounded by the element separation region and forming a dummy gate layer, a process for entering impurity to the semiconductor substrate 101 with masking by the dummy gate layer, a process for forming a second insulation film 113 on the semiconductor substrate 101 surrounded by the dummy gate layer and the first insulation film 107, a process for forming a second groove by removing the dummy gate layer and the first film, a process for forming a gate insulation film on the semiconductor substrate 101 in the second groove, and a process for forming a gate electrode on the gate insulation film in the second groove.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に係り、特に、ダミーゲートを形成する工
程を含む半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a dummy gate.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSトランジスタを用いた半導体集積
回路の高性能化及び低コスト化のため、素子サイズの微
細化が重要な役割を果たしている。素子サイズの微細化
は、STI(Shallow Trench Isolation)技術を用いて
実現することができるが、微細化による配線抵抗が増加
するという問題を解決するため、ゲート電極に抵抗の低
い金属材料を用いて配線抵抗を下げる方法が提案されて
いる。
2. Description of the Related Art Miniaturization of an element size plays an important role in improving the performance and cost of a semiconductor integrated circuit using MOS transistors. The miniaturization of the element size can be realized by using STI (Shallow Trench Isolation) technology, but in order to solve the problem that the wiring resistance increases due to the miniaturization, a metal material having a low resistance is used for the gate electrode. A method for reducing the wiring resistance has been proposed.

【0003】ところが、従来のようにゲート絶縁膜及び
ゲート電極形成後にソース・ドレイン領域を形成する場
合、高温熱工程及び熱酸化工程が必要となり、メタル電
極の抵抗増加やゲート絶縁膜の信頼性劣化といった問題
があった。
However, when the source / drain regions are formed after the formation of the gate insulating film and the gate electrode as in the prior art, a high-temperature heating step and a thermal oxidation step are required, which increases the resistance of the metal electrode and deteriorates the reliability of the gate insulating film. There was such a problem.

【0004】これらの問題を解決する手段として、高温
工程を必要とするソース・ドレイン領域の形成工程を先
に行い、ソース・ドレイン領域に対して自己整合的に形
成されている溝にゲート絶縁膜及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。
As a means for solving these problems, a step of forming a source / drain region requiring a high-temperature step is first performed, and a gate insulating film is formed in a groove formed in a self-aligned manner with respect to the source / drain region. In addition, a method of burying a gate electrode has been proposed.

【0005】以下、図67〜図69を参照して、上記の
技術(特願平8−356493)の一例を説明する。な
お、図67および図68はトランジスタのL方向(チャ
ネル長方向)の断面を示した図であり、図69はトラン
ジスタのW方向(チャネル幅方向)の断面を示した図で
ある。
An example of the above technique (Japanese Patent Application No. 8-356493) will be described below with reference to FIGS. 67 and 68 are cross-sectional views of the transistor in the L direction (channel length direction), and FIG. 69 is a cross-sectional view of the transistor in the W direction (channel width direction).

【0006】まず、トレンチ素子分離(STI)技術を
用いて、Si基板501にトランジスタ形成領域502
及び素子分離領域503を形成する(図67(a)、図
69(a))。
First, a transistor formation region 502 is formed on a Si substrate 501 by using a trench isolation (STI) technique.
Then, an element isolation region 503 is formed (FIGS. 67A and 69A).

【0007】次いで、Si基板501の露出した表面に
厚さ10nm程度のSiO2 膜504を形成し、このS
iO2 膜504上にダミーゲートパターン用のポリSi
膜を300nm程度の膜厚で堆積し、例えばリソグラフ
ィー法とRIE法などを用いて加工し、ダミーゲートパ
ターン505を形成する(図67(b))。
Next, an SiO 2 film 504 having a thickness of about 10 nm is formed on the exposed surface of the Si substrate 501, and this S
Poly-Si for dummy gate pattern on the SiO 2 film 504
A film is deposited to a thickness of about 300 nm, and processed using, for example, a lithography method and an RIE method to form a dummy gate pattern 505 (FIG. 67B).

【0008】次に、ダミーゲートパターン505をマス
クとして用いて、素子分離領域503により囲まれた素
子領域に、例えばリンのイオン注入を行ない、n- 型拡
散領域506を形成する(図67(c))。
Next, using the dummy gate pattern 505 as a mask, for example, phosphorus ions are implanted into the element region surrounded by the element isolation region 503 to form an n type diffusion region 506 (FIG. 67 (c)). )).

【0009】そして、Si3 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505
の側壁に膜厚20nm程度のSi3 4 膜507を形成
する(図67(d))。
After depositing a Si 3 N 4 film on the entire surface, RIE is performed on the entire surface to form a dummy gate pattern 505.
A Si 3 N 4 film 507 having a thickness of about 20 nm is formed on the side wall of FIG.

【0010】その後、ダミーゲートパターン505およ
びSi3 4 膜507をマスクとして用いて、n- 型拡
散領域506に、例えば砒素のイオン注入を行ない、n
+ 型拡散領域508を形成し、いわゆるLDD構造を形
成する(図67(e))。
Thereafter, using the dummy gate pattern 505 and the Si 3 N 4 film 507 as a mask, for example, arsenic ions are implanted into the n -type diffusion region 506, and
A + type diffusion region 508 is formed to form a so-called LDD structure (FIG. 67E).

【0011】次いで、全面にCVD−SiO2 膜509
を例えば300nm程度堆積し、例えば800℃程度の
2 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により平坦化し、ダミーゲートパターン5
05の表面を露出をさせる(図68(f))。
Next, a CVD-SiO 2 film 509 is formed on the entire surface.
Is deposited, for example, in a thickness of about 300 nm, and densified in an N 2 atmosphere at about 800 ° C. for about 30 minutes, for example.
The whole surface is flattened by CMP, and the dummy gate pattern 5 is formed.
05 is exposed (FIG. 68 (f)).

【0012】次に、ダミーゲートパターン505を選択
的に除去して溝510を形成した後、所望の領域に形成
したレジスト膜(図示せず)、層間膜(SiO2 膜50
9)及び側壁絶縁膜(Si3 4 膜507)をマスクと
して用いて、溝510の下方のチャネル予定領域にのみ
イオン注入を行なう。このチャネル不純物の活性化は、
この後、例えばRTAを用いて、800℃、10秒程度
の熱処理によって行ない、チャネル不純物領域511を
形成する(図68(g))。
Next, after the dummy gate pattern 505 is selectively removed to form a groove 510, a resist film (not shown) formed in a desired region and an interlayer film (SiO 2 film 50) are formed.
9) and the side wall insulating film (Si 3 N 4 film 507) are used as a mask to perform ion implantation only in a channel planned region below the groove 510. Activation of this channel impurity
Thereafter, heat treatment at 800 ° C. for about 10 seconds is performed using, for example, RTA to form a channel impurity region 511 (FIG. 68G).

【0013】そして、溝部510の底面のSiO2 膜5
04を除去する(図68(h)、図69(b))。
The SiO 2 film 5 on the bottom of the groove 510
04 is removed (FIG. 68 (h), FIG. 69 (b)).

【0014】次に、全面にゲート絶縁膜512として、
例えばTa2 5 膜等の高誘電体膜を膜厚20nm程度
堆積し、続いてゲート電極513として例えばRuなど
のメタル膜を全面に堆積する。その後、全面にCMPを
施すことにより、メタル電極513及び高誘電体ゲート
膜512を溝510内に残留させ、溝510内に埋め込
まれた形とする(図68(i))。
Next, a gate insulating film 512 is formed on the entire surface.
For example, a high dielectric film such as a Ta 2 O 5 film is deposited to a thickness of about 20 nm, and a metal film such as Ru is deposited as the gate electrode 513 on the entire surface. Thereafter, by performing CMP on the entire surface, the metal electrode 513 and the high dielectric gate film 512 are left in the trench 510 and are embedded in the trench 510 (FIG. 68 (i)).

【0015】その後、全面に層間絶縁膜としてSiO2
膜を約200nm程度の膜厚堆積した後、この層間絶縁
膜に、ソース、ドレイン領域及びゲート電極へのコンタ
クトを開口し、更に、全面にAl層を形成した後、これ
をパターニングしてAl配線を形成する。そして、全面
にパッシベーション膜を堆積し、トランジスタの基本構
造が完了する。
Thereafter, SiO 2 is used as an interlayer insulating film on the entire surface.
After depositing a film having a thickness of about 200 nm, contacts to the source and drain regions and the gate electrode are opened in the interlayer insulating film. Further, an Al layer is formed on the entire surface and then patterned to form an Al wiring. To form Then, a passivation film is deposited on the entire surface to complete the basic structure of the transistor.

【0016】しかしながら、上記の方法では、図69
(a)及び図69(b)に示すように、2度も素子分離
領域の端部が露出するため、例えばフッ酸系のエッチン
グ液によってエッチングを施すと、この部分に大きな窪
みが形成され、素子領域のエッジコーナー部が露出して
しまう。従って、このエッジコーナー部に電界が集中
し、ゲート絶縁膜の信頼性低下等、トランジスタの特性
劣化が生じてしまう。
However, in the above method, FIG.
As shown in (a) and FIG. 69 (b), since the end of the element isolation region is exposed twice, when etching is performed with, for example, a hydrofluoric acid-based etchant, a large depression is formed in this portion. Edge corners of the element region are exposed. Therefore, the electric field is concentrated on the edge corners, and the characteristics of the transistor are degraded, such as a decrease in the reliability of the gate insulating film.

【0017】このように、ダミーゲートパターンを用い
てソース・ドレイン領域を形成した後、ダミーゲートパ
ターンを除去することにより形成された溝内にゲート絶
縁膜及びゲート配線を形成するトランジスタの製造方法
において、従来は、素子分離領域端部に大きな窪みが生
じて、素子領域のエッジコーナー部が露出するため、エ
ッジコーナー部に電界が集中し、トランジスタの特性劣
化が生じるという問題があった。
As described above, in the method of manufacturing a transistor, after forming the source / drain regions using the dummy gate pattern, the gate insulating film and the gate wiring are formed in the trench formed by removing the dummy gate pattern. Conventionally, there has been a problem that a large dent is formed at an end of an element isolation region and an edge corner of the element region is exposed, so that an electric field is concentrated on the edge corner and deterioration of transistor characteristics occurs.

【0018】次に、ダミーゲートを用いたMOSトラン
ジスタの製造プロセスの他の問題点について説明する。
Next, another problem of the manufacturing process of the MOS transistor using the dummy gate will be described.

【0019】第1の問題点は次の通りである。The first problem is as follows.

【0020】DRAM等に使用されるMOSトランジス
タの製造プロセスにおいては、図70(a)に示すよう
に、ダミーゲート505の側面にエッチング耐性のある
側壁絶縁膜507を形成し、後に形成される層間絶縁膜
にゲート電極やソース・ドレイン領域へのコンタクトホ
ールを形成する際に多少の合せずれがあっても、側壁絶
縁膜507の存在のため、ゲート電極とソース・ドレイ
ン領域との短絡が防止され、それによって集積度を向上
させている。
In the process of manufacturing a MOS transistor used in a DRAM or the like, as shown in FIG. 70A, an etching-resistant side wall insulating film 507 is formed on the side surface of a dummy gate 505, and an interlayer formed later is formed. Even if there is some misalignment when forming a contact hole to the gate electrode or the source / drain region in the insulating film, the short-circuit between the gate electrode and the source / drain region is prevented by the presence of the sidewall insulating film 507. , Thereby improving the degree of integration.

【0021】これまで、ダマシンゲートトランジスタの
製造プロセスにおいて、非結晶シリコン膜505aとシ
リコン窒化膜505bとからなるダミーゲート505の
側面(酸化膜が形成されている)に側壁絶縁膜507を
形成するには、層間絶縁膜にCMPを施す際に、そのC
MP終了時に側壁絶縁膜507が露出しないように、側
壁絶縁膜507の高さを側壁絶縁膜507形成時のRI
Eにより制御しなければならなかった。
Heretofore, in the manufacturing process of the damascene gate transistor, the side wall insulating film 507 is formed on the side surface (the oxide film is formed) of the dummy gate 505 composed of the amorphous silicon film 505a and the silicon nitride film 505b. Indicates that when CMP is applied to the interlayer insulating film,
In order to prevent the sidewall insulating film 507 from being exposed at the end of the MP, the height of the sidewall insulating film 507 is set to the RI at the time of forming the sidewall insulating film 507.
E had to control.

【0022】しかし、図70(b)に示すように、CM
P終了時に側壁絶縁膜507の上部が露出した場合は、
図70(c)に示すように、ダミーゲート505を除去
する際に側壁絶縁膜507も消失するなど、エッチング
バラツキに対してのマージンが低かった。
However, as shown in FIG.
If the upper portion of the sidewall insulating film 507 is exposed at the end of P,
As shown in FIG. 70C, when the dummy gate 505 was removed, the sidewall insulating film 507 also disappeared, and the margin for the etching variation was low.

【0023】通常のトランジスタの場合は、ゲート電極
の側壁絶縁膜507及びゲート電極上に形成するエッチ
ングストッパとしてシリコン窒化膜を用いた場合、シリ
コン窒化膜では誘電率があまり低くなく、微細化し、高
速動作させるという要求を満たすには、寄生容量の低減
が不十分であるという懸念があった。
In the case of a normal transistor, when a silicon nitride film is used as an etching stopper formed on the side wall insulating film 507 of the gate electrode and the gate electrode, the silicon nitride film has a very low dielectric constant, is miniaturized, and has a high speed. There was a concern that the reduction of the parasitic capacitance was insufficient to satisfy the demand for operation.

【0024】第2の問題点は、次の通りである。The second problem is as follows.

【0025】、ダマシンゲートトランジスタの製造プロ
セスにおいて、ダミーゲートは層間絶縁膜の平坦化の際
のCMPストッパを兼ねるため、ダミーゲート(の上
層)には、図70(a)〜70(c)に示す例と同様、
シリコン窒化膜505bが使用される(図71
(a))。通常、ダミーゲート505の側面に形成され
るライナーとしてはシリコン窒化膜520が一般的であ
るが、ダマシンゲートトランジスタの場合では、ダミー
ゲート除去の際に(図71(b))、ゲートライナー5
20も同時にエッチングされてしまう。
In the manufacturing process of the damascene gate transistor, since the dummy gate also functions as a CMP stopper when the interlayer insulating film is flattened, the dummy gate (upper layer) is shown in FIGS. 70 (a) to 70 (c). Like the example shown,
A silicon nitride film 505b is used (FIG. 71).
(A)). Normally, a silicon nitride film 520 is generally used as a liner formed on the side surface of the dummy gate 505, but in the case of a damascene gate transistor, the gate liner 5 is removed when the dummy gate is removed (FIG. 71B).
20 is also etched at the same time.

【0026】その後、ダミーゲートの下層の多結晶又は
非結晶シリコン膜505aを除去し(図71(c))、
更にバッファとして用いたシリコン酸化膜504を除去
する時に、ゲートが形成される溝の上部はシリコン窒化
膜520によるライナーが無いため、ダミーゲート50
5の寸法よりtだけ広がってしまう(図71(d))。
Thereafter, the polycrystalline or amorphous silicon film 505a under the dummy gate is removed (FIG. 71 (c)).
Further, when the silicon oxide film 504 used as a buffer is removed, the dummy gate 50 is formed because the silicon nitride film 520 does not have a liner above the groove where the gate is formed.
The dimension is wider than the dimension 5 by t (FIG. 71D).

【0027】半導体集積回路では、個々の半導体素子を
微細化し、集積度を向上させるほど、大容量化を図るこ
とができる。しかし、上述した従来例では設計寸法であ
るダミーゲートの幅より、実際に完成したトランジスタ
の寸法が広がってしまうため、微細化には不利となる。
In a semiconductor integrated circuit, the capacity can be increased as the individual semiconductor elements are miniaturized and the degree of integration is improved. However, in the above-described conventional example, the dimensions of the actually completed transistor are larger than the design width of the dummy gate, which is disadvantageous for miniaturization.

【0028】例えば、ダミーゲートのバッファ酸化膜の
厚さを10nmとし、シリコン窒化膜ライナーの幅を1
5nmとすると、ライナーの厚さ15nmに加え、バッ
ファ酸化膜を剥離した際にゲート周辺の埋め込み絶縁膜
の広がり分10nm×1.3=13nmを加えた28n
mが設計上のゲート寸法からの広がりになる。0.1μ
m世代のトランジスタを考えると、ゲート配線が隣接し
た個所では、設計上のゲート配線間距離0.1μmに対
し、28nm×2=56nmも狭くなることになり、配
線間容量を考えた場合に高周波数動作上不利になる。
For example, the thickness of the buffer oxide film of the dummy gate is 10 nm, and the width of the silicon nitride film liner is 1
Assuming that the thickness is 5 nm, in addition to the thickness of the liner of 15 nm, the extension of the buried insulating film around the gate when the buffer oxide film is removed is 10 nm × 1.3 = 13 nm.
m becomes wider than the designed gate size. 0.1μ
Considering the transistor of the m generation, at a place where the gate wiring is adjacent, the distance between the gate wirings is narrower by 28 nm × 2 = 56 nm than the designed distance between the gate wirings of 0.1 μm. It is disadvantageous in frequency operation.

【0029】また、ソース・ドレイン領域へのコンタク
トの形成においても、コンタクト形成のための層間絶縁
膜のパターニングに対するマージンを減少させることに
なり、そのぶんだけ最小設計寸法をゆるめなければなら
ず、このことも高集積化に対して不利な点である。
Also, in forming a contact to the source / drain region, the margin for patterning the interlayer insulating film for forming the contact is reduced, and the minimum design dimension must be loosened accordingly. This is also a disadvantage for high integration.

【0030】更に、上述のゲート配線上部の広がりを解
消しようとした場合、ゲートの溝が広がっていないレベ
ルまでCMP等によりオーバーエッチングを行う必要が
出てくる。そのため、ゲート高さを稼ぐことができず、
例えば、ダミーゲートを膜厚200nmの多結晶シリコ
ンと膜厚200nmのシリコン窒化膜とで形成した場合
には、ゲート形成後のゲート高さが非常に低くなってし
まう。その結果、ゲート配線の抵抗が高くなり、消費電
力が増大するほか、誘電特性も悪くなる。
Further, in order to eliminate the above spread of the upper portion of the gate wiring, it becomes necessary to perform over-etching by CMP or the like to a level where the gate groove is not widened. Therefore, it is not possible to gain the gate height,
For example, when the dummy gate is formed of polycrystalline silicon having a thickness of 200 nm and a silicon nitride film having a thickness of 200 nm, the gate height after forming the gate is extremely low. As a result, the resistance of the gate wiring increases, the power consumption increases, and the dielectric characteristics deteriorate.

【0031】第3の問題点は、次の通りである。The third problem is as follows.

【0032】半導体装置、特にシリコンを用いたMOS
型のFET素子の微細化は、ゲート電極材料として多結
晶シリコンを採用するようになってから急激に進むよう
になった。多結晶シリコンゲートを採用する以前に用い
られてきた金属ゲートトランジスタの製造プロセスを、
図72を参照して以下に示す。
Semiconductor device, especially MOS using silicon
The miniaturization of the FET device has rapidly progressed since polycrystalline silicon has been adopted as a gate electrode material. The manufacturing process of the metal gate transistor that was used before adopting the polycrystalline silicon gate,
This is shown below with reference to FIG.

【0033】まず、シリコン基板上601上に素子分離
絶縁膜602、p型の拡散層603を形成する(図72
(a))。次いで、フォトレジスト604をマスクに砒
素等のn型不純物をイオン注入することにより、n型拡
散層(ソース、ドレイン領域)605を形成する(図7
2(b))。
First, an element isolation insulating film 602 and a p-type diffusion layer 603 are formed on a silicon substrate 601 (FIG. 72).
(A)). Next, n-type diffusion layers (source and drain regions) 605 are formed by ion-implanting n-type impurities such as arsenic using the photoresist 604 as a mask (FIG. 7).
2 (b)).

【0034】900℃以上の熱工程により、n型拡散層
(ソース、ドレイン領域)605に打ち込まれた不純物
を活性化した後に、熱酸化工程によってシリコン基板6
01表面を酸化することによりシリコン酸化膜606を
形成し、アルミニウム等の金属層607を堆積する。こ
の金属層607を、フォトリソグラフ工程により、n型
の不純物拡散層(ソース、ドレイン領域)の間の領域を
残してパターニングし、金属のゲート電極607を形成
する。
After the impurities implanted in the n-type diffusion layers (source and drain regions) 605 are activated by a heat process at 900 ° C. or more, the silicon substrate 6 is subjected to a thermal oxidation process.
A silicon oxide film 606 is formed by oxidizing the surface 01, and a metal layer 607 such as aluminum is deposited. The metal layer 607 is patterned by a photolithography process while leaving a region between the n-type impurity diffusion layers (source and drain regions) to form a metal gate electrode 607.

【0035】最後に全面にシリコン酸化膜等の絶縁膜6
08を堆積し、コンタクトホールを開口、金属配線層6
09を形成し、トランジスタを完成させる。
Finally, an insulating film 6 such as a silicon oxide film is formed on the entire surface.
08, a contact hole is opened, and a metal wiring layer 6 is formed.
09 to complete the transistor.

【0036】このようなプロセスによれば、金属製のゲ
ート電極607を形成する以前に、ソース、ドレイン拡
散層605の活性化まで済ませておく必要があるため、
ソース、ドレイン拡散層605とゲート電極607の位
置関係は、フォトリソグラフ工程によって決定される。
そのため、図72(c),(d)に示すように、ソース
・ドレイン拡散層605とゲート電極607はフォトリ
ソグラフ工程のあわせ余裕「d」の分だけオーバーラッ
プする必要が生じる。また、このようなプロセスにおい
ては、ゲート端部の拡散層の不純物濃度を薄くかつ拡散
深さを浅くするといった、いわゆるLDD(Light
ly Doped Drain)構造を採用することが
不可能であるために、短チャネル効果の抑制が困難であ
るという問題もある。
According to such a process, it is necessary to activate the source and drain diffusion layers 605 before forming the metal gate electrode 607.
The positional relationship between the source / drain diffusion layer 605 and the gate electrode 607 is determined by a photolithographic process.
Therefore, as shown in FIGS. 72 (c) and 72 (d), the source / drain diffusion layer 605 and the gate electrode 607 need to overlap by an allowance “d” in the photolithographic process. Further, in such a process, a so-called LDD (Light) is used in which the impurity concentration of the diffusion layer at the end of the gate is reduced and the diffusion depth is reduced.
Since it is impossible to adopt a (ly Doped Drain) structure, there is also a problem that it is difficult to suppress the short channel effect.

【0037】このような理由により、ゲート電極に耐熱
性が高く、かつアルミニウム等の金属に比べて微細加工
のしやすい多結晶シリコンを用いるようになった。ゲー
ト電極に多結晶シリコンを用いたトランジスタの製造方
法の一例を、図73を参照して以下に示す。
For these reasons, polycrystalline silicon having high heat resistance and easy to be finely processed compared to metals such as aluminum has been used for the gate electrode. An example of a method for manufacturing a transistor using polycrystalline silicon for a gate electrode is described below with reference to FIGS.

【0038】まず、シリコン基板上701上に素子分離
絶縁膜702、p型の拡散層703を形成する(図73
(a))。
First, an element isolation insulating film 702 and a p-type diffusion layer 703 are formed on a silicon substrate 701 (FIG. 73).
(A)).

【0039】次に、熱酸化工程によってシリコン基板7
01表面を酸化することにより、シリコン酸化膜704
を形成し、多結晶シリコン層705を堆積する。この多
結晶シリコン層705を、フォトリソグラフ工程により
パターニングし、ゲート電極705を形成し、熱酸化等
によりシリコン基板701表面および多結晶シリコンゲ
ート電極705の周囲を酸化してシリコン酸化膜706
を形成し、砒素等のn型不純物のイオン注入および90
0℃以上の熱処理による不純物活性化を行い、浅くかつ
不純物濃度の比較的低いn- 型拡散層(LDD領域)7
07を形成する(図73(b))。
Next, the silicon substrate 7 is subjected to a thermal oxidation process.
Oxidation of the surface of the silicon oxide film 704
Is formed, and a polycrystalline silicon layer 705 is deposited. The polycrystalline silicon layer 705 is patterned by a photolithographic process to form a gate electrode 705, and the surface of the silicon substrate 701 and the periphery of the polycrystalline silicon gate electrode 705 are oxidized by thermal oxidation or the like to form a silicon oxide film 706.
And ion implantation of an n-type impurity such as arsenic
Impurity activation by heat treatment at 0 ° C. or more is performed to form a shallow n -type diffusion layer (LDD region) 7 with a relatively low impurity concentration
07 is formed (FIG. 73B).

