JPH09252124A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH09252124A JPH09252124A JP5976596A JP5976596A JPH09252124A JP H09252124 A JPH09252124 A JP H09252124A JP 5976596 A JP5976596 A JP 5976596A JP 5976596 A JP5976596 A JP 5976596A JP H09252124 A JPH09252124 A JP H09252124A
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- gate electrode
- film
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速で動作不良のない半導体装置の提供。
【解決手段】 表面にゲート絶縁膜3が形成された半導
体基板1と、前記ゲート絶縁膜の表面に形成されたゲー
ト電極5と、このゲート電極を両側から挟むように前記
半導体基板の表面領域に形成された不純物領域7a,7
b,10a,10bと、前記ゲート電極の側壁部に形成
された第1の側壁絶縁膜9と、前記ゲート電極の表面に
形成され、側壁部が備えられた層間絶縁膜14と、前記
層間絶縁膜の側壁部に形成された第2の側壁絶縁膜17
と、前記第2の側壁絶縁膜に囲まれた開口15内に形成
され、前記不純物領域に接続された配線からなることを
特徴とする。
体基板1と、前記ゲート絶縁膜の表面に形成されたゲー
ト電極5と、このゲート電極を両側から挟むように前記
半導体基板の表面領域に形成された不純物領域7a,7
b,10a,10bと、前記ゲート電極の側壁部に形成
された第1の側壁絶縁膜9と、前記ゲート電極の表面に
形成され、側壁部が備えられた層間絶縁膜14と、前記
層間絶縁膜の側壁部に形成された第2の側壁絶縁膜17
と、前記第2の側壁絶縁膜に囲まれた開口15内に形成
され、前記不純物領域に接続された配線からなることを
特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MOS型電界効果
型トランジスタを有する半導体装置に関する。
型トランジスタを有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に高速で高性能なMOS型電界効果
型トランジスタ(以下、MOSFETという)を有する
半導体装置を実現するためには、MOSFETの短チャ
ネル化によりMOSFET単体の駆動能力を向上させる
ことと、RC遅延を改善するための徹底した寄生抵抗及
び寄生容量削減が重要である。抵抗成分(R)に関して
はシリコン材料からなるゲート及びソース・ドレイン上
に金属とシリコンとの反応物であるシリサイド膜を自己
整合的に形成するサリサイド構造が有効で積極的に用い
られるようになってきた。このサリサイド構造をソース
・ドレイン拡散層に用いると拡散層の抵抗を一桁以上低
下させることが可能となる。
型トランジスタ(以下、MOSFETという)を有する
半導体装置を実現するためには、MOSFETの短チャ
ネル化によりMOSFET単体の駆動能力を向上させる
ことと、RC遅延を改善するための徹底した寄生抵抗及
び寄生容量削減が重要である。抵抗成分(R)に関して
はシリコン材料からなるゲート及びソース・ドレイン上
に金属とシリコンとの反応物であるシリサイド膜を自己
整合的に形成するサリサイド構造が有効で積極的に用い
られるようになってきた。このサリサイド構造をソース
・ドレイン拡散層に用いると拡散層の抵抗を一桁以上低
下させることが可能となる。
【0003】上述のサリサイド構造の形成を図5を参照
して説明する。まずシリコン基板41上にLOCOS法
によって素子分離領域42を形成した後、素子領域上に
酸化膜、ポリシリコン膜を順次堆積し、パターニングす
ることによりゲート電極44及びゲート酸化膜43を形
成する(図5(a)参照)。続いて上記ゲート電極をマ
スクにしてイオン注入することにより低濃度で浅い拡散
層45を形成する。
して説明する。まずシリコン基板41上にLOCOS法
によって素子分離領域42を形成した後、素子領域上に
酸化膜、ポリシリコン膜を順次堆積し、パターニングす
ることによりゲート電極44及びゲート酸化膜43を形
成する(図5(a)参照)。続いて上記ゲート電極をマ
スクにしてイオン注入することにより低濃度で浅い拡散
層45を形成する。
【0004】次に基板全面に絶縁膜を堆積し、異方性エ
ッチングによりゲート電極44の側部に側壁膜46を形
成する(図5(b)参照)。続いてこの側壁膜46をマ
スクにして不純物をイオン注入することにより、高濃度
で深い拡散層47を形成し、ソース・ドレイン領域とす
る(図5(b)参照)。
ッチングによりゲート電極44の側部に側壁膜46を形
成する(図5(b)参照)。続いてこの側壁膜46をマ
スクにして不純物をイオン注入することにより、高濃度
で深い拡散層47を形成し、ソース・ドレイン領域とす
る(図5(b)参照)。
【0005】次に基板全面に高融点金属層48を堆積し
(図5(c)参照)、熱処理することにより、高融点金
属層48と、ゲート電極44上のシリコン及びソース・
ドレイン領域47のシリコンと反応させてシリサイド層
49a,49bを形成する(図5(d)参照)。
(図5(c)参照)、熱処理することにより、高融点金
属層48と、ゲート電極44上のシリコン及びソース・
ドレイン領域47のシリコンと反応させてシリサイド層
49a,49bを形成する(図5(d)参照)。
【0006】その後、未反応の高融点金属を除去し、基
板全面に層間絶縁膜50を堆積し、続いてリソグラフィ
ー技術を用いて層間絶縁膜50にソース・ドレイン領域
との接続孔を開口する。そして上記開口を金属膜で埋め
込みパターニングすることにより配線52を形成し、M
OSFETを完成する。
板全面に層間絶縁膜50を堆積し、続いてリソグラフィ
ー技術を用いて層間絶縁膜50にソース・ドレイン領域
との接続孔を開口する。そして上記開口を金属膜で埋め
込みパターニングすることにより配線52を形成し、M
OSFETを完成する。
【0007】一方、容量成分(C)の削減にはドレイン
及びソース拡散層47の接合面積縮小が有効である。し
かし接合面積を縮小する場合でも拡散層内に配線層との
コンタクトを取るためのコンタクト領域と、リソグラフ
