JPS63308963A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPS63308963A
JPS63308963A JP14407787A JP14407787A JPS63308963A JP S63308963 A JPS63308963 A JP S63308963A JP 14407787 A JP14407787 A JP 14407787A JP 14407787 A JP14407787 A JP 14407787A JP S63308963 A JPS63308963 A JP S63308963A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
source
film
drain
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP14407787A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Murakami
英一 村上
Yasuo Wada
恭雄 和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63308963A publication Critical patent/JPS63308963A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66568Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66606Lateral single gate silicon transistors with final source and drain contacts formation strictly before final or dummy gate formation, e.g. contact first technology

Abstract

PURPOSE:To enable a semiconductor device to be integrated at a still higher level, by forming source and drain electrodes in a previously isolated element- forming region in a self-aligned manner, forming a gate electrode also in a self-aligned manner and extracting the source and drain electrodes by means of a doped polycrystalline silicon film. CONSTITUTION:Since a source region 1, a drain region 2 and a gate electrode 3 are formed in a transistor region isolated by an insulating film, in a self- aligned manner, they are allowed to have a fineness less than a minimum processable size. The source and drain regions are led out by a polycrystalline silicon film 5 and connected to an interconnecting layer 6 on the insulating film 4. Accordingly, it is possible to prevent problems such as defective contact which would be caused by punch-through of aluminum into the source and drain due to direct contact of the aluminum interconnection with the source and drain. Further, the area of the contact region having a small dimension along the length of the channel can be extended long along the width of the channel, Accordingly, even higher integration of the device can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大規模実績化に適したMOS (金属−酸化
物一半導体(メタルオキサイドセミコンダクタ(Met
al○xide S emiconductor) )
電界効果トランジスタを有する半導体′fi置の構造お
よびその製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is a MOS (metal-oxide semiconductor) suitable for large-scale implementation.
al○xide Semiconductor)
The present invention relates to a structure of a semiconductor device having a field effect transistor and a method of manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、微細加工技術の進歩によって、LSIの高集積化
、高速化が進んでいる。特に、いわゆるMO3電界効果
トランジスタを用いたLSIは、その製造工程が比較的
容易であることから、大規模集積化に適したものとして
開発されてきた。
In recent years, with advances in microfabrication technology, LSIs are becoming more highly integrated and faster. In particular, LSIs using so-called MO3 field effect transistors have been developed as suitable for large-scale integration because their manufacturing process is relatively easy.

第3図(a)〜(d)は、典型的なnチャネルMO8電
界効果トランジ゛スタの製造工程を示す断面図である。
3(a)-(d) are cross-sectional views showing the manufacturing process of a typical n-channel MO8 field effect transistor.

まず、同図(a)に示すように、半導体基板38上に下
敷用Sio2膜31、Si3N、膵32を順次形成し、
公知のホトリソグラフィーおよびドライエツチング技術
を用いて、トランジスタ形成領域のみにS」、、 N、
II侍32を残す。次いで、チャネルストッパ33を形
成するためにボロン(B)イオンを打ち込んだ後、熱酸
化によって厚い素子分離用SiO□膜4を形成する。
First, as shown in FIG. 3(a), an underlying Sio2 film 31, Si3N, and pancreas 32 are sequentially formed on a semiconductor substrate 38.
Using known photolithography and dry etching techniques, S'', N,
II Samurai 32 remains. Next, after boron (B) ions are implanted to form a channel stopper 33, a thick SiO□ film 4 for element isolation is formed by thermal oxidation.

次に、5iaN、膜32およびSio、膜31をエツチ
ング除去した後、(b)図に示すように、熱酸化により
ゲート酸化膜(Sin2膜)7を形成し、かつチャネル
イオン打込みを行なう(図示せず)。
Next, after removing the 5iaN film 32 and the Sio film 31 by etching, a gate oxide film (Sin2 film) 7 is formed by thermal oxidation and channel ion implantation is performed as shown in FIG. (not shown).

次に、多結晶シリコン膜を堆積し、該多結晶シリコン膜
にリン(P)イオンを添加した後、ホトリソグラフィー
およびドライエツチング技術によリバターニングし、(
c)図に示すようにゲート電極3を形成する。次いで、
このゲート電極3をマスクとしてヒ素(As)イオンを
打ち込んで、ソース領域1およびドレイン領域2を形成
する。
Next, a polycrystalline silicon film is deposited, phosphorus (P) ions are added to the polycrystalline silicon film, and then repatterned by photolithography and dry etching techniques.
c) Form the gate electrode 3 as shown in the figure. Then,
Using this gate electrode 3 as a mask, arsenic (As) ions are implanted to form a source region 1 and a drain region 2.