【0040】全面にシリコン酸化膜等の絶縁膜を堆積
し、異方性エッチングを行うことにより、多結晶シリコ
ンゲート電極705の側面にシリコン酸化膜側壁708
を形成し、ゲート電極705およびシリコン酸化膜側壁
708をマスクにして再びイオン注入および900℃以
上の熱処理による不純物活性化を行うことにより、n+
型の不純物拡散層(ソース、ドレイン領域)709を形
成するとともに、多結晶シリコンゲート電極705もn
+ 型にドーピングする(図73(c))。
By depositing an insulating film such as a silicon oxide film on the entire surface and performing anisotropic etching, a silicon oxide film side wall 708 is formed on the side surface of the polycrystalline silicon gate electrode 705.
Is formed, and ion implantation and impurity activation by heat treatment at 900 ° C. or more are performed again using the gate electrode 705 and the side wall 708 of the silicon oxide as a mask, whereby n +
Type impurity diffusion layers (source / drain regions) 709 are formed, and the polysilicon gate electrode 705 is also n-type.
Doping is performed to the + type (FIG. 73 (c)).

【0041】最後に全面にシリコン酸化膜等の絶縁膜7
10を堆積し、コンタクトホールを開口、金属配線層7
11を形成し、トランジスタを完成させる(図73
(d))。
Finally, an insulating film 7 such as a silicon oxide film is formed on the entire surface.
10, a contact hole is opened, and a metal wiring layer 7 is formed.
11 to complete the transistor (FIG. 73).
(D)).

【0042】本プロセスによれば、図72で示したプロ
セスと比べ、ゲート電極の加工性が向上するだけではな
く、多結晶のゲート電極をマスクにイオン注入を行い不
純物の活性化を行えるようになるために、ゲート電極と
ソース、ドレイン拡散層の位置合わせを自己整合的に行
えるようになり、フォトリソグラフ工程での位置合わせ
のようなあわせ余裕が不要になる。また、素子の微細化
に伴い生じる短チャネル効果対策として、ゲート電極端
部のソース、ドレイン拡散層の不純物濃度を薄く、かつ
拡散層の深さを浅くするといったいわゆるLDD構造を
用いることも容易になる。
According to this process, not only the processability of the gate electrode is improved as compared with the process shown in FIG. 72, but also the impurity can be activated by ion implantation using the polycrystalline gate electrode as a mask. Therefore, the alignment of the gate electrode with the source / drain diffusion layers can be performed in a self-aligned manner, and there is no need for a margin for alignment in the photolithography process. Further, as a countermeasure against the short channel effect caused by miniaturization of an element, it is easy to use a so-called LDD structure in which the impurity concentration of the source / drain diffusion layer at the end of the gate electrode is low and the depth of the diffusion layer is small. Become.

【0043】しかしながら、近年のように素子の微細化
が進行し、ゲート長0.1μm以下のトランジスタを製
造しようとした場合に、多結晶シリコンのゲート電極で
は寄生抵抗が無視し得ないほど大きくなり、素子性能を
劣化させる要因になる。この問題を解決するためには、
ゲート電極の材料に低抵抗の材料を採用する必要があ
り、再びゲート電極材料に採用することが望まれるよう
になってきた。ただ、図72に示すような製造方法で
は、前述のように微細素子の製造は困難であるため、ソ
ース、ドレイン拡散層とゲート電極の位置合わせを自己
整合的に出来、かつソース、ドレイン拡散層の活性化終
了後にゲート電極を形成するプロセスが要求されるよう
になってきた。
However, as devices have been miniaturized as in recent years and a transistor having a gate length of 0.1 μm or less has been manufactured, the parasitic resistance of a polycrystalline silicon gate electrode has become so large that it cannot be ignored. This is a factor of deteriorating the element performance. To solve this problem,
It is necessary to employ a low-resistance material as the material of the gate electrode, and it has been desired to employ it again as the material of the gate electrode. However, in the manufacturing method as shown in FIG. 72, since it is difficult to manufacture a fine element as described above, the alignment between the source and drain diffusion layers and the gate electrode can be performed in a self-aligned manner, and A process for forming a gate electrode after the completion of the activation has been required.

【0044】またこれまでのトランジスタでは、ゲート
絶縁膜に熱酸化によって形成したシリコン酸化膜を用い
てきたが、ゲート長0.1μm以下の世代になると、要
求されるゲート絶縁膜厚が5nm以下と非常に薄くなっ
ていくため、トンネル電流が発生してしまうといった問
題点が生じる。この問題を解決するために、シリコン酸
化膜に比べて誘電率の高い膜、たとえばタンタル酸化膜
(Ta2 5 )のような高誘電体膜を用いて、物理膜厚
を厚くしてやることが必要となってくる。このタンタル
酸化膜のような高誘電体絶縁膜についても、耐熱性の点
から不純物活性化の熱工程を受けることを避ける必要が
あるため、ソース、ドレイン拡散層形成後にゲート絶縁
膜を形成することが望ましい。
In a conventional transistor, a silicon oxide film formed by thermal oxidation has been used as a gate insulating film. However, in a generation having a gate length of 0.1 μm or less, a required gate insulating film has a thickness of 5 nm or less. Since the thickness becomes extremely thin, there arises a problem that a tunnel current is generated. In order to solve this problem, it is necessary to increase the physical film thickness using a film having a higher dielectric constant than a silicon oxide film, for example, a high dielectric film such as a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ). It becomes. For a high dielectric insulating film such as this tantalum oxide film, it is necessary to avoid a heat treatment for activating impurities from the viewpoint of heat resistance. Therefore, it is necessary to form the gate insulating film after forming the source and drain diffusion layers. Is desirable.

【0045】このような要求を満たすため、図74およ
び図75に示すようなトランジスタ製造プロセスが提案
されている。
To satisfy such requirements, a transistor manufacturing process as shown in FIGS. 74 and 75 has been proposed.

【0046】シリコン基板801上に素子分離絶縁膜8
02、p型の拡散層803を形成する(図74
(a))。
An element isolation insulating film 8 is formed on a silicon substrate 801.
02, forming a p-type diffusion layer 803 (FIG. 74)
(A)).

【0047】次に、熱酸化工程によってシリコン基板8
01表面を酸化することにより、シリコン酸化膜804
を形成し、シリコン窒化膜805を堆積、パターニング
し、ダミーのゲート電極を形成する。このダミーゲート
805をマスクとして用いて、p型拡散層803に砒素
等のn型不純物をイオン注入し、900℃以上の熱処理
による不純物活性化を行うことにより、n- 型LDD拡
散層806を形成する(図74(b))。
Next, the silicon substrate 8 is subjected to a thermal oxidation process.
01, the silicon oxide film 804 is oxidized.
Is formed, and a silicon nitride film 805 is deposited and patterned to form a dummy gate electrode. Using the dummy gate 805 as a mask, an n-type impurity such as arsenic is ion-implanted into the p-type diffusion layer 803, and the impurity is activated by heat treatment at 900 ° C. or more, thereby forming an n -type LDD diffusion layer 806. (FIG. 74 (b)).

【0048】全面にシリコン酸化膜を堆積し、異方性エ
ッチングを行うことにより、シリコン窒化膜ダミーゲー
ト805の側面に側壁シリコン酸化膜807を形成し、
ゲート電極805およびシリコン酸化膜側壁807をマ
スクとして用いて、再びイオン注入を行うとともに90
0℃以上の熱処理による不純物活性化を行うことによ
り、n+ 型の不純物拡散層(ソース、ドレイン領域)8
08を形成する(図74(c))。
By depositing a silicon oxide film on the entire surface and performing anisotropic etching, a sidewall silicon oxide film 807 is formed on the side surface of the silicon nitride dummy gate 805.
Using the gate electrode 805 and the side wall 807 of the silicon oxide film as a mask, ion
By performing impurity activation by heat treatment at 0 ° C. or more, n + -type impurity diffusion layers (source and drain regions) 8 are formed.
08 (FIG. 74 (c)).

【0049】次に、全面にシリコン酸化膜809を堆積
し、シリコン窒化膜からなるダミーゲート805をスト
ッパーとして用いてシリコン酸化膜809を研磨し、平
坦化する。このシリコン酸化膜809の研磨工程におい
て、ストッパーとして使用するために、ダミーゲートの
材料としてはシリコン窒化膜が望ましい(図74
(d))。
Next, a silicon oxide film 809 is deposited on the entire surface, and the silicon oxide film 809 is polished and flattened using the dummy gate 805 made of a silicon nitride film as a stopper. In the polishing step of the silicon oxide film 809, a silicon nitride film is preferable as a material of the dummy gate to be used as a stopper (FIG. 74).
(D)).

【0050】露出したシリコン窒化膜805を、熱燐酸
等の処理により除去し、ゲート電極形成領域に溝を形成
する(図75(e))。
The exposed silicon nitride film 805 is removed by treatment with hot phosphoric acid or the like to form a groove in the gate electrode formation region (FIG. 75 (e)).

【0051】さらに、前記溝領域内に残存するシリコン
酸化膜804を、フッ酸等によりエッチング除去し、シ
リコン基板801表面を露出させる(図75(f))。
Further, the silicon oxide film 804 remaining in the groove region is removed by etching with hydrofluoric acid or the like to expose the surface of the silicon substrate 801 (FIG. 75 (f)).

【0052】全面にタンタル酸化膜等の高誘電体絶縁膜
810を堆積し、拡散バリア層としてのチタン窒化膜8
11、ゲート電極としてのアルミニウム層812を堆積
し、CMP研磨等を用いて溝部以外のアルミニウム、チ
タン窒化膜を除去する(図75(g))。
A high dielectric insulating film 810 such as a tantalum oxide film is deposited on the entire surface, and a titanium nitride film 8 as a diffusion barrier layer is formed.
11. An aluminum layer 812 as a gate electrode is deposited, and the aluminum and titanium nitride films other than the groove portions are removed by CMP polishing or the like (FIG. 75 (g)).

【0053】全面にシリコン酸化膜813を堆積し、コ
ンタクトホールを開口、金属配線層814を形成し、ト
ランジスタを完成させる(図75(h))。
A silicon oxide film 813 is deposited on the entire surface, a contact hole is opened, a metal wiring layer 814 is formed, and a transistor is completed (FIG. 75 (h)).

【0054】以上説明したプロセスによれば、低抵抗な
メタルを用いたゲート電極をソース、ドレイン拡散層形
成後に形成でき、かつソース、ドレイン拡散層とゲート
電極の位置合わせは自己整合的に出来るようになる。
According to the above-described process, a gate electrode using a low-resistance metal can be formed after the formation of the source and drain diffusion layers, and the alignment between the source and drain diffusion layers and the gate electrode can be performed in a self-aligned manner. become.

【0055】しかし、本プロセスでは、図75(f)に
示すように、ダミーゲート805を除去し、シリコン基
板801を露出させる際に、初めに微細加工によって形
成したダミーゲートパターンの寸法(L)よりも溝の幅
(L′)が広がってしまうために、微細ゲートを形成す
ることが困難になるという問題点がある。この問題点
は、側壁絶縁膜807やダミーゲートパターン周囲の埋
め込み材料810を、ダミーゲートパターン805の材
料であるシリコン窒化膜およびダミーゲート電極下部の
シリコン酸化膜804に対してエッチング選択性のある
絶縁材料を用いることによいり解決可能であるようにみ
えるが、半導体製造プロセスにおいてそのような特徴を
持つ材料を新たに採用することには非常な困難が伴う。
However, in this process, as shown in FIG. 75 (f), when the dummy gate 805 is removed and the silicon substrate 801 is exposed, the dimension (L) of the dummy gate pattern formed first by fine processing Since the width (L ') of the groove is wider than that of the groove, it is difficult to form a fine gate. This problem is caused by the fact that the buried material 810 around the sidewall insulating film 807 and the dummy gate pattern is etched with an etching selectivity with respect to the silicon nitride film as the material of the dummy gate pattern 805 and the silicon oxide film 804 under the dummy gate electrode. Although the use of a material seems to be good or can be solved, it is extremely difficult to newly adopt a material having such characteristics in a semiconductor manufacturing process.

【0056】[0056]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な事情を考慮してなされ、その目的は、素子領域のエッ
ジコーナー部における電界集中を緩和し、トランジスタ
の特性劣化を防止することが可能な半導体装置の製造方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to alleviate the electric field concentration at the edge corners of the element region and prevent the transistor characteristics from deteriorating. It is an object of the present invention to provide a possible method for manufacturing a semiconductor device.

【0057】本発明の他の目的は、ゲート電極側面への
側壁の形成の際のバラツキに対するマージンを広くし、
歩留まりよく、半導体装置を製造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。
Another object of the present invention is to increase a margin for variation in forming a side wall on a side surface of a gate electrode,
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which makes it possible to manufacture a semiconductor device with high yield.

【0058】本発明の更に他の目的は、ダミーゲート層
の除去の際に溝が広がることがなく、微細な半導体装置
を製造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 can manufacture a fine semiconductor device without expanding a groove when removing a dummy gate layer. .

【0059】本発明の更にまた他の目的は、素子の寄生
容量を増加させることなく、かつ微細な半導体装置を製
造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 can manufacture a fine semiconductor device without increasing the parasitic capacitance of an element.

【0060】[0060]

【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、半導体基板上に、第1の膜および第2の
膜を形成する工程と、前記第2の膜、第1の膜及び半導
体基板の上部を選択的に除去して、第1の溝を形成する
工程と、前記第1の溝に第1の絶縁膜を埋め込み、素子
分離領域を形成する工程と、前記素子分離領域により囲
まれた前記第2の膜をパターニングして、ダミーゲート
層を形成する工程と、前記ダミーゲート層をマスクとし
て用いて、前記半導体基板に不純物を導入する工程と、
前記ダミーゲート層および前記第1の絶縁膜により囲ま
れた前記半導体基板上に第2の絶縁膜を形成する工程
と、前記ダミーゲート層および前記第1の膜を除去し、
第2の溝を形成する工程と、前記第2の溝内の前記半導
体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第2の
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。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method of forming a first film and a second film on a semiconductor substrate, and a method of forming the first film and the second film on a semiconductor substrate. Forming a first trench by selectively removing an upper portion of the semiconductor substrate; filling a first insulating film in the first trench to form an element isolation region; Patterning the second film surrounded by a to form a dummy gate layer, and introducing an impurity into the semiconductor substrate using the dummy gate layer as a mask;
Forming a second insulating film on the semiconductor substrate surrounded by the dummy gate layer and the first insulating film; removing the dummy gate layer and the first film;
Forming a second groove, forming a gate insulating film on the semiconductor substrate in the second groove, and forming a gate electrode on the gate insulating film in the second groove And a method for manufacturing a semiconductor device comprising:

【0061】前記発明によれば、素子領域のエッジコー
ナー部の露出を抑制することができるため、エッジコー
ナー部の電界集中によるトランジスタの特性劣化を防止
することができる。また、チャネル平面部においても基
板表面の露出が抑制されるため、基板とゲート絶縁膜と
の界面の荒さが減少し、動作速度の早いトランジスタを
得ることができる。
According to the invention, since the exposure of the edge corner portion of the element region can be suppressed, it is possible to prevent the characteristic deterioration of the transistor due to the electric field concentration at the edge corner portion. In addition, since exposure of the substrate surface is suppressed even in the channel plane portion, the roughness of the interface between the substrate and the gate insulating film is reduced, so that a transistor with a high operation speed can be obtained.

【0062】前記ゲート電極を形成する工程の後、少な
くとも前記ゲート電極上及び前記第1の絶縁膜上に前記
ゲート電極に接続される配線部を形成する工程をさらに
有するようにしてもよい。
After the step of forming the gate electrode, the method may further include a step of forming a wiring portion connected to the gate electrode on at least the gate electrode and the first insulating film.

【0063】前記第2の膜の少なくとも一部は半導体膜
(シリコン膜)、特にアモルファスシリコン膜を用いる
ことが好ましい。シリコン膜を用いることにより、シリ
コン酸化膜やシリコン窒化膜等に対して選択性よくダミ
ーパターンを除去することができる。また、アモルファ
スシリコン膜を用いることにより、ダミーパターンを加
工する際の加工ばらつきを低減することができる。
Preferably, at least a part of the second film is a semiconductor film (silicon film), particularly an amorphous silicon film. By using a silicon film, a dummy pattern can be removed with high selectivity to a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like. Further, by using an amorphous silicon film, it is possible to reduce processing variations when processing a dummy pattern.

【0064】また、本発明は、半導体基板上に、ゲート
絶縁膜および第1の導電性膜を形成する工程と、前記第
1の導電性膜、ゲート絶縁膜および半導体基板の上部を
選択的に除去して、第1の溝を形成する工程と、前記第
1の溝に第1の絶縁膜を埋め込み、素子分離領域を形成
する工程と、前記第1の導電性膜および素子分離領域上
にダミー膜を形成する工程と、前記ダミー膜および第1
の導電性膜をパターニングして、島状層を形成する工程
と、前記島状層をマスクとして用いて、前記半導体基板
に不純物を導入する工程と、前記島状層および前記第1
の絶縁膜により囲まれた前記ゲート絶縁膜上に第2の絶
縁膜を形成する工程と、前記ダミー膜を除去し、第2の
溝を形成する工程と、前記第2の溝内の前記第1の導電
性膜上に第2の導電性膜を形成し、前記第1の導電性膜
および第2の導電性膜からなる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 gate insulating film and a first conductive film on a semiconductor substrate, and selectively forming the first conductive film, the gate insulating film and the upper portion of the semiconductor substrate on the semiconductor substrate. Removing, forming a first trench, burying a first insulating film in the first trench to form an element isolation region, and forming a first isolation film on the first conductive film and the element isolation region. Forming a dummy film; and forming the dummy film and the first film.
Forming an island-like layer by patterning the conductive film of step (a), introducing an impurity into the semiconductor substrate using the island-like layer as a mask, and forming the island-like layer and the first layer.
Forming a second insulating film on the gate insulating film surrounded by the insulating film; removing the dummy film to form a second groove; and forming the second groove in the second groove. Forming a second conductive film on the first conductive film, and forming a gate electrode including the first conductive film and the second conductive film. I do.

【0065】前記発明によれば、素子領域のエッジコー
ナー部の露出を抑制することができるため、エッジコー
ナー部の電界集中によるトランジスタの特性劣化を防止
することができる。また、ゲート形成用パターンの上面
を平坦にすることができる(素子領域上での窪みをなく
すことができる)ため、第2の絶縁膜を形成する工程や
その後の工程が容易となり、ゲート配線の平坦化を達成
することができる。
According to the invention, since the exposure of the edge corner portion of the element region can be suppressed, it is possible to prevent the deterioration of the transistor characteristics due to the electric field concentration at the edge corner portion. Further, since the upper surface of the gate forming pattern can be flattened (the depression on the element region can be eliminated), the step of forming the second insulating film and the subsequent steps become easy, and the gate wiring can be easily formed. Planarization can be achieved.

【0066】また、本発明は、半導体基板に第1の溝を
形成する工程と、前記第1の溝に第1の絶縁膜を埋め込
み、素子分離領域を形成する工程と、前記素子分離領域
により囲まれた半導体基板の表面に第1の膜および第2
の膜を形成する工程と、前記第2の膜をパターニングし
て、ダミーゲート層を形成する工程と、前記ダミーゲー
ト層をマスクとして用いて、前記半導体基板に不純物を
導入する工程と、前記ダミーゲート層および前記第1の
絶縁膜により囲まれた前記第1の膜上に第2の絶縁膜を
形成する工程と、前記ダミーゲート層およびその下の前
記第1の膜の部分を除去し、第2の溝を形成する工程
と、前記第2の溝内の前記半導体基板上にゲート絶縁膜
を形成する工程と、前記第2の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。
The present invention also provides a step of forming a first groove in a semiconductor substrate, a step of burying a first insulating film in the first groove to form an element isolation region, Forming a first film and a second film on the surface of the enclosed semiconductor substrate;
Forming a film, forming a dummy gate layer by patterning the second film, introducing an impurity into the semiconductor substrate using the dummy gate layer as a mask, Forming a second insulating film on the first film surrounded by a gate layer and the first insulating film; removing the dummy gate layer and a portion of the first film below the dummy gate layer; Forming a second groove, forming a gate insulating film on the semiconductor substrate in the second groove, and forming a gate electrode on the gate insulating film in the second groove And a method for manufacturing a semiconductor device comprising:

【0067】また、本発明は、半導体基板上にダミーゲ
ート層を形成する工程と、前記ダミーゲート層の側面に
ダミー側壁を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を堆積
する工程と、前記層間絶縁膜を、前記ダミーゲート層の
上面が露出するまで除去する工程と、前記ダミーゲート
層を除去し、溝を形成する工程と、前記溝内にゲート電
極を形成する工程と、前記ダミー側壁を除去して空洞を
形成する工程と、前記空洞内を側壁材料で埋め、側壁を
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。
The present invention also provides a step of forming a dummy gate layer on a semiconductor substrate, a step of forming a dummy sidewall on a side surface of the dummy gate layer, a step of depositing an interlayer insulating film on the entire surface, Removing the insulating film until the upper surface of the dummy gate layer is exposed; removing the dummy gate layer to form a groove; forming a gate electrode in the groove; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: removing a cavity to form a cavity; and filling the cavity with a sidewall material to form a sidewall.

【0068】また、本発明は、半導体基板上にゲート絶
縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電
極を形成する工程と、前記ゲート電極の側面にダミー側
壁を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を堆積する工程
と、前記層間絶縁膜を、前記ゲート電極の上面が露出す
るまで除去する工程と、前記ダミーダミー側壁を除去し
て空洞を形成する工程と、前記空洞内を側壁材料で埋
め、側壁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。
The present invention also provides a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a step of forming a dummy sidewall on a side surface of the gate electrode. Depositing an interlayer insulating film on the entire surface, removing the interlayer insulating film until the upper surface of the gate electrode is exposed, removing the dummy dummy sidewall to form a cavity, Forming a sidewall by filling with a sidewall material.

【0069】また、本発明は、半導体基板上にダミーゲ
ート層を形成する工程と、前記ダミーゲート層の側面
に、ダミーゲート層を構成する材料との間で、エッチン
グ選択性を有する側壁絶縁膜を形成する工程と、全面に
層間絶縁膜を堆積する工程と、前記層間絶縁膜を、前記
ダミーゲート層の上面が露出するまで除去する工程と、
前記ダミーゲート層を除去し、溝を形成する工程と、前
記溝の底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、底面にゲ
ート絶縁膜が形成された前記溝内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, according to the present invention, there is provided a side wall insulating film having an etching selectivity between a step of forming a dummy gate layer on a semiconductor substrate and a material forming the dummy gate layer on a side surface of the dummy gate layer. Forming an interlayer insulating film over the entire surface; and removing the interlayer insulating film until the upper surface of the dummy gate layer is exposed.
Removing the dummy gate layer and forming a groove, forming a gate insulating film on the bottom surface of the groove, and forming a gate electrode in the groove having the gate insulating film formed on the bottom surface. Provided is a method for manufacturing a semiconductor device having the same.

【0070】また、本発明は、半導体基板と、この半導
体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁
膜上に形成されたゲート電極と、このゲート電極の側面
に形成された、前記ゲート絶縁膜と同一の材料からなる
絶縁層と、この絶縁層上に形成されたシリコン窒化膜と
を具備する半導体装置を提供する。
Further, according to the present invention, there is provided a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, and the gate electrode formed on a side surface of the gate electrode. A semiconductor device includes an insulating layer made of the same material as a gate insulating film and a silicon nitride film formed on the insulating layer.

【0071】また、本発明は、半導体基板上に、第1の
シリコン窒化膜からなるダミーゲートを形成する工程
と、全面に第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、全
面に第2のシリコン窒化膜を形成する工程と、全面に層
間絶縁膜を形成する工程と、前記ダミーゲートが露出す
るまで、前記層間絶縁膜を研磨する工程と、前記第1お
よび第2のシリコン窒化膜の上部を除去して、第1の溝
を形成する工程と、前記第1の溝を第2のシリコン酸化
膜で埋める工程と、前記第2のシリコン酸化膜に異方性
エッチングを施し、前記第2のシリコン窒化膜上に前記
第2のシリコン酸化膜を残しつつ、前記ダミーゲートを
露出させる工程と、前記ダミーゲートを除去して、第2
の溝を形成する工程と、前記第2の溝の底面および側面
にゲート絶縁膜を形成する工程と、底面および側面にゲ
ート絶縁膜が形成された第2の溝内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, according to the present invention, a step of forming a dummy gate made of a first silicon nitride film on a semiconductor substrate, a step of forming a first silicon oxide film on the entire surface, and a step of forming a second silicon Forming a nitride film, forming an interlayer insulating film on the entire surface, polishing the interlayer insulating film until the dummy gate is exposed, and removing the upper portions of the first and second silicon nitride films. Removing, forming a first groove, filling the first groove with a second silicon oxide film, and performing anisotropic etching on the second silicon oxide film to form the second groove. Exposing the dummy gate while leaving the second silicon oxide film on the silicon nitride film;
Forming a groove, forming a gate insulating film on the bottom surface and side surfaces of the second groove, and forming a gate electrode in the second groove having the gate insulating film formed on the bottom surface and side surfaces. And a method for manufacturing a semiconductor device comprising:

【0072】[0072]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態の説明を行う。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0073】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.

【0074】図1(a)〜図3(i)は第1の実施形態
の製造工程を示した断面図である。これらの図におい
て、左側の図はトランジスタのゲート長方向の断面を、
右側の図はトランジスタのゲート幅方向の断面を示して
いる。
FIG. 1A to FIG. 3I are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the first embodiment. In these figures, the figure on the left shows a cross section of the transistor in the gate length direction.
The diagram on the right shows a cross section of the transistor in the gate width direction.

