JP2007150244A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特にゲート配線がフルシリサイド化され且つ局所配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a gate wiring fully silicided and having a local wiring structure and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置の高集積化、高機能化及び高速化に伴って、益々半導体装置の微細化の要求が高まっている。半導体装置の微細化に伴い、ゲート電極のコンタクト抵抗及び配線抵抗が増大する傾向にあり、コンタクト抵抗及び配線抵抗を低減するために、ゲート電極のシリサイド化が行われている。 In recent years, along with higher integration, higher functionality, and higher speed of semiconductor devices, there is an increasing demand for miniaturization of semiconductor devices. With the miniaturization of semiconductor devices, the contact resistance and wiring resistance of the gate electrode tend to increase. In order to reduce the contact resistance and wiring resistance, the gate electrode is silicided.
また、半導体装置の内部に形成される、ゲート電極とソースドレイン拡散層とを接続する配線等の構造を局所配線構造とすることにより配線抵抗を低減することが行われている。 In addition, wiring resistance is reduced by using a local wiring structure such as a wiring connecting a gate electrode and a source / drain diffusion layer formed inside a semiconductor device.
例えば、ゲート電極とソースドレイン拡散層とを電気的に接続するシェアードコンタクトプラグは、層間絶縁膜にゲート電極の一部及びソースドレイン拡散層の一部を露出するコンタクトホールを形成し、形成したコンタクトホールに導電性材料を充填することにより形成できる(例えば、特許文献1を参照。)。 For example, a shared contact plug that electrically connects a gate electrode and a source / drain diffusion layer is formed by forming a contact hole exposing a part of the gate electrode and a part of the source / drain diffusion layer in the interlayer insulating film. The hole can be formed by filling a conductive material (see, for example, Patent Document 1).
図8は、従来のシェアードコンタクトプラグを備えた半導体装置の構成を示す断面図である。図8に示すように従来の半導体装置は、シリコン基板101の上にゲート酸化膜102を介して形成されたシリコンからなるゲート電極103を備えている。ゲート電極103の上には、シリサイド層104が形成されており、ゲート電極103及びシリサイド層104の側壁には、側壁酸化膜105が形成されている。また、シリコン基板101におけるゲート電極103の側方下に形成されたソースドレイン領域106を備え、ソースドレイン領域106の上にはシリサイド層107が形成され、ゲート電極103及びソースドレイン領域106を覆うように層間酸化膜108が形成されている。層間酸化膜108には、ゲート電極103の一部及びソースドレイン領域106の一部を露出するようにコンタクトホール109が形成され、コンタクトホール109内にはシェアードコンタクトプラグ110が形成されている。シェアードコンタクトプラグ110は、ゲート電極103及びソースドレイン領域106と電気的に接続されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including a conventional shared contact plug. As shown in FIG. 8, the conventional semiconductor device includes a
このようなシェアードコンタクトプラグを用いることにより、半導体装置を小型化すると共に、局所配線構造とすることにより配線抵抗を低減し、高速に動作する半導体装置を実現することができる。
しかしながら、前記従来のシェアードコンタクトプラグを備えた半導体装置に対して種々の検討を加えた結果、本願発明者らはゲート電極の益々の微細化に伴い、シリコンからなるゲート電極103の上にシリサイド層104を形成した構成では配線抵抗が増大すると共に、ゲート電極103とシェアードコンタクトプラグ110との接触面積が減少するためコンタクト抵抗が増大してしまうという問題があることを見出した。
However, as a result of various studies on the conventional semiconductor device provided with the shared contact plug, the inventors of the present application have developed a silicide layer on the
一方、近年、半導体装置を高速化するためにゲート電極のフルシリサイド化が検討されており、ゲート電極をフルシリサイド化することによって配線抵抗の低減を図ることが期待される。しかし、ゲート電極とシェアードコンタクトプラグとの接触面積が減少することによるコンタクト抵抗の増大という問題は依然として生じる。 On the other hand, in recent years, full silicidation of a gate electrode has been studied in order to increase the speed of a semiconductor device, and it is expected to reduce wiring resistance by full silicidation of the gate electrode. However, the problem of an increase in contact resistance due to a decrease in the contact area between the gate electrode and the shared contact plug still occurs.
本発明は、前記従来の問題を解決し、ゲート電極における配線抵抗が小さく且つゲート電極とシェアードコンタクトプラグとのコンタクト抵抗が小さい半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to realize a semiconductor device in which the wiring resistance in the gate electrode is small and the contact resistance between the gate electrode and the shared contact plug is small.
前記の目的を達成するため、本発明は半導体装置を、シェアードコンタクトプラグの形成領域において、ゲート配線がサイドウォールから突出した突出部を有している構成とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a semiconductor device has a configuration in which a gate wiring has a protruding portion protruding from a sidewall in a shared contact plug formation region.