最後に、(d)図に示すように、層間絶縁用のPSG 
(リンガラス)膜34を堆積した後、ソース・ドレイン
のコンタクトホールを1用け、アルミニウム(八n)を
スパッタリングにより堆千責し、これをパターニングし
てn配線35とし、M、O8電界効果トランジスタを完
成する。
Finally, as shown in (d) figure, PSG for interlayer insulation
After depositing the (phosphorous glass) film 34, one source/drain contact hole is made, aluminum (8n) is deposited by sputtering, and this is patterned to form the n wiring 35, and the M, O8 field effect Complete the transistor.

このような従来の製造プロセスは、ソース・ドレイン領
域がゲート電極に対して自己整合的に形成されるため、
微細化に有利なものである。(従来技術に関する文献と
しては、角書、湊によるMOS  LSI製造技術日経
マグロウヒル(1985年)第2章トータルプロセス第
30頁がある。)〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、将来にわたって、この高集積化が続くという確
かな見通しが得られているとは言い難い。
In such a conventional manufacturing process, the source/drain regions are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode.
This is advantageous for miniaturization. (As for the literature related to the prior art, there is MOS LSI Manufacturing Technology by Kakusho and Minato, Nikkei McGraw-Hill (1985), Chapter 2, Total Process, page 30.) [Problems to be solved by the invention] However, in the future, It is difficult to say that there is a reliable outlook that this high level of integration will continue.

例えば、上記のMO8ffi界効果トランジスタのチャ
ネル長は、ホトリソグラフィーの解像限界で決まるゲー
トの最小加工寸法によって決定されているが、 0.5
−以下のホトリソグラフィー技術に確かな見通しは得ら
れていない。また、M配線については微細化に伴ってコ
ンタクト抵抗の増大、信頼性の低下、あるいは表面平坦
化、コンタクトホールへの埋め込みの困難など、プロセ
ス上の困難が山積している。
For example, the channel length of the MO8ffi field effect transistor mentioned above is determined by the minimum processing size of the gate determined by the resolution limit of photolithography, and is 0.5
- No reliable prospects have been obtained for the following photolithography techniques. Furthermore, with the miniaturization of M wiring, there are many process difficulties such as increased contact resistance, decreased reliability, surface flattening, and difficulty in filling contact holes.

特に、An配線に関する上記各種の問題は、従来の製造
方法が、まず、ゲート電極を形成し、これに対して、ソ
ース・ドレインを自己整合的に形成できるというイオン
打込み法の利点を強調し過ぎたために、最後の電極配線
工程にプロセスのしわ寄せが来てしまっていることを示
している。
In particular, the various problems mentioned above regarding An interconnection are caused by the conventional manufacturing method, which overemphasizes the advantage of the ion implantation method in that the gate electrode is first formed, and then the source and drain can be formed in a self-aligned manner. This indicates that the final electrode wiring step has become a problem in the process.

また、MO8電界効果トランジスタ自体においても、ソ
ース・ドレインのコンタクト形成のために、このコンタ
クト領域を、素子動作に必要な以上に広く取らなければ
ならない構造となっている。
Furthermore, the MO8 field effect transistor itself has a structure in which the contact region must be wider than necessary for device operation in order to form source and drain contacts.

本発明の目的は、上記の従来の問題を解決し、−Nの高
集積化を容易にすることができる半導体装置およびその
製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can solve the above-mentioned conventional problems and facilitate high integration of -N.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、あらかじめ分離された素子形成領域に自己
整合的にソース・ドレイン電極を形成し、さらにこれら
に自己整合的にゲート電極を形成し得る構造にすること
、また、ソース・ドレイン電極を不純物ドープされた多
結晶シリコン膜により引き出した構造とすることにより
達成される。
The above purpose is to form a source/drain electrode in a self-aligned manner in a pre-separated element formation region, and to create a structure in which a gate electrode can be formed in a self-aligned manner to these electrodes. This is achieved by creating a structure drawn from a doped polycrystalline silicon film.