【0075】まず、Si基板101表面に熱酸化法等に
より厚さ10nm程度のSiO2 膜102を形成し、続
いてLPCVD法でアモルファスSi膜103、Si3
4膜104を厚さそれぞれ200nm、100nm程
度堆積する。アモルファスSi膜103はリン又は砒素
等の不純物ーを含んでいてもよい(図1(a))。
First, an SiO 2 film 102 having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of a Si substrate 101 by a thermal oxidation method or the like, and then an amorphous Si film 103 and a Si 3 film are formed by an LPCVD method.
An N 4 film 104 is deposited to a thickness of about 200 nm and about 100 nm, respectively. The amorphous Si film 103 may contain an impurity such as phosphorus or arsenic (FIG. 1A).

【0076】次に、例えばリソグラフィー法及びRIE
法などを用いて、SiO2 膜102、アモルファスSi
膜103及びSi3 4 膜104を島状の形状に加工す
る(図1(b))。
Next, for example, lithography and RIE
SiO 2 film 102, amorphous Si
The film 103 and the Si 3 N 4 film 104 are processed into an island shape (FIG. 1B).

【0077】次に、RIE法により先に形成した島状の
パターンに対して自己整合的にSi基板101をエッチ
ングし、島部105を形成するとともに素子分離のため
の溝部106を形成する。続いて、熱酸化法により溝表
面にSiO2 膜(図示せず)を形成した後に、例えばL
PCVD法及びCMP法等によりSiO2 膜を溝部10
6に埋め込み、埋め込み素子分離絶縁膜107を形成す
る。なお、熱酸化後又は熱酸化膜を希弗酸処理等により
剥離した後に、LPCVD法等により10nm程度の薄
いSi3 4 膜(図示せず)を堆積し、その後に埋め込
み素子分離絶縁膜107を形成してもよい。このように
Si3 4 膜を溝部106の側壁に形成しておくことに
よりに、後述のダミーパターンの除去工程の際に素子分
離端が露出し難いなり、信頼性が向上する。また、チャ
ネル幅を固定することができるため、後の工程でのばら
つきを抑制することができる(図1(c))。
Next, the Si substrate 101 is etched in a self-aligned manner with respect to the previously formed island pattern by the RIE method to form the island portion 105 and the groove portion 106 for element isolation. Subsequently, after forming a SiO 2 film (not shown) on the groove surface by a thermal oxidation method, for example,
The SiO 2 film is formed in the groove 10 by the PCVD method and the CMP method.
6 to form a buried element isolation insulating film 107. After thermal oxidation or after removing the thermal oxide film by dilute hydrofluoric acid treatment or the like, a thin Si 3 N 4 film (not shown) of about 10 nm is deposited by LPCVD or the like. May be formed. By forming the Si 3 N 4 film on the side wall of the groove 106 in this manner, it becomes difficult to expose the element isolation end in a dummy pattern removing step described later, thereby improving the reliability. Further, since the channel width can be fixed, variation in a subsequent step can be suppressed (FIG. 1C).

【0078】次に、リソグラフィー法とRIE法等によ
りSi3 4 膜104及びアモルファスSi膜103を
部分的に除去することにより、ゲート電極形成予定領域
にダミーゲート電極パターン108を形成するととも
に、その両側に溝部109を形成する(図2(d))。
Next, by partially removing the Si 3 N 4 film 104 and the amorphous Si film 103 by lithography, RIE, or the like, a dummy gate electrode pattern 108 is formed in the gate electrode formation planned region, and Grooves 109 are formed on both sides (FIG. 2D).

【0079】次に、ダミーゲート電極パターン108を
マスクとして例えばリンのイオン注入を70keV、4
×1013cm-2程度行ない、n- 型拡散層110を形成
する。続いて、Si3 4 膜を全面に堆積した後に全面
のRIEを行ない、ダミーゲート電極パターン108の
側壁に膜厚20nm程度の側壁絶縁膜111を形成す
る。その後、ダミーゲート電極パターン108及び側壁
絶縁膜111をマスクとして例えば砒素のイオン注入を
30keV、5×1015cm-2程度行ない、n+型拡散
層112を形成することにより、いわゆるLDD構造を
形成する(図2(e))。
Next, using the dummy gate electrode pattern 108 as a mask, for example, phosphorus ion implantation is performed at 70 keV,
The process is performed at about × 10 13 cm −2 to form the n type diffusion layer 110. Subsequently, after depositing a Si 3 N 4 film on the entire surface, RIE is performed on the entire surface to form a sidewall insulating film 111 having a thickness of about 20 nm on the sidewall of the dummy gate electrode pattern 108. Thereafter, using the dummy gate electrode pattern 108 and the sidewall insulating film 111 as a mask, for example, arsenic ion implantation is performed at about 30 keV and 5 × 10 15 cm −2 to form an n + -type diffusion layer 112, thereby forming a so-called LDD structure. (FIG. 2E).

【0080】次に、全面に層間絶縁膜113となるCV
D−SiO2 膜を例えば300nm程度堆積し、例えば
800℃程度のN2 雰囲気で30分程度デンシファイを
行なう。その後、全面をCMPにより平坦化し、ダミー
ゲート電極パターンのアモルファスSi膜103表面を
露出させる。続いて、露出したアモルファスSi膜10
3をRIE又はKOH水溶液などを用いて選択的に除去
し、溝部114を形成する。その後、所望の領域にレジ
スト膜(図示せず)を形成し、このレジスト膜、層間絶
縁膜113(SiO2 膜)及び側壁絶縁膜111をマス
クとして、チャネル領域にのみ不純物のチャネルイオン
注入を行なう。その後、例えばRTAを用いて800
℃、10秒程度の熱処理を行い、チャネル不純物層11
5の活性化を行う(図2(f))。
Next, the CV to be the interlayer insulating film 113 is formed on the entire surface.
A D-SiO 2 film is deposited, for example, in a thickness of about 300 nm, and densification is performed in an N 2 atmosphere at, for example, about 800 ° C. for about 30 minutes. Thereafter, the entire surface is planarized by CMP to expose the surface of the amorphous Si film 103 of the dummy gate electrode pattern. Subsequently, the exposed amorphous Si film 10
3 is selectively removed using RIE or KOH aqueous solution or the like to form a groove 114. Thereafter, a resist film (not shown) is formed in a desired region, and channel ions of impurities are implanted only into the channel region using this resist film, interlayer insulating film 113 (SiO 2 film) and sidewall insulating film 111 as a mask. . Then, for example, 800
C. for about 10 seconds to form a channel impurity layer 11
5 is activated (FIG. 2 (f)).

【0081】次に、溝部114に形成されているダミー
絶縁膜102(SiO2 膜)を除去する(図3
(g))。
Next, the dummy insulating film 102 (SiO 2 film) formed in the groove 114 is removed (FIG. 3).
(G)).

【0082】続いて、全面にゲート絶縁膜116として
例えばTa2 5 等の高誘電体膜を膜厚20nm程度堆
積し、その上にゲート電極117として例えばRuなど
のメタル膜を全面に堆積する。その後、全面をCMPす
ることにより、ゲート絶縁膜116及びゲート電極11
7を溝114内に埋め込む(図3(h))。
Subsequently, a high dielectric film such as Ta 2 O 5 is deposited on the entire surface as a gate insulating film 116 to a thickness of about 20 nm, and a metal film such as Ru is deposited on the entire surface as a gate electrode 117 thereon. . After that, the entire surface is subjected to CMP to form the gate insulating film 116 and the gate electrode 11.
7 is buried in the groove 114 (FIG. 3H).

【0083】次に、例えばAl等のメタル膜を全面に堆
積し、これをパターニングして配線118を形成する
(図3(i))。
Next, a metal film of, for example, Al is deposited on the entire surface, and is patterned to form a wiring 118 (FIG. 3I).

【0084】その後、層間絶縁膜としてSiO2 膜を約
200nm程度堆積し、ソース・ドレイン、ゲート電極
へのコンタクトを開口する。さらに、配線のパターニン
グ、パッシベーション膜の堆積を行い、トランジスタの
基本構造が得られる。
Thereafter, a SiO 2 film is deposited to a thickness of about 200 nm as an interlayer insulating film, and contacts to the source / drain and gate electrodes are opened. Further, wiring is patterned and a passivation film is deposited to obtain a basic structure of the transistor.

【0085】以上のような製造方法によれば、チャネル
領域の素子分離端が1度しか露出しないため、Si基板
の素子領域と素子分離絶縁膜との間に窪みが形成され難
くなり、素子分離端でのゲート絶縁膜の信頼性が向上す
る。また、チャネル平面部においても1度しかシリコン
基板表面が露出しないため、シリコン基板/ゲート絶縁
膜界面が平滑で動作速度の速いトランジスタが形成でき
る。
According to the above-described manufacturing method, since the device isolation end of the channel region is exposed only once, a recess is hardly formed between the device region of the Si substrate and the device isolation insulating film. The reliability of the gate insulating film at the end is improved. Further, since the surface of the silicon substrate is exposed only once in the channel plane portion, a transistor having a smooth interface between the silicon substrate and the gate insulating film and having a high operation speed can be formed.

【0086】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.

【0087】まず、第2の実施形態の第1の具体例につ
いて、図4〜図6並びに図18を参照して説明する。図
4(a)〜図5(h)は製造工程を示したゲート長方向
の断面図(図18のA−A´における断面図)であり、
図6は図5(h)に対応したゲート幅方向の断面図(図
18のB−B´における断面図)である。
First, a first specific example of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6 and FIG. FIGS. 4A to 5H are cross-sectional views in the gate length direction (cross-sectional views taken along line AA ′ in FIG. 18) illustrating the manufacturing process.
FIG. 6 is a cross-sectional view in the gate width direction corresponding to FIG. 5H (a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 18).

【0088】まず、シリコン基板201に、バッファ酸
化膜202を介してダミーゲートパターンとなるアモル
ファスシリコン膜203を100nm堆積する(図4
(a))。
First, an amorphous silicon film 203 serving as a dummy gate pattern is deposited to a thickness of 100 nm on a silicon substrate 201 via a buffer oxide film 202 (FIG. 4).
(A)).

【0089】次に、素子領域形成用レジストパターン
(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスク
に、アモルファスシリコン膜203、バッファ酸化膜2
02及びシリコン基板201をリアクティブイオンエッ
チング法でエッチングし、素子形成領域となる島部20
4及び素子分離領域となる溝部205を形成する(図4
(b))。
Next, a resist pattern (not shown) for forming an element region is formed, and the amorphous silicon film 203 and the buffer oxide film 2 are formed using this resist pattern as a mask.
02 and the silicon substrate 201 are etched by the reactive ion etching method, and
4 and a groove 205 to be an element isolation region are formed (FIG.
(B)).

【0090】次に、埋め込み絶縁膜206を全面に堆積
し、ケミカルメカニカルポリッシング等でアモルファス
シリコン膜203の上面まで平坦化することにより素子
分離領域を埋め込む。本発明では、ここでアモルファス
シリコン膜203を除去しないので、素子領域コーナー
部が露出しない(図4(c))。
Next, a buried insulating film 206 is deposited on the entire surface, and is flattened to the upper surface of the amorphous silicon film 203 by chemical mechanical polishing or the like, thereby burying the element isolation region. In the present invention, since the amorphous silicon film 203 is not removed here, the corner of the element region is not exposed (FIG. 4C).

【0091】次に、ゲート用レジストパターン(図示せ
ず)を形成し、このレジストパターンをマスクにRIE
等を行い、ダミーゲートパターン207及び溝部208
を形成する。続いて、ダミーゲートパターン207をマ
スクとしてシリコン基板201に不純物をイオンを注入
することにより、トランジスタのソース・ドレイン拡散
層(図示せず)を形成する(図4(d))。
Next, a gate resist pattern (not shown) is formed, and RIE is performed using this resist pattern as a mask.
The dummy gate pattern 207 and the groove 208
To form Subsequently, impurity ions are implanted into the silicon substrate 201 using the dummy gate pattern 207 as a mask to form a source / drain diffusion layer (not shown) of the transistor (FIG. 4D).

【0092】次に、埋め込み絶縁膜209を堆積し、C
MPでダミーゲートパターンとなるアモルファスシリコ
ン膜203の上面まで研磨し、溝部208に埋め込む
(図4(e))。
Next, a buried insulating film 209 is deposited,
The upper surface of the amorphous silicon film 203 serving as a dummy gate pattern is polished by MP and buried in the groove 208 (FIG. 4E).

【0093】続いて、ダミーゲートパターンとなるアモ
ルファスシリコン膜203をRIE、CDE等で除去し
て溝部210を形成する(図4(f))。次に、必要に
応じてチャネル部にのみイオン注入を行い、不純物濃度
を制御する。さらに露出したバッファ酸化膜202をN
4 F等を用いて除去する(図5(g))。
Subsequently, the amorphous silicon film 203 serving as a dummy gate pattern is removed by RIE, CDE or the like to form a groove 210 (FIG. 4F). Next, if necessary, ions are implanted only into the channel portion to control the impurity concentration. Further, the exposed buffer oxide film 202 is
It is removed using H 4 F or the like (FIG. 5 (g)).

【0094】次に、シリコン基板201の表面を熱酸化
する又はゲート絶縁材をCVD等で堆積することでゲー
ト絶縁膜211を形成する。続いて、ゲート電極材を全
面に堆積し、ゲート電極材をダミーゲートパターンが形
成されていた箇所にゲート絶縁膜211を介して埋め込
む。その後、ゲート配線用レジストパターン(図示せ
ず)を形成し、ゲート電極材を所望の形状に加工するこ
とでゲート配線212を完成させる(図5(g)、図
6)。
Next, a gate insulating film 211 is formed by thermally oxidizing the surface of the silicon substrate 201 or depositing a gate insulating material by CVD or the like. Subsequently, a gate electrode material is deposited on the entire surface, and the gate electrode material is buried through the gate insulating film 211 at the place where the dummy gate pattern was formed. Thereafter, a gate wiring resist pattern (not shown) is formed, and the gate electrode material is processed into a desired shape to complete the gate wiring 212 (FIGS. 5 (g) and 6).

【0095】この後は、通常のトランジスタ製造過程と
同様であり、層間絶縁膜を堆積した後、コンタクトホー
ル、配線を必要に応じて形成する。
Thereafter, the process is the same as in a normal transistor manufacturing process. After depositing an interlayer insulating film, a contact hole and a wiring are formed as necessary.

【0096】次に、第2の実施形態の第2の具体例につ
いて、図7〜図9並びに図19を参照して説明する。図
7(a)〜図8(h)は製造工程を示したゲート長方向
の断面図(図19のA−A´における断面図)であり、
図9は図8(h)に対応したゲート幅方向の断面図(図
19のB−B´における断面図)である。
Next, a second specific example of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9 and FIG. FIGS. 7A to 8H are cross-sectional views (cross-sectional views taken along the line AA ′ in FIG. 19) showing the manufacturing process in the gate length direction.
FIG. 9 is a cross-sectional view in the gate width direction (a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 19) corresponding to FIG.

【0097】本具体例は、第1の具体例において側壁絶
縁膜を形成したものである。第1の具体例と実質的に同
一或いは対応する構成要素には同一の番号を付し、詳細
な説明は省略する。
In this embodiment, the side wall insulating film is formed in the first embodiment. Components that are substantially the same as or correspond to the first specific example are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0098】図7(a)の工程及び図7(b)の途中の
工程までは、第1の具体例で示した図4(a)及び
(b)と同様である。
The steps up to the step shown in FIG. 7A and the step in the middle of FIG. 7B are the same as those shown in FIGS. 4A and 4B shown in the first specific example.

【0099】図4(b)で示した工程の後、シリコン窒
化膜を100nm堆積し、これをRIEで後退させるこ
とにより、島部204の周囲を覆うように側壁絶縁膜2
21を形成する。側壁絶縁膜221の高さは、島部の半
導体基板の上面より高く、アモルファスシリコン膜20
3の上面以下とする(図7(b))。
After the step shown in FIG. 4B, a silicon nitride film is deposited to a thickness of 100 nm, and the silicon nitride film is receded by RIE to cover the periphery of the island portion 204.
21 are formed. The height of the side wall insulating film 221 is higher than the upper surface of the island-shaped semiconductor substrate, and
3 (FIG. 7B).

【0100】その後の工程は第1の実施形態と基本的に
同様である。すなわち、埋め込み絶縁膜206を素子分
離領域に埋め込む(図7(c))。続いて、ダミーゲー
トパターン207及び溝部208を形成し、このダミー
ゲートパターン207をマスクとしたイオン注入によ
り、ソース・ドレイン拡散層(図示せず)を形成する
(図7(d))。続いて、埋め込み絶縁膜209を堆積
し、CMPで溝部208に埋め込む(図7(e))。次
に、アモルファスシリコン膜203を除去して溝部21
0を形成し(図7(f))、さらに露出したバッファ酸
化膜202を除去する(図8(g))。本例では、Si
3 4 膜が側壁絶縁膜221として素子領域周囲を取り
囲んでいるため、アモルファスシリコン膜203及びバ
ッファ酸化膜202を除去する時に、ほとんど素子領域
コーナー部が露出しない。次に、必要に応じてチャネル
部にのみイオン注入を行い、不純物濃度を制御する。続
いて、ゲート絶縁膜211及びゲート配線212を形成
する(図8(h)、図9)。その後、通常のトランジス
タ製造過程と同様に、層間絶縁膜の堆積を行い、コンタ
クトホール、アルミニウム配線を必要に応じて形成す
る。
The subsequent steps are basically the same as in the first embodiment. That is, the buried insulating film 206 is buried in the element isolation region (FIG. 7C). Subsequently, a dummy gate pattern 207 and a trench 208 are formed, and a source / drain diffusion layer (not shown) is formed by ion implantation using the dummy gate pattern 207 as a mask (FIG. 7D). Subsequently, a buried insulating film 209 is deposited and buried in the trench 208 by CMP (FIG. 7E). Next, the amorphous silicon film 203 is removed and the trench 21 is removed.
0 (FIG. 7F), and the exposed buffer oxide film 202 is further removed (FIG. 8G). In this example, Si
Since the 3 N 4 film surrounds the periphery of the element region as the side wall insulating film 221, corners of the element region are hardly exposed when the amorphous silicon film 203 and the buffer oxide film 202 are removed. Next, if necessary, ions are implanted only into the channel portion to control the impurity concentration. Subsequently, a gate insulating film 211 and a gate wiring 212 are formed (FIGS. 8H and 9). Thereafter, as in the normal transistor manufacturing process, an interlayer insulating film is deposited, and contact holes and aluminum wiring are formed as necessary.

【0101】次に、第2の実施形態の第3の具体例につ
いて、図10を参照して説明する。図10(a)、
(b)は製造工程の一部を示したゲート長方向の断面図
である。
Next, a third specific example of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 (a),
(B) is a sectional view in the gate length direction showing a part of the manufacturing process.

【0102】本具体例は、第2の具体例の図7(b)の
工程において、側壁Si3 4 膜221を形成する直前
に、図10(a)に示すように酸化膜222を形成する
ことを特徴としている。この酸化膜222により、Si
3 4 膜221と素子領域界面の密着性が向上し、Si
3 4 膜の膜剥がれを防止することができる。その他の
工程は第2の具体例と基本的に同様であり、最終的に図
10(b)に示すような形状が得られる。
In this embodiment, the oxide film 222 is formed as shown in FIG. 10A immediately before the formation of the sidewall Si 3 N 4 film 221 in the process of FIG. 7B of the second embodiment. It is characterized by doing. By this oxide film 222, Si
The adhesion between the 3 N 4 film 221 and the interface of the element region is improved,
The 3N 4 film can be prevented from peeling off. Other steps are basically the same as those of the second specific example, and finally, a shape as shown in FIG. 10B is obtained.

【0103】次に、第2の実施形態の第4の具体例につ
いて、図11〜図13並びに図20を参照して説明す
る。図11(a)〜図12(i)は製造工程を示したゲ
ート長方向の断面図(図20のA−A´における断面
図)であり、図13は図12(i)に対応したゲート幅
方向の断面図(図20のB−B´における断面図)であ
る。
Next, a fourth example of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 13 and FIG. FIGS. 11A to 12I are cross-sectional views (cross-sectional views taken along the line AA ′ in FIG. 20) showing the manufacturing process, and FIG. 13 is a gate corresponding to FIG. FIG. 21 is a cross-sectional view in the width direction (a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 20).

【0104】まず、シリコン基板201に、バッファ酸
化膜202を介してダミーゲートパターンとなるアモル
ファスシリコン膜203を100nm堆積する(図11
(a))。
First, an amorphous silicon film 203 serving as a dummy gate pattern is deposited to a thickness of 100 nm on a silicon substrate 201 via a buffer oxide film 202 (FIG. 11).
(A)).

【0105】次に、素子領域形成用レジストパターン
(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスク
に、アモルファスシリコン膜203、バッファ酸化膜2
02及びシリコン基板201をリアクティブイオンエッ
チング法でエッチングし、素子形成領域となる島部20
4及び素子分離領域となる溝部205を形成する(図1
1(b))。
Next, a resist pattern (not shown) for forming an element region is formed, and the amorphous silicon film 203, the buffer oxide film 2
02 and the silicon substrate 201 are etched by the reactive ion etching method, and
4 and a trench 205 serving as an element isolation region are formed (FIG. 1).
1 (b)).

【0106】次に、埋め込み絶縁膜206を全面に堆積
し、CMP等でアモルファスシリコン膜203の上面ま
で平坦化することにより、素子分離領域を埋め込む(図
11(c))。
Next, a buried insulating film 206 is deposited on the entire surface and planarized to the upper surface of the amorphous silicon film 203 by CMP or the like to bury the element isolation region (FIG. 11C).

【0107】次に、全面にアモルファスシリコン膜23
1を堆積する。このとき、アモルファスシリコン膜20
3とアモルファスシリコン膜231とは密着している
(図11(d))。
Next, an amorphous silicon film 23 is formed on the entire surface.
1 is deposited. At this time, the amorphous silicon film 20
3 and the amorphous silicon film 231 are in close contact with each other (FIG. 11D).

【0108】次に、ゲート配線用のレジストパターン
(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスク
にRIE、CDE等を行い、アモルファスシリコン膜2
03とアモルファスシリコン膜231とを同時にエッチ
ングし、ダミーゲートパターン207及び溝部208を
形成する。続いて、ダミーゲートパターン207をマス
クとしてシリコン基板201に不純物をイオンを注入す
ることにより、トランジスタのソース・ドレイン拡散層
(図示せず)を形成する(図11(e))。
Next, a resist pattern (not shown) for a gate wiring is formed, and RIE, CDE, etc. are performed using this resist pattern as a mask to form an amorphous silicon film 2.
03 and the amorphous silicon film 231 are simultaneously etched to form a dummy gate pattern 207 and a groove 208. Subsequently, impurity ions are implanted into the silicon substrate 201 using the dummy gate pattern 207 as a mask to form a source / drain diffusion layer (not shown) of the transistor (FIG. 11E).

【0109】次に、埋め込み酸化膜209を堆積し、C
MPでダミーゲートパターンとなるアモルファスシリコ
ン膜231の上面まで研磨する(図11(f))。
Next, a buried oxide film 209 is deposited,
The upper surface of the amorphous silicon film 231 serving as a dummy gate pattern is polished by MP (FIG. 11F).

【0110】次に、ダミーゲートパターンとなるアモル
ファスシリコン膜203及びアモルファスシリコン膜2
31をRIE、CDE等で除去して溝部210を形成す
る。このとき、アモルファスシリコン膜203とアモル
ファスシリコン膜231とは密着しているため、同時に
除去される(図12(g))。
Next, the amorphous silicon film 203 and the amorphous silicon film 2 serving as dummy gate patterns are formed.
31 is removed by RIE, CDE or the like to form a groove 210. At this time, since the amorphous silicon film 203 and the amorphous silicon film 231 are in close contact with each other, they are simultaneously removed (FIG. 12G).

【0111】次に、必要に応じてチャネル部にのみイオ
ン注入を行い、不純物濃度を制御する。そして、露出し
たバッファ酸化膜202をNH4 F等を用いて除去する
(図12(h))。
Next, if necessary, ions are implanted only into the channel portion to control the impurity concentration. Then, the exposed buffer oxide film 202 is removed using NH 4 F or the like (FIG. 12H).

【0112】続いて、シリコン基板201の表面を熱酸
化する又はゲート絶縁材をCVD等で堆積させることで
ゲート絶縁膜211を形成する。続いて、ゲート電極材
を全面に堆積し、ゲート電極材をダミーゲートパターン
が形成されていた箇所にゲート絶縁膜211を介して埋
め込む。その後、ゲート電極材を埋め込み酸化膜209
の上面までCMPすることにより、ゲート配線212を
形成する。このようにして形成されたゲート配線212
は、第1の具体例等で示したような素子領域上での窪み
はなく(図6参照)、図13に示すように平坦化されて
いる(図12(i)、図13)。
Subsequently, a gate insulating film 211 is formed by thermally oxidizing the surface of the silicon substrate 201 or depositing a gate insulating material by CVD or the like. Subsequently, a gate electrode material is deposited on the entire surface, and the gate electrode material is buried through the gate insulating film 211 at the place where the dummy gate pattern was formed. Thereafter, a gate electrode material is buried and an oxide film 209 is embedded.
The gate wiring 212 is formed by performing CMP up to the upper surface of the substrate. The gate wiring 212 thus formed
Has no dent on the element region as shown in the first specific example (see FIG. 6), and is flattened as shown in FIG. 13 (FIGS. 12 (i) and 13).