ィに必要な合わせ余裕のための領域を確保する必要があ
る。このため、各々の世代で利用できるリソグラフィの
技術を越えて拡散層の面積を縮小することは難しい。
及びソース拡散層47の接合面積縮小が有効である。し
かし接合面積を縮小する場合でも拡散層内に配線層との
コンタクトを取るためのコンタクト領域と、リソグラフ
ィに必要な合わせ余裕のための領域を確保する必要があ
る。このため、各々の世代で利用できるリソグラフィの
技術を越えて拡散層の面積を縮小することは難しい。
【0008】上述のコンタクト余裕を削減する手段とし
て図6に示すSAC(Self-Alignment Contact)と呼ば
れる自己整合技術が知られている。例えば、K.Ishimaru
etal, 「Bipolar Installed CMOS Tehnology without
any Process step Increasefor High speed Cache SRA
M」、IEEE IEDM,1995,p673 〜675 参照。これは、基板
61に形成された拡散層70とのコンタクト開口75を
形成する際に、ゲート電極65の表面にゲート電極65
のパターニング前に堆積し形成したキャップ窒化膜71
と、窒化膜からなるゲート側壁膜69とに対して第一層
配線下の層間酸化膜74を選択的にエッチングすること
で実質的にコンタクト孔75をゲート電極65に対して
自己整合的に開口するものである。これにより図7に示
すようにコンタクト80とゲート電極65との間の余裕
xを特に設定する必要がなく、チップ面積の縮小及び拡
散層容量の削減を図るものである。なお、図6において
はゲート電極65とキャップ窒化膜71との間に金属シ
リサイド層85aが形成されている。この金属シリサイ
ド層85aは、ゲート電極となるポリシリコン膜上で形
成されて、ゲート電極の形状にパターニングされたもの
である。
て図6に示すSAC(Self-Alignment Contact)と呼ば
れる自己整合技術が知られている。例えば、K.Ishimaru
etal, 「Bipolar Installed CMOS Tehnology without
any Process step Increasefor High speed Cache SRA
M」、IEEE IEDM,1995,p673 〜675 参照。これは、基板
61に形成された拡散層70とのコンタクト開口75を
形成する際に、ゲート電極65の表面にゲート電極65
のパターニング前に堆積し形成したキャップ窒化膜71
と、窒化膜からなるゲート側壁膜69とに対して第一層
配線下の層間酸化膜74を選択的にエッチングすること
で実質的にコンタクト孔75をゲート電極65に対して
自己整合的に開口するものである。これにより図7に示
すようにコンタクト80とゲート電極65との間の余裕
xを特に設定する必要がなく、チップ面積の縮小及び拡
散層容量の削減を図るものである。なお、図6において
はゲート電極65とキャップ窒化膜71との間に金属シ
リサイド層85aが形成されている。この金属シリサイ
ド層85aは、ゲート電極となるポリシリコン膜上で形
成されて、ゲート電極の形状にパターニングされたもの
である。
【0009】なお、図6においてはコンタクト孔75の
エッジ81がゲート電極65のエッジ66に一致するよ
うに設計されたマスクを用いたが、マスクのあわせずれ
によりコンタクト孔75が紙面上で左側にずれた場合を
示している。
エッジ81がゲート電極65のエッジ66に一致するよ
うに設計されたマスクを用いたが、マスクのあわせずれ
によりコンタクト孔75が紙面上で左側にずれた場合を
示している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述のサリサイド構造
にSACのように広いコンタクト孔を開口させて、抵抗
成分と容量成分を削減しようとすると、図6に示すよう
にコンタクト孔75がずれて開口される場合はゲート電
極65とソース・ドレイン70の引き出し用の電極がシ
ョートしてしまうという問題がある。
にSACのように広いコンタクト孔を開口させて、抵抗
成分と容量成分を削減しようとすると、図6に示すよう
にコンタクト孔75がずれて開口される場合はゲート電
極65とソース・ドレイン70の引き出し用の電極がシ
ョートしてしまうという問題がある。
【0011】又、図6に示すようにゲート電極を金属シ
リサイド膜85aで構成して、この表面にキャップ膜7
1を形成して、ゲート電極のパターニングを行う方法に
よれば、ゲート絶縁膜63の後酸化の必要性から、金属
シリサイド膜85aの異常酸化によるゲート抵抗の増大
という問題が発生する。又、ゲート電極のパターニング
に際し、金属シリサイド膜85aとポリシリコン膜65
との2層構造をエッチングすると、オーバーエッチング
による基板への影響や、2種類のゲート材料に対応し
た、ガス種の選択及び導入等の煩雑さという不具合があ
る。
リサイド膜85aで構成して、この表面にキャップ膜7
1を形成して、ゲート電極のパターニングを行う方法に
よれば、ゲート絶縁膜63の後酸化の必要性から、金属
シリサイド膜85aの異常酸化によるゲート抵抗の増大
という問題が発生する。又、ゲート電極のパターニング
に際し、金属シリサイド膜85aとポリシリコン膜65
との2層構造をエッチングすると、オーバーエッチング
による基板への影響や、2種類のゲート材料に対応し
た、ガス種の選択及び導入等の煩雑さという不具合があ
る。
【0012】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、高速で動作不良のないMOSFETを有する
半導体装置及び、この様な半導体装置を形成する簡便な
製造方法を提供することを目的とする。
であって、高速で動作不良のないMOSFETを有する
半導体装置及び、この様な半導体装置を形成する簡便な
製造方法を提供することを目的とする。
【0013】
[概要]本発明による半導体装置の第1の態様は、表面
にゲート絶縁膜が形成された半導体基板と、前記ゲート
絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、このゲート電
極を両側から挟むように前記半導体基板の表面領域に形
成された不純物領域と、前記ゲート電極の側壁部に形成
された第1の側壁絶縁膜と、前記ゲート電極の表面に形