すなわち1本発明の半導体装置は、半導体基板と、上記
半導体基板上に絶縁膜を介して形成された配線層と、上
記半導体基板が露出するように上記配線層および上記絶
縁膜に貫通して設けられた開孔部と、上記開孔部の側壁
に残置された多結晶シリコン膜と、上記多結晶シリコン
膜の間に露出している上記半導体基板表面に形成された
ゲート絶縁膜と、上記多結晶シリコン膜の間の空隙部に
絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、上記ゲート電
極の両側の上記半導体基板表面に形成されたソース・ド
レイン領域とを具備することを特徴とする特 また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上
に絶縁膜を形成する工程と、上記絶縁膜上に導i′1!
層を形成する工程と、上記絶縁膜および上記導電層にエ
ツチング゛により上記半導体基板が露出するように貫通
するトランジスタ形J戊用の開孔部を設ける工程と、不
純物を含有する多結晶シリコン膜を堆積した後、異方性
エツチングにより上記開孔部の側壁のみに該多結晶シリ
コン膜を残置する工程と、上記導電層を所定のパターン
に加工する工程と、上記半導体基板と上記多結晶シリコ
ン膜の表面の酸化膜およびソース・ドレイン領域を形成
する工程と、上記多結晶シリコン膜の間の空隙部に上記
酸化膜を介して電極材料を埋め込んでゲート電極を形成
する工程とを含むことを特徴とする。
That is, 1 the semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, a wiring layer formed on the semiconductor substrate via an insulating film, and a wiring layer provided through the wiring layer and the insulating film so that the semiconductor substrate is exposed. a polycrystalline silicon film left on the side wall of the aperture, a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate exposed between the polycrystalline silicon film, and the polycrystalline silicon film formed on the semiconductor substrate surface exposed between the polycrystalline silicon film and A special feature characterized by comprising a gate electrode formed in a gap between crystalline silicon films via an insulating film, and source/drain regions formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. , the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate, and a step of forming an insulating film on the insulating film.
a step of forming an opening for a transistor type J-type through the insulating film and the conductive layer so as to expose the semiconductor substrate by etching the insulating film and the conductive layer; and a polycrystalline silicon film containing impurities. a step of leaving the polycrystalline silicon film only on the side wall of the opening by anisotropic etching, a step of processing the conductive layer into a predetermined pattern, and a step of depositing the semiconductor substrate and the polycrystalline silicon film. A step of forming an oxide film and a source/drain region on the surface of the film, and a step of filling an electrode material into the gap between the polycrystalline silicon films through the oxide film to form a gate electrode. Features.

〔作用〕[Effect]

従来は、ホトリソグラフィーの解像限界で決まる最小加
工寸法にゲート電極を形成し、このゲート電極をマスク
として不純物を導入することにより、ソース・ドレイン
領域を形成していたので、最小加工寸法以下にトランジ
スタを形成することは困難であった。これに対して、本
発明では、半導体基板上の絶縁1摸および配線層に貫通
され、該絶縁膜により分離されたトランジスタ形成用の
開孔部内に、ソース・ドレイン領域、およびゲート電極
を自己整合的に設けることができる。したがって、上記
開孔部を最小加工寸法に形成することにより、トランジ
スタを最小加工寸法以下に形成できる。
Conventionally, source/drain regions were formed by forming a gate electrode with the minimum processing size determined by the resolution limit of photolithography and introducing impurities using this gate electrode as a mask. Forming transistors has been difficult. In contrast, in the present invention, the source/drain region and the gate electrode are self-aligned within the opening for forming a transistor that is penetrated through the insulating film and wiring layer on the semiconductor substrate and separated by the insulating film. It can be provided as follows. Therefore, by forming the opening portion to have the minimum processing size, the transistor can be formed to the minimum processing size or less.

また、ソース・ドレイン電極は、上記開孔部の側壁に残
置形成された多結晶シ1ノコン膜により引出され、かつ
、上記絶縁膜上の配線層に接続されている。したがって
、従来技術のようなソース・ドレインに直接接触する歳
配線に起因するソース・ドレインへのAuの突き抜けな
どのコンタクト不良の心配がない。
Further, the source/drain electrodes are led out by a polycrystalline silicon film left on the side wall of the opening and connected to the wiring layer on the insulating film. Therefore, unlike the prior art, there is no fear of poor contact such as penetration of Au into the source/drain due to old wiring that directly contacts the source/drain.

また、チャネル長方向には寸法の小さいコンタクト領域
の面積も、チャネル幅方向に長くすることによって広く
取ることが可能である。
Furthermore, the area of the contact region, which is small in the channel length direction, can be increased by making it longer in the channel width direction.

また、#4Ae膜上の配線層は、トランジスタ(ソース
・ドレイン、ゲート酸化膜、ゲート電wA)形成前に配
線パターンにしたがってエツチング加工しておくことが
可能であり、プロセスを簡略化できる。
Further, the wiring layer on the #4Ae film can be etched according to the wiring pattern before forming the transistor (source/drain, gate oxide film, gate electrode wA), and the process can be simplified.