【0113】この後は、通常のトランジスタ製造過程と
同様であり、層間絶縁膜を堆積した後、コンタクトホー
ル、アルミニウム配線を必要に応じて形成する。
After that, the process is the same as in a normal transistor manufacturing process. After an interlayer insulating film is deposited, a contact hole and an aluminum wiring are formed as necessary.

【0114】次に、第2の実施形態の第5の具体例につ
いて、図14〜図16並びに図21を参照して説明す
る。図14(a)〜図15(h)は製造工程を示したゲ
ート長方向の断面図(図21のA−A´における断面
図)であり、図16は図15(h)に対応したゲート幅
方向の断面図(図21のB−B´における断面図)であ
る。
Next, a fifth example of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 16 and FIG. FIGS. 14A to 15H are cross-sectional views (cross-sectional views taken along the line AA ′ in FIG. 21) showing the manufacturing process, and FIG. 16 is a gate corresponding to FIG. FIG. 22 is a cross-sectional view in the width direction (a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 21).

【0115】本具体例は、第4の具体例において側壁絶
縁膜を形成したものである。第4の具体例と実質的に同
一或いは対応する構成要素には同一の番号を付し、詳細
な説明は省略する。
In this embodiment, the side wall insulating film is formed in the fourth embodiment. Components that are substantially the same as or correspond to the fourth specific example are given the same numbers, and detailed descriptions thereof are omitted.

【0116】図14(a)の工程及び図14(b)の途
中の工程までは、第4の具体例で示した図11(a)及
び(b)と同様である。
The steps up to the step of FIG. 14A and the step in the middle of FIG. 14B are the same as those of FIGS. 11A and 11B shown in the fourth specific example.

【0117】図11(b)で示した工程の後、シリコン
窒化膜を100nm堆積し、これをRIEで後退させる
ことにより、島部204の周囲を覆うように側壁絶縁膜
221を形成する。側壁絶縁膜221の高さは、島部の
半導体基板の上面より高く、アモルファスシリコン膜2
03の上面以下とする(図14(b))。
After the step shown in FIG. 11B, a silicon nitride film is deposited to a thickness of 100 nm, and this is receded by RIE to form a sidewall insulating film 221 so as to cover the periphery of the island portion 204. The height of the sidewall insulating film 221 is higher than the upper surface of the island-shaped semiconductor substrate, and
03 or below (FIG. 14B).

【0118】その後の工程は第4の実施形態と基本的に
同様である。すなわち、埋め込み絶縁膜206を素子分
離領域に埋め込み(図14(c))、アモルファスシリ
コン膜231を堆積する(図14(d))。続いて、ダ
ミーゲートパターン207及び溝部208を形成し、こ
のダミーゲートパターン207をマスクとしたイオン注
入により、ソース・ドレイン拡散層(図示せず)を形成
する(図14(e))。続いて、埋め込み絶縁膜209
を形成した後(図14(f))、アモルファスシリコン
膜203及び231を除去して溝部210を形成する
(図15(g))。
The subsequent steps are basically the same as in the fourth embodiment. That is, the buried insulating film 206 is buried in the element isolation region (FIG. 14C), and the amorphous silicon film 231 is deposited (FIG. 14D). Subsequently, a dummy gate pattern 207 and a trench 208 are formed, and a source / drain diffusion layer (not shown) is formed by ion implantation using the dummy gate pattern 207 as a mask (FIG. 14E). Subsequently, the buried insulating film 209
(FIG. 14F), the amorphous silicon films 203 and 231 are removed to form a groove 210 (FIG. 15G).

【0119】次に、必要に応じてチャネル部にのみイオ
ン注入を行い、不純物濃度を制御する。さらに露出した
バッファ酸化膜202を除去する(図15(h))。本
例では、Si3 4 膜が側壁絶縁膜221として素子領
域周囲を取り囲んでいるため、アモルファスシリコン膜
203及びバッファ酸化膜202を除去する時に、ほと
んど素子領域コーナー部が露出しない。続いて、ゲート
絶縁膜211及びゲート配線212を形成する(図15
(i)、図16)。本例においても、第4の具体例と同
様、ゲート配線212は平坦化される。その後、通常の
トランジスタ製造過程と同様に、層間絶縁膜の堆積を行
い、コンタクトホール、アルミニウム配線を必要に応じ
て形成する。
Next, if necessary, ions are implanted only into the channel portion to control the impurity concentration. Further, the exposed buffer oxide film 202 is removed (FIG. 15H). In this example, since the Si 3 N 4 film surrounds the periphery of the element region as the sidewall insulating film 221, the corner of the element region is hardly exposed when the amorphous silicon film 203 and the buffer oxide film 202 are removed. Subsequently, a gate insulating film 211 and a gate wiring 212 are formed (FIG. 15).
(I), FIG. 16). Also in this example, as in the fourth specific example, the gate wiring 212 is flattened. Thereafter, as in the normal transistor manufacturing process, an interlayer insulating film is deposited, and contact holes and aluminum wiring are formed as necessary.

【0120】次に、第2の実施形態の第6の具体例につ
いて、図17を参照して説明する。図17(a)、
(b)は製造工程の一部を示したゲート長方向の断面図
である。
Next, a sixth specific example of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 17 (a),
(B) is a sectional view in the gate length direction showing a part of the manufacturing process.

【0121】本具体例は、第5の具体例の図14(b)
の工程において、側壁Si3 4 膜221を形成する直
前に、図17(a)に示すように酸化膜242を形成す
ることを特徴としている。この酸化膜242により、S
3 4 膜221と素子領域界面の密着性が向上し、S
3 4 膜の膜剥がれを防止することができる。その他
の工程は第5の具体例と基本的に同様であり、最終的に
図17(b)に示すような形状が得られる。
This example is different from the fifth example shown in FIG.
In this step, an oxide film 242 is formed as shown in FIG. 17A immediately before the formation of the sidewall Si 3 N 4 film 221. With this oxide film 242, S
The adhesion between the i 3 N 4 film 221 and the interface of the element region is improved,
Peeling of the i 3 N 4 film can be prevented. Other steps are basically the same as those of the fifth specific example, and finally a shape as shown in FIG. 17B is obtained.

【0122】なお、上記第2の実施形態の各具体例にお
いて、平坦化させる方法はCMPに限らずケミカルドラ
イエッチング法でエッチバックしてもよく、またソース
・ドレイン領域の形成はイオン注入法に限らず気層拡散
法でもよい。また、ゲート絶縁膜は単層とは限らず、例
えばシリコン絶縁膜と高誘電体膜の組み合わせといった
積層構造でもよい。
In each of the specific examples of the second embodiment, the flattening method is not limited to CMP but may be etch-back by chemical dry etching, and the source / drain regions may be formed by ion implantation. The gas diffusion method may be used without limitation. Further, the gate insulating film is not limited to a single layer, and may have a laminated structure such as a combination of a silicon insulating film and a high dielectric film.

【0123】次に、本発明の第3の実施形態について説
明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0124】まず、第3の実施形態の第1の具体例につ
いて、図22〜図24並びに図33を参照して説明す
る。図22(a)〜図23(h)は製造工程を示したゲ
ート長方向の断面図(図35のA−A´における断面
図)であり、図24は図23(h)に対応したゲート幅
方向の断面図(図35のB−B´における断面図)であ
る。
First, a first specific example of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 22 to 24 and FIG. FIGS. 22A to 23H are cross-sectional views (cross-sectional views taken along the line AA ′ in FIG. 35) showing the manufacturing process, and FIG. 24 is a gate corresponding to FIG. FIG. 36 is a cross-sectional view in the width direction (a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 35).

【0125】まず、シリコン基板301にゲート絶縁膜
302を介してゲート配線の一部となる不純物を含んだ
多結晶シリコン又はアモルファスシリコンからなるシリ
コン膜303を100nm堆積する。また、必要に応じ
て、ゲート電極堆積前に不純物を基板に注入し、基板濃
度を制御する(図22(a))。
First, a silicon film 303 made of polycrystalline silicon or amorphous silicon containing impurities to be a part of a gate wiring is deposited on a silicon substrate 301 via a gate insulating film 302 to a thickness of 100 nm. Further, if necessary, an impurity is implanted into the substrate before depositing the gate electrode to control the substrate concentration (FIG. 22A).

【0126】次に、素子領域形成用のレジストパターン
(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスク
として、シリコン膜303、ゲート絶縁膜302及びシ
リコン基板301をリアクティブイオンエッチング法で
エッチングし、島部304及び溝部305を形成する。
レジストパターンを除去した後、表面状態を良くするた
め必要に応じて形成された島部の周囲を酸化する(図2
2(b))。
Next, a resist pattern (not shown) for forming an element region is formed, and using this resist pattern as a mask, the silicon film 303, the gate insulating film 302, and the silicon substrate 301 are etched by reactive ion etching. , An island portion 304 and a groove portion 305 are formed.
After removing the resist pattern, the periphery of the island formed as necessary is oxidized to improve the surface condition (FIG. 2).
2 (b)).

【0127】次に、埋め込み絶縁膜306を全面に堆積
し、CMP等でシリコン膜303の上面まで平坦化する
ことにより、素子分離領域を埋め込む。本発明では、こ
のときシリコン膜303を除去しないので素子領域コー
ナー部が露出しない(図22(c))。
Next, a buried insulating film 306 is deposited on the entire surface and planarized to the upper surface of the silicon film 303 by CMP or the like to bury the element isolation region. In the present invention, since the silicon film 303 is not removed at this time, the corner of the element region is not exposed (FIG. 22C).

【0128】次に、Si3 4 膜308を全面に堆積す
る。このとき、シリコン膜303とSi3 4 膜308
とは密着し、かつSi3 4 膜308の上面は平坦に仕
上がっている(図22(d))。
Next, a Si 3 N 4 film 308 is deposited on the entire surface. At this time, the silicon film 303 and the Si 3 N 4 film 308
And the upper surface of the Si 3 N 4 film 308 is finished flat (FIG. 22D).

【0129】次に、レジストパターン(図示せず)を形
成し、このレジストパターンをマスクにしてRIE等で
シリコン膜303とSi3 4 膜308とを同時にエッ
チングすることにより、ゲート形成用パターン309及
び溝部310を形成する。レジストパターンを除去した
後、表面状態を良くするため必要応じて側面部を酸化す
る。続いて、ゲート形成用パターン309をマスクとし
て、シリコン基板301に不純物イオンを注入すること
により、トランジスタのソース・ドレイン拡散領域(図
示せず)を形成する(図22(e))。
Next, a resist pattern (not shown) is formed, and the silicon film 303 and the Si 3 N 4 film 308 are simultaneously etched by RIE or the like using the resist pattern as a mask, thereby forming a gate forming pattern 309. And a groove 310 are formed. After removing the resist pattern, the side portions are oxidized as necessary to improve the surface condition. Subsequently, using the gate forming pattern 309 as a mask, impurity ions are implanted into the silicon substrate 301 to form a source / drain diffusion region (not shown) of the transistor (FIG. 22E).

【0130】次に、埋め込み酸化膜311を全面に堆積
し、Si3 4 膜308の上面までCMP等で平坦化す
る。このとき、Si3 4 膜308の上面には埋め込み
絶縁膜311は残留していない(図22(f))。
Next, a buried oxide film 311 is deposited on the entire surface, and is planarized to the upper surface of the Si 3 N 4 film 308 by CMP or the like. At this time, the buried insulating film 311 does not remain on the upper surface of the Si 3 N 4 film 308 (FIG. 22F).

【0131】次に、熱リン酸によりSi3 4 膜308
を除去して、シリコン膜303上面を露出させ、溝31
2を形成する(図23(g))。
Next, the Si 3 N 4 film 308 is heated with hot phosphoric acid.
Is removed to expose the upper surface of the silicon film 303, and the groove 31 is removed.
2 (FIG. 23 (g)).

【0132】次に、シリコン膜303と後に埋め込むゲ
ート配線材との接続をよくするため、必要に応じてシリ
コン膜303上面の洗浄処理を行い、溝312にゲート
配線材313を埋め込む。その後、CMP等で埋め込み
酸化膜311の上面まで平坦化を行い、電極部303及
び配線部313からなるゲート配線を形成する。この
時、ゲート配線の上面(配線部313の上面)は平坦に
仕上がっている(図23(h)、図24)。
Next, in order to improve the connection between the silicon film 303 and the gate wiring material to be buried later, the upper surface of the silicon film 303 is subjected to a cleaning treatment as needed, and the gate wiring material 313 is buried in the groove 312. Thereafter, planarization is performed to the upper surface of the buried oxide film 311 by CMP or the like, and a gate wiring including the electrode portion 303 and the wiring portion 313 is formed. At this time, the upper surface of the gate wiring (the upper surface of the wiring portion 313) is finished flat (FIGS. 23 (h) and 24).

【0133】なお、配線材313を構成する材料がW等
の金属であれば、電極部303を構成するa−Si等と
の反応を防ぐ目的で、図25及び図36に示すように、
バリアメタル321を設けるようにしてもよい。
If the material forming the wiring member 313 is a metal such as W, for the purpose of preventing a reaction with a-Si or the like forming the electrode portion 303, as shown in FIGS.
The barrier metal 321 may be provided.

【0134】その後の工程は通常のトランジスタ製造過
程と同様であり、層間絶縁膜を堆積した後、コンタクト
ホール、アルミニウム配線を必要に応じて形成する。
The subsequent steps are the same as those in the normal transistor manufacturing process. After depositing an interlayer insulating film, contact holes and aluminum wiring are formed as necessary.

【0135】次に、第3の実施形態の第2の具体例につ
いて、図26及び図37を参照して説明する。図26
(a)〜(d)は製造工程を示したゲート長方向の断面
図(図37のA−A´における断面図)である。
Next, a second specific example of the third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG.
37 (a) to (d) are cross-sectional views (cross-sectional views taken along the line AA 'in FIG. 37) showing the manufacturing process in the gate length direction.

【0136】本具体例は、第1の具体例において、側壁
酸化膜を形成したものである。第1の具体例と実質的に
同一或いは対応する構成要素には同一の番号を付し、詳
細な説明は省略する。なお、途中の工程までは、第1の
具体例で示した図22(a)〜(e)の工程と基本的に
同様であるため、説明は省略する。
In this embodiment, a side wall oxide film is formed in the first embodiment. Components that are substantially the same as or correspond to the first specific example are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Note that the steps up to the middle are basically the same as the steps of FIGS. 22A to 22E shown in the first specific example, and thus the description is omitted.

【0137】図22(e)の工程でゲート形成用パター
ン309を形成した後、シリコン酸化膜を100nm堆
積し、このシリコン酸化膜をRIEで後退させることに
よりゲート形成用パターンの周囲を覆うように側壁絶縁
膜331を形成する。ここで不純物のイオン注入を再度
行うことにより、ソース・ドレイン領域における基板プ
ロファイルを制御することができる(図26(a))。
After the gate forming pattern 309 is formed in the step of FIG. 22E, a silicon oxide film is deposited to a thickness of 100 nm, and this silicon oxide film is receded by RIE so as to cover the periphery of the gate forming pattern. A sidewall insulating film 331 is formed. Here, the substrate profile in the source / drain regions can be controlled by performing the ion implantation of the impurity again (FIG. 26A).

【0138】その後の工程は、第1の具体例と同様であ
り、図26(b)及び(c)の工程を経ることにより、
図26(d)に示すような構造が得られる。
The subsequent steps are the same as those in the first example, and are performed through the steps shown in FIGS. 26 (b) and (c).
A structure as shown in FIG. 26D is obtained.

【0139】なお、本具体例においても第1の具体例の
図25で示したのと同様に、図27及び図38に示すよ
うに、バリアメタル321を設けるようにしてもよい。
In this embodiment, a barrier metal 321 may be provided as shown in FIGS. 27 and 38 in the same manner as shown in FIG. 25 of the first embodiment.

【0140】次に、第3の実施形態の第3の具体例につ
いて、図28〜図29を参照して説明する。図28
(a)〜図29(h)は製造工程を示したゲート長方向
の断面図(図35のA−A´における断面図)である。
Next, a third specific example of the third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG.
29A to 29H are cross-sectional views (cross-sectional views taken along the line AA ′ in FIG. 35) showing the manufacturing process in the gate length direction.

【0141】まず、シリコン基板301にゲート絶縁膜
302を介してゲート配線の一部となる不純物を含んだ
多結晶シリコン又はアモルファスシリコンからなるシリ
コン膜303を100nm堆積する。また、必要に応じ
て、ゲート電極堆積前に不純物を基板に注入し、基板濃
度を制御する(図28(a))。
First, a silicon film 303 made of polycrystalline silicon or amorphous silicon containing impurities to be a part of a gate wiring is deposited on a silicon substrate 301 via a gate insulating film 302 to a thickness of 100 nm. If necessary, an impurity is implanted into the substrate before depositing the gate electrode to control the substrate concentration (FIG. 28A).

【0142】次に、素子領域形成用のレジストパターン
(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスク
として、シリコン膜303、ゲート絶縁膜302及びシ
リコン基板301をリアクティブイオンエッチング法で
エッチングし、島部304及び溝部305を形成する。
レジストパターンを除去した後、表面状態を良くするた
め必要に応じて形成された島部の周囲を酸化する(図2
8(b))。
Next, a resist pattern (not shown) for forming an element region is formed, and using this resist pattern as a mask, the silicon film 303, the gate insulating film 302 and the silicon substrate 301 are etched by reactive ion etching. , An island portion 304 and a groove portion 305 are formed.
After removing the resist pattern, the periphery of the island formed as necessary is oxidized to improve the surface condition (FIG. 2).
8 (b)).

【0143】次に、埋め込み絶縁膜306を全面に堆積
し、CMP等でシリコン膜303の上面まで平坦化する
ことにより、素子分離領域を埋め込む。本発明では、こ
のときシリコン膜303を除去しないので素子領域コー
ナー部が露出しない(図28(c))。
Next, a buried insulating film 306 is deposited on the entire surface, and is flattened to the upper surface of the silicon film 303 by CMP or the like to bury the element isolation region. In the present invention, since the silicon film 303 is not removed at this time, the corner of the element region is not exposed (FIG. 28C).

【0144】次に、バッファ酸化膜341及び多結晶シ
リコン又アモルファスシリコンからなるシリコン膜34
2を形成する。このとき、シリコン膜303とシリコン
膜342とはバッファ酸化膜341を介して密着し、か
つシリコン膜342の上面は平坦に仕上がっている(図
28(d))。
Next, a buffer oxide film 341 and a silicon film 34 made of polycrystalline silicon or amorphous silicon
Form 2 At this time, the silicon film 303 and the silicon film 342 are in close contact with each other via the buffer oxide film 341, and the upper surface of the silicon film 342 is finished flat (FIG. 28D).

【0145】次に、レジストパターン(図示せず)を形
成し、このレジストパターンをマスクにしてRIE等で
シリコン膜342、バッファ酸化膜341及びシリコン
膜303を同時にエッチングすることにより、ゲート形
成用パターン309及び溝部310を形成する。レジス
トパターンを除去した後、表面状態を良くするため必要
応じて側面部を酸化する。続いて、ゲート形成用パター
ン309をマスクとして、シリコン基板301に不純物
イオンを注入することにより、トランジスタのソース・
ドレイン拡散領域(図示せず)を形成する(図28
(e))。
Next, a resist pattern (not shown) is formed, and the silicon film 342, the buffer oxide film 341 and the silicon film 303 are simultaneously etched by RIE or the like using the resist pattern as a mask, thereby forming a gate forming pattern. 309 and a groove 310 are formed. After removing the resist pattern, the side portions are oxidized as necessary to improve the surface condition. Subsequently, impurity ions are implanted into the silicon substrate 301 by using the gate formation pattern 309 as a mask, so that the source
A drain diffusion region (not shown) is formed (FIG. 28)
(E)).

【0146】次に、埋め込み酸化膜311を全面に堆積
し、シリコン膜342の上面までCMP等で平坦化す
る。このとき、シリコン膜342の上面には埋め込み絶
縁膜311は残留していない(図28(f))。
Next, a buried oxide film 311 is deposited on the entire surface, and the upper surface of the silicon film 342 is planarized by CMP or the like. At this time, the buried insulating film 311 does not remain on the upper surface of the silicon film 342 (FIG. 28F).

【0147】次に、CDE法によりシリコン膜342を
除去し、さらにRIE法によりバッファ酸化膜341を
除去してシリコン膜303上面を露出させ、溝312を
形成する(図29(g))。
Next, the silicon film 342 is removed by the CDE method, and the buffer oxide film 341 is further removed by the RIE method to expose the upper surface of the silicon film 303, thereby forming a groove 312 (FIG. 29 (g)).

【0148】次に、シリコン膜303と後に埋め込むゲ
ート配線材との接続をよくするため、必要に応じてシリ
コン膜303上面の洗浄処理を行い、溝312にゲート
配線材313を埋め込む。その後、CMP等で埋め込み
酸化膜311の上面まで平坦化を行い、電極部303及
び配線部313からなるゲート配線を形成する。このと
き、ゲート配線の上面(配線部313の上面)は平坦に
仕上がっている(図29(h))。
Next, in order to improve the connection between the silicon film 303 and a gate wiring material to be buried later, the upper surface of the silicon film 303 is subjected to a cleaning process as necessary, and the gate wiring material 313 is buried in the groove 312. Thereafter, planarization is performed to the upper surface of the buried oxide film 311 by CMP or the like, and a gate wiring including the electrode portion 303 and the wiring portion 313 is formed. At this time, the upper surface of the gate wiring (the upper surface of the wiring portion 313) is finished flat (FIG. 29H).

【0149】なお、配線材313を構成する材料がW等
の金属であれば、電極部303を構成するa−Si等と
の反応を防ぐ目的で、図30及び図36に示すように、
バリアメタル321を設けるようにしてもよい。
When the material forming the wiring member 313 is a metal such as W, as shown in FIGS. 30 and 36, for the purpose of preventing a reaction with a-Si or the like forming the electrode portion 303,
The barrier metal 321 may be provided.

【0150】その後の工程は通常のトランジスタ製造過
程と同様であり、層間絶縁膜を堆積した後、コンタクト
ホール、アルミニウム配線を必要に応じて形成する。
The subsequent steps are the same as those in a normal transistor manufacturing process. After depositing an interlayer insulating film, a contact hole and an aluminum wiring are formed as necessary.

【0151】次に、第3の実施形態の第4の具体例につ
いて、図31及び図37を参照して説明する。図31
(a)〜(d)は製造工程を示したゲート長方向の断面
図(図37のA−A´における断面図)である。
Next, a fourth specific example of the third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG.
37 (a) to (d) are cross-sectional views (cross-sectional views taken along the line AA 'in FIG. 37) showing the manufacturing process in the gate length direction.

【0152】本具体例は、第3の具体例において、側壁
窒化膜を形成したものである。第3の具体例と実質的に
同一或いは対応する構成要素には同一の番号を付し、詳
細な説明は省略する。なお、途中の工程までは、第3の
具体例で示した図28(a)〜(e)の工程と基本的に
同様であるため、説明は省略する。
In this embodiment, the side wall nitride film is formed in the third embodiment. Components substantially the same as or corresponding to those of the third specific example are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Note that the steps up to the middle are basically the same as the steps of FIGS. 28A to 28E shown in the third specific example, and thus the description is omitted.

【0153】図28(e)の工程でゲート形成用パター
ン309を形成した後、シリコン窒化膜を100nm堆
積し、このシリコン窒化膜をRIEで後退させることに
よりゲート形成用パターンの周囲を覆うように側壁絶縁
膜331を形成する。ここで不純物のイオン注入を再度
行うことにより、ソース・ドレイン領域における基板プ
ロファイルを制御することができる(図31(a))。
After the gate formation pattern 309 is formed in the step of FIG. 28E, a silicon nitride film is deposited to a thickness of 100 nm, and this silicon nitride film is receded by RIE so as to cover the periphery of the gate formation pattern. A sidewall insulating film 331 is formed. Here, the substrate profile in the source / drain region can be controlled by performing the ion implantation of the impurity again (FIG. 31A).

【0154】その後の工程は、第1の具体例と同様であ
り、図31(b)及び(c)の工程を経ることにより、
図31(d)に示すような構造が得られる。
The subsequent steps are the same as those in the first specific example, and are performed through the steps shown in FIGS. 31 (b) and (c).
A structure as shown in FIG. 31D is obtained.

【0155】なお、本具体例においても第1の具体例の
図25で示したのと同様に、図32及び図38に示すよ
うに、バリアメタル321を設けるようにしてもよい。
In this embodiment, a barrier metal 321 may be provided as shown in FIGS. 32 and 38 in the same manner as shown in FIG. 25 of the first embodiment.