具体的に本発明に係る半導体装置は、半導体基板に形成された素子分離領域と、半導体基板における素子分離領域に囲まれた領域である活性領域と、半導体基板の上に形成され、フルシリサイド化された第1のゲート配線と、第1のゲート配線の側面上に形成された絶縁性の第1のサイドウォールと、活性領域に形成された不純物拡散層と、半導体基板の上に形成され、第1のゲート配線の一部と不純物拡散層の一部とに跨る領域を露出する開口部を有する層間絶縁膜と、開口部内に形成された導電性材料からなり、第1のゲート配線及び不純物拡散層と接続されたコンタクトプラグとを備え、第1のゲート配線は、コンタクトプラグと接続された部分において、第1のサイドウォールから突出した突出部を有していることを特徴とする。 Specifically, a semiconductor device according to the present invention includes an element isolation region formed in a semiconductor substrate, an active region that is a region surrounded by the element isolation region in the semiconductor substrate, and a full silicidation formed on the semiconductor substrate. Formed on a semiconductor substrate, an insulating first sidewall formed on a side surface of the first gate wiring, an impurity diffusion layer formed in an active region, and a semiconductor substrate; An interlayer insulating film having an opening that exposes a region spanning part of the first gate wiring and part of the impurity diffusion layer, and a conductive material formed in the opening, and the first gate wiring and impurities A contact plug connected to the diffusion layer is provided, and the first gate wiring has a protruding portion protruding from the first sidewall at a portion connected to the contact plug.
本発明の半導体装置によれば、第1のゲート配線は、コンタクトプラグと電気的に接続された部分において、第1のサイドウォールから突出した突出部を有しているため、シェアードコンタクトプラグとゲート配線との接触面積を大きくすることができる。従って、ゲート配線とシェアードコンタクトプラグとのコンタクト抵抗を低減できる。また、ゲート配線がフルシリサイド化されているため、ゲート配線の配線抵抗を小さくすることができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the first gate wiring has the protruding portion protruding from the first sidewall at the portion electrically connected to the contact plug, the shared contact plug and the gate are provided. The contact area with the wiring can be increased. Therefore, the contact resistance between the gate wiring and the shared contact plug can be reduced. Further, since the gate wiring is fully silicided, the wiring resistance of the gate wiring can be reduced.
本発明の半導体装置において、第1のゲート配線における突出部は、第1のサイドウォールの上面の一部を覆っていることが好ましい。このような構成とすることにより、シェアードコンタクトプラグ用のコンタクトホールを形成する際にサイドウォールを突出部により保護することができる。従って、コンタクトホールを形成する際にサイドウォールがエッチングされにくくなるので、コンタクトホールの底面に浅い不純物拡散層が露出することを防ぐことができる。その結果、シェアードコンタクトプラグと浅い不純物拡散層とが短絡することがなく、接合耐圧が低下したり、接合リーク電流が増大したりすることのない半導体装置を実現することができる。 In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the protruding portion of the first gate wiring covers a part of the upper surface of the first sidewall. With such a configuration, the sidewall can be protected by the protrusion when the contact hole for the shared contact plug is formed. Accordingly, since the sidewall is hardly etched when forming the contact hole, it is possible to prevent the shallow impurity diffusion layer from being exposed on the bottom surface of the contact hole. As a result, it is possible to realize a semiconductor device in which the shared contact plug and the shallow impurity diffusion layer are not short-circuited and the junction breakdown voltage is not reduced and the junction leakage current is not increased.
本発明の半導体装置において、第1のゲート配線は、第1のゲート電極と該第1のゲート電極と一体に形成された第1の配線とからなり、コンタクトプラグは、第1の配線と接続されており、突出部は、第1の配線におけるコンタクトプラグと接続された部分に設けられており、第1のゲート電極は、第1のサイドウォールから突出していないことが好ましい。このような構成とすることにより、シェアードコンタクトプラグ以外に、ソースドレイン領域と接続されたコンタクトプラグを形成する場合に、コンタクトプラグとゲート電極とが短絡することを防ぐことができる。 In the semiconductor device of the present invention, the first gate wiring includes a first gate electrode and a first wiring formed integrally with the first gate electrode, and the contact plug is connected to the first wiring. The projecting portion is provided at a portion of the first wiring connected to the contact plug, and the first gate electrode preferably does not project from the first sidewall. With such a configuration, when a contact plug connected to the source / drain region is formed in addition to the shared contact plug, it is possible to prevent the contact plug and the gate electrode from being short-circuited.
本発明の半導体装置において、第1のサイドウォールは、第1の配線における突出部が設けられた部分の側面上に形成された部分の高さが、第1のゲート電極の側面上に形成された部分の高さよりも低くいことが好ましい。このような構成とすることにより、サイドウォールの上面を覆う突出部の形成が容易となり、サイドウォールの保護を確実に行うことが可能となる。 In the semiconductor device of the present invention, the first sidewall is formed on the side surface of the first gate electrode so that the height of the portion formed on the side surface of the portion where the projecting portion is provided in the first wiring is formed. It is preferable that the height is lower than the height of the portion. With such a configuration, it becomes easy to form a protruding portion that covers the upper surface of the sidewall, and the sidewall can be reliably protected.