さらに、ゲート電極は、最後に形成できるため、ゲート
電極材料に低融点であるAnを用いることが可能であり
、かつ、埋め込まれた構造なので素子平面の平坦化にも
効果がある。
Furthermore, since the gate electrode can be formed last, it is possible to use An, which has a low melting point, as the gate electrode material, and the buried structure is also effective in flattening the device plane.

〔実施例〕〔Example〕

実施例 〕。 Example 〕.

第1図は、本発明の第1の実施例のMO3fft界効果
トランジスタを示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an MO3fft field effect transistor according to a first embodiment of the present invention.

図において、8は半導体基板、4は絶縁膜、6は配線層
、5は絶縁膜4および配線層6に設けられたトランジス
タ形成用の開孔部の側壁に残置された多結晶シリコン膜
、1はソース領域、2はドレイン領域、7はゲート酸化
膜、70は多結晶シリコン膜5の表面に設けられた酸化
膜、3はゲート電極である。
In the figure, 8 is a semiconductor substrate, 4 is an insulating film, 6 is a wiring layer, 5 is a polycrystalline silicon film left on the side wall of an opening for forming a transistor provided in the insulating film 4 and the wiring layer 6, 1 2 is a source region, 2 is a drain region, 7 is a gate oxide film, 70 is an oxide film provided on the surface of the polycrystalline silicon film 5, and 3 is a gate electrode.

このような構造では、ソース領域1、ドレイン領域2お
よびゲート電極3は、絶縁膜4により分離されたI−ラ
ンジスタ領域の中に自己整合的に形成されているので、
最小加工寸法以下の微細化が可能である。また、ソース
・ドレイン電極は多結晶シリコン膜5によって引き出さ
れ、絶縁膜4上にある配線WJ6と接続されている。こ
のため、従来技術のようなソース・ドレインに直接接触
するA11配線に起因するソース・ドレインへの晟の突
き抜けなどのコンタクト不良の心配がない。また、チャ
ネル長方向には寸法の小さいコンタクト領域の面積も、
チャネル幅方向に長くすることによって広く取ることが
できる。また、絶縁膜4上の配線層6は、トランジスタ
(ソース・ドレイン、ゲート酸化膜、ゲート電極)形成
前に配線パターンにしたがってエツチング加工しておく
ことが可能であり、プロセスを簡略化できる。さらに、
ゲート電極は、最後に形成できるため、低融点である荊
を用いることが可能であり、かつ、埋め込まれた構造な
ので素子平面の平坦化にも効果がある。
In such a structure, the source region 1, drain region 2, and gate electrode 3 are formed in a self-aligned manner in the I-transistor region separated by the insulating film 4.
Miniaturization below the minimum processing size is possible. Further, the source/drain electrodes are drawn out through the polycrystalline silicon film 5 and connected to the wiring WJ6 on the insulating film 4. Therefore, unlike the prior art, there is no fear of poor contact such as penetration of the wire into the source/drain due to the A11 wiring directly contacting the source/drain. In addition, the area of the contact region, which is small in the channel length direction, is
It can be made wider by lengthening the channel in the width direction. Further, the wiring layer 6 on the insulating film 4 can be etched according to the wiring pattern before forming the transistor (source/drain, gate oxide film, gate electrode), thereby simplifying the process. moreover,
Since the gate electrode can be formed last, it is possible to use a material with a low melting point, and since it is a buried structure, it is also effective in flattening the device plane.

次に、第2図(a)〜(e)に第1図に示した構造を実
現するための工程断面図を示す。
Next, FIGS. 2(a) to 2(e) show cross-sectional views of steps for realizing the structure shown in FIG. 1.

まず、(a)図に示すように、半導体基板8上に絶縁膜
4および電極材料から成る導電WI6を順次形成する。
First, as shown in Figure (a), an insulating film 4 and a conductive WI 6 made of an electrode material are sequentially formed on a semiconductor substrate 8.

次に、(b)図に示すように、絶縁膜4および導電層6
のトランジスタ形成領域に半導体基板8が露出するよう
に貫通した開孔部21を設ける。次いで、全面に不純物
がドープされた多結晶シリコン膜を堆積し、異方性エツ
チングによって開孔部21の側壁部にのみ多結晶シリコ
ン膜5を残す。この後、導電層6をホトリソグラフィー
およびドライエツチング技術により配線パターンにした
がって加工し、配線層とする。
Next, as shown in the figure (b), the insulating film 4 and the conductive layer 6
A penetrating opening 21 is provided in the transistor formation region so that the semiconductor substrate 8 is exposed. Next, a polycrystalline silicon film doped with impurities is deposited over the entire surface, and polycrystalline silicon film 5 is left only on the sidewalls of the openings 21 by anisotropic etching. Thereafter, the conductive layer 6 is processed according to a wiring pattern using photolithography and dry etching techniques to form a wiring layer.