成され側壁部が備えられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁
膜の側壁部に形成された第2の側壁絶縁膜と、前記第2
の側壁絶縁膜に囲まれた開口内に形成され、前記不純物
領域に接続された配線と、を備えていることを特徴とす
る。
にゲート絶縁膜が形成された半導体基板と、前記ゲート
絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、このゲート電
極を両側から挟むように前記半導体基板の表面領域に形
成された不純物領域と、前記ゲート電極の側壁部に形成
された第1の側壁絶縁膜と、前記ゲート電極の表面に形
成され側壁部が備えられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁
膜の側壁部に形成された第2の側壁絶縁膜と、前記第2
の側壁絶縁膜に囲まれた開口内に形成され、前記不純物
領域に接続された配線と、を備えていることを特徴とす
る。
【0014】本発明による半導体装置の第2の態様は、
第1の態様の半導体装置において、前記第2の側壁絶縁
膜は、前記第1の側壁絶縁膜と共に、前記ゲート電極を
覆うことを特徴とする。
第1の態様の半導体装置において、前記第2の側壁絶縁
膜は、前記第1の側壁絶縁膜と共に、前記ゲート電極を
覆うことを特徴とする。
【0015】本発明による半導体装置の第3の態様は、
第1又は第2の態様の半導体装置において、前記第1の
側壁絶縁膜と、前記層間絶縁膜は異なる絶縁材料からな
ることを特徴とする。
第1又は第2の態様の半導体装置において、前記第1の
側壁絶縁膜と、前記層間絶縁膜は異なる絶縁材料からな
ることを特徴とする。
【0016】また本発明による半導体装置の第4の態様
は、第1乃至第3の態様のいずれかの半導体装置におい
て、前記ゲート電極の表面領域には金属シリサイド層が
形成されていることを特徴とする。
は、第1乃至第3の態様のいずれかの半導体装置におい
て、前記ゲート電極の表面領域には金属シリサイド層が
形成されていることを特徴とする。
【0017】また本発明による半導体装置の製造方法の
第1の態様は、半導体基板の表面領域に素子間を分離す
るための素子分離膜を形成する工程と、前記半導体基板
の表面の前記素子分離膜により囲まれた領域内にゲート
絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の表面にゲ
ート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を両側から
挟むように前記半導体基板の表面領域に不純物領域を形
成する工程と、前記ゲート電極の側壁部に第1の側壁絶
縁膜を形成する工程と、前記ゲート電極上に側壁部を有
する層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の側
壁部に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記第2の
側壁絶縁膜により囲まれた開口内に、前記不純物領域に
接続される配線を形成する工程と、を備えていることを
特徴とする。
第1の態様は、半導体基板の表面領域に素子間を分離す
るための素子分離膜を形成する工程と、前記半導体基板
の表面の前記素子分離膜により囲まれた領域内にゲート
絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の表面にゲ
ート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を両側から
挟むように前記半導体基板の表面領域に不純物領域を形
成する工程と、前記ゲート電極の側壁部に第1の側壁絶
縁膜を形成する工程と、前記ゲート電極上に側壁部を有
する層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の側
壁部に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記第2の
側壁絶縁膜により囲まれた開口内に、前記不純物領域に
接続される配線を形成する工程と、を備えていることを
特徴とする。
【0018】また本発明による半導体装置の製造方法の
第2の態様は、第1の態様の製造方法において前記層間
絶縁膜及び前記第2の側壁絶縁膜の形成により前記ゲー
ト電極を覆うことを特徴とする。
第2の態様は、第1の態様の製造方法において前記層間
絶縁膜及び前記第2の側壁絶縁膜の形成により前記ゲー
ト電極を覆うことを特徴とする。
【0019】また本発明による半導体装置の製造方法の
第3の態様は、第1又は第2の態様の製造方法におい
て、前記第1の側壁絶縁膜及び第2の側壁絶縁膜を異な
る絶縁材料により形成することを特徴とする。
第3の態様は、第1又は第2の態様の製造方法におい
て、前記第1の側壁絶縁膜及び第2の側壁絶縁膜を異な
る絶縁材料により形成することを特徴とする。
【0020】また本発明による半導体装置の製造方法の
第4の態様は、第1乃至第3の態様のいずれかの製造方
法において前記ゲート電極の表面に金属シリサイド層を
形成することを特徴とする。
第4の態様は、第1乃至第3の態様のいずれかの製造方
法において前記ゲート電極の表面に金属シリサイド層を
形成することを特徴とする。
【0021】上記構成において、ゲート電極の表面に多
結晶シリコン膜が形成されている構成も本発明の範囲に
含まれる。
結晶シリコン膜が形成されている構成も本発明の範囲に
含まれる。
【0022】又、従来のSACの如くゲート電極上にキ
ャップ窒化膜等の絶縁膜が形成され、この窒化膜が本発
明の第2の側壁絶縁膜及び層間絶縁膜によって覆われた
構造とすることでキャップ窒化膜のエッチング等に併う
膜減りによって、コンタクト孔とゲート電極の導通を防
ぐことが可能である。
ャップ窒化膜等の絶縁膜が形成され、この窒化膜が本発
明の第2の側壁絶縁膜及び層間絶縁膜によって覆われた
構造とすることでキャップ窒化膜のエッチング等に併う
膜減りによって、コンタクト孔とゲート電極の導通を防
ぐことが可能である。
【0023】従って、層間絶縁膜の形成以前に、ゲート
電極となる導電膜あるいは、ゲート電極上に窒化膜等の
絶縁膜を形成する工程を行う製造方法も本発明に含まれ
る。
電極となる導電膜あるいは、ゲート電極上に窒化膜等の
絶縁膜を形成する工程を行う製造方法も本発明に含まれ
る。
【0024】又、ゲート電極表面に、金属シリサイド膜