本発明の半導体装置において、第1のゲート配線は、活性領域の上に第1のゲート絶縁膜を介して形成されていることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the first gate wiring is preferably formed on the active region via a first gate insulating film.
本発明の半導体装置は、半導体基板の上に第1のゲート配線と間隔をおいて形成され、フルシリサイド化された第2のゲート配線と、活性領域の上における第2のゲート配線の下側部分に形成された第2のゲート絶縁膜と、第2のゲート配線の側面上に形成された絶縁性の第2のサイドウォールとをさらに備え、不純物拡散層は、活性領域における第2のゲート配線と第1のゲート配線との間の領域に形成されたソースドレイン領域であることが好ましい。 The semiconductor device according to the present invention includes a second gate wiring formed on the semiconductor substrate at a distance from the first gate wiring and fully silicided, and below the second gate wiring on the active region. A second gate insulating film formed in the portion; and an insulating second sidewall formed on a side surface of the second gate wiring; and the impurity diffusion layer includes a second gate in the active region. It is preferable that the source / drain region be formed in a region between the wiring and the first gate wiring.
本発明の半導体装置において、ソースドレイン領域は、活性領域における第2のゲート配線の側方の領域に形成された第1の拡散層と、活性領域における第1の拡散層と比べて第2のゲート配線から離れた位置で且つ第1の拡散層よりも深い位置に形成された第2の拡散層とを有し、コンタクトプラグは、第2の拡散層と電気的に接続されていることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the source / drain region has a first diffusion layer formed in a region of the active region lateral to the second gate wiring and a second diffusion layer as compared with the first diffusion layer in the active region. A second diffusion layer formed at a position far from the gate wiring and deeper than the first diffusion layer, and the contact plug is electrically connected to the second diffusion layer. preferable.
本発明の半導体装置において、第2のゲート配線は、第2のゲート電極と該第2のゲート電極と一体に形成された第2の配線とからなり、第2のゲート電極は、第2のゲート絶縁膜上に形成されており且つ第2のサイドウォールから突出していないことが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the second gate wiring includes a second gate electrode and a second wiring formed integrally with the second gate electrode, and the second gate electrode includes the second gate electrode It is preferable that the gate insulating film is formed on the gate insulating film and does not protrude from the second sidewall.
本発明の半導体装置において、第1のゲート配線は、ニッケルシリサイドからなることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the first gate wiring is preferably made of nickel silicide.
本発明の半導体装置は、層間絶縁膜と半導体基板との間に形成された下地保護膜をさらに備えていることが好ましい。 The semiconductor device of the present invention preferably further includes a base protective film formed between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate.
本発明の半導体装置において、コンタクトプラグは、シリサイド層を介して不純物拡散層と電気的に接続されていることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the contact plug is preferably electrically connected to the impurity diffusion layer through a silicide layer.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板に素子分離領域を形成して、半導体基板に素子分離領域に囲まれた活性領域を形成する工程(a)と、工程(a)よりも後に、半導体基板の上に、シリコンを含む半導体材料からなる第1のゲート配線形成膜を形成する工程(b)と、第1のゲート配線形成膜の側面上に絶縁性の第1のサイドウォールを形成する工程(c)と、工程(b)よりも後に、活性領域に不純物拡散層を形成する工程(d)と、工程(c)及び工程(d)よりも後に、第1のゲート配線形成膜をフルシリサイド化して第1のゲート配線を形成する工程(e)と、工程(e)の後に、半導体基板上の全面に層間絶縁膜を形成する工程(f)と、層間絶縁膜をエッチングして、第1のゲート配線の一部と不純物拡散層の一部とに跨る領域に開口部を形成する工程(g)と、開口部に導電性材料を充填することにより、第1のゲート配線及び不純物拡散層と電気的に接続するコンタクトプラグを形成する工程(h)とを備え、工程(e)では、第1のゲート配線におけるコンタクトプラグと接続される部分に、第1のサイドウォールから突出した突出部を形成することを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming an element isolation region in a semiconductor substrate and forming an active region surrounded by the element isolation region in the semiconductor substrate, and a step after the step (a). And (b) forming a first gate wiring formation film made of a semiconductor material containing silicon on the semiconductor substrate, and forming an insulating first sidewall on the side surface of the first gate wiring formation film. Step (c) for forming, step (d) for forming an impurity diffusion layer in the active region after step (b), and formation of the first gate wiring after step (c) and step (d) A step (e) of forming a first gate wiring by fully siliciding the film; a step (f) of forming an interlayer insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate after the step (e); and etching the interlayer insulating film A portion of the first gate wiring and the impurity diffusion layer A step (g) of forming an opening in a region straddling the portion, and a step of forming a contact plug electrically connected to the first gate wiring and the impurity diffusion layer by filling the opening with a conductive material (H), and the step (e) is characterized in that a protruding portion protruding from the first sidewall is formed in a portion connected to the contact plug in the first gate wiring.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、第1のゲート配線におけるコンタクトプラグと接続される部分に、第1のサイドウォールから突出した突出部を形成するため、シェアードコンタクトプラグを形成するための凹部を形成する際に、第1のサイドウォールが突出部により保護されるので、第1のサイドウォールがエッチングされにくくなる。その結果、シェアードコンタクトプラグと浅い不純物拡散層との短絡を防ぎ、接合耐圧が低下したり、接合リーク電流が増大したりすることのない半導体装置を実現することが可能となる。 According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the protruding portion protruding from the first sidewall is formed in the portion connected to the contact plug in the first gate wiring, so that the shared contact plug is formed. When the recess is formed, the first sidewall is protected by the protruding portion, so that the first sidewall is hardly etched. As a result, it is possible to prevent a short circuit between the shared contact plug and the shallow impurity diffusion layer, and to realize a semiconductor device in which the junction breakdown voltage does not decrease and the junction leakage current does not increase.