次に、(d)図に示すように、熱酸化によりゲート酸化
膜7、および多結晶シリコン瞑5の表面に酸化膜70を
形成する。このとき、多結晶シリコン膜5に含まれてい
た不純物が拡散して、ソース領域1およびドレイン領域
2が形成される。
Next, as shown in FIG. 3(d), an oxide film 70 is formed on the surfaces of the gate oxide film 7 and the polycrystalline silicon layer 5 by thermal oxidation. At this time, the impurities contained in the polycrystalline silicon film 5 are diffused to form the source region 1 and the drain region 2.

最後に、(e)図に示すように、多結晶シリコン膜5の
間の空隙部に、絶縁膜70を介してへ北等の電極材料を
埋め込んでゲーI−電極3を形成する。
Finally, as shown in FIG. 3(e), an electrode material such as a metal oxide is buried in the gap between the polycrystalline silicon films 5 with an insulating film 70 interposed therebetween to form a gate I-electrode 3.

実施例 2 次に、第4図(a)〜(e)を用いてnチャネルMO8
電界効果トランジスタを形成した例について述べる。
Example 2 Next, using FIGS. 4(a) to (e), an n-channel MO8
An example of forming a field effect transistor will be described.

まず、(a)図に示すように、P型シリコン基板40に
、全面にB+イオンをドーズ量5X1013am−2、
打込みエネルギー25keνの条件で打ぢ込んでp+チ
ャネルストッパを形成した後、熱酸化を行なって厚さ約
500nmの熱酸化膜(Sin2膜)42を形成し、続
いて、CDV法によってT iS x 2 (チタンシ
リサイド)膜43を厚さ500nm、多結晶シリコン膜
44を厚さ20nm堆積した。
First, as shown in FIG.
After forming a p+ channel stopper by implanting at an implantation energy of 25 keν, thermal oxidation is performed to form a thermal oxide film (Sin2 film) 42 with a thickness of approximately 500 nm, and then TiS x 2 is deposited by the CDV method. A (titanium silicide) film 43 was deposited to a thickness of 500 nm, and a polycrystalline silicon film 44 was deposited to a thickness of 20 nm.

続いて、(b)図に示すように、熱酸化IJ’242、
TiSi□膜43および多結晶シリコン膜44の1−ラ
ンジスタ形成領域に、ホトリソグラフィーおよびドライ
エツチング技術により幅47m、長さ1.3−の開孔部
45をシリコン基板40が露出するように設ける。
Subsequently, as shown in (b), thermally oxidized IJ'242,
An opening 45 having a width of 47 m and a length of 1.3 m is formed in the 1-transistor formation region of the TiSi□ film 43 and the polycrystalline silicon film 44 by photolithography and dry etching techniques so that the silicon substrate 40 is exposed.

次に、(c)図に示すように、再び、多結晶シリコン膜
を厚さ200n履堆積した後、これを異方性エツチング
法、例えばリアクティブイオンエツチング(RIE)法
により除去し、開孔部45の側壁部のみに多結晶シリコ
ン膜46を残置した。なお、ここで用いた多結晶シリコ
ン膜44.46はいずれもAsを高濃度にドープしたも
のである。
Next, as shown in figure (c), a polycrystalline silicon film is deposited again to a thickness of 200 nm, and then removed by an anisotropic etching method, such as reactive ion etching (RIE), to open holes. A polycrystalline silicon film 46 was left only on the side wall portion of the portion 45. Note that the polycrystalline silicon films 44 and 46 used here are all doped with As at a high concentration.

次に、多結晶シリコン膜44およびT i S i、膜
43を配線パターンにしたがってバターニングした後、
ドーズ量1×10′3備−2、打込みエネルギー125
keνの条件でB+のイオン打込みを行ない、さらに、
水蒸気雰囲気中で900°C110分の熱処理を行なっ
て、(d)図に示すように、厚さ20n+xのゲート酸
化膜47を形成した。この処理によって、多結晶シリコ
ン膜46に含まれていたAsがシリコン基板40の表面
に拡散し、深さ0.14以下の浅い接合のソース領域4
8、ドレイン領域49が形成されると同時に、多結晶シ
リコン膜44.46の表面は酸化され、厚さ約50nn
のSin、[70が形成された。
Next, after patterning the polycrystalline silicon film 44 and the TiSi film 43 according to the wiring pattern,
Dose amount 1×10′3-2, implantation energy 125
B+ ion implantation was performed under the conditions of keν, and further,
Heat treatment was performed at 900° C. for 110 minutes in a steam atmosphere to form a gate oxide film 47 with a thickness of 20n+x, as shown in FIG. Through this treatment, As contained in the polycrystalline silicon film 46 is diffused to the surface of the silicon substrate 40, and the shallow junction source region 4 with a depth of 0.14 mm or less is diffused into the surface of the silicon substrate 40.
8. At the same time as the drain region 49 is formed, the surface of the polycrystalline silicon film 44, 46 is oxidized to a thickness of about 50 nn.
Sin, [70 was formed.