を形成する工程は、ゲート電極形成後に行うゲート絶縁
膜の後酸化工程の後に行うことがゲート電極の抵抗上昇
を防ぐ観点から好ましい。
を形成する工程は、ゲート電極形成後に行うゲート絶縁
膜の後酸化工程の後に行うことがゲート電極の抵抗上昇
を防ぐ観点から好ましい。
【0025】又、上記構成において、不純物の表面領域
とゲート電極表面とに金属シリサイド膜を同一の工程で
形成することが製造工程の簡略化の為に好ましい。
とゲート電極表面とに金属シリサイド膜を同一の工程で
形成することが製造工程の簡略化の為に好ましい。
【0026】又、不純物領域の形成は、ゲート電極をマ
スクとして第1不純物領域を形成する工程と、第1の側
壁絶縁膜及びゲート電極をマスクとして第2不純物領域
を形成する工程を含むことが好ましい。
スクとして第1不純物領域を形成する工程と、第1の側
壁絶縁膜及びゲート電極をマスクとして第2不純物領域
を形成する工程を含むことが好ましい。
【0027】[作用]上述のように構成された半導体装
置及び半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜と共
にゲート電極の露出表面を覆うように、層間絶縁膜の側
壁部に第2の側壁絶縁膜が形成されているため、コンタ
クト開口のためのマスクパターンにあわせずれがおこっ
てもゲート電極と、ソース・ドレインの引き出し電極と
なる配線が絶縁される。これにより寄生抵抗と寄生容量
を小さくすることが可能となり、高速で動作不良のない
ものとなる。
置及び半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜と共
にゲート電極の露出表面を覆うように、層間絶縁膜の側
壁部に第2の側壁絶縁膜が形成されているため、コンタ
クト開口のためのマスクパターンにあわせずれがおこっ
てもゲート電極と、ソース・ドレインの引き出し電極と
なる配線が絶縁される。これにより寄生抵抗と寄生容量
を小さくすることが可能となり、高速で動作不良のない
ものとなる。
【0028】またゲート電極の表面領域に金属シリサイ
ド層が形成されているため、ゲート抵抗を低くすること
が可能となり、より高速動作を行わせることができる。
ド層が形成されているため、ゲート抵抗を低くすること
が可能となり、より高速動作を行わせることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明するが、本明細書中においては、自己整合
とはマスク設計時に不純物層とのコンタクトとゲート電
極との合わせ余裕を従来ほどの余裕分をもって考えなく
て良いことを意味するものとする。
参照して説明するが、本明細書中においては、自己整合
とはマスク設計時に不純物層とのコンタクトとゲート電
極との合わせ余裕を従来ほどの余裕分をもって考えなく
て良いことを意味するものとする。
【0030】本発明による半導体装置の一実施の形態の
構成を図1に示す。この実施の形態の半導体装置は、例
えばP型の半導体基板1の素子分離領域2によって分離
された素子領域上にゲート酸化膜3とゲート電極5が形
成されている。このゲート電極5の側面には絶縁膜から
なる第1の側壁絶縁膜9が形成されている。また素子領
域上には上記ゲート電極5に対して自己整合的に形成さ
れた低濃度のN型拡散層7a,7bが設けられていると
ともに上記ゲート電極5および第1の側壁絶縁膜9に対
して自己整合的に形成された高濃度のN型拡散層10
a,10bが設けられている。
構成を図1に示す。この実施の形態の半導体装置は、例
えばP型の半導体基板1の素子分離領域2によって分離
された素子領域上にゲート酸化膜3とゲート電極5が形
成されている。このゲート電極5の側面には絶縁膜から
なる第1の側壁絶縁膜9が形成されている。また素子領
域上には上記ゲート電極5に対して自己整合的に形成さ
れた低濃度のN型拡散層7a,7bが設けられていると
ともに上記ゲート電極5および第1の側壁絶縁膜9に対
して自己整合的に形成された高濃度のN型拡散層10
a,10bが設けられている。
【0031】そして拡散層7a,7bの表面及びゲート
電極5の表面に金属シリサイド層12a,12b及び1
2cが形成されている。またこの金属シリサイド層12
a,12b,12cに接して層間絶縁膜14が形成され
ており、この層間絶縁膜14には、上記拡散層とのコン
タクトを取るためのコンタクト孔15がゲート電極5に
対して自己整合的に形成されている。そしてこのコンタ
クト孔15の側面には絶縁膜からなる側壁膜17が形成
されている。なお、図1には示していないがコンタクト
孔15内には金属配線が形成される。この金属シリサイ
ド層12cを備えるゲート電極のシート抵抗は、3Ω/
口程度と低い。従って高速化が可能である。
電極5の表面に金属シリサイド層12a,12b及び1
2cが形成されている。またこの金属シリサイド層12
a,12b,12cに接して層間絶縁膜14が形成され
ており、この層間絶縁膜14には、上記拡散層とのコン
タクトを取るためのコンタクト孔15がゲート電極5に
対して自己整合的に形成されている。そしてこのコンタ
クト孔15の側面には絶縁膜からなる側壁膜17が形成
されている。なお、図1には示していないがコンタクト
孔15内には金属配線が形成される。この金属シリサイ
ド層12cを備えるゲート電極のシート抵抗は、3Ω/
口程度と低い。従って高速化が可能である。
【0032】次にこの実施の形態の半導体装置の一製法
を図2及び図3を参照して説明する。又、あわせ余裕を
実質的に考慮しないで自己整合的にコンタクト孔が形成
されている為、拡散層の容量が十分低く形成されてい
る。
を図2及び図3を参照して説明する。又、あわせ余裕を
実質的に考慮しないで自己整合的にコンタクト孔が形成
されている為、拡散層の容量が十分低く形成されてい
る。
【0033】まず、図2(a)に示すように例えばP型
半導体基板1上にLOCOS法によって素子分離領域2
を形成し、続いて熱処理によって素子領域上にゲート酸
化膜3を形成した後、多結晶シリコン膜5を堆積する。
その後、リソグラフィ技術及びRIE法を用いて多結晶
シリコン膜5及びゲート酸化膜3をパターニングするこ
とによってゲート電極5を形成する。この後、ゲート電
極の角部を丸めて電界効果を緩和するために後酸化と呼
ばれる100オングストローム程度の酸化を行っても良
い。ゲート電極5の形成後に、このゲート電極5をマス
クにしてPイオンを加速電圧40KeV、ドーズ量7.