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(e)では、第1のゲート配線における突出部を、第1のサイドウォールの上面の一部を覆うように形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step (e), it is preferable that the protruding portion of the first gate wiring is formed so as to cover a part of the upper surface of the first sidewall.
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(e)では、第1のゲート配線形成膜から第1のゲート電極及び第1の配線が一体に形成された第1のゲート配線が形成され、製造方法は、工程(d)と工程(e)との間に、第1のゲート配線形成膜における第1のゲート電極となる部分をエッチングして、第1のゲート配線形成膜における第1のゲート電極となる部分の膜厚を、ゲート配線形成膜における第1の配線の突出部が形成される部分の膜厚よりも薄くする工程(i)をさらに備え、工程(e)では、第1のゲート電極が、第1のサイドウォールから突出しないことが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step (e), a first gate wiring in which the first gate electrode and the first wiring are integrally formed is formed from the first gate wiring forming film, and the manufacturing is performed. In the method, between the step (d) and the step (e), a portion to be the first gate electrode in the first gate wiring formation film is etched, so that the first gate in the first gate wiring formation film is etched. The method further includes a step (i) in which a film thickness of a portion to be an electrode is made thinner than a film thickness of a portion of the gate wiring formation film where the protruding portion of the first wiring is formed. It is preferable that the gate electrode does not protrude from the first sidewall.
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(i)では、第1のゲート配線形成膜における第1の配線の突出部となる部分の膜厚を、第1のサイドウォールの高さの2分の1以上とすることが好ましい。このような構成とすることにより、突出部を確実に形成することが可能となる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in step (i), the film thickness of the portion of the first gate wiring formation film that becomes the protruding portion of the first wiring is set to two times the height of the first sidewall. It is preferable to set it to 1 or more. By setting it as such a structure, it becomes possible to form a protrusion part reliably.
本発明の半導体装置の製造方法では、半導体装置の製造方法において、工程(i)では、第1のゲート配線形成膜における第1のゲート電極となる部分の膜厚を、第1のサイドウォールの高さの2分の1未満とすることが好ましい。このような構成とすることにより、シェアードコンタクトプラグを形成しない領域においては、サイドウォールから突出していない通常のゲート配線を形成することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device, in step (i), the film thickness of the portion to be the first gate electrode in the first gate wiring formation film is changed to the thickness of the first sidewall. It is preferable to be less than half of the height. With this configuration, it is possible to form a normal gate wiring that does not protrude from the sidewall in a region where the shared contact plug is not formed.
本発明の半導体装置の製造方法は、工程(i)と工程(e)との間に、第1のゲート配線形成膜における第1の配線の突出部となる部分の側面上に形成されたサイドウォールの高さを、第1のゲート配線形成膜における第1のゲート電極となる部分の側面上に形成された第1のサイドウォールの高さよりも低くする工程(j)をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、第1のサイドウォールの上面を覆う突出部の形成が容易となる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the side formed on the side surface of the portion of the first gate wiring formation film that becomes the protruding portion of the first wiring between the steps (i) and (e). And (j) further comprising a step (j) of making the height of the wall lower than the height of the first sidewall formed on the side surface of the portion to be the first gate electrode in the first gate wiring formation film. Is preferred. With such a configuration, it is easy to form a protruding portion that covers the upper surface of the first sidewall.
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(j)では、突出部を形成する領域において、第1のサイドウォールの高さを、第1のゲート配線形成膜の上面の高さよりも低くすることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in step (j), the height of the first sidewall is made lower than the height of the upper surface of the first gate wiring formation film in the region where the protrusion is formed. Is preferred.