最後に、全面にAnをCVD (化学気相成長)法によ
り堆積した後、ホトレジス1−を用いて平坦化し、エッ
チバックすることにより、(e)図に示すように、埋め
込み平坦化されたAuゲート電極50を形成した。なお
、このとき、Mを通常のホトリソグラフィーおよびドラ
イエツチング技術により加工し、ゲート電極配線とする
ことも可能である。
Finally, after depositing An on the entire surface by CVD (chemical vapor deposition), it is planarized using photoresist 1- and etched back to form an embedded and planarized Au layer, as shown in the figure (e). A gate electrode 50 was formed. Note that at this time, it is also possible to process M by ordinary photolithography and dry etching techniques to form a gate electrode wiring.

以上のプロセスによって、1.5−の最小加工寸法で、
チャネル長1虜以下のMO8電界効果トランジスタを形
成できた。その他、本実施例も上記第1の実施例で述べ
たのと同様の効果を有する。
Through the above process, with a minimum processing size of 1.5-
It was possible to form an MO8 field effect transistor with a channel length of 1 mm or less. In addition, this embodiment also has the same effects as described in the first embodiment.

実施例 3 第5図は、本発明の第3の実施例のトランジスタの断面
図である。本実施例は、本発明をLDD(ライトリ−ド
ープI−ドレイン(T、、、ightlyDoped 
Drain))構造を有するM OS電界効果トランジ
スタを形成した例について述べる。図において、第4図
と同一符号のものは、同一のものを示す。図において、
51はリン(P)がドープされた低濃度ドレイン形成用
の多結晶シリコン膜、52は低濃度ドレインである。
Embodiment 3 FIG. 5 is a sectional view of a transistor according to a third embodiment of the present invention. This example demonstrates the present invention in an LDD (Lightly Doped I-Drain).
An example in which a MOS field effect transistor having a drain) structure is formed will be described. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 4 indicate the same parts. In the figure,
51 is a polycrystalline silicon film doped with phosphorus (P) for forming a low concentration drain, and 52 is a low concentration drain.

基本的なプロセスフローは、第4図に示した実流側と同
じであるが、第4図(c)の工程の後に、Pドープ多結
晶シリコン51を堆積し、再び、異方性エツチングする
工程を付は加えることによつ°て、■、DD構造を形成
することができる。なお、低濃度ドレイン52は、グー
l−酸化膜47を熱酸化により形成する際に、ソース領
域48、ドレイン領域49と同時に形成される。
The basic process flow is the same as the actual process shown in FIG. 4, but after the step in FIG. 4(c), P-doped polycrystalline silicon 51 is deposited and anisotropically etched again. By adding additional steps, a DD structure can be formed. Note that the low concentration drain 52 is formed simultaneously with the source region 48 and the drain region 49 when forming the Glue oxide film 47 by thermal oxidation.

実施例 4 第6図は、本発明の第4の実施例の半導体装置を示す断
面図で、本実施例は、nチャネルおよびpチャネルM 
OS ’R界効果トランジスタと、同様の自己整合プロ
セスによって形成できるバイポーラトランジスタとを同
一チップ上に形成した、いわゆるバイポーラCMO8構
造を示したものである。
Embodiment 4 FIG. 6 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
This figure shows a so-called bipolar CMO8 structure in which an OS'R field effect transistor and a bipolar transistor which can be formed by a similar self-alignment process are formed on the same chip.

図において、61はnチャネルM、、O’S電界効果ト
ランジスタ、62はpチャネルMO8電界効果トランジ
スタ、63はバイポーラトランジスタ、68はp型基板
、64はp+型埋込み層、65はn+型埋込み層、67
はp型ウェル、69はn型ウェル、66は多結晶シリコ
ン膜である。
In the figure, 61 is an n-channel M, O'S field effect transistor, 62 is a p-channel MO8 field effect transistor, 63 is a bipolar transistor, 68 is a p-type substrate, 64 is a p+ type buried layer, and 65 is an n+ type buried layer. , 67
69 is a p-type well, 69 is an n-type well, and 66 is a polycrystalline silicon film.