0×1013cm-2の条件でイオン注入し、低濃度のN型
拡散層7a,7bを形成する(図2(a)参照)。
半導体基板1上にLOCOS法によって素子分離領域2
を形成し、続いて熱処理によって素子領域上にゲート酸
化膜3を形成した後、多結晶シリコン膜5を堆積する。
その後、リソグラフィ技術及びRIE法を用いて多結晶
シリコン膜5及びゲート酸化膜3をパターニングするこ
とによってゲート電極5を形成する。この後、ゲート電
極の角部を丸めて電界効果を緩和するために後酸化と呼
ばれる100オングストローム程度の酸化を行っても良
い。ゲート電極5の形成後に、このゲート電極5をマス
クにしてPイオンを加速電圧40KeV、ドーズ量7.
0×1013cm-2の条件でイオン注入し、低濃度のN型
拡散層7a,7bを形成する(図2(a)参照)。
【0034】次に、図2(b)に示すように基板1の全
面に厚さ150nmのシリコン窒化膜をLPCVD(Lo
w Pressure Chemical Vapour Deposition )法等により
堆積した後、RIE法等の異方性エッチングを用いてエ
ッチバックすることによりゲート電極5の側部に選択的
にシリコン窒化膜を残置し、側壁膜9を形成する。続い
てこの側壁膜9及びゲート電極5をマスクにしてAsイ
オンを加速電圧50KeV、ドーズ量3.0×1015c
m-2の条件で注入し、ソース・ドレイン層となる高濃度
のN型拡散層10a,10bを形成する(図2(b)参
照)。
面に厚さ150nmのシリコン窒化膜をLPCVD(Lo
w Pressure Chemical Vapour Deposition )法等により
堆積した後、RIE法等の異方性エッチングを用いてエ
ッチバックすることによりゲート電極5の側部に選択的
にシリコン窒化膜を残置し、側壁膜9を形成する。続い
てこの側壁膜9及びゲート電極5をマスクにしてAsイ
オンを加速電圧50KeV、ドーズ量3.0×1015c
m-2の条件で注入し、ソース・ドレイン層となる高濃度
のN型拡散層10a,10bを形成する(図2(b)参
照)。
【0035】その後、1000℃で20秒間のアニール
を行い、イオン注入された不純物P及びAsを活性化す
る。次に、酸系の溶液(例えば1/100に希釈したH
F溶液)を用いて、拡散層10a,10b上の酸化膜を
除去した後、全面に高融点金属(例えばTi)の膜を厚
さ300オングストローム堆積する。その後、窒素雰囲
気中で600℃〜750℃の温度でアニールすることに
より、シリコンがTiと接触する領域、すなわち拡散層
10a,10b及びゲート電極5上にシリサイド膜のT
iSi2の層12a,12b,12cを形成する。続い
て側壁膜9上及び素子分離領域2上の未反応のTi膜を
例えばH2O2とH2SO4の混合液を用いて選択的に
除去した後、N2雰囲気中で800℃〜900℃の温度
でアニールすることによりTiSi2層12a,12
b,12cのシート抵抗を下げる。これは上記アニール
によってTiSi2層の結晶構造がC49からC54に
変わるためである。こうすることにより拡散層12a,
12b上及びゲート電極5上に約600オングストロー
ムの厚さのTiSi2膜12a,12b,12cが形成
される(図2(c)参照)。
を行い、イオン注入された不純物P及びAsを活性化す
る。次に、酸系の溶液(例えば1/100に希釈したH
F溶液)を用いて、拡散層10a,10b上の酸化膜を
除去した後、全面に高融点金属(例えばTi)の膜を厚
さ300オングストローム堆積する。その後、窒素雰囲
気中で600℃〜750℃の温度でアニールすることに
より、シリコンがTiと接触する領域、すなわち拡散層
10a,10b及びゲート電極5上にシリサイド膜のT
iSi2の層12a,12b,12cを形成する。続い
て側壁膜9上及び素子分離領域2上の未反応のTi膜を
例えばH2O2とH2SO4の混合液を用いて選択的に
除去した後、N2雰囲気中で800℃〜900℃の温度
でアニールすることによりTiSi2層12a,12
b,12cのシート抵抗を下げる。これは上記アニール
によってTiSi2層の結晶構造がC49からC54に
変わるためである。こうすることにより拡散層12a,
12b上及びゲート電極5上に約600オングストロー
ムの厚さのTiSi2膜12a,12b,12cが形成
される(図2(c)参照)。
【0036】次に図3(a)に示すように、第1層Al
配線下の層間膜14として、例えば、LP−TEOS
(Low Pressure Tetra-Etoxy-Ortho Silicate )膜及び
LP−BPSG(Low Pressure Borophosphosilicate
Glass )膜を各々、1000オングストローム、12,
000オングストローム堆積し、CMP(Chemical Mec
hanical Polish)技術を用いて層間膜14を平坦化す
る。この様な高さ制御を行えば、従来のキャップ膜分の
段差は低減できる。その後、フォトリソグラフィ技術を
用いてMOSFETのソース・ドレイン層10a,10
bとのコンタクト孔15をゲート電極5に対して自己整
合的に開口する。このとき、平坦化されて、ゲートシリ
サイド膜上に残った層間膜14は、後に行う側壁膜17
形成のエッチングの際にシリサイド膜12cが露出しな
い程度の厚さであり、かつ後に形成するAI配線下に余
分な段差が形成されない程度が好ましい。
配線下の層間膜14として、例えば、LP−TEOS
(Low Pressure Tetra-Etoxy-Ortho Silicate )膜及び
LP−BPSG(Low Pressure Borophosphosilicate
Glass )膜を各々、1000オングストローム、12,
000オングストローム堆積し、CMP(Chemical Mec
hanical Polish)技術を用いて層間膜14を平坦化す
る。この様な高さ制御を行えば、従来のキャップ膜分の
段差は低減できる。その後、フォトリソグラフィ技術を