本発明の半導体装置の製造方法は、工程(e)と工程(f)との間に、半導体基板上の全面に下地保護膜を形成する工程(k)をさらに備え、工程(f)では、下地絶縁膜の上に層間絶縁膜を形成することが好ましい。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention further includes a step (k) of forming a base protective film on the entire surface of the semiconductor substrate between the step (e) and the step (f). In the step (f), It is preferable to form an interlayer insulating film over the base insulating film.
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(b)では、半導体基板の上に、シリコンを含む半導体材料からなる第2のゲート配線形成膜を第1のゲート配線形成膜と間隔をおいて形成し、工程(c)では、第2のゲート配線形成膜の側面上に絶縁性の第2のサイドウォールを形成し、工程(d)では、活性領域における第2のゲート配線形成膜の側方の領域に不純物拡散層を形成し、工程(e)では、第2のゲート配線形成膜をフルシリサイド化して第2のゲート配線を形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the step (b), a second gate wiring formation film made of a semiconductor material containing silicon is formed on the semiconductor substrate at a distance from the first gate wiring formation film. In step (c), an insulating second sidewall is formed on the side surface of the second gate wiring formation film. In step (d), the side of the second gate wiring formation film in the active region is formed. In the step (e), the second gate wiring is preferably formed by fully siliciding the second gate wiring formation film in the step (e).
本発明の半導体装置の製造方法は、工程(a)と工程(b)との間に、活性領域上にゲート絶縁膜を形成する工程(l)をさらに備え、工程(b)では、活性領域上にゲート絶縁膜を介して第1のゲート配線形成膜及び第2のゲート配線形成膜を形成することが好ましい。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention further includes a step (l) of forming a gate insulating film on the active region between the step (a) and the step (b), and in the step (b), the active region is formed. It is preferable to form a first gate wiring formation film and a second gate wiring formation film on the gate insulating film.
本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、ゲート電極における配線抵抗の低減及びゲート電極とシェアードコンタクトプラグとのコンタクト抵抗の低減が可能となる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, the wiring resistance in the gate electrode and the contact resistance between the gate electrode and the shared contact plug can be reduced.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1(a)及び(b)は第1の実施形態に係る半導体装置であり、(a)は平面構成を示し、(b)は(a)のIb−Ib線における断面構成を示している。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B show a semiconductor device according to the first embodiment, where FIG. 1A shows a planar configuration, and FIG. 1B shows a cross-sectional configuration taken along line Ib-Ib in FIG. .
図1(a)には、半導体基板10に形成された素子分離領域11に囲まれた第1の活性領域13Aに形成された第1のトランジスタ51Aと、第2の活性領域13Bに形成された第2のトランジスタ51Bとを示している。第1のトランジスタ51Aは、フルシリサイド化された第1のゲート電極17Aと第1の活性領域13Aに形成されたソースドレイン領域14Aとを有している。また、第2のトランジスタ51Bは、フルシリサイド化された第2のゲート電極17Bと第2の活性領域13Bに形成されたソースドレイン領域14Bとを有している。なお、第1のトランジスタ51A及び第2のトランジスタ51Bは、いずれもP型MISトランジスタである。
In FIG. 1A, the
図1(b)に示すように第2のトランジスタ51Bは、半導体基板10の素子分離領域11に囲まれた第2の活性領域13Bの上に形成された第2のゲート絶縁膜15Bと、第2のゲート絶縁膜15Bの上に形成された第2のゲート電極17Bと、第2のゲート電極17Bの側面上に形成された第2のサイドウォール21Bと、第2の活性領域13Bにおける第2のゲート電極17Bの両側方の領域に形成されたP型の不純物拡散層であるソースドレイン領域14Bとを備えている。