【0156】本具体例は、ソース・ドレインのコンタク
トを自己整合法で形成する際にも有効であり、その場合
には図33に示すように、埋め込んだゲート配線の上面
をエッチングにより後退させ、そこにシリコン窒化膜3
51を埋め込んだ後、CMP等で平坦化させればよい。
This embodiment is also effective when the source / drain contacts are formed by a self-alignment method. In this case, as shown in FIG. 33, the upper surface of the buried gate wiring is recessed by etching. There silicon nitride film 3
After embedding 51, it may be planarized by CMP or the like.

【0157】次に、第3の実施形態の第5の具体例につ
いて、図34を参照して説明する。図34(a)、
(b)は製造工程を示したゲート長方向の断面図(図3
7のA−A´における断面図)である。
Next, a fifth specific example of the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 34 (a),
3B is a cross-sectional view in the gate length direction showing a manufacturing process (FIG.
7 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【0158】本具体例は、第4の具体例において、側壁
絶縁膜を形成する直前にゲート形成用パターンの周囲を
酸化して、酸化膜361を形成したものである(図34
(a))。この酸化膜361によりSi3 4 膜331
と素子領域界面の密着性が向上し、Si3 4 膜の膜剥
がれを防止することができる(図34(b))。その他
の工程は基本的に第4の具体例と同様である。
In this example, the oxide film 361 is formed by oxidizing the periphery of the gate forming pattern immediately before forming the side wall insulating film in the fourth example (FIG. 34).
(A)). The oxide film 361 makes the Si 3 N 4 film 331
The adhesion at the interface with the element region is improved, and peeling of the Si 3 N 4 film can be prevented (FIG. 34B). Other steps are basically the same as in the fourth specific example.

【0159】なお、上記第3の実施形態の各具体例にお
いて、平坦化させる方法はCMPに限らずケミカルドラ
イエッチング法でエッチバックしてもよく、またソース
・ドレイン領域の形成はイオン注入法に限らず気層拡散
法でもよい。
In each specific example of the third embodiment, the flattening method is not limited to CMP but may be etched back by chemical dry etching, and the source / drain regions may be formed by ion implantation. The gas diffusion method may be used without limitation.

【0160】また、ゲート電極の一部となるシリコン膜
303には、不純物を含まないシリコン膜を堆積し溝部
312を形成した後にイオン注入等により不純物を導入
したものを用いてもよい。この場合、必要に応じてパタ
ーニングを行うことにより、不純物の種類及び量を局所
的に変化させることができ、しきい値を制御することが
可能となる。
The silicon film 303 serving as a part of the gate electrode may be formed by depositing a silicon film containing no impurity to form a groove 312 and then introducing an impurity by ion implantation or the like. In this case, by performing patterning as needed, the type and amount of impurities can be locally changed, and the threshold value can be controlled.

【0161】次に、本発明の第4の実施形態について説
明する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0162】まず、第4の実施形態の第1の具体例につ
いて、図39〜図44を参照して説明する。図39〜図
42は製造工程を示したゲート長方向の断面図を示した
ものであり、図43及び図44はゲート幅方向の断面図
を示したものである。なお、図ではNMOS構造につい
て示しているが、PMOSも同様に形成することが可能
である。
First, a first specific example of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 39 to 42 are cross-sectional views in the gate length direction showing the manufacturing process, and FIGS. 43 and 44 are cross-sectional views in the gate width direction. Although the figure shows an NMOS structure, a PMOS can also be formed in a similar manner.

【0163】まず、Si基板を用意し、素子分離領域に
深さ200nm程度のトレンチをRIEにて形成する。
続いて、TEOSを堆積した後これをCMPにより埋め
込み平坦化することで、Si基板からなる島部401及
びSTI構造の素子分離領域402を形成する。その
後、基板表面を5nm程度酸化してダミーゲート酸化膜
403を形成する。なお、基板中のNMOS領域にはP
型のウェル(ピーク濃度1×1018cm-3程度)を形成
しておく(図39(a)、図43(a))。
First, a Si substrate is prepared, and a trench having a depth of about 200 nm is formed in the element isolation region by RIE.
Subsequently, after TEOS is deposited, it is buried and flattened by CMP to form an island portion 401 made of a Si substrate and an element isolation region 402 having an STI structure. Thereafter, the substrate surface is oxidized by about 5 nm to form a dummy gate oxide film 403. In the NMOS region in the substrate, P
A mold well (peak concentration of about 1 × 10 18 cm −3 ) is formed in advance (FIGS. 39A and 43A).

【0164】次に、LPCVDによりアモルファスシリ
コン(a−Si)膜404を20nm程度、シリコン窒
化膜(Si3 4 膜)405を100nm程度堆積す
る。続いて、レジスト(図示せず)を塗布し、フォトリ
ソグラフィー又はEB(電子ビーム)描画によりダミー
ゲートの形状にパターニングを行ない、RIEによって
Si3 4 膜405とa−Si膜404を加工し、ダミ
ーゲート421を形成する(図39(b)、図43
(b))。
Next, an amorphous silicon (a-Si) film 404 of about 20 nm and a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) 405 of about 100 nm are deposited by LPCVD. Subsequently, a resist (not shown) is applied, patterned into the shape of a dummy gate by photolithography or EB (electron beam) drawing, and the Si 3 N 4 film 405 and the a-Si film 404 are processed by RIE. A dummy gate 421 is formed (FIG. 39B, FIG. 43).
(B)).

【0165】ここで、ダミーゲート421を2層構造に
したことにより、RIEを行なうのが容易になってい
る。なぜならば、Si3 4 膜405をエッチングする
ときに、a−Si膜404がストッパーの役割を果たす
からである。このため、エッチングオーバーによりシリ
コン基板が削れるというような心配がない。また、十分
に長時間Si3 4 膜405のエッチングを行なうこと
ができるため、STIエッジなどの断差部でSiN残り
が生じないというメリットもある。また、Si34
405堆積時の高温工程でs−Si膜404は結晶化す
るが、a−Si膜の厚さを十分薄くすることにより、そ
れぞれの結晶粒(グレイン)サイズを小さくすることが
できる。したがって、グレインが原因で生じる側面の凸
凹を小さくすることができ、ゲート長加工寸法の制御が
行ないやすくなる。
Here, since the dummy gate 421 has a two-layer structure, RIE can be easily performed. This is because the a-Si film 404 serves as a stopper when etching the Si 3 N 4 film 405. For this reason, there is no fear that the silicon substrate is scraped by the etching over. In addition, since the etching of the Si 3 N 4 film 405 can be performed for a sufficiently long time, there is a merit that SiN does not remain at a difference portion such as an STI edge. In addition, the s-Si film 404 is crystallized in a high-temperature process at the time of depositing the Si 3 N 4 film 405, but the size of each crystal grain is reduced by sufficiently reducing the thickness of the a-Si film. be able to. Therefore, the unevenness of the side surface caused by the grain can be reduced, and the gate length processing dimension can be easily controlled.

【0166】次に、LDD構造を形成する場合は、n-
層406を形成するための不純物導入をイオン注入、固
層拡散又は気相拡散にて行なう。最終的にこのn- 層4
06の不純物濃度が1×1020cm-3程度となるように
不純物のドーピングを行なう(図39(c))。
Next, when an LDD structure is formed, n
The impurity for forming the layer 406 is introduced by ion implantation, solid layer diffusion, or gas phase diffusion. Finally this n - layer 4
The impurity is doped so that the impurity concentration of No. 06 becomes about 1 × 10 20 cm −3 (FIG. 39C).

【0167】次に、ゲート側壁にシリコン窒化膜を形成
する工程に入る。すなわち、LPCVDによりシリコン
酸化膜407を5nm程度、シリコン窒化膜408を4
0nm程度堆積し、全面RIEによりダミーゲートの側
部にだけシリコン窒化膜408を残す(図40
(d))。
Next, a step of forming a silicon nitride film on the gate side wall is started. That is, the silicon oxide film 407 is formed to a thickness of about 5 nm and the silicon nitride
The silicon nitride film 408 is deposited to a thickness of about 0 nm, and is left only on the side of the dummy gate by RIE.
(D)).

【0168】次に、ソース/ドレイン形成工程に進む
が、ここでは選択エピタキシャル成長によりエレベイト
ソース・ドレインを形成し、そこにコバルトシリサイド
410を貼り付ける構造とする。n+ 層409は、イオ
ン注入やエレベイトソース・ドレインからの固相拡散に
よって、不純物濃度が1×1021cm-3程度となるよう
に形成することができる(図40(e))。
Next, the process proceeds to a source / drain formation step. Here, an elevated source / drain is formed by selective epitaxial growth, and a structure in which a cobalt silicide 410 is bonded thereto is adopted. The n + layer 409 can be formed by ion implantation or solid phase diffusion from an elevated source / drain so that the impurity concentration becomes about 1 × 10 21 cm −3 (FIG. 40E).

【0169】次に、ソース・ドレイン上及び素子分離領
域上に層間絶縁膜411を形成する。形成方法は、まず
TEOSを150nm程度堆積し、これをCMPにてエ
ッチバックして平坦化する。このとき、Si3 4 膜4
05がCMPのストッパーとなる(図40(f)、図4
3(f))。
Next, an interlayer insulating film 411 is formed on the source / drain and on the element isolation region. First, TEOS is deposited to a thickness of about 150 nm, and this is etched back by CMP to flatten it. At this time, the Si 3 N 4 film 4
05 is a CMP stopper (FIG. 40 (f), FIG.
3 (f)).

【0170】次に、ダミーゲート421及びダミー酸化
膜403を除去して溝部422を形成する工程に入る。
ダミーゲートを構成するSi3 4 膜405はホットリ
ン酸で除去し、a−Si膜404はCDEやRIEで除
去することができる。ホットリン酸はSiN膜のみを選
択的に除去することができ、a−Si膜は20nmと薄
いため短時間のエッチングで除去可能である。したがっ
て、厚いエッチングストッパー膜を下地に形成する必要
が無く、ダミー酸化膜403を薄膜化することができ
る。ダミー酸化膜403が薄くできれば、それを除去す
るためのフッ酸系ウエットエッチングの量も少なくて済
み、STI402の端部があまり窪まずに済む。また、
フッ酸系ウェットエッチングの量が少ないため、ゲート
を埋め込むための溝幅(ゲート長)が広がらずに済み、
ゲート長加工寸法の制御を行ないやすい。今回の構造で
は、ダミーゲートの側面にSi3 4 膜408を形成し
ているため、ここでエッチングは止まり、溝幅が広がり
すぎる心配はないが、ウェットエッチングの量が多い
と、このSi3 4 膜408の下の酸化膜403が横か
ら浸食される危険がある。浸食されると、この後でゲー
ト絶縁膜を形成することが困難になる(図41(g)、
図44(g))。
Next, the process for forming the groove 422 by removing the dummy gate 421 and the dummy oxide film 403 is started.
The Si 3 N 4 film 405 constituting the dummy gate can be removed by hot phosphoric acid, and the a-Si film 404 can be removed by CDE or RIE. Hot phosphoric acid can selectively remove only the SiN film, and since the a-Si film is as thin as 20 nm, it can be removed by short-time etching. Therefore, there is no need to form a thick etching stopper film as a base, and the thickness of the dummy oxide film 403 can be reduced. If the dummy oxide film 403 can be made thinner, the amount of hydrofluoric acid-based wet etching for removing the dummy oxide film 403 can be reduced, and the end of the STI 402 does not need to be depressed much. Also,
Since the amount of hydrofluoric acid wet etching is small, the groove width (gate length) for embedding the gate does not have to be widened,
It is easy to control the gate length processing dimensions. In this structure, since the an Si 3 N 4 film 408 on the side surfaces of the dummy gate, wherein the etching is stopped, but there is no fear that too spread groove width, the greater the amount of wet etching, the Si 3 There is a risk that the oxide film 403 under the N 4 film 408 is eroded from the side. If erosion occurs, it is difficult to form a gate insulating film thereafter (FIG. 41 (g),
FIG. 44 (g)).

【0171】次に、実効膜厚が3〜4nmのゲート絶縁
膜412を形成し、5〜10nm程度のバリアメタル4
13(反応防止膜)を介してメタルゲート配線414を
埋め込み形成する。ここでは、ゲート絶縁膜としてSi
ON膜、バリアメタルとしてTiN又はタングステンナ
イトライド、メタルゲート材料としてW(タングステ
ン)を用いている。ゲート絶縁膜としては、Ta2 5
膜や(Ba,Sr)TiO3 膜などの高誘電体膜や強誘
電体膜を適用することもできる。その場合は、用いるゲ
ート絶縁膜の種類に応じてゲート電極材料を選ぶ必要が
あり、Al、Ru、TiN等が使用可能となる(図41
(h)、図44(h))。
Next, a gate insulating film 412 having an effective film thickness of 3 to 4 nm is formed, and a barrier metal 4 having an effective film thickness of about 5 to 10 nm is formed.
A metal gate wiring 414 is buried via a 13 (reaction prevention film). Here, Si is used as the gate insulating film.
TiN or tungsten nitride is used as an ON film and a barrier metal, and W (tungsten) is used as a metal gate material. Ta 2 O 5 is used as the gate insulating film.
A high dielectric film or a ferroelectric film such as a film or a (Ba, Sr) TiO 3 film can be applied. In that case, it is necessary to select a gate electrode material according to the type of the gate insulating film to be used, and Al, Ru, TiN, etc. can be used (FIG. 41).
(H), FIG. 44 (h)).

【0172】次に、メタルゲート414の表面部分をC
DEやRIEで30nm程度窪ませ、Si3 4 膜41
5を埋め込む。Si3 4 膜415の埋め込みには、C
VDとCMPを用いる。ここまでの工程で、メタルゲー
ト414の上部と側面をシリコン窒化膜で覆うことにな
る(図41(i))。
Next, the surface of the metal gate 414 is
Depress about 30 nm by DE or RIE to obtain a Si 3 N 4 film 41.
Embed 5 The embedding of the Si 3 N 4 film 415 includes C
VD and CMP are used. In the steps so far, the upper and side surfaces of the metal gate 414 are covered with the silicon nitride film (FIG. 41 (i)).

【0173】その後、層間絶縁膜416としてTEOS
を150nm程度堆積し、ソース・ドレイン上にコンタ
クト孔を形成し、Ti/TiNなどのバリアメタル41
7を介してAlやCuのメタル配線418を形成する
(図42(j))。
Thereafter, TEOS is used as the interlayer insulating film 416.
Is deposited to a thickness of about 150 nm, contact holes are formed on the source and drain, and a barrier metal 41 such as Ti / TiN is formed.
Then, a metal wiring 418 of Al or Cu is formed via the gate 7 (FIG. 42 (j)).

【0174】以上の工程によれば、STIエッジ部分で
のゲートの落ち込みがほとんど無く、トランジスタ特性
が向上する。すなわち、STIエッジ部分での寄生トラ
ンジスタの形成が抑制されるので、サブスレショルド特
性にハンプが無く、ゲート耐圧も良好になる。
According to the above steps, the gate characteristic is hardly dropped at the STI edge portion, and the transistor characteristics are improved. That is, since the formation of the parasitic transistor at the STI edge portion is suppressed, there is no hump in the sub-threshold characteristic and the gate withstand voltage is improved.

【0175】次に、第4の実施形態の第2の具体例につ
いて、図45〜図49を参照して説明する。図45〜図
47は製造工程を示したゲート長方向の断面図を示した
ものであり、図48及び図49はゲート幅方向の断面図
を示したものである。なお、図ではNMOS構造につい
て示しているが、PMOSも同様に形成することが可能
である。
Next, a second specific example of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 45 to 47 are cross-sectional views in the gate length direction showing the manufacturing process, and FIGS. 48 and 49 are cross-sectional views in the gate width direction. Although the figure shows an NMOS structure, a PMOS can also be formed in a similar manner.

【0176】まず、Si基板を用意し、素子分離領域に
深さ200nm程度のトレンチをRIEにて形成する。
続いて、TEOSを堆積した後これをCMPにより埋め
込み平坦化することで、Si基板からなる島部401及
びSTI構造の素子分離領域402を形成する。その
後、基板表面を15nm程度酸化してダミーゲート酸化
膜403を形成する。後にダミーゲートをRIEで加工
するときのエッチングストッパーとするため、第1の具
体例に比べてダミーゲート酸化膜403は厚くしてお
く。また、基板中のNMOS領域にはP型のウェル(ピ
ーク濃度1×1018cm-3程度)を形成しておく(図4
5(a)、図48(a))。
First, a Si substrate is prepared, and a trench having a depth of about 200 nm is formed in the element isolation region by RIE.
Subsequently, after TEOS is deposited, it is buried and flattened by CMP to form an island portion 401 made of a Si substrate and an element isolation region 402 having an STI structure. Thereafter, the substrate surface is oxidized by about 15 nm to form a dummy gate oxide film 403. The dummy gate oxide film 403 is made thicker than in the first specific example so as to serve as an etching stopper when the dummy gate is later processed by RIE. A P-type well (peak concentration of about 1 × 10 18 cm −3 ) is formed in the NMOS region in the substrate (FIG. 4).
5 (a), FIG. 48 (a)).

【0177】次に、LPCVDによりSi3 4 膜40
5を120nm程度堆積する。続いて、レジスト(図示
せず)を塗布し、フォトリソグラフィー又はEB(電子
ビーム)描画によりダミーゲートの形状にパターニング
を行ない、RIEによってSi3 4 膜405を加工
し、ダミーゲート421を形成する。Si3 4 膜はア
モルファスであるから、ポリシリコンをエッチングする
場合と異なり、グレインが原因で生じる側面の凹凸の問
題は生じない。したがって、ゲート長加工寸法の制御を
行ないやすい(図45(b)、図48(b))。
Next, the Si 3 N 4 film 40 is formed by LPCVD.
5 is deposited to a thickness of about 120 nm. Subsequently, a resist (not shown) is applied, patterned into the shape of a dummy gate by photolithography or EB (electron beam) drawing, and the Si 3 N 4 film 405 is processed by RIE to form a dummy gate 421. . Since the Si 3 N 4 film is amorphous, unlike the case of etching polysilicon, there is no problem of unevenness on the side surface caused by grains. Therefore, it is easy to control the gate length processing size (FIGS. 45B and 48B).

【0178】次に、LDD構造を形成する場合は、n-
層406を形成するための不純物導入をイオン注入、固
層拡散又は気相拡散にて行なう。最終的にこのn- 層4
06の不純物濃度が1×1020cm-3程度となるように
不純物のドーピングを行なう(図45(c))。
Next, when an LDD structure is formed, n
The impurity for forming the layer 406 is introduced by ion implantation, solid layer diffusion, or gas phase diffusion. Finally this n - layer 4
The impurity doping is performed so that the impurity concentration of No. 06 becomes approximately 1 × 10 20 cm −3 (FIG. 45C).

【0179】次に、ゲート側壁にシリコン窒化膜を形成
する工程に入る。すなわち、LPCVDによりシリコン
酸化膜407を5nm程度、シリコン窒化膜408を4
0nm程度堆積し、全面RIEによりダミーゲートの側
部にだけシリコン窒化膜408を残す(図46
(d))。
Next, a step of forming a silicon nitride film on the side wall of the gate is started. That is, the silicon oxide film 407 is formed to a thickness of about 5 nm and the silicon nitride
The silicon nitride film 408 is deposited to a thickness of about 0 nm, and is left only on the side of the dummy gate by RIE (FIG. 46).
(D)).

【0180】次に、ソース/ドレイン形成工程に進む
が、ここでは選択エピタキシャル成長によりエレベイト
ソース・ドレインを形成し、そこにコバルトシリサイド
410を貼り付ける構造とする。n+ 層409は、イオ
ン注入やエレベイトソース・ドレインからの固相拡散に
よって、不純物濃度が1×1021cm-3程度となるよう
に形成することができる(図46(e))。
Next, the process proceeds to a source / drain formation step. Here, an elevated source / drain is formed by selective epitaxial growth, and a structure in which cobalt silicide 410 is adhered thereto is adopted. The n + layer 409 can be formed by ion implantation or solid phase diffusion from an elevated source / drain so that the impurity concentration becomes about 1 × 10 21 cm −3 (FIG. 46E).

【0181】次に、ソース・ドレイン上及び素子分離領
域上に層間絶縁膜411を形成する。形成方法は、まず
TEOSを150nm程度堆積し、これをCMPにてエ
ッチバックして平坦化する。このとき、Si3 4 膜4
05がCMPのストッパーとなる(図46(f)、図4
8(f))。
Next, an interlayer insulating film 411 is formed on the source / drain and on the element isolation region. First, TEOS is deposited to a thickness of about 150 nm, and this is etched back by CMP to flatten it. At this time, the Si 3 N 4 film 4
05 serves as a CMP stopper (FIG. 46 (f), FIG.
8 (f)).

【0182】次に、ダミーゲート421及びダミー酸化
膜403を除去して溝部422を形成する工程に入る。
ダミーゲートを構成するSi3 4 膜405はホットリ
ン酸で除去し、ダミー酸化膜403はフッ酸系ウエット
エッチングで除去する。ダミーゲートの側面にはSi3
4 膜408が形成されているため、ここでウエットエ
ッチングは止まり、溝幅が広がりすぎる心配はない。フ
ッ酸系ウエットエッチングの際にSTI402のエッジ
近傍が窪み、素子領域となるシリコンのエッジコーナー
部分が露出する。そこで、RIEによりシリコン基板4
01を60nm程度掘り下げる。このようにすると、チ
ャネル領域のシリコン基板401表面はSTI領域40
2のTEOS表面より低くなり、シリコン基板401の
エッジコーナー部分が露出しなくなる(図47(g)、
図49(g))。
Next, a process for forming the groove 422 by removing the dummy gate 421 and the dummy oxide film 403 is started.
The Si 3 N 4 film 405 constituting the dummy gate is removed by hot phosphoric acid, and the dummy oxide film 403 is removed by hydrofluoric acid wet etching. Si 3 on the side of the dummy gate
Since the N 4 film 408 is formed, the wet etching stops here, and there is no fear that the groove width is too wide. At the time of hydrofluoric acid wet etching, the vicinity of the edge of the STI 402 is dented, and the edge corner portion of silicon to be an element region is exposed. Then, the silicon substrate 4 is formed by RIE.
01 is dug down by about 60 nm. By doing so, the surface of the silicon substrate 401 in the channel region is
2 is lower than the TEOS surface, and the edge corner portion of the silicon substrate 401 is not exposed (FIG. 47G).
FIG. 49 (g)).

【0183】次に、実効膜厚が3〜4nmのゲート絶縁
膜412を形成し、5〜10nm程度のバリアメタル4
13を介してメタルゲート配線414を埋め込み形成す
る。ここでは、ゲート絶縁膜としてSiON膜、バリア
メタルとしてTiN又はタングステンナイトライド、メ
タルゲート材料としてタングステンを用いている。ゲー
ト絶縁膜としては、Ta2 5 膜や(Ba,Sr)Ti
3 膜などの高誘電体膜や強誘電体膜を適用することも
できる。その場合は、用いるゲート絶縁膜の種類に応じ
てゲート電極材料を選ぶ必要があり、Al、Ru、Ti
N等が使用可能となる(図47(h)、図49
(h))。
Next, a gate insulating film 412 having an effective thickness of 3 to 4 nm is formed, and a barrier metal 4 having an effective thickness of about 5 to 10 nm is formed.
Then, a metal gate wiring 414 is buried through the semiconductor substrate 13. Here, an SiON film is used as a gate insulating film, TiN or tungsten nitride is used as a barrier metal, and tungsten is used as a metal gate material. As a gate insulating film, a Ta 2 O 5 film or (Ba, Sr) Ti
A high dielectric film such as an O 3 film or a ferroelectric film can also be applied. In that case, it is necessary to select a gate electrode material according to the type of the gate insulating film to be used, and Al, Ru, Ti
N can be used (FIG. 47 (h), FIG. 49).
(H)).

【0184】次に、メタルゲート414の表面部分をC
DEやRIEで30nm程度窪ませ、Si3 4 膜41
5を埋め込む。Si3 4 膜415の埋め込みには、C
VDとCMPを用いる。ここまでの工程で、メタルゲー
ト414の上部と側面をシリコン窒化膜で覆うことにな
る(図47(i))。
Next, the surface of the metal gate 414 is
Depress about 30 nm by DE or RIE to obtain a Si 3 N 4 film 41.
Embed 5 The embedding of the Si 3 N 4 film 415 includes C
VD and CMP are used. In the steps so far, the upper and side surfaces of the metal gate 414 are covered with the silicon nitride film (FIG. 47 (i)).

【0185】その後の工程は第1の具体例と同様であ
る。すなわち、層間絶縁膜としてTEOSを150nm
程度堆積し、ソース・ドレイン上にコンタクト孔を形成
し、Ti/TiNなどのバリアメタルを介してAlやC
uのメタル配線を形成する。
The subsequent steps are the same as in the first example. That is, 150 nm of TEOS is used as an interlayer insulating film.
To form contact holes on the source / drain, and Al or C through a barrier metal such as Ti / TiN.
u metal wiring is formed.