P型基板にn1型埋込層65、p+型埋込層64を形成
した後、エピタキシャル成長を行ない、さらに不純物を
ドープすることにより、n型ウェル69、p型ウェル6
7を形成した。以下、MO8電界効果トランジスタ61
.62の形成法は、第1の実施例と同様である。バイポ
ーラトランジスタ63は、ペース電極の引き出しを多結
晶シリコン膜66で行ない、エミッタは、多結晶シリコ
ン膜66の表面を酸化した後、基板表面にも同時に形成
された酸化膜を取り除いてから、いわゆる多結晶シリコ
ンエミッタとすることによって形成した。
After forming an n1-type buried layer 65 and a p+-type buried layer 64 on a P-type substrate, epitaxial growth is performed and further impurity doping is performed to form an n-type well 69 and a p-type well 6.
7 was formed. Below, MO8 field effect transistor 61
.. The method of forming 62 is the same as in the first embodiment. In the bipolar transistor 63, the base electrode is drawn out using a polycrystalline silicon film 66, and the emitter is formed by oxidizing the surface of the polycrystalline silicon film 66 and removing the oxide film that was simultaneously formed on the substrate surface. It was formed by using a crystalline silicon emitter.

この構造によれば、バイポーラ・CMO8の両トランジ
スタを同様の自己整合プロセスで形成でき、少ない工程
数で、微細なT、 S Iを形成することが可能である
According to this structure, both bipolar and CMO8 transistors can be formed by the same self-alignment process, and it is possible to form fine T and SI with a small number of steps.

実施例 5 第7図(a)は、第4図に示したのと同様のプロセスを
用いて作製した本発明の第5の実施例のインバータの平
面図、同図(b)は、(a)のX−X断面図、(c)は
そのインバータの回路図である。
Example 5 FIG. 7(a) is a plan view of an inverter according to a fifth example of the present invention manufactured using the same process as shown in FIG. ), and (c) is a circuit diagram of the inverter.

図において、43はT x 812膜から成る配線層、
46は多結晶シリコン膜、71はM配線層、72はコン
タクトホール、81ば負荷MOSトランジスタ、82は
ドライバMOSトランジスタである。
In the figure, 43 is a wiring layer made of T x 812 film;
46 is a polycrystalline silicon film, 71 is an M wiring layer, 72 is a contact hole, 81 is a load MOS transistor, and 82 is a driver MOS transistor.

本実施例では、MO3電界効果トランジスタのゲート電
極形成前に、負荷MOSトランジスタ81のドレインと
、ドライバMOSトランジスタ82のソースとの配線を
T i S i、膜43を使って行なえるため、l−ラ
ンジスタ間の距離を縮小できた。また、AI配線71の
ためのコンタクトホール72は、1個のみで済み、プロ
セスの簡略化が可能となった。
In this embodiment, the wiring between the drain of the load MOS transistor 81 and the source of the driver MOS transistor 82 can be done using the T i S i film 43 before forming the gate electrode of the MO3 field effect transistor. The distance between transistors could be reduced. Further, only one contact hole 72 for the AI wiring 71 is required, making it possible to simplify the process.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、自己整合プロセスによって、最小加工
寸法以下の大きさのチャネル長を有するMO5ffi界
効果トランジスタを形成できる。また、配線のバターニ
ング工程を、1−ランジスタ形成前に行なうことができ
るので、プロセスを簡略化できる。
According to the present invention, a MO5ffi field effect transistor having a channel length smaller than the minimum feature size can be formed by a self-aligned process. Further, since the wiring patterning step can be performed before forming the 1-transistor, the process can be simplified.