As shown in FIG. 1B, the
ソースドレイン領域14Bは、第2のゲート電極17Bの側方下に形成された浅いソースドレイン拡散層(エクステンション領域又はLDD領域)14aと第2のサイドウォール21Bの側方下に形成された深いソースドレイン拡散層14bとからなり、深いソースドレイン拡散層14bの上面にはシリサイド層16が形成されている。
The source /
第2の活性領域13Bの上には、第2のゲート絶縁膜15Bと同じ絶縁膜からなる第1のゲート絶縁膜15Aと、第1のゲート絶縁膜15Aの上に形成されたフルシリサイド化された第1の配線18Aと、第1の配線18Aの側面上に形成された第1のサイドウォール21Aとが形成されている。第1の配線18Aは、第1のサイドウォール21Aから突出し、第1のサイドウォール21Aの上面の一部を覆う突出部20Aを有している。第1の配線18Aは、図1(a)に示すように第1のトランジスタ51Aの第1のゲート電極17Aと一体に形成されており、第1のゲート電極17Aと第1の配線18Aとによりフルシリサイド化された第1のゲート配線19Aが形成されている。
On the second
また、第2のゲート電極17Bは、図1(a)に示すようにフルシリサイド化された第2の配線18Bと一体に形成されており、第2のゲート電極17Bと第2の配線18Bとによりフルシリサイド化された第2のゲート配線19Bが形成されている。第2の配線18Bは、素子分離領域11及び第1の活性領域13Aの上に延在しており、ソースドレイン領域14Aとシェアードコンタクトプラグ24により接続されている。第2の配線18Bにおけるシェアードコンタクトプラグ24が形成された領域には突出部20Bが形成されている。突出部20Bが形成されている第2の配線18Bの構成は、図1(b)に示す突出部20Aが形成されている第1の配線18Aの構成と同じである。
The
半導体基板10の上には、第2のゲート電極17B、第1の配線18A、第1のサイドウォール21A及び第2のサイドウォール21B等を覆うように、シリコン窒化膜からなる下地保護膜34が形成され、下地保護膜34の上にはシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜35が形成されている。
A base
第2の活性領域13Bにおける第2のゲート電極17Bの両側方に形成された深いソースドレイン拡散層14bのうち、一方の領域の上には、第1の配線18Aに跨るように層間絶縁膜35及び下地保護膜34を貫通して形成されたシェアードコンタクトプラグ24が形成されており、他方の領域の上には、層間絶縁膜35及び下地保護膜34を貫通して形成されたコンタクトプラグ25が形成されている。コンタクトプラグ25及びシェアードコンタクトプラグ24は、コンタクトホールに充填されたタングステン等の導電性材料からなり、それぞれシリサイド層16を介して深いソースドレイン拡散層14bと接続されている。
In one of the deep source /
本実施形態の半導体装置は、第1の配線18Aにおけるシェアードコンタクトプラグ24と接続された部分に、第1の配線18Aが第1のサイドウォール21Aから突出した突出部20Aを有している。突出部20Aの幅は、第1の配線18Aの幅に比べて広く形成されているため、第1のゲート配線19Aとシェアードコンタクトプラグ24との接触面積が増大する。従って、第1のゲート配線19Aとシェアードコンタクトプラグ24とのコンタクト抵抗の低減を図ることができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the
また、突出部20Aは第1のサイドウォール21Aの上面の一部を覆っているため、層間絶縁膜35及び下地保護膜34にコンタクトホールを形成する際に、突出部20Aがエッチングマスクとして機能し、第1のサイドウォール21Aがエッチングされることを抑えることが可能となる。これにより、シェアードコンタクトプラグ用のコンタクトホールを形成する際に、浅いソースドレイン拡散層14aが露出することを防ぐことができる。その結果、シェアードコンタクトプラグ24と浅いソースドレイン拡散層14aとが短絡することによる、トランジスタの接合耐圧の低下及び接合リーク電流の増大を抑えることが可能となる。
Further, since the protruding
同様に、第2の配線18Bのシェアードコンタクトプラグ24と接続された部分に、第2の配線18Bが第2のサイドウォール21Bから突出した突出部20Bを有し、突出部20Bは第2のサイドウォール21Bの上面の一部を覆っており、第2のゲート配線19Bとシェアードコンタクトプラグ24とのコンタクト抵抗も低減される。
Similarly, the
以下に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。図2〜図4は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について工程順に断面構成を示している。なお、図2〜図4は図1(a)のIb−Ib線箇所における断面を示している。 The method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings. 2 to 4 show cross-sectional configurations in the order of steps in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 2 to 4 show cross sections taken along line Ib-Ib in FIG.
まず、図2(a)に示すように、半導体基板10の上に、素子を電気的に分離するための素子分離領域11を例えばSTI(shallow trench isolation)法により形成する。これにより、半導体基板10に素子分離領域11によって囲まれた第2の活性領域13Bが形成される。続いて、半導体基板10にP型不純物であるホウ素をイオン注入してP型のウェル12を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an
次に、図2(b)に示すように、第2の活性領域13Bの上に、ドライ酸化法、ウェット酸化法又はラジカル酸素による酸化法等によって、膜厚が2nmの酸化シリコンからなるゲート絶縁膜15を形成する。続いて、半導体基板10の上に全面に亘って、ゲート電極となる膜厚が80nmのポリシリコン膜22を例えばCVD(chemical vapor deposition)法により堆積した後、ポリシリコン膜22の上に、後の工程においてポリシリコン膜22の保護膜となる膜厚が60nmのシリコン酸化膜23を例えばCVD法により形成する。このとき、シリコン酸化膜23の膜厚はポリシリコン膜22の膜厚よりも薄くする。