【0186】以上の工程によれば、STIエッジ部分で
のゲートの落ち込みが無く、むしろ素子領域から素子分
離領域に移るところでゲートが持ち上がる形となり、ト
ランジスタ特性が向上する。すなわち、STI領域エッ
ジ部分での寄生トランジスタの形成が防止されるので、
サブスレショルド特性にハンプが無く、ゲート耐圧も良
好になる。
According to the above steps, the gate does not drop at the STI edge portion, but rather the gate is lifted from the element region to the element isolation region, and the transistor characteristics are improved. That is, the formation of the parasitic transistor at the edge of the STI region is prevented.
There is no hump in the sub-threshold characteristic, and the gate breakdown voltage is improved.

【0187】以下の第5〜第8の実施形態は、ダミーゲ
ート側壁を用いた例である。
The following fifth to eighth embodiments are examples using dummy gate side walls.

【0188】図50〜図53は、本発明の第5の実施形
態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
FIGS. 50 to 53 are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.

【0189】まず、シリコンからなる半導体基板11に
既知の方法で、浅溝型素子分離(STI)領域12を形
成し、このSTI領域12により他の領域から分離され
た素子領域を形成する(図50(a))。
First, a shallow trench isolation (STI) region 12 is formed on a semiconductor substrate 11 made of silicon by a known method, and an element region separated from other regions by the STI region 12 is formed (FIG. 11). 50 (a)).

【0190】この工程は、例えば次のようにして行われ
る。即ち、シリコン基板11上にバッファ酸化膜を介し
てマスクとなるシリコン窒化膜を堆積させ、転写用のレ
ジストパターンを形成したのち、RIEによりシリコン
窒化膜をパターニングして、素子領域パターンを形成す
る。次に、シリコン窒化膜パターンをマスクとして用い
て、素子分離領域のシリコン基板11をエッチングして
トレンチを形成する。レジストを除去した後、全面にシ
リコン酸化膜などの絶縁膜を堆積させ、CMP等でマス
クであるシリコン窒化膜パターンの上面まで平坦化す
る。その後、シリコン窒化膜とバッファ酸化膜を除去す
ることで、トレンチに絶縁膜が埋め込まれた素子分離領
域と、この素子分離領域により他の領域から分離された
素子領域とが形成される。
This step is performed, for example, as follows. That is, a silicon nitride film serving as a mask is deposited on the silicon substrate 11 via a buffer oxide film, a resist pattern for transfer is formed, and then the silicon nitride film is patterned by RIE to form an element region pattern. Next, using the silicon nitride film pattern as a mask, the silicon substrate 11 in the element isolation region is etched to form a trench. After removing the resist, an insulating film such as a silicon oxide film is deposited on the entire surface, and is planarized by CMP or the like to the upper surface of the silicon nitride film pattern serving as a mask. Thereafter, by removing the silicon nitride film and the buffer oxide film, an element isolation region in which an insulating film is buried in the trench and an element region separated from other regions by the element isolation region are formed.

【0191】次いで、素子領域上に例えばシリコン酸化
膜などのバッファ酸化膜14を介して、例えばシリコン
窒化膜を堆積し、このシリコン窒化膜を、レジストパタ
ーン(図示せず)をマクスとして用いてRIE等でエッ
チングすることで、ダミーゲート13を形成する(図5
0(b))。なお、ダミーゲート13の形成前後に、チ
ャネル及び拡散層プロファイルの制御のために、不純物
のイオン注入を行うことがある。
Next, for example, a silicon nitride film is deposited on the element region via a buffer oxide film 14 such as a silicon oxide film, and this silicon nitride film is subjected to RIE using a resist pattern (not shown) as a mask. The dummy gate 13 is formed by etching with a method such as that shown in FIG.
0 (b)). Before and after the formation of the dummy gate 13, impurity ion implantation may be performed to control the channel and diffusion layer profiles.

【0192】次に、全面に多結晶又は非結晶シリコンを
堆積し、RIEにより、ダミーゲート13の側面部にダ
ミー側壁15を形成する(図50(c))。その後、ソ
ース・ドレインを形成するためのイオン注入を行う(図
示せず)。
Next, polycrystalline or amorphous silicon is deposited on the entire surface, and dummy sidewalls 15 are formed on the side surfaces of the dummy gate 13 by RIE (FIG. 50 (c)). Thereafter, ion implantation for forming a source / drain is performed (not shown).

【0193】層間絶縁膜16を全面に堆積し(図50
(d))、CMP等によりダミーゲート13の上面まで
平坦化を行う(図51(e))。ダミーゲート13と露
出したバッファ酸化膜14を除去し(図51(f))、
その後、新たにゲート絶縁膜17を形成し、更にゲート
電極18を堆積する(図51(g))。なお、ゲート電
極18が金属の場合は、必要に応じてゲート絶縁膜17
とゲート電極18の間に反応防止層を形成する。
An interlayer insulating film 16 is deposited on the entire surface (FIG. 50).
(D)), planarization is performed to the upper surface of the dummy gate 13 by CMP or the like (FIG. 51E). The dummy gate 13 and the exposed buffer oxide film 14 are removed (FIG. 51F).
Thereafter, a new gate insulating film 17 is formed, and a gate electrode 18 is further deposited (FIG. 51G). If the gate electrode 18 is made of metal, the gate insulating film 17 may be used if necessary.
A reaction prevention layer is formed between the gate electrode and the gate electrode.

【0194】ゲート電極18を平坦化し(図51
(h))、さらにダミー側壁15が十分露出するよう
に、必要に応じてゲート絶縁膜17とゲート電極18の
上面を多少エッチングする(図52(i))。
The gate electrode 18 is flattened (FIG. 51).
(H) Then, the upper surfaces of the gate insulating film 17 and the gate electrode 18 are slightly etched as necessary so that the dummy sidewalls 15 are sufficiently exposed (FIG. 52 (i)).

【0195】なお、この場合にダミー側壁15がゲート
電極18を平坦化する際に露出する場合があり、この時
は改めてゲート電極18の上面をエッチングする必要が
ない場合もある。
In this case, the dummy side wall 15 may be exposed when the gate electrode 18 is flattened. At this time, it may not be necessary to etch the upper surface of the gate electrode 18 again.

【0196】次いで、露出したダミー側壁15を例えば
KOH等を用いたエッチングにより除去し、空洞19を
形成する。この空洞19が後に新たに側壁を形成する鋳
型となる(図52(j))。
Next, the exposed dummy side wall 15 is removed by etching using, for example, KOH or the like, and a cavity 19 is formed. The cavity 19 becomes a mold for forming a new side wall later (FIG. 52 (j)).

【0197】次に、空洞19内に、絶縁性が高く、コン
タクトホール形成のためのRIE、すなわち、層間絶縁
膜のRIEに対して高い選択比をもつ材料20を流し込
む(図52(k))。そのような材料としては、例えば
Si3 4 が挙げられるが、より低誘電率の側壁を形成
したい場合には、絶縁性を有する有機物系材料を使用す
ることも可能である。
Next, RIE for forming a contact hole, that is, a material 20 having a high selectivity with respect to RIE of an interlayer insulating film is poured into the cavity 19 (FIG. 52 (k)). . Such a material includes, for example, Si 3 N 4. However, when a lower dielectric constant side wall is to be formed, an organic material having an insulating property can be used.

【0198】その後、空洞19の外にはみ出した側壁材
料を、例えばCMPを使って除去すると同時に平坦化を
行い、側壁20の埋め込みが完成する(図53
(l))。
Thereafter, the side wall material protruding outside the cavity 19 is removed by using, for example, CMP, and at the same time, is flattened to complete the embedding of the side wall 20 (FIG. 53).
(L)).

【0199】その後は、公知のトランジスタ製造工程を
経て、トランジスタが完成される。すなわち、層間絶縁
膜21を堆積した後、レジストパターンをマスクとして
用いて、コンタクトのためのコンタクトホールをRIE
により形成する(図53(m))。
Thereafter, through a well-known transistor manufacturing process, the transistor is completed. That is, after the interlayer insulating film 21 is deposited, a contact hole for contact is formed by RIE using the resist pattern as a mask.
(FIG. 53 (m)).

【0200】ここで、本実施形態では、側壁20がある
ため、レジストパターン形成の際に、パターニングが多
少ずれても、ゲート電極上面に直接ソース・ドレイン用
のコンタクトホールが開くことはなく、ゲート電極とソ
ース・ドレイン領域とがショートすることを防ぐことが
できる。
In the present embodiment, since the side wall 20 is provided, even if the patterning is slightly shifted during the formation of the resist pattern, the contact hole for the source / drain does not open directly on the upper surface of the gate electrode. A short circuit between the electrode and the source / drain region can be prevented.

【0201】なお、ゲート電極に対するコンタクトは、
合せずれに対し寛容であるゲート電極及びソース・ドレ
イン領域のコンタクトホールに反応防止層を形成した
後、コンタクトホール内に例えばAlを埋め込む。その
後、別途レジストパターンを形成し、これをマスクとし
て用いてAl層をエッチングすることで、第一層の配線
22が形成される(図53(n))。
The contact to the gate electrode is
After a reaction prevention layer is formed in the contact holes of the gate electrode and the source / drain regions which are tolerant of misalignment, for example, Al is buried in the contact holes. Thereafter, a resist pattern is separately formed, and the Al layer is etched using the resist pattern as a mask, thereby forming the first-layer wiring 22 (FIG. 53 (n)).

【0202】実施形態6 図54〜図56は、本発明の第6の実施形態に係る半導
体装置の製造工程を示す断面図である。
Sixth Embodiment FIGS. 54 to 56 are cross-sectional views showing the steps of manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.

【0203】本実施形態は、第5の実施形態において、
ダミーゲートを多結晶又は非結晶シリコンとシリコン窒
化膜の2層構造とした場合である。
This embodiment is different from the fifth embodiment in that
This is a case where the dummy gate has a two-layer structure of polycrystalline or amorphous silicon and a silicon nitride film.

【0204】第5の実施形態と同様にして、シリコンか
らなる半導体基板11に既知の方法で、浅溝型素子分離
(STI)領域12を形成し、このSTI領域12によ
り他の領域から分離された素子領域を形成する(図54
(a))。次いで、素子領域上に、例えばシリコン酸化
膜などのバッファ層14を介して、例えば非結晶シリコ
ン膜とシリコン窒化膜とからなるダミーゲート層を堆積
させ、その後、このダミーゲート層を、レジストパター
ン(図示せず)をマクスとして用いてRIE等でエッチ
ングすることで、非結晶シリコン膜23とシリコン窒化
膜24とからなるダミーゲート13を形成する(図54
(b))。なお、ダミーゲート形成前後に、チャネル及
び拡散層プロファイルの制御のために、不純物のイオン
注入を行うことがある。
As in the fifth embodiment, a shallow trench isolation (STI) region 12 is formed on a semiconductor substrate 11 made of silicon by a known method, and is separated from other regions by the STI region 12. (FIG. 54)
(A)). Next, a dummy gate layer made of, for example, an amorphous silicon film and a silicon nitride film is deposited on the element region via a buffer layer 14 made of, for example, a silicon oxide film. Using a mask (not shown) as a mask and etching by RIE or the like, the dummy gate 13 composed of the amorphous silicon film 23 and the silicon nitride film 24 is formed (FIG. 54).
(B)). Note that before and after the formation of the dummy gate, impurity ion implantation may be performed to control the channel and diffusion layer profiles.

【0205】次に、シリコン酸化膜25を薄く全面に堆
積し(図54(c))、更に、多結晶又は非結晶シリコ
ンを堆積し、RIEにより、ダミーゲート側面部にダミ
ー側壁15を形成する(図54(d))。その後、ソー
ス・ドレイン領域(図示せず)を形成するためのイオン
注入を行う。
Next, a thin silicon oxide film 25 is deposited on the entire surface (FIG. 54 (c)), and polycrystalline or amorphous silicon is further deposited, and dummy sidewalls 15 are formed on the dummy gate side surfaces by RIE. (FIG. 54 (d)). Thereafter, ion implantation for forming source / drain regions (not shown) is performed.

【0206】層間絶縁膜16を全面に堆積し(図55
(e))、CMP等によりダミーゲート13の上面まで
平坦化を行う(図55(f))。この時、ダミー側壁1
5が露出した場合は、ダミー側壁15の露出した部分を
酸化させ、酸化膜26を形成することで、ダミー側壁1
5を覆う(図55(g))。
An interlayer insulating film 16 is deposited on the entire surface (FIG. 55).
(E)), planarization is performed to the upper surface of the dummy gate 13 by CMP or the like (FIG. 55 (f)). At this time, the dummy side wall 1
5 is exposed, the exposed portion of the dummy side wall 15 is oxidized and an oxide film 26 is formed, thereby forming the dummy side wall 1.
5 (FIG. 55 (g)).

【0207】次に、ダミーゲート13とバッファ酸化膜
14を除去するが、ダミー側壁15が非結晶シリコンか
らなる場合でも、ダミー側壁15が酸化膜により覆われ
ているため、ダミーゲート13のみを除去することがで
きる(図55(h))。バッファ酸化膜14を除去する
時には、酸化膜25もエッチングされる。
Next, the dummy gate 13 and the buffer oxide film 14 are removed. Even when the dummy side wall 15 is made of amorphous silicon, only the dummy gate 13 is removed because the dummy side wall 15 is covered with the oxide film. (FIG. 55 (h)). When removing buffer oxide film 14, oxide film 25 is also etched.

【0208】その後の工程は、実施形態5の場合と同様
である。即ち、新たにゲート絶縁膜17およびゲート電
極18を堆積し(図56(i))、ゲート電極18を平
坦化し(図45J)、さらに、ダミー側壁15が十分露
出するように、ゲート電極の上面を多少エッチングする
(図56(k))。そして、露出したダミー側壁を例え
ばKOH等を用いてエッチングにより除去し、空洞を形
成する。この空洞に絶縁性が高く、コンタクトホールの
ためのRIE、すなわち、酸化膜のRIEに対して高い
選択比をもつ材料を流し込む。その後、はみ出した側壁
材料を例えばCMPを使って除去すると同時に平坦化を
行い、側壁の埋め込みが完成する。
The subsequent steps are the same as in the case of the fifth embodiment. That is, the gate insulating film 17 and the gate electrode 18 are newly deposited (FIG. 56 (i)), the gate electrode 18 is flattened (FIG. 45J), and the upper surface of the gate electrode is so exposed that the dummy side wall 15 is sufficiently exposed. Is slightly etched (FIG. 56 (k)). Then, the exposed dummy side wall is removed by etching using, for example, KOH or the like to form a cavity. A material having a high insulating property and a high selectivity to RIE for a contact hole, that is, an RIE for an oxide film is poured into the cavity. Thereafter, the protruding side wall material is removed by using, for example, CMP, and at the same time, planarization is performed to complete the embedding of the side wall.

【0209】図57および図58は、本発明の第7の実
施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
FIGS. 57 and 58 are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.

【0210】まず、シリコンからなる半導体基板11に
既知の方法で、浅溝型素子分離(STI)領域12を形
成し、このSTI領域12により他の領域から分離され
た素子領域を形成する。ここで、不純物のイオン注入を
行い、チャネルプロファイルを制御することがある。
First, a shallow trench element isolation (STI) region 12 is formed on a semiconductor substrate 11 made of silicon by a known method, and an element region separated from other regions by the STI region 12 is formed. Here, the channel profile may be controlled by ion implantation of impurities.

【0211】次いで、素子領域上にゲート絶縁膜として
シリコン酸化膜17を形成した後、ゲート電極18とな
るリンを含んだ導電性の多結晶シリコンを堆積させる。
ゲートのパターニングを行った後、RIE等でエッチン
グしてゲート電極18を形成する。ここで、不純物のイ
オン注入を行い、拡散層(図示せず)プロファイルを制
御することがある。
Next, after a silicon oxide film 17 is formed as a gate insulating film on the element region, conductive polycrystalline silicon containing phosphorus serving as a gate electrode 18 is deposited.
After patterning the gate, the gate electrode 18 is formed by etching with RIE or the like. Here, impurity ion implantation may be performed to control the profile of a diffusion layer (not shown).

【0212】次に、シリコン窒化膜を堆積させた後、R
IE等でエッチングし、ゲート電極18の側面に側壁1
5を形成する(図57(a))。次に、ソース・ドレイ
ン領域(図示せず)を形成するためのイオン注入を行
う。その後、層間絶縁膜16を堆積した後(図57
(b))、CMP等で平坦化し、ゲート電極18の上面
を露出させる(図57(c))。
Next, after depositing a silicon nitride film, R
Etching by IE or the like, the side wall 1 on the side surface of the gate electrode 18
5 is formed (FIG. 57A). Next, ion implantation for forming source / drain regions (not shown) is performed. Then, after depositing the interlayer insulating film 16 (FIG. 57)
(B)), planarization is performed by CMP or the like, and the upper surface of the gate electrode 18 is exposed (FIG. 57 (c)).

【0213】ゲート電極18をエッチングにより後退さ
せた後(図57(d))、露出したシリコン窒化膜側壁
15を、例えば熱りん酸処理により除去し、新たに側壁
が形成される鋳型である空洞19を形成する(図58
(e))。
After the gate electrode 18 is recessed by etching (FIG. 57D), the exposed silicon nitride film side wall 15 is removed by, for example, hot phosphoric acid treatment, and a cavity is formed as a mold in which a new side wall is formed. 19 (FIG. 58)
(E)).

【0214】次に、側壁材料である、シリコン酸化膜と
の間でエッチング選択比を持ち、シリコン窒化膜より誘
電率が低い絶縁性有機材料20を上述の空洞19に流し
込む(図46F)。その後、はみ出した側壁材料を例え
ばCMPを使って除去すると同時に平坦化を行い、側壁
20の埋め込みが完成する(図58(g))。
Next, an insulating organic material 20 having an etching selectivity with respect to a silicon oxide film, which is a side wall material, and having a lower dielectric constant than a silicon nitride film is poured into the cavity 19 (FIG. 46F). Thereafter, the protruding side wall material is removed by using, for example, CMP, and at the same time, planarization is performed to complete the embedding of the side wall 20 (FIG. 58 (g)).

【0215】その後は既知のトランジスタ工程を経てト
ランジスタが完成される。すなわち、層間絶縁膜を堆積
させた後、レジストパターンをマスクとして用いて、コ
ンタクトを形成するためのコンタクトホールをRIEに
より形成する。ここで、本実施形態で形成した側壁があ
るために、前述のレジストパターンが多少ずれてもゲー
ト電極上面に直接ソース・ドレインのコンタクトホール
が開くことはなく、ゲートとソース・ドレインとがショ
ートすることを防ぐことができる。
Thereafter, the transistor is completed through a known transistor process. That is, after depositing an interlayer insulating film, a contact hole for forming a contact is formed by RIE using a resist pattern as a mask. Here, since there is a side wall formed in the present embodiment, even if the resist pattern is slightly displaced, the source / drain contact hole does not open directly on the upper surface of the gate electrode, and the gate and the source / drain are short-circuited. Can be prevented.

【0216】その後、ゲート及び、ソース・ドレインの
コンタクトホールに反応防止層を形成した後、例えばA
lを埋め込む。このAl膜をレジストパターンをマスク
として用いてエッチングすることで、第一層の配線が完
成する。
Then, after forming a reaction preventing layer in the gate and the contact hole of the source / drain, for example, A
Embed l. The first layer wiring is completed by etching this Al film using the resist pattern as a mask.

【0217】次に、本発明を配線の形成に適用した第8
の実施形態について説明する。
Next, the eighth embodiment in which the present invention is applied to the formation of wirings will be described.
An embodiment will be described.

【0218】下層配線上に堆積された層間絶縁膜の上に
多結晶シリコンを堆積し、レジストパターンをマスクと
して用いて多結晶シリコン膜をエッチングして、ダミー
配線を形成する。次いで、シリコン窒化膜を堆積し、エ
ッチングすることによってダミー配線の側面部にダミー
側壁を形成する。
Polycrystalline silicon is deposited on the interlayer insulating film deposited on the lower wiring, and the polycrystalline silicon film is etched using a resist pattern as a mask to form a dummy wiring. Next, a silicon nitride film is deposited and etched to form a dummy sidewall on a side surface of the dummy wiring.

【0219】次に、層間絶縁膜を堆積した後、CMP等
で平坦化し、ダミー配線の上面部を露出させる。その
後、ダミー配線を除去して配線の入る溝を形成し、配線
材料(例えばアルミ、タングステン、銅など)を堆積
し、CMP等で平坦化して、配線材料を溝に埋め込む。
Next, after depositing an interlayer insulating film, the interlayer insulating film is planarized by CMP or the like to expose the upper surface of the dummy wiring. After that, the dummy wiring is removed to form a groove for receiving the wiring, a wiring material (eg, aluminum, tungsten, copper, etc.) is deposited, flattened by CMP or the like, and the wiring material is embedded in the groove.

【0220】更に、埋め込まれた配線の上部をドライエ
ッチング等で後退させ、ダミー側壁を露出させる。ダミ
ー側壁を熱りん酸処理等で除去し、側壁材料が入る空洞
を形成する。次に、シリコン酸化膜との間で高いエッチ
ング選択比を持ち、シリコン窒化膜より誘電率が低い有
機材料を上述の空洞に流し込む。そして、はみ出した側
壁材料を、例えばCMP等で除去すると同時に平坦化を
おこない、側壁の埋め込みが完成する。
Further, the upper portion of the embedded wiring is receded by dry etching or the like to expose the dummy side wall. The dummy side wall is removed by hot phosphoric acid treatment or the like to form a cavity in which the side wall material enters. Next, an organic material having a high etching selectivity with respect to the silicon oxide film and having a lower dielectric constant than the silicon nitride film is poured into the cavity. Then, the protruding side wall material is removed by, for example, CMP or the like, and at the same time, flattening is performed, and the embedding of the side wall is completed.

【0221】以上の第5〜第6の実施形態において、側
壁材料は有機材料に限らず、層間絶縁膜であるシリコン
酸化膜との間で高いエッチング選択比を持つ絶縁材料で
あればよい。その際、誘電率が低ければ、高周波特性な
どの電気特性上において、特に好ましい。また、ダミー
側壁の除去にはウェットエッチングだけでなく、ドライ
エッチングを用いてもよい。
In the above fifth and sixth embodiments, the side wall material is not limited to the organic material, but may be any insulating material having a high etching selectivity with the silicon oxide film as the interlayer insulating film. At this time, a low dielectric constant is particularly preferable in terms of electrical characteristics such as high-frequency characteristics. Further, not only wet etching but also dry etching may be used for removing the dummy side wall.

【0222】ダマシンプロセスでダミーゲートに側壁を
直接RIEで形成する場合は、側壁形成のためのRIE
や、平坦化時のCMPのマージンがきわめて狭くなって
しまうが、上記第5〜第8の実施形態に示す方法では、
ダミー側壁を利用することにより、ダミー側壁のRIE
時や平坦化CMPのバラツキに対してのマージンを広く
することができる。これは、最終的に製品の歩留まりに
対して有利となる。また、第5〜第8の実施形態で示す
ダマシンゲートトランジスタ、コンベンショナルトラン
ジスタ、及び配線の側壁形成の方法では、側壁形成後に
拡散層の活性化等の高温工程がないため、側壁に有機系
絶縁膜などの低誘電率膜を使用することができるため、
高周波で動作させる場合に重要な寄生容量を低減する上
で有利となる。
When the side wall is formed directly on the dummy gate by the RIE by the damascene process, the RIE for forming the side wall is performed.
Also, the CMP margin at the time of flattening becomes extremely narrow. However, in the methods described in the fifth to eighth embodiments,
RIE of the dummy side wall is performed by using the dummy side wall.
It is possible to widen the margin for the time and the variation of the flattening CMP. This is ultimately advantageous for product yield. In the damascene gate transistor, the conventional transistor, and the method of forming the side wall of the wiring described in the fifth to eighth embodiments, since there is no high-temperature step such as activation of the diffusion layer after the formation of the side wall, the organic insulating film is formed on the side wall. Because a low dielectric constant film such as
This is advantageous in reducing the parasitic capacitance which is important when operating at a high frequency.

【0223】以下の第9および第10の実施形態は、ゲ
ートライナーとしてTa2 5 を用いた場合を示す。
The following ninth and tenth embodiments show the case where Ta 2 O 5 is used as a gate liner.

【0224】図59〜図61は、本発明の第9の実施形
態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
FIGS. 59 to 61 are sectional views showing the steps of manufacturing a semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention.

【0225】まず、シリコンからなる半導体基板11に
既知の方法で、浅溝型素子分離(STI)領域12を形
成し、このSTI領域12により他の領域から分離され
た素子領域を形成する(図59(a))。
First, a shallow trench isolation (STI) region 12 is formed on a semiconductor substrate 11 made of silicon by a known method, and an element region separated from other regions by the STI region 12 is formed (FIG. 59 (a)).