また、ソース・トレイン′?riiは、多結晶シリコン
膜により引出され、かつ、上記絶縁膜上の配線層に接続
されるので、従来技術のようなソース・ドIツインへの
AIの突き抜けなどのコンタクト不良を防止できる。さ
らに、ゲート電極は、最後に形成できるので、AQを用
いることが可能であり、かつ、埋め込まれた構造なので
素子平面の平坦化にも効果がある。このように、本発明
の効果は顕著である。
Also, the source train'? Since rii is drawn out by the polycrystalline silicon film and connected to the wiring layer on the insulating film, it is possible to prevent contact failures such as penetration of AI into the source I-twin as in the prior art. Furthermore, since the gate electrode can be formed last, it is possible to use AQ, and the buried structure is also effective in flattening the device plane. Thus, the effects of the present invention are significant.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の第1の実施例のMO3電界効果トラ
ンジスタの断面図、第2図(a)〜(C)は、第1図の
トランジスタの製造方法を示す工程断面図、第3図(a
)〜(d)は、従来の典型的なM、O3電界効果トラン
ジスタの製造プロセスを示す断面図、第4図(a、 )
〜(e)は、本発明の第2の実施例のMO8I−ランジ
スタの製造方法を示す工程断面図、第5図は、本発明の
第3の実施例のL D D Iヘランジスタの断面図、
第6図は、本発明の第4の実施例の半導体装置の断面図
、第7図(a)〜(c)は、それぞれ本発明の第5の実
施例のインバータの平面図、断面図、回路図である。 1・・・ソース領域 2・・・ドレイン領域 3・・・ゲート電極 4・・・l(!l縁膜 5・・・多結晶シリコン膜 6・・・配線層 7・・・ゲート酸化膜 8・・・半導体基板 70・・・多結晶シリコン膜の表面酸化膜代理人弁理士
  中 村 純之助 1−1図 才5図 52イt\濃7レドしイシノヒQ憾 才2図 21 ^1ブし七) 矛3図
1 is a sectional view of an MO3 field effect transistor according to a first embodiment of the present invention, FIGS. 2(a) to 2(C) are process sectional views showing a method for manufacturing the transistor of FIG. Figure (a
) to (d) are cross-sectional views showing the manufacturing process of a typical conventional M,O3 field effect transistor;
-(e) are process cross-sectional views showing a method for manufacturing a MO8I transistor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of an LDD I transistor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 7(a) to (c) are a plan view and a cross-sectional view of an inverter according to a fifth embodiment of the present invention, respectively. It is a circuit diagram. 1... Source region 2... Drain region 3... Gate electrode 4... l(!l) Edge film 5... Polycrystalline silicon film 6... Wiring layer 7... Gate oxide film 8 ...Semiconductor substrate 70...Surface oxide film of polycrystalline silicon film Patent attorney Junnosuke Nakamura 1-1 Figure 5 Figure 52 It\Thick 7 Redo Ishinohi Q 2 Figure 21 ^1 7) Spear 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板と、上記半導体基板上に絶縁膜を介して
形成された配線層と、上記半導体基板が露出するように
上記配線層および上記絶縁膜に貫通して設けられた開孔
部と、上記開孔部の側壁に残置された多結晶シリコン膜
と、上記多結晶シリコン膜の間の上記半導体基板表面に
形成されたゲート絶縁膜と、上記多結晶シリコン膜の間
の空隙部に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、上
記ゲート電極の両側の上記半導体基板表面に形成された
ソース・ドレイン領域とを具備することを特徴とする半
導体装置。 2、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、上記絶縁
膜上に導電層を形成する工程と、上記絶縁膜および上記
導電層をエッチングして上記半導体基板が露出するよう
にトランジスタ形成用の貫通する開孔部を設ける工程と
、多結晶シリコン膜を堆積した後、異方性エッチングに
より上記開孔部の側壁のみに該多結晶シリコン膜を残置
する工程と、上記導電層を所定のパターンに加工する工
程と、上記半導体基板と上記多結晶シリコン膜の表面の
酸化膜およびソース・ドレイン領域を形成する工程と、
上記多結晶シリコン膜の間の空隙部に上記酸化膜を介し
て電極材料を埋め込んでゲート電極を形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
[Claims] 1. A semiconductor substrate, a wiring layer formed on the semiconductor substrate via an insulating film, and a wiring layer provided through the wiring layer and the insulating film so that the semiconductor substrate is exposed. a polycrystalline silicon film left on the side wall of the opening, a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate between the polycrystalline silicon film, and the polycrystalline silicon film. 1. A semiconductor device comprising: a gate electrode formed in a cavity with an insulating film interposed therebetween; and source/drain regions formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. 2. forming an insulating film on the semiconductor substrate; forming a conductive layer on the insulating film; and etching the insulating film and the conductive layer to expose the semiconductor substrate. a step of forming a penetrating opening, a step of depositing a polycrystalline silicon film and leaving the polycrystalline silicon film only on the sidewall of the opening by anisotropic etching, and forming the conductive layer in a predetermined pattern. a step of forming an oxide film and source/drain regions on the surfaces of the semiconductor substrate and the polycrystalline silicon film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of filling an electrode material into a gap between the polycrystalline silicon films through the oxide film to form a gate electrode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03104168A (en) * 1989-09-18 1991-05-01 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device
US5221632A (en) * 1990-10-31 1993-06-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of proudcing a MIS transistor

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