用いてMOSFETのソース・ドレイン層10a,10
bとのコンタクト孔15をゲート電極5に対して自己整
合的に開口する。このとき、平坦化されて、ゲートシリ
サイド膜上に残った層間膜14は、後に行う側壁膜17
形成のエッチングの際にシリサイド膜12cが露出しな
い程度の厚さであり、かつ後に形成するAI配線下に余
分な段差が形成されない程度が好ましい。
【0037】なお、図4(b)は本実施の形態の半導体
装置の平面図であり、図4(a)は図4(b)に示す切
断線A−Aで切断した場合の断面図である。この図4に
おいては、解り易くするため、コンタクト20aの位置
が大きくLだけゲート電極5側にずれた場合について示
している。
装置の平面図であり、図4(a)は図4(b)に示す切
断線A−Aで切断した場合の断面図である。この図4に
おいては、解り易くするため、コンタクト20aの位置
が大きくLだけゲート電極5側にずれた場合について示
している。
【0038】なお、コンタクト孔15の開口の際には、
マネグトロンRIE装置を用いて、例えば、CHF3と
COの混合ガス系で、窒化膜9に対して十分な選択比を
もつ条件で層間膜14のエッチングを行う。この選択比
は25以上であることが望ましく、必要に応じてArな
どを添加することが可能である。また、コンタクト孔1
5の合わせがずれた場合にも、ゲート電極上に形成した
シリサイド膜12cはコンタクト孔15の開口時に十分
なエッチングストッパとなることが確認されている。
又、側壁絶縁膜と、層間絶縁膜は、窒化膜とTEOS
膜、BPSG膜の組み合わせに限られず、選択比が得ら
れる組み合わせであれば良い。この場合にも選択比は2
5以上あると好ましい。
マネグトロンRIE装置を用いて、例えば、CHF3と
COの混合ガス系で、窒化膜9に対して十分な選択比を
もつ条件で層間膜14のエッチングを行う。この選択比
は25以上であることが望ましく、必要に応じてArな
どを添加することが可能である。また、コンタクト孔1
5の合わせがずれた場合にも、ゲート電極上に形成した
シリサイド膜12cはコンタクト孔15の開口時に十分
なエッチングストッパとなることが確認されている。
又、側壁絶縁膜と、層間絶縁膜は、窒化膜とTEOS
膜、BPSG膜の組み合わせに限られず、選択比が得ら
れる組み合わせであれば良い。この場合にも選択比は2
5以上あると好ましい。
【0039】次に例えば窒化膜からなる絶縁膜を基板1
の全面に1500オングストローム堆積し、RIE法を
用いてエッチバックすることにより、1500オングス
トロームの幅の側壁膜17がコンタクト孔15の内部に
自己整合的に形成される(図3(b)参照)。現状のリ
ソグラフィ技術の合わせ精度は±0.1μm以下が達成
されていることから、上述の自己整合で形成される側壁
膜17は既に形成されている、ゲート電極5の側壁膜9
と接続されることになる。
の全面に1500オングストローム堆積し、RIE法を
用いてエッチバックすることにより、1500オングス
トロームの幅の側壁膜17がコンタクト孔15の内部に
自己整合的に形成される(図3(b)参照)。現状のリ
ソグラフィ技術の合わせ精度は±0.1μm以下が達成
されていることから、上述の自己整合で形成される側壁
膜17は既に形成されている、ゲート電極5の側壁膜9
と接続されることになる。
【0040】このようにコンタクト孔15の開口後に形
成する絶縁膜17の膜厚と、側壁膜9の膜厚を適正に、
例えば絶縁膜17の形成時の膜厚が合わせ余裕よりも大
きくなるように設計することにより、側壁膜17と側壁
膜9によってゲート電極5と後述のソース・ドレインの
引き出し電極20a,20b(図4(a)参照)が絶縁
される。この後は必要に応じてソース・ドレインの引き
出し電極20a,20b等の多層配線を形成し、続いて
パッシベーション膜を形成することで半導体装置を完成
する。
成する絶縁膜17の膜厚と、側壁膜9の膜厚を適正に、
例えば絶縁膜17の形成時の膜厚が合わせ余裕よりも大
きくなるように設計することにより、側壁膜17と側壁
膜9によってゲート電極5と後述のソース・ドレインの
引き出し電極20a,20b(図4(a)参照)が絶縁
される。この後は必要に応じてソース・ドレインの引き
出し電極20a,20b等の多層配線を形成し、続いて
パッシベーション膜を形成することで半導体装置を完成
する。
【0041】以上説明したように本実施の形態の半導体
装置によれば、ソース・ドレインのコンタクト孔15は
ゲート電極5に対して自己整合的に形成され、このコン
タクト孔15の側部には適切な膜厚の側壁膜17がゲー
ト電極5の側壁膜9に接するように形成されるため、ゲ
ート電極5とソース・ドレインの引き出し電極とが絶縁
される。これにより、寄生抵抗と寄生容量を小さくする
ことが可能となり、高速で高性能な半導体装置を得るこ
とができる。また、ゲート電極5上に低抵抗の高融点金
属シリサイド層12cが形成されているため、ゲート抵
抗を低くすることが可能となり、より高速動作を行わせ
ることができる。
装置によれば、ソース・ドレインのコンタクト孔15は
ゲート電極5に対して自己整合的に形成され、このコン
タクト孔15の側部には適切な膜厚の側壁膜17がゲー
ト電極5の側壁膜9に接するように形成されるため、ゲ
ート電極5とソース・ドレインの引き出し電極とが絶縁
される。これにより、寄生抵抗と寄生容量を小さくする
ことが可能となり、高速で高性能な半導体装置を得るこ
とができる。また、ゲート電極5上に低抵抗の高融点金
属シリサイド層12cが形成されているため、ゲート抵
抗を低くすることが可能となり、より高速動作を行わせ
ることができる。
【0042】なお、上述の実施の形態の半導体装置のト
ランジスタは、NチャネルMOSFETであったが、P
チャネルMOSFETやCMOS構造の場合にも本発明
を用いることができることは言うまでもない。
ランジスタは、NチャネルMOSFETであったが、P