【0226】次いで、例えばバッファ層としてシリコン
酸化膜14を形成し、ダミーゲートとなる非結晶又は多
結晶シリコン膜、およびその上にシリコン窒化膜を堆積
し、ダミーゲート層を形成する。その後、このダミーゲ
ート層をレジストパターン(図示せず)をマスクとして
用いてRIE等でエッチングすることで、非結晶シリコ
ン膜23とシリコン窒化膜24とからなるダミーゲート
13を形成する(図59(b))。なお、ダミーゲート
形成前後に、チャネルおよび拡散層(図示せず)プロフ
ァイルの制御のために、不純物のイオン注入を行うこと
がある。
Next, for example, a silicon oxide film 14 is formed as a buffer layer, and an amorphous or polycrystalline silicon film serving as a dummy gate and a silicon nitride film are deposited thereon to form a dummy gate layer. Thereafter, the dummy gate layer is etched by RIE or the like using a resist pattern (not shown) as a mask, thereby forming a dummy gate 13 composed of the amorphous silicon film 23 and the silicon nitride film 24 (FIG. 59 ( b)). Before and after the formation of the dummy gate, impurity ion implantation may be performed to control the profile of a channel and a diffusion layer (not shown).

【0227】次に、全面に酸化タンタルを10nmに堆
積し、ゲート(ダミーゲート)のライナー31とする
(図59(c))。その後、例えば酸化膜を堆積した
後、RIE等でエッチングバックさせることで、ダミー
ゲート13の側面に側壁15を形成し(図47D)、ド
ライエッチングを用いて、側壁15に覆われていない部
分の酸化タンタル膜31を除去する(図60(e))。
なお、このときのエッチング条件は、通常のシリコンを
エッチングする条件でタンタルが除去できることを確認
している。
Next, tantalum oxide is deposited on the entire surface to a thickness of 10 nm to form a gate (dummy gate) liner 31 (FIG. 59 (c)). Thereafter, after depositing, for example, an oxide film, the side wall 15 is formed on the side surface of the dummy gate 13 by etching back by RIE or the like (FIG. 47D), and the portion not covered by the side wall 15 is formed by dry etching. The tantalum oxide film 31 is removed (FIG. 60E).
It has been confirmed that tantalum can be removed under the etching conditions at which ordinary silicon is etched.

【0228】更に、イオン注入を行い、ソース・ドレイ
ン領域(図示せず)を形成し、層間絶縁膜16を全面に
堆積させてダミーゲートを埋め込み(図60(f))、
CMP等で平坦化する(図60(g))。この時、ダミ
ーゲート13の上面が露出する。熱りん酸処理によりダ
ミーゲート13の上層のシリコン窒化膜24を除去し
(図61(h))、KOHまたは混酸により、ダミーゲ
ート13の下層の多結晶又は非結晶シリコン23を除去
する(図61(i))。
Further, ion implantation is performed to form source / drain regions (not shown), an interlayer insulating film 16 is deposited on the entire surface, and a dummy gate is buried (FIG. 60 (f)).
Flatten by CMP or the like (FIG. 60 (g)). At this time, the upper surface of the dummy gate 13 is exposed. The silicon nitride film 24 above the dummy gate 13 is removed by hot phosphoric acid treatment (FIG. 61 (h)), and the polycrystalline or amorphous silicon 23 under the dummy gate 13 is removed by KOH or mixed acid (FIG. 61). (I)).

【0229】最後に、バッファとして形成したシリコン
酸化膜を希フッ酸で除去することで、ゲートを形成する
溝32が得られる(図61(j))。なお、酸化タンタ
ルもフッ酸によりエッチングされるが、そのエッチング
レートはシリコン酸化膜に対して1/25であるので、
実質的には酸化タンタルは殆どエッチングされないと考
えてよい。
Finally, the silicon oxide film formed as a buffer is removed with dilute hydrofluoric acid to obtain a trench 32 for forming a gate (FIG. 61 (j)). Note that tantalum oxide is also etched with hydrofluoric acid, but its etching rate is 1/25 of that of a silicon oxide film.
It can be considered that substantially tantalum oxide is hardly etched.

【0230】その後は、通常のダマシンゲート形成工程
と同様である。即ち、シリコン基板11を酸化させ、ま
たは絶縁膜を堆積させることでゲート絶縁膜を形成する
(なお、絶縁膜として酸化タンタルを用いることも可能
である)。必要ならば反応防止層を形成し、電極材料を
全面に堆積させる。CMP等で平坦化することで、ダミ
ーゲートを除去した溝にゲート電極が形成される。
After that, the process is the same as the ordinary damascene gate forming process. That is, a gate insulating film is formed by oxidizing the silicon substrate 11 or depositing an insulating film (in addition, tantalum oxide can be used as the insulating film). If necessary, a reaction preventing layer is formed, and an electrode material is deposited on the entire surface. By flattening by CMP or the like, a gate electrode is formed in the groove from which the dummy gate has been removed.

【0231】本実施形態は、第9の実施形態において、
ダミーゲートの側面に直接側壁としてゲートライナーを
形成する場合を示す。即ち、実施形態9と同様、STI
領域により分離された素子領域上にダミーゲートを形成
した後、ゲートライナーを堆積させる。本実施形態の場
合、側壁として形成するので、形成後の電気特性上実質
的な幅が通常のSiO2 より厚くなるため、酸化タンタ
ルより低誘電率の膜を用いることが望ましく、例えば酸
化イットリウムを用いる。堆積後に異方性エッチングに
よりダミーゲートの側面に側壁15を形成する(図62
(a))。
This embodiment is different from the ninth embodiment in that
The case where a gate liner is formed as a side wall directly on the side surface of a dummy gate is shown. That is, similar to the ninth embodiment, the STI
After forming a dummy gate on the device region separated by the region, a gate liner is deposited. In the case of this embodiment, since it is formed as a side wall, a substantial width is larger than ordinary SiO 2 in terms of electrical characteristics after formation, and therefore it is desirable to use a film having a dielectric constant lower than that of tantalum oxide. Used. After the deposition, the side wall 15 is formed on the side surface of the dummy gate by anisotropic etching (FIG. 62).
(A)).

【0232】ダミーゲートおよび側壁15をマスクとし
て用いてイオン注入を行い、ソース・ドレイン領域を形
成した後、層間絶縁膜16を堆積し、ダミーゲートを埋
め込む。CMP等で平坦化すると共に、ダミーゲートの
上面を露出させる(図62(b)。
After ion implantation is performed using the dummy gate and the side wall 15 as a mask to form source / drain regions, an interlayer insulating film 16 is deposited and the dummy gate is buried. The surface is flattened by CMP or the like, and the upper surface of the dummy gate is exposed (FIG. 62B).

【0233】露出したダミーゲートを除去し、ゲートが
形成される溝を形成する。例えば、ダミーゲートの構成
が、シリコン窒化膜24と非結晶シリコン23の場合
は、実施形態9と同様に熱りん酸処理と混酸処理で除去
する。
The exposed dummy gate is removed, and a groove for forming the gate is formed. For example, when the configuration of the dummy gate is the silicon nitride film 24 and the amorphous silicon 23, as in the ninth embodiment, the dummy gate is removed by hot phosphoric acid treatment and mixed acid treatment.

【0234】次に、フッ酸処理を行い、バッファとして
形成したシリコン酸化膜14を除去するが、酸化イット
リウムはフッ酸に溶解しないので。側壁15が削れる心
配はない。
Next, hydrofluoric acid treatment is performed to remove the silicon oxide film 14 formed as a buffer. However, yttrium oxide does not dissolve in hydrofluoric acid. There is no need to worry about the side wall 15 being cut off.

【0235】その後は通常のダマシンゲート形成工程と
同じである。即ち、シリコン基板を酸化させるかまたは
絶縁膜を堆積させることでゲート絶縁膜を形成する。な
お、絶縁膜として酸化タンタルを用いることも考えられ
る)。必要ならば、反応防止層を形成し、電極材料を全
面に堆積させる。CMP等で平坦化することで、ダミー
ゲートを除去した溝にゲート電極が形成される。
After that, the process is the same as the ordinary damascene gate forming process. That is, a gate insulating film is formed by oxidizing a silicon substrate or depositing an insulating film. Note that tantalum oxide may be used as the insulating film.) If necessary, a reaction prevention layer is formed, and an electrode material is deposited on the entire surface. By flattening by CMP or the like, a gate electrode is formed in the groove from which the dummy gate has been removed.

【0236】以上の第9および第10の実施形態におい
て、ライナーに使われる材料としては、酸化タンタルに
限らず、酸化ニオブ、酸化イットリウム、酸化セリウム
を用いることもできる。また、側壁の代わりに酸化タン
タル、酸化ニオブ、酸化セリウムを用いてもよい。ま
た、ダミーゲートは複層でも、単層でもよい。
In the ninth and tenth embodiments, the material used for the liner is not limited to tantalum oxide, but niobium oxide, yttrium oxide, and cerium oxide can also be used. Further, tantalum oxide, niobium oxide, or cerium oxide may be used instead of the side wall. Further, the dummy gate may be a multilayer or a single layer.

【0237】以上、第9および第10の実施形態により
得られたトランジスタは、ダミーゲートの除去に際し、
後にゲートの形成される溝が必要以上に広がらないの
で、微細化に際して非常に有利である。例えば、最小ゲ
ート配線間寸法が設計寸法に対して狭くならず、高周波
動作を考慮した場合に問題となる配線間容量が増大しな
い。また、ソース・ドレインコンタクトに対してもゲー
ト配線が設計寸法に仕上がるため、コンタクトのパター
ニングマージンにゲート配線の広がり分を含める必要が
無く、高集積化に有利である。また、従来技術でゲート
上部の広がりを抑制させる場合には最終的なゲート厚さ
を薄くしなければならず、ゲート配線抵抗が上昇してし
まうのに対し、本実施形態ではゲート厚さを薄くする必
要が無いので、ゲート配線抵抗を押さえることができ、
消費電力が少なくてすむほか、誘電特性への影響も少な
くてすむ。
As described above, the transistors obtained according to the ninth and tenth embodiments have the following advantages in removing the dummy gate.
Since a groove in which a gate is to be formed later does not expand more than necessary, it is very advantageous in miniaturization. For example, the minimum inter-gate-wiring dimension does not become smaller than the design dimension, and the inter-wiring capacitance, which becomes a problem when high-frequency operation is considered, does not increase. In addition, since the gate wiring is finished to the design dimensions with respect to the source / drain contact, it is not necessary to include the spread of the gate wiring in the patterning margin of the contact, which is advantageous for high integration. Further, in the case where the spread of the upper part of the gate is suppressed in the conventional technique, the final gate thickness must be reduced, and the gate wiring resistance increases. On the other hand, in the present embodiment, the gate thickness is reduced. It is not necessary to reduce the gate wiring resistance.
It consumes less power and has less effect on the dielectric properties.

【0238】本発明の第11の実施形態に係る半導体装
置の製造方法について、図63および図64を参照して
説明する。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0239】まず、シリコン基板41上に素子分離絶縁
膜42、p型の拡散層43を形成する(図63
(a))。次いで、熱酸化工程によってシリコン基板4
1表面を5nm程度酸化することにより、シリコン酸化
膜44を形成し、その上に200nm程度のシリコン窒
化膜45を堆積し、パターニングし、ダミーのゲート電
極45を形成する。その後、このダミーゲート電極45
をマスクとして用いて、砒素等のn型不純物をイオン注
入し、750℃以上の熱処理による不純物活性化を行う
ことにより、n- 型LDD拡散層46を形成する(図6
3(b))。
First, an element isolation insulating film 42 and a p-type diffusion layer 43 are formed on a silicon substrate 41.
(A)). Next, the silicon substrate 4 is subjected to a thermal oxidation process.
A silicon oxide film 44 is formed by oxidizing one surface by about 5 nm, and a silicon nitride film 45 of about 200 nm is deposited thereon and patterned to form a dummy gate electrode 45. Thereafter, the dummy gate electrode 45
Is used as a mask, an n-type impurity such as arsenic is ion-implanted, and impurity activation is performed by heat treatment at 750 ° C. or more, thereby forming an n -type LDD diffusion layer 46 (FIG. 6).
3 (b)).

【0240】次に、全面に10nm程度のシリコン酸化
膜47、10nm程度のシリコン窒化膜48を堆積し、
ダミーゲート電極を覆った後に、再び50nm程度のシ
リコン酸化膜49を堆積し、異方性エッチングを行うこ
とにより、側壁シリコン酸化膜49を形成する。
Next, a silicon oxide film 47 of about 10 nm and a silicon nitride film 48 of about 10 nm are deposited on the entire surface.
After covering the dummy gate electrode, a silicon oxide film 49 of about 50 nm is deposited again, and anisotropic etching is performed to form a side wall silicon oxide film 49.

【0241】その後、ダミーゲート電極45およびその
側面の絶縁膜47,48,49をマスクとして用いて再
びイオン注入および900℃以上の熱処理による不純物
活性化を行うことにより、n+ 型の不純物拡散層(ソー
ス、ドレイン領域)50を形成する(図63(c))。
Thereafter, ion implantation and impurity activation by heat treatment at 900 ° C. or more are performed again using the dummy gate electrode 45 and the insulating films 47, 48, and 49 on the side surfaces thereof as a mask, whereby an n + -type impurity diffusion layer is formed. (Source, drain regions) 50 are formed (FIG. 63C).

【0242】次に、全面にシリコン酸化膜51を堆積
し、シリコン窒化膜48もしくは45をストッパーとし
て用いてシリコン酸化膜51を研磨、平坦化する。本実
施形態の図面においては、ダミーゲート電極45上にあ
るシリコン窒化膜48は、シリコン酸化膜51の研磨の
際に消失し、ダミーゲート電極45で研磨が停止してい
る状況を示しているが、シリコン窒化膜48で研磨が停
止しても、以下の工程を経ることにより、ほぼ同様の結
果が得られる(図63(d))。
Next, a silicon oxide film 51 is deposited on the entire surface, and the silicon oxide film 51 is polished and flattened using the silicon nitride film 48 or 45 as a stopper. In the drawings of the present embodiment, the silicon nitride film 48 on the dummy gate electrode 45 disappears when the silicon oxide film 51 is polished, and the polishing is stopped at the dummy gate electrode 45. Even if the polishing is stopped at the silicon nitride film 48, substantially the same result can be obtained through the following steps (FIG. 63 (d)).

【0243】露出したシリコン窒化膜ダミーゲート45
およびシリコン窒化膜48を、熱燐酸等の処理により5
0nm程度エッチングし、幅Lとdの2つの溝を形成
し、次いで、全面に10nm程度のシリコン酸化膜52
を堆積する。この時、このシリコン酸化膜52の膜厚
は、ダミーゲート電極の幅(L)の少なくとも1/2以
下であり、かつシリコン窒化膜48の膜厚dの1/2以
上でなければならない(図64(e))。即ち、シリコ
ン窒化膜48の上の溝は埋まるが、ダミーゲート45の
上の溝は埋まらないような膜厚とする必要がある。
Exposed silicon nitride film dummy gate 45
And silicon nitride film 48 is treated with hot phosphoric acid or the like to
Etch about 0 nm to form two grooves having widths L and d. Then, a silicon oxide film 52 of about 10 nm is formed on the entire surface.
Is deposited. At this time, the thickness of the silicon oxide film 52 must be at least 1 / or less of the width (L) of the dummy gate electrode and 1 / or more of the thickness d of the silicon nitride film 48 (FIG. 64 (e)). That is, it is necessary that the film thickness be such that the groove above the silicon nitride film 48 is filled, but the groove above the dummy gate 45 is not filled.

【0244】次に、シリコン酸化膜52を異方性エッチ
ングでエッチバックすることにより、ダミーゲート電極
45上部を露出させる。このとき、シリコン窒化膜48
は、シリコン酸化膜52により被覆されているため、露
出しない(図64(f))。
Next, the upper portion of dummy gate electrode 45 is exposed by etching back silicon oxide film 52 by anisotropic etching. At this time, the silicon nitride film 48
Is not exposed because it is covered with the silicon oxide film 52 (FIG. 64 (f)).

【0245】その後、露出したシリコン窒化膜ダミーゲ
ート45を、熱燐酸等の処理により除去し、ゲート電極
形成領域に溝を形成した後に、フッ酸等によるエッチン
グにより溝領域内に残存するシリコン酸化膜47、およ
びエッチバック工程で残したシリコン酸化膜52を除去
し、シリコン基板41表面を露出させる(図64
(g))。
Thereafter, the exposed silicon nitride film dummy gate 45 is removed by treatment with hot phosphoric acid or the like to form a groove in the gate electrode formation region, and then the silicon oxide film remaining in the groove region by etching with hydrofluoric acid or the like. 47, and the silicon oxide film 52 left in the etch back step is removed to expose the surface of the silicon substrate 41 (FIG. 64).
(G)).

【0246】そして、全面にタンタル酸化膜等の高誘電
体絶縁膜53を堆積し、拡散バリア層としてのチタン窒
化膜54、ゲート電極としてのアルミニウム層55を堆
積し、CMP研磨等を用いて溝部以外のアルミニウム膜
55、チタン窒化膜54、タンタル酸化膜53を除去す
る(図64(h))。
Then, a high dielectric insulating film 53 such as a tantalum oxide film is deposited on the entire surface, a titanium nitride film 54 as a diffusion barrier layer and an aluminum layer 55 as a gate electrode are deposited, and the groove is formed by CMP polishing or the like. The remaining aluminum film 55, titanium nitride film 54, and tantalum oxide film 53 are removed (FIG. 64 (h)).

【0247】全面にシリコン酸化膜56を堆積し、コン
タクトホールを開口し、金属配線層57を形成し、トラ
ンジスタを完成させる(図64(i))。
A silicon oxide film 56 is deposited on the entire surface, a contact hole is opened, a metal wiring layer 57 is formed, and a transistor is completed (FIG. 64 (i)).

【0248】以上のように、本実施形態に係る方法によ
れば、微細加工上の問題点なしに、非常に低抵抗なゲー
ト電極を形成することが可能になり、寄生抵抗による素
子性能の劣化を抑制できるようになる。
As described above, according to the method according to the present embodiment, it is possible to form a gate electrode having a very low resistance without any problem in microfabrication, and to deteriorate the element performance due to parasitic resistance. Can be suppressed.

【0249】本発明の第12の実施形態に係る半導体装
置の製造方法について、図65および図66を参照して
説明する。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0250】まず、シリコン基板41上に素子分離絶縁
膜42、p型の拡散層43を形成する(図65
(a))。次いで、熱酸化工程によってシリコン基板4
1表面を5nm程度酸化することにより、シリコン酸化
膜44を形成し、その上に250nm程度のシリコン窒
化膜45を堆積し、パターニングし、ダミーのゲート電
極45を形成すう。その後、このダミーゲート電極45
をマスクとして用いて、砒素等のn型不純物をイオン注
入し、750℃以上の熱処理による不純物活性化を行う
ことにより、n- 型LDD拡散層46を形成する(図6
5(b))。
First, an element isolation insulating film 42 and a p-type diffusion layer 43 are formed on a silicon substrate 41.
(A)). Next, the silicon substrate 4 is subjected to a thermal oxidation process.
A silicon oxide film 44 is formed by oxidizing one surface by about 5 nm, and a silicon nitride film 45 of about 250 nm is deposited thereon and patterned to form a dummy gate electrode 45. Thereafter, the dummy gate electrode 45
Is used as a mask, an n-type impurity such as arsenic is ion-implanted, and impurity activation is performed by heat treatment at 750 ° C. or more, thereby forming an n -type LDD diffusion layer 46 (FIG. 6).
5 (b)).

【0251】次に、全面に10nm程度のシリコン酸化
膜47、10nm程度のシリコン窒化膜48を堆積し、
ダミーゲート電極を覆った後に、再び50nm程度のシ
リコン酸化膜49を堆積し、異方性エッチングを行うこ
とにより、側壁シリコン酸化膜49を形成する。
Next, a silicon oxide film 47 of about 10 nm and a silicon nitride film 48 of about 10 nm are deposited on the entire surface.
After covering the dummy gate electrode, a silicon oxide film 49 of about 50 nm is deposited again, and anisotropic etching is performed to form a side wall silicon oxide film 49.

【0252】その後、異方性エッチングにより露出した
シリコン窒化膜48を除去し、ダミーゲート電極45お
よびその側面の絶縁膜47,48,49をマスクとして
用いて再びイオン注入および900℃以上の熱処理によ
る不純物活性化を行うことにより、n+ 型の不純物拡散
層(ソース、ドレイン領域)50を形成する(図50
C)。
Thereafter, the exposed silicon nitride film 48 is removed by anisotropic etching, and ion implantation and heat treatment at 900 ° C. or more are performed again using the dummy gate electrode 45 and the insulating films 47, 48, and 49 on the side surfaces thereof as a mask. By performing the impurity activation, an n + -type impurity diffusion layer (source and drain regions) 50 is formed (FIG. 50).
C).

【0253】次に全面にシリコン酸化膜51を堆積し、
シリコン窒化膜45をストッパーとして用いてシリコン
酸化膜51を研磨、平坦化する(図65(d))。
Next, a silicon oxide film 51 is deposited on the entire surface.
The silicon oxide film 51 is polished and flattened using the silicon nitride film 45 as a stopper (FIG. 65 (d)).

【0254】露出したシリコン窒化膜ダミーゲート4
5、およびシリコン窒化膜48を、熱燐酸等の処理によ
り50nm程度エッチングし、幅の違う溝を形成し、全
面に10nm程度のシリコン酸化膜52を堆積する。こ
の時、このシリコン酸化膜52の膜厚は、ダミーゲート
電極の幅(L)の少なくとも1/2以下であり、かつシ
リコン窒化膜48の膜厚dの1/2以上でなければなら
ない(図6(e))。
Exposed silicon nitride film dummy gate 4
5 and the silicon nitride film 48 are etched by about 50 nm by treatment with hot phosphoric acid or the like to form grooves having different widths, and a silicon oxide film 52 of about 10 nm is deposited on the entire surface. At this time, the thickness of the silicon oxide film 52 must be at least 1 / or less of the width (L) of the dummy gate electrode and 1 / or more of the thickness d of the silicon nitride film 48 (FIG. 6 (e)).

【0255】次に、シリコン酸化膜52を異方性エッチ
ングでエッチバックすることにより、ダミーゲート電極
45上部を露出させる。このとき、シリコン窒化膜48
は、シリコン酸化膜52により被覆されているため、露
出しない(図66(f))。
Next, the upper portion of the dummy gate electrode 45 is exposed by etching back the silicon oxide film 52 by anisotropic etching. At this time, the silicon nitride film 48
Is not exposed because it is covered with the silicon oxide film 52 (FIG. 66 (f)).

【0256】その後、露出したシリコン窒化膜ダミーゲ
ート45を、熱燐酸等の処理により除去し、ゲート電極
形成領域に溝を形成した後に、フッ酸等によるエッチン
グにより溝領域内に残存するシリコン酸化膜47、およ
びエッチバック工程で残したシリコン酸化膜52を除去
し、シリコン基板41表面を露出させる(図66
(g))。
Thereafter, the exposed silicon nitride film dummy gate 45 is removed by treatment with hot phosphoric acid or the like to form a groove in the gate electrode formation region, and then the silicon oxide film remaining in the groove region by etching with hydrofluoric acid or the like. 47 and the silicon oxide film 52 left in the etch back step are removed to expose the surface of the silicon substrate 41 (FIG. 66).
(G)).

【0257】そして、全面にタンタル酸化膜等の高誘電
体絶縁膜53を堆積し、拡散バリア層としてのチタン窒
化膜54、ゲート電極としてのアルミニウム層55を堆
積し、CMP研磨等を用いて溝部以外のタングステン膜
55、チタン窒化膜54、タンタル酸化膜53を除去す
る(図66(h))。
Then, a high dielectric insulating film 53 such as a tantalum oxide film is deposited on the entire surface, a titanium nitride film 54 as a diffusion barrier layer and an aluminum layer 55 as a gate electrode are deposited, and the groove is formed by CMP or the like. The other portions of the tungsten film 55, the titanium nitride film 54, and the tantalum oxide film 53 are removed (FIG. 66H).

【0258】全面にシリコン酸化膜56を堆積し、コン
タクトホールを開口し、金属配線層57を形成し、トラ
ンジスタを完成させる(図66(i))。
A silicon oxide film 56 is deposited on the entire surface, a contact hole is opened, a metal wiring layer 57 is formed, and a transistor is completed (FIG. 66 (i)).

【0259】以上のように、本実施形態によれば、第1
1の実施形態と同様に、微細加工上の問題点なしに、常
に低抵抗なゲート電極を形成することが可能になり、寄
生抵抗による素子性能の劣化を抑制できるようになる。
その上、シリコン窒化膜48によりゲート電極の周囲の
浅い拡散層46の部分が被覆されているために、コンタ
クト開口を形成する際にシリコン窒化膜に対して選択比
の高いシリコン酸化膜エッチング技術を用いれば、たと
えばコンタクト開口の位置がずれても、浅い拡散層部分
に金属配線層57が接続して、接合リーク電流が増大す
ることがなくなるため、さらに素子面積を小さく設計す
ることが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, the first
As in the first embodiment, it is possible to always form a low-resistance gate electrode without any problems in microfabrication, and it is possible to suppress deterioration of device performance due to parasitic resistance.
In addition, since the silicon nitride film 48 covers the shallow diffusion layer 46 around the gate electrode, a silicon oxide film etching technique having a high selectivity to the silicon nitride film when forming the contact opening is used. If it is used, for example, even if the position of the contact opening is shifted, the metal wiring layer 57 is not connected to the shallow diffusion layer portion, so that the junction leakage current does not increase. Therefore, the element area can be designed to be smaller. .