Next, as shown in FIG. 2B, gate insulation made of silicon oxide having a thickness of 2 nm is formed on the second
次に、図2(c)に示すように、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により、シリコン酸化膜23をゲート配線形状(ゲート電極と配線が一体化された形状)にパターニングして第1の保護膜23A及び第2の保護膜23Bを形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, the first protection is performed by patterning the
続いて、パターニングされた第1の保護膜23A及び第2の保護膜23Bをマスクとして、ポリシリコン膜22及びゲート絶縁膜15をドライエッチングによりエッチングする。これにより、第1のゲート配線形成膜22A及び第1のゲート絶縁膜15Aと、第2のゲート配線形成膜22B及び第2のゲート絶縁膜15Bとが形成される。
Subsequently, using the patterned first
続いて、第1のゲート配線形成膜22A及び第2のゲート配線形成膜22BをマスクとしてP型不純物であるホウ素(B)を第2の活性領域13Bにイオン注入することにより、P型の浅いソースドレイン拡散層14aを形成する。
Subsequently, boron (B), which is a P-type impurity, is ion-implanted into the second
なお、シリコン酸化膜23のエッチングには、フルオロカーボンを主成分とするエッチングガスを用いればよく、ポリシリコン膜22のエッチングには、塩素又は臭素を主成分とするエッチングガスを用いればよい。
For etching the
次に、図2(d)に示すように、半導体基板10上の全面に亘って、例えば、膜厚が50nmのシリコン窒化膜を例えばCVD法により堆積した後、堆積したシリコン窒化膜に対して異方性エッチングを行う。これにより、第1のゲート配線形成膜22A及び第1の保護膜23Aの側面と、第2のゲート配線形成膜22B及び第2の保護膜23Bの側面とに形成されている部分を残してシリコン窒化膜を除去する。これにより、第1のゲート配線形成膜22A及び第1の保護膜23Aの両側面を連続的に覆う第1のサイドウォール21Aと、第2のゲート配線形成膜22B及び第2の保護膜23Bの両側面を連続的に覆う第2のサイドウォール21Bが形成される。
Next, as shown in FIG. 2D, a silicon nitride film having a film thickness of, for example, 50 nm is deposited over the entire surface of the
次に、図2(e)に示すように、第1のサイドウォール21A及び第2のサイドウォール21Bをマスクとして第2の活性領域13BにP型不純物であるホウ素をイオン注入法により導入し、第2の活性領域13Bにおける第2のゲート配線形成膜22Bの両側方(第2のサイドウォール21Bの外側)の領域にP型の深いソースドレイン拡散層14bを形成する。これにより、浅いソースドレイン拡散層14aと深いソースドレイン拡散層14bからなるソースドレイン領域14Bが形成される。
Next, as shown in FIG. 2E, boron, which is a P-type impurity, is introduced into the second
続いて、深いソースドレイン拡散層14bの上面に形成された自然酸化膜を除去した後、半導体基板10の上にスパッタリング法を用いて膜厚が10nmのニッケル膜(図示せず)を堆積する。その後、窒素雰囲気で半導体基板10に対して例えば温度が320℃の1回目のRTA(rapid thermal annealing)を行うことにより、半導体基板10を構成するシリコンとニッケル膜とを反応させる。
Subsequently, after removing the natural oxide film formed on the upper surface of the deep source /
次に、例えば、塩酸と過酸化水素水の混酸を用いて、残存する未反応のニッケル膜を除去した後、半導体基板10に対して1回目のRTAよりも高温(例えば550℃)の2回目のRTAを行う。これにより、深いソースドレイン拡散層14bの上面に低抵抗のシリサイド層16が形成される。
Next, for example, the remaining unreacted nickel film is removed using a mixed acid of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution, and then the
次に、図3(a)に示すように、半導体基板10上の全面に、フルシリサイド化する際のマスクとなるシリコン酸化膜からなる保護膜32を形成した後、CMP法により保護膜32の表面を平坦化すると共に、第1の保護膜23A及び第2の保護膜23Bの上面が露出するまで研磨する。
Next, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示すように、窒化シリコン及びポリシリコンに対して酸化シリコンを選択的にエッチングする条件のドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて、第1のゲート配線形成膜22A及び第2のゲート配線形成膜22Bの上面が露出するまで、第1の保護膜23A及び第2の保護膜23B並びに保護膜32の上部をエッチングする。なお、シリコン酸化膜を選択的にエッチングするには、ドライエッチング法の場合には、例えば、C5F8、O2及びArをそれぞれ15ml/min(標準状態)、18ml/min(標準状態)及び950ml/min(標準状態)の流量で、圧力が6.7Paとなるように供給し、高周波(RF)出力(T/B)を1800W/1500Wとし、基板温度が0℃の条件で反応性イオンエッチングを行えばよい。
Next, as shown in FIG. 3B, the first gate