チャネルMOSFETやCMOS構造の場合にも本発明
を用いることができることは言うまでもない。
【0043】また、上記実施の形態においては、シリサ
イド材としてTiを用いたが、成膜温度を適切に選択す
ることで、Co,V等のシリサイド材を用いることがで
きる。
イド材としてTiを用いたが、成膜温度を適切に選択す
ることで、Co,V等のシリサイド材を用いることがで
きる。
【0044】また、上記実施の形態においてはTiSi
2の形成にはTi膜を堆積後、シリサイド化させたが、
Ti膜の形成後に、TiNを堆積し、その後にシリサイ
ド化しても良い。この場合は選択エッチングによってT
iN膜もTi膜と同時に剥離される。
2の形成にはTi膜を堆積後、シリサイド化させたが、
Ti膜の形成後に、TiNを堆積し、その後にシリサイ
ド化しても良い。この場合は選択エッチングによってT
iN膜もTi膜と同時に剥離される。
【0045】また、上記実施の形態の半導体装置におい
ては、ゲート電極5及び拡散層10a,10b上に高融
点金属シリサイド層12a,12b,12cを形成した
が、これらのシリサイド層12a,12b,12cを設
けなくとも、寄生容量を低減できるため高速で高性能な
半導体装置を得ることができる。なお、ゲート電極5上
又は拡散層7a,7b上の一方のみに高融点金属シリサ
イド層を設けた場合は全く設けない場合に比べて寄生抵
抗を削減することができる。
ては、ゲート電極5及び拡散層10a,10b上に高融
点金属シリサイド層12a,12b,12cを形成した
が、これらのシリサイド層12a,12b,12cを設
けなくとも、寄生容量を低減できるため高速で高性能な
半導体装置を得ることができる。なお、ゲート電極5上
又は拡散層7a,7b上の一方のみに高融点金属シリサ
イド層を設けた場合は全く設けない場合に比べて寄生抵
抗を削減することができる。
【0046】また、上記実施の形態においてゲート電極
5上に設けられる高融点金属シリサイド膜12cの代わ
りにタングステンシリサイド層を形成しても良い。この
場合は上述の実施の形態と同様の効果を奏することがで
きるとともに細線効果を防止することが可能となり、よ
り高集積化することができる。
5上に設けられる高融点金属シリサイド膜12cの代わ
りにタングステンシリサイド層を形成しても良い。この
場合は上述の実施の形態と同様の効果を奏することがで
きるとともに細線効果を防止することが可能となり、よ
り高集積化することができる。
【0047】なお、ゲート電極5上にタングステンシリ
サイド層を設けた場合は、拡散層10a,10b上には
高融点金属シリサイド層12a,12bは設けなくとも
従来の場合に比べて寄生容量を削減できるため高速で高
性能な半導体装置を得ることができる。また細線効果を
防止することも可能となり高集積化することができる。
サイド層を設けた場合は、拡散層10a,10b上には
高融点金属シリサイド層12a,12bは設けなくとも
従来の場合に比べて寄生容量を削減できるため高速で高
性能な半導体装置を得ることができる。また細線効果を
防止することも可能となり高集積化することができる。
【0048】また、上記実施の形態においては、コンタ
クト孔内に設けられる側壁膜17はシリコン窒化膜から
形成されたが、SiO2等の他の絶縁膜から形成しても
良い。
クト孔内に設けられる側壁膜17はシリコン窒化膜から
形成されたが、SiO2等の他の絶縁膜から形成しても
良い。
【0049】また本発明は、ゲート電極構造がNMOS
にはN+ ポリシリコンを用い、PMOSにはP+ ポリシ
リコンを用いるデュアルゲート構造のCMOSを有する
半導体装置に適用することができる。
にはN+ ポリシリコンを用い、PMOSにはP+ ポリシ
リコンを用いるデュアルゲート構造のCMOSを有する
半導体装置に適用することができる。
【0050】また、本実施の形態の半導体装置において
は、コンタクト孔15を開口後、図4に示すようにコン
タクト孔15の底のサリサイド層12a,12bを下地
にタングステン20a,20bを選択的にコンタクト孔
15に埋め込んだ後に配線を施しても良い。
は、コンタクト孔15を開口後、図4に示すようにコン
タクト孔15の底のサリサイド層12a,12bを下地
にタングステン20a,20bを選択的にコンタクト孔
15に埋め込んだ後に配線を施しても良い。
【0051】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、高速
で高性能な半導体装置を得ることができる。
で高性能な半導体装置を得ることができる。
【図1】本発明による半導体装置の一実施例の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図2】本発明による半導体装置の製造工程を示す断面
図。
図。
【図3】本発明による半導体装置の製造工程を示す断面
図。
図。
【図4】本発明による半導体装置のコンタクトとゲート
電極の位置関係を説明する説明図。
電極の位置関係を説明する説明図。
【図5】サリサイド構造を有するMOSFETの工程
図。
図。
【図6】従来の半導体装置の構成を示す構成図。
【図7】コンタクト余裕を説明する説明図。
1 半導体基板 2 素子分離領域 3 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 6 ゲート電極のエッジ 7a,7b 低濃度のN型拡散層 9 側壁膜 10a,10b 高濃度のN型拡散層 12a,12b,12c 高融点金属シリサイド層 14 層間膜 15 コンタクト孔 17 側壁膜 20a,20b コンタクト 41 シリコン基板 42 素子分離領域 43 ゲート絶縁膜 44 ポリシリコン膜 45 低濃度の拡散層 46 側壁膜 47 高濃度の拡散層 48 Ti系の高融点金属膜 49a シリサイド層 49b シリサイド膜 50 層間絶縁膜 52 配線 61 半導体基板 62 素子分離領域 63 ゲート絶縁膜 65 ゲート電極 66 ゲート電極のエッジ 69 側壁膜 70 拡散層 71 キャップ層 74 層間絶縁膜 75 コンタクト孔 80 コンタクト 85a,85b シリサイド層