【0260】以上、第11および第12の実施形態によ
れば、ゲート電極の微細加工性を損なわずに、必ずしも
ソース、ドレイン領域の不純物を活性化するために要求
される熱工程に対して耐性のある材料をゲート電極材料
やゲート絶縁膜材料に使用する必要がなくなるため、材
料選択の幅が広がり、低抵抗のゲート電極材料や高誘電
率のゲート絶縁膜材料を使用することが可能になり、そ
の結果として、素子の寄生抵抗の低減や駆動力の向上が
可能になる。
As described above, according to the eleventh and twelfth embodiments, the resistance to the heat step required to activate the impurities in the source and drain regions is not necessarily impaired without impairing the fine workability of the gate electrode. It is no longer necessary to use a material with a certain material for the gate electrode material or the gate insulating film material. As a result, the parasitic resistance of the element can be reduced and the driving force can be improved.

【0261】[0261]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
素子領域のエッジコーナー部の露出を抑制することがで
きるため、エッジコーナー部の電界集中によるトランジ
スタの特性劣化を防止することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the exposure of the edge corner portion of the element region can be suppressed, deterioration of transistor characteristics due to electric field concentration at the edge corner portion can be prevented.

【0262】また、ダミー側壁を利用することにより、
ダミー側壁のRIE時や平坦化CMPのバラツキに対し
てのマージンを広くすることができる。これは、最終的
に製品の歩留まりに対して有利となる。特に、側壁に有
機系絶縁膜などの低誘電率膜を使用することができるた
め、高周波で動作させる場合に重要な寄生容量を低減す
る上で有利となる。
Further, by using the dummy side wall,
It is possible to widen the margin for the dummy sidewalls during RIE and for variations in the planarization CMP. This is ultimately advantageous for product yield. In particular, since a low dielectric constant film such as an organic insulating film can be used for the side wall, it is advantageous in reducing a parasitic capacitance which is important when operating at a high frequency.

【0263】更に、ゲートライナーとしてTa2 5
を用いた場合には、ゲート厚さを薄くする必要が無いの
で、ゲート配線抵抗を押さえることができ、消費電力が
少なくてすむほか、誘電特性への影響も少なくてすむ。
Further, when Ta 2 O 5 or the like is used as the gate liner, it is not necessary to reduce the gate thickness, so that the gate wiring resistance can be suppressed, the power consumption can be reduced, and the dielectric characteristics can be reduced. The impact on the environment is small.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る製造工程の一部
を示した図。
FIG. 1 is a view showing a part of a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態に係る製造工程の一部
を示した図。
FIG. 2 is a view showing a part of a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態に係る製造工程の一部
を示した図。
FIG. 3 is a view showing a part of the manufacturing process 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
製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面を
示した図。
FIG. 4 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a 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
製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面を
示した図。
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a 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1の具体例につい
て図5(h)に対応したゲートのゲート幅方向の断面を
示した図。
FIG. 6 is a view showing a cross section in a gate width direction of a gate corresponding to FIG. 5H for a first 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
製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面を
示した図。
FIG. 7 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process 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2の具体例に係る
製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面を
示した図。
FIG. 8 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a second 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2の具体例につい
て図8(h)に対応したゲートのゲート幅方向の断面を
示した図。
FIG. 9 is a view showing a cross section in a gate width direction of a gate corresponding to FIG. 8H for a second specific example of the second embodiment of the present invention;

【図10】本発明の第2の実施形態の第3の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 10 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a third specific example of the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施形態の第4の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 11 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction for a part of a manufacturing process according to a fourth specific example of the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2の実施形態の第4の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 12 is a diagram illustrating a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a fourth specific example of the second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2の実施形態の第4の具体例につ
いて図12(i)に対応したゲートのゲート幅方向の断
面を示した図。
FIG. 13 is a view showing a cross section in a gate width direction of a gate corresponding to FIG. 12 (i) in a fourth specific example of the second embodiment of the present invention;

【図14】本発明の第2の実施形態の第5の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 14 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a fifth specific example of the second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第2の実施形態の第5の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 15 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a fifth specific example of the second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第2の実施形態の第5の具体例につ
いて図15(i)に対応したゲートのゲート幅方向の断
面を示した図。
FIG. 16 is a view showing a cross section in a gate width direction of a gate corresponding to FIG. 15 (i) in a fifth specific example of the second embodiment of the present invention;

【図17】本発明の第2の実施形態の第6の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 17 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a sixth specific example of the second embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第2の実施形態の第1の具体例に係
る平面構成を示した図。
FIG. 18 is a diagram showing a planar configuration according to a first specific example of the second embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第2の実施形態の第2の具体例に係
る平面構成を示した図。
FIG. 19 is a diagram showing a planar configuration according to a second specific example of the second embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第2の実施形態の第4の具体例に係
る平面構成を示した図。
FIG. 20 is a diagram showing a plan configuration according to a fourth specific example of the second embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第2の実施形態の第5の具体例に係
る平面構成を示した図。
FIG. 21 is a diagram showing a plan configuration according to a fifth specific example of the second embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第3の実施形態の第1の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 22 is a diagram illustrating a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a first specific example of the third embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第3の実施形態の第1の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 23 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a first specific example of the third embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第3の実施形態の第1の具体例につ
いて図23(h)に対応したゲートのゲート幅方向の断
面を示した図。
FIG. 24 is a view showing a cross section in the gate width direction of the gate corresponding to FIG. 23H for the first specific example of the third embodiment of the present invention;

【図25】本発明の第3の実施形態の第1の具体例の変
更例ついてゲートのゲート長方向の断面を示した図。
FIG. 25 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction according to a modification of the first specific example of the third embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第3の実施形態の第2の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 26 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a second specific example of the third embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第3の実施形態の第2の具体例の変
更例ついてゲートのゲート長方向の断面を示した図。
FIG. 27 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction according to a modification of the second specific example of the third embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第3の実施形態の第3の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 28 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a third specific example of the third embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第3の実施形態の第3の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 29 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction for a part of a manufacturing process according to a third specific example of the third embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第3の実施形態の第3の具体例の変
更例ついてゲートのゲート長方向の断面を示した図。
FIG. 30 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction according to a modification of the third specific example of the third embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第3の実施形態の第4の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 31 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a fourth specific example of the third embodiment of the present invention.

【図32】本発明の第3の実施形態の第4の具体例の変
更例ついてゲートのゲート長方向の断面を示した図。
FIG. 32 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction according to a modification of the fourth specific example of the third embodiment of the present invention.

【図33】本発明の第3の実施形態の第4の具体例の変
更例ついてゲートのゲート長方向の断面を示した図。
FIG. 33 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction according to a modification of the fourth specific example of the third embodiment of the present invention.

【図34】本発明の第3の実施形態の第5の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 34 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a fifth specific example of the third embodiment of the present invention.

【図35】本発明の第3の実施形態の第1及び第3の具
体例に係る平面構成を示した図。
FIG. 35 is a diagram showing a planar configuration according to first and third specific examples of the third embodiment of the present invention.

【図36】本発明の第3の実施形態の第1の具体例の変
更例及び第3の具体例の変更例の平面構成を示した図。
FIG. 36 is a diagram showing a planar configuration of a modification of the first specific example and a modification of the third specific example of the third embodiment of the present invention.

【図37】本発明の第3の実施形態の第2、第4及び第
5の具体例に係る平面構成を示した図。
FIG. 37 is a diagram showing a planar configuration according to second, fourth, and fifth specific examples of the third embodiment of the present invention.

【図38】本発明の第3の実施形態の第2の具体例の変
更例及び第4の具体例の変更例の平面構成を示した図。
FIG. 38 is a diagram showing a plan configuration of a modified example of the second specific example and a modified example of the fourth specific example of the third embodiment of the present invention.

【図39】本発明の第4の実施形態の第1の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 39 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a first specific example of the fourth embodiment of the present invention.

【図40】本発明の第4の実施形態の第1の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 40 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a first specific example of the fourth embodiment of the present invention.

【図41】本発明の第4の実施形態の第1の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 41 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a first specific example of the fourth embodiment of the present invention.

【図42】本発明の第4の実施形態の第1の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 42 is a diagram showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a first specific example of the fourth embodiment of the present invention.

【図43】本発明の第4の実施形態の第1の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート幅方向の断面
を示した図。
FIG. 43 is a view showing a cross section of a gate in a gate width direction for a part of a manufacturing process according to a first specific example of the fourth embodiment of the present invention;

【図44】本発明の第4の実施形態の第1の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート幅方向の断面
を示した図。
FIG. 44 is a view showing a cross section of a gate in a gate width direction in a part of a manufacturing process according to a first specific example of the fourth embodiment of the present invention;

【図45】本発明の第4の実施形態の第2の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 45 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a second specific example of the fourth embodiment of the present invention.

【図46】本発明の第4の実施形態の第2の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 46 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a second specific example of the fourth embodiment of the present invention.

【図47】本発明の第4の実施形態の第2の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート長方向の断面
を示した図。
FIG. 47 is a view showing a cross section of a gate in a gate length direction in a part of a manufacturing process according to a second specific example of the fourth embodiment of the present invention.

【図48】本発明の第4の実施形態の第2の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート幅方向の断面
を示した図。
FIG. 48 is a view showing a cross section of a gate in a gate width direction in a part of a manufacturing process according to a second specific example of the fourth embodiment of the present invention.

【図49】本発明の第4の実施形態の第2の具体例に係
る製造工程の一部についてゲートのゲート幅方向の断面
を示した図。
FIG. 49 is a view showing a cross section of a gate in a gate width direction in a part of a manufacturing process according to a second specific example of the fourth embodiment of the present invention;

【図50】本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 50 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention;

【図51】本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 51 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention;

【図52】本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 52 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention;

【図53】本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 53 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention;

【図54】本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 54 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention;

【図55】本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 55 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention;

【図56】本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 56 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention;

【図57】本発明の第7の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 57 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention;

【図58】本発明の第7の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 58 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention;

【図59】本発明の第9の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 59 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention;

【図60】本発明の第9の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 60 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention;

【図61】本発明の第9の実施形態に係る半導体装置の
製造プロセスを示す断面図。
FIG. 61 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention;

【図62】本発明の第10の実施形態に係る半導体装置
の製造プロセスを示す断面図。
FIG. 62 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention;

【図63】本発明の第11の実施形態に係る半導体装置
の製造プロセスを示す断面図。
FIG. 63 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention;

【図64】本発明の第11の実施形態に係る半導体装置
の製造プロセスを示す断面図。
FIG. 64 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention;

【図65】本発明の第12の実施形態に係る半導体装置
の製造プロセスを示す断面図。
FIG. 65 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention;

【図66】本発明の第12の実施形態に係る半導体装置
の製造プロセスを示す断面図。
FIG. 66 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention;

【図67】本発明の従来技術に係る半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図。
FIG. 67 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the prior art of the present invention;

【図68】本発明の従来技術に係る半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図。
FIG. 68 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the prior art of the present invention;

【図69】本発明の従来技術に係る半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図。
FIG. 69 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the related art of the present invention;

【図70】本発明の他の従来技術に係る半導体装置の製
造プロセスを示す断面図。
FIG. 70 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to another conventional technique of the present invention;

【図71】本発明の従来技術に係る半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図。
FIG. 71 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the prior art of the present invention;

【図72】本発明の他の従来技術に係る半導体装置の製
造プロセスを示す断面図。
FIG. 72 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to another conventional technique of the present invention;

【図73】本発明の従来技術に係る半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図。
FIG. 73 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the conventional technique of the present invention;

【図74】本発明の従来技術に係る半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図。
FIG. 74 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the related art of the present invention;

【図75】本発明の他の従来技術に係る半導体装置の製
造プロセスを示す断面図。
FIG. 75 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to another conventional technique of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…シリコン基板(半導体基板) 102…シリコン酸化膜(ダミー膜) 103…アモルファスシリコン膜(材料膜) 104…シリコン窒化膜(材料膜) 105…島部 106…第1の溝部 107…埋込み絶縁膜(第1の絶縁膜) 108…ダミーゲートパターン 109…第2の溝部 110、112…ソース・ドレイン拡散層 111…側壁絶縁膜 113…層菅絶縁膜(第2の絶縁膜) 114…第3の溝部 116…ゲート絶縁膜 117…ゲート電極 201…シリコン基板(半導体基板) 202…バッファ酸化膜(ダミー膜) 203…アモルファスシリコン膜(第1の材料膜) 204…島部 205…第1の溝部 206…埋込み絶縁膜(第1の絶縁膜) 207…ダミーゲートパターン 208…第2の溝部 209…埋込み絶縁膜(第2の絶縁膜) 210…第3の溝部 211…ゲート絶縁膜 212…ゲート配線 221…側壁絶縁膜 231…アモルファスシリコン膜(第2の材料膜) 301…シリコン基板(半導体基板) 302…ゲート絶縁膜 303…シリコン膜(第1の導電膜、第1の材料膜) 304…島部 305…第1の溝部 306…埋込み絶縁膜(第1の絶縁膜) 308…シリコン窒化膜(第2の材料膜) 309…ゲート形成用パターン 310…第2の溝部 311…埋込み絶縁膜(第2の絶縁膜) 312…第3の溝部 313…ゲート配線材(第2の導電膜) 321…バリアメタル 331…側壁絶縁膜 401…シリコン基板(島部) 402…素子分離領域(第1の絶縁膜) 403…シリコン酸化膜(ダミー膜) 404…アモルファスシリコン膜(材料膜) 405…シリコン窒化膜(材料膜) 406、409…ソース・ドレイン拡散層 408…側壁絶縁膜 411…層間絶縁膜(第2の絶縁膜) 412…ゲート絶縁膜 413…バリアメタル(反応防止膜) 414…タングステン膜(ゲート配線) 421…ダミーゲートパターン 422…溝部 Reference Signs List 101 silicon substrate (semiconductor substrate) 102 silicon oxide film (dummy film) 103 amorphous silicon film (material film) 104 silicon nitride film (material film) 105 island part 106 first groove 107 buried insulating film (First insulating film) 108 dummy gate pattern 109 second groove 110, 112 source / drain diffusion layer 111 sidewall insulating film 113 layer insulating film (second insulating film) 114 third Groove 116: Gate insulating film 117: Gate electrode 201: Silicon substrate (semiconductor substrate) 202: Buffer oxide film (dummy film) 203: Amorphous silicon film (first material film) 204: Island portion 205: First groove 206 .. Buried insulating film (first insulating film) 207 dummy gate pattern 208 second trench 209 buried insulating film (second Insulating film) 210: Third trench 211: Gate insulating film 212: Gate wiring 221: Side wall insulating film 231: Amorphous silicon film (second material film) 301: Silicon substrate (semiconductor substrate) 302: Gate insulating film 303 Silicon film (first conductive film, first material film) 304 island portion 305 first groove portion 306 embedded insulating film (first insulating film) 308 silicon nitride film (second material film) 309 ... Gate forming pattern 310. Second trench 311. Embedded insulating film (second insulating film) 312. Third trench 313. Gate wiring material (second conductive film) 321. Barrier metal 331. Reference numeral 401: silicon substrate (island) 402: element isolation region (first insulating film) 403: silicon oxide film (dummy film) 404: amorphous silicon film (material film) 40 5: Silicon nitride film (material film) 406, 409: Source / drain diffusion layer 408: Side wall insulating film 411: Interlayer insulating film (second insulating film) 412: Gate insulating film 413: Barrier metal (reaction preventing film) 414 ... Tungsten film (gate wiring) 421 ... Dummy gate pattern 422 ... Groove

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木下 淳史 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Atsushi Yagishita 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Inside Toshiba Yokohama Office

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に、第1の膜および第2の膜
を形成する工程と、 前記第2の膜、第1の膜及び半導体基板の上部を選択的
に除去して、第1の溝を形成する工程と、 前記第1の溝に第1の絶縁膜を埋め込み、素子分離領域
を形成する工程と、 前記素子分離領域により囲まれた前記第2の膜をパター
ニングして、ダミーゲート層を形成する工程と、 前記ダミーゲート層をマスクとして用いて、前記半導体
基板に不純物を導入する工程と、 前記ダミーゲート層および前記第1の絶縁膜により囲ま
れた前記半導体基板上に第2の絶縁膜を形成する工程
と、 前記ダミーゲート層および前記第1の膜を除去し、第2
の溝を形成する工程と、 前記第2の溝内の前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形
成する工程と、 前記第2の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 first film and a second film on a semiconductor substrate; and selectively removing an upper portion of the second film, the first film and the semiconductor substrate to form a first film. Forming a trench, forming a device isolation region by filling a first insulating film in the first trench, patterning the second film surrounded by the device isolation region, forming a dummy Forming a gate layer; introducing an impurity into the semiconductor substrate using the dummy gate layer as a mask; forming a gate electrode on the semiconductor substrate surrounded by the dummy gate layer and the first insulating film; Forming the second insulating film; removing the dummy gate layer and the first film;
Forming a trench, forming a gate insulating film on the semiconductor substrate in the second trench, and forming a gate electrode on the gate insulating film in the second trench. A method for manufacturing a semiconductor device provided.
【請求項2】半導体基板上に、ゲート絶縁膜および第1
の導電性膜を形成する工程と、 前記第1の導電性膜、ゲート絶縁膜および半導体基板の
上部を選択的に除去して、第1の溝を形成する工程と、 前記第1の溝に第1の絶縁膜を埋め込み、素子分離領域
を形成する工程と、 前記第1の導電性膜および素子分離領域上にダミー膜を
形成する工程と、 前記ダミー膜および第1の導電性膜をパターニングし
て、島状層を形成する工程と、 前記島状層をマスクとして用いて、前記半導体基板に不
純物を導入する工程と、 前記島状層および前記第1の絶縁膜により囲まれた前記
ゲート絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成する工程と、 前記ダミー膜を除去し、第2の溝を形成する工程と、 前記第2の溝内の前記第1の導電性膜上に第2の導電性
膜を形成し、前記第1の導電性膜および第2の導電性膜
からなる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 gate insulating film and a first insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a first groove by selectively removing an upper portion of the first conductive film, the gate insulating film, and the semiconductor substrate; and forming a first groove on the first groove. Embedding a first insulating film to form an element isolation region; forming a dummy film on the first conductive film and the element isolation region; patterning the dummy film and the first conductive film Forming an island-like layer, introducing impurities into the semiconductor substrate using the island-like layer as a mask, and forming the gate surrounded by the island-like layer and the first insulating film. Forming a second insulating film on the insulating film; removing the dummy film to form a second groove; and forming a second groove on the first conductive film in the second groove. A first conductive film and a second conductive film. The method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a gate electrode.
【請求項3】半導体基板に第1の溝を形成する工程と、 前記第1の溝に第1の絶縁膜を埋め込み、素子分離領域
を形成する工程と、 前記素子分離領域により囲まれた半導体基板の表面に第
1の膜および第2の膜を形成する工程と、 前記第2の膜をパターニングして、ダミーゲート層を形
成する工程と、 前記ダミーゲート層をマスクとして用いて、前記半導体
基板に不純物を導入する工程と、 前記ダミーゲート層および前記第1の絶縁膜により囲ま
れた前記第1の膜上に第2の絶縁膜を形成する工程と、 前記ダミーゲート層およびその下の前記第1の膜の部分
を除去し、第2の溝を形成する工程と、 前記第2の溝内の前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形
成する工程と、 前記第2の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 first groove in the semiconductor substrate; a step of burying a first insulating film in the first groove to form an element isolation region; and a semiconductor surrounded by the element isolation region. Forming a first film and a second film on a surface of a substrate, patterning the second film to form a dummy gate layer, and using the dummy gate layer as a mask to form the semiconductor. Introducing an impurity into a substrate; forming a second insulating film on the first film surrounded by the dummy gate layer and the first insulating film; Removing a portion of the first film to form a second groove; forming a gate insulating film on the semiconductor substrate in the second groove; and forming a gate insulating film in the second groove. Step of forming a gate electrode on a gate insulating film The method of manufacturing a semiconductor device having a.
【請求項4】半導体基板上にダミーゲート層を形成する
工程と、 前記ダミーゲート層の側面にダミー側壁を形成する工程
と、 全面に層間絶縁膜を堆積する工程と、 前記層間絶縁膜を、前記ダミーゲート層の上面が露出す
るまで除去する工程と、 前記ダミーゲート層を除去し、溝を形成する工程と、 前記溝内にゲート電極を形成する工程と、 前記ダミー側壁を除去して空洞を形成する工程と、 前記空洞内を側壁材料で埋め、側壁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 gate layer on a semiconductor substrate; a step of forming a dummy sidewall on a side surface of the dummy gate layer; a step of depositing an interlayer insulating film over the entire surface; Removing the dummy gate layer until the upper surface thereof is exposed; removing the dummy gate layer to form a groove; forming a gate electrode in the groove; removing the dummy sidewall to form a cavity; Forming a sidewall, and filling the cavity with a sidewall material to form a sidewall.
【請求項5】半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の側面にダミー側壁を形成する工程と、 全面に層間絶縁膜を堆積する工程と、 前記層間絶縁膜を、前記ゲート電極の上面が露出するま
で除去する工程と、 前記ダミー側壁を除去して空洞を形成する工程と、 前記空洞内を側壁材料で埋め、側壁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 gate insulating film on a semiconductor substrate; a step of forming a gate electrode on the gate insulating film; a step of forming a dummy sidewall on a side surface of the gate electrode; Depositing a film; removing the interlayer insulating film until the upper surface of the gate electrode is exposed; removing the dummy sidewall to form a cavity; filling the cavity with a sidewall material; Forming a side wall.
【請求項6】半導体基板上にダミーゲート層を形成する
工程と、 前記ダミーゲート層の側面に、ダミーゲート層を構成す
る材料との間で、エッチング選択性を有する側壁絶縁膜
を形成する工程と、 全面に層間絶縁膜を堆積する工程と、 前記層間絶縁膜を、前記ダミーゲート層の上面が露出す
るまで除去する工程と、 前記ダミーゲート層を除去し、溝を形成する工程と、 前記溝の底面にゲート絶縁膜を形成する工程と、 底面にゲート絶縁膜が形成された前記溝内にゲート電極
を形成する工程と、 を具備する半導体装置の製造方法。
6. A step of forming a dummy gate layer on a semiconductor substrate, and a step of forming a sidewall insulating film having an etching selectivity on a side surface of the dummy gate layer between a material forming the dummy gate layer. Depositing an interlayer insulating film on the entire surface; removing the interlayer insulating film until an upper surface of the dummy gate layer is exposed; removing the dummy gate layer to form a groove; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a gate insulating film on a bottom surface of a groove; and a step of forming a gate electrode in the groove having the gate insulating film formed on the bottom surface.
【請求項7】半導体基板と、 この半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、 このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 このゲート電極の側面に形成された、前記ゲート絶縁膜
と同一の材料からなる絶縁層と、 この絶縁層側面に形成されたシリコン窒化膜とを具備す
る半導体装置。
7. A semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, and the gate insulating film formed on a side surface of the gate electrode. A semiconductor device comprising: an insulating layer made of the same material; and a silicon nitride film formed on a side surface of the insulating layer.
【請求項8】半導体基板上に、第1のシリコン窒化膜か
らなるダミーゲートを形成する工程と、 全面に第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、 全面に第2のシリコン窒化膜を形成する工程と、 全面に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記ダミーゲートが露出するまで、前記層間絶縁膜を研
磨する工程と、 前記第1および第2のシリコン窒化膜の上部を除去し
て、第1の溝を形成する工程と、 前記第1の溝を第2のシリコン酸化膜で埋める工程と、 前記第2のシリコン酸化膜に異方性エッチングを施し、
前記第2のシリコン窒化膜上に前記第2のシリコン酸化
膜を残しつつ、前記ダミーゲートを露出させる工程と、 前記ダミーゲートを除去して、第2の溝を形成する工程
と、 前記第2の溝の底面および側面にゲート絶縁膜を形成す
る工程と、 底面および側面にゲート絶縁膜が形成された第2の溝内
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。
8. A step of forming a dummy gate made of a first silicon nitride film on a semiconductor substrate; a step of forming a first silicon oxide film on the entire surface; and forming a second silicon nitride film on the entire surface. Forming an interlayer insulating film on the entire surface; polishing the interlayer insulating film until the dummy gate is exposed; removing the upper portions of the first and second silicon nitride films; Forming a first groove, filling the first groove with a second silicon oxide film, performing anisotropic etching on the second silicon oxide film,
Exposing the dummy gate while leaving the second silicon oxide film on the second silicon nitride film; removing the dummy gate to form a second groove; Forming a gate insulating film on the bottom surface and side surface of the trench, and forming a gate electrode in the second groove having the gate insulating film formed on the bottom surface and side surface.
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