次に、図3(c)に示すように、第1のゲート配線形成膜22Aのうち、後工程においてシェアードコンタクトプラグ24と接続する部分を覆うレジストマスク41を形成する。ここでは、後工程で突出部20Aを形成する領域にレジストマスク41を形成する。続いて、ドライエッチングによりレジストマスク41に覆われた部分を除いて第1のゲート配線形成膜22A及び第2のゲート配線形成膜22Bをエッチングし、膜厚を40nmとする。なお、図示していないが、第2のゲート配線形成膜22Bについても、突出部20Bを形成する領域にはレジストマスクを形成し、エッチングされないようにする。
Next, as shown in FIG. 3C, a resist
次に、図3(d)に示すように、レジストマスク41を除去した後、保護膜32の上にスパッタリング法を用いて膜厚が100nmのニッケルからなる金属膜33を堆積する。続いて、窒素雰囲気で半導体基板10に対して400℃のRTAを行うことにより、第1のゲート配線形成膜22A及び第2のゲート配線形成膜22Bと、金属膜33とを反応させてフルシリサイド化を行う。なお、金属膜33の膜厚は、第1のゲート配線形成膜22Aにおける突出部20Aを形成する領域の膜厚の1.1倍以上とすることにより、第1のゲート配線形成膜22A及び第2のゲート配線形成膜22Bのフルシリサイド化を確実に行うことが可能となる。
Next, as shown in FIG. 3D, after removing the resist
次に、図3(e)に示すように、未反応の金属膜33を除去することにより、第1のサイドウォール21Aから突出した突出部20Aを有する第1の配線18Aと第1のサイドウォール21Aから突出していない第1のゲート電極17A(図1参照)とからなるフルシリサイド化された第1のゲート配線19A(図1参照)が形成される。同時に、第2のサイドウォール21Bから突出した突出部20B(図1参照)を有する第2の配線18B(図1参照)と第2のサイドウォール21Bから突出していない第2のゲート電極17Bとからなるフルシリサイド化された第2のゲート配線19B(図1参照)が形成される。
Next, as shown in FIG. 3E, by removing the
次に、図4(a)に示すように、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて保護膜32を除去した後、半導体基板10上の全面に、膜厚が50nmのシリコン窒化膜からなる下地保護膜34を例えばCVD法により堆積する。
Next, as shown in FIG. 4A, after the
次に、図4(b)に示すように、下地保護膜34の上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜35を例えばCVD法により形成した後、CMP法により層間絶縁膜35の表面を平坦化する。その後、層間絶縁膜35の上にレジストマスク(図示せず)を形成した後、レジストマスクを用いて層間絶縁膜35及び下地保護膜34のドライエッチングを行うことにより、一方の深いソースドレイン拡散層14b上のシリサイド層16の一部と、第1のサイドウォール21Aの一部と、第1の配線18Aの突出部20Aの一部とを露出する第1のコンタクトホール35aを形成する。同時に、他方の深いソースドレイン拡散層14b上のシリサイド層16の一部を露出する第2のコンタクトホール35bを形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, after an
次に、図4(c)に示すように、レジストマスクを除去した後、半導体基板10の上にCVD法を用いてバリアメタル層となるチタン(Ti)及び窒化チタン(TiN)をそれぞれ10nm及び5nm堆積する(図示せず)。その後、堆積したバリアメタル層の上にタングステン等からなる金属膜を堆積する。
Next, as shown in FIG. 4C, after removing the resist mask, titanium (Ti) and titanium nitride (TiN), which serve as a barrier metal layer, are formed on the
続いて、第1のコンタクトホール35a及び第2のコンタクトホール35bの外側に堆積された層間絶縁膜35上の金属膜をCMP又はエッチバックにより除去する。これにより、一方の深いソースドレイン拡散層14b上のシリサイド層16及び第1の配線18Aに接続するシェアードコンタクトプラグ24と、他方の深いソースドレイン拡散層14b上のシリサイド層16に接続するコンタクトプラグ25とが形成される。
Subsequently, the metal film on the
本実施形態の半導体装置の製造方法は、第1のゲート配線形成膜22Aの突出部20Aを形成する部分の膜厚を他の部分よりも厚くして、フルシリサイド化を行っている。これにより、シェアードコンタクトプラグ24を形成する領域に突出部20Aを有する、フルシリサイド化された第1のゲート配線19Aを容易に形成することができる。このため、シェアードコンタクトプラグ24と第1のゲート電極17Aとのコンタクト抵抗が小さい半導体装置を容易に形成することができる。
In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, full silicidation is performed by making the film thickness of the portion of the first gate
また、第1のサイドウォール21Aの上面を覆う第1の配線18Aの突出部20Aが第1のコンタクトホール35aを形成する際のエッチングマスクとなり、第1のサイドウォール21Aがエッチングされることを抑えることが可能である。従って、シェアードコンタクトプラグ24を形成した場合にも、接合耐圧が低下したり、接合リーク電流が増大したりすることのない半導体装置を製造することが可能となる。
In addition, the protruding
第1のサイドウォール21Aの上面を覆う突出部20Aを形成するには、突出部20Aを形成する領域の第1のゲート配線形成膜22Aの膜厚を第1のサイドウォール21Aの高さの2分の1以上とした状態において、第1のゲート配線形成膜22Aをフルシリサイド化すればよい。
In order to form the protruding
本実施形態の半導体装置の製造方法においては、第1のサイドウォール21Aの高さは、突出部20Aを形成する領域における第1のゲート配線形成膜22Aの