Claims (8)
- 【請求項1】表面にゲート絶縁膜が形成された半導体基
板と、 前記ゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極と、 このゲート電極を両側から挟むように前記半導体基板の
表面領域に形成された不純物領域と、 前記ゲート電極の側壁部に形成された第1の側壁絶縁膜
と、 前記ゲート電極の表面に形成され側壁部が備えられた層
間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜の側壁部に形成された第2の側壁絶縁膜
と、 前記第2の側壁絶縁膜に囲まれた開口内に形成され、前
記不純物領域に接続された配線と、 を備えていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】前記第2の側壁絶縁膜は、前記第1の側壁
絶縁膜と共に、前記ゲート電極を覆うことを特徴とする
請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】前記第1の側壁絶縁膜と、前記層間絶縁膜
は異なる絶縁材料からなることを特徴とする請求項1又
は2記載の半導体装置。 - 【請求項4】前記ゲート電極の表面領域には金属シリサ
イド層が形成されていることを特徴とする請求項1乃至
3のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項5】半導体基板の表面領域に素子間を分離する
ための素子分離領域を形成する工程と、 前記半導体基板の表面の前記素子分離領域により囲まれ
た領域内にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜の表面にゲート電極を形成する工程
と、 前記ゲート電極を両側から挟むように前記半導体基板の
表面領域に不純物領域を形成する工程と、 前記ゲート電極の側壁部に第1の側壁絶縁膜を形成する
工程と、 前記ゲート電極上に側壁部を有する層間絶縁膜を形成す
る工程と、 前記層間絶縁膜の側壁部に第2の側壁絶縁膜を形成する
工程と、 前記第2の側壁絶縁膜により囲まれた開口内に、前記不
純物領域に接続される配線を形成する工程と、 を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】前記層間絶縁膜及び前記第2の側壁絶縁膜
の形成により前記ゲート電極を覆うことを特徴とする請
求項5記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】前記第1の側壁絶縁膜及び第2の側壁絶縁
膜を異なる絶縁材料により形成することを特徴とする請
求項5又は6記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】前記ゲート電極の表面に金属シリサイド層
を形成することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか
に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5976596A JPH09252124A (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5976596A JPH09252124A (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09252124A true JPH09252124A (ja) | 1997-09-22 |
Family
ID=13122708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5976596A Pending JPH09252124A (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09252124A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100475118B1 (ko) * | 2002-11-22 | 2005-03-10 | 삼성전자주식회사 | 2중 콘택 스페이서를 포함하는 반도체 소자의 제조방법 |
| JP2007048837A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP5062166B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2012-10-31 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1996
- 1996-03-15 JP JP5976596A patent/JPH09252124A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100475118B1 (ko) * | 2002-11-22 | 2005-03-10 | 삼성전자주식회사 | 2중 콘택 스페이서를 포함하는 반도체 소자의 제조방법 |
| JP2007048837A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP5062166B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2012-10-31 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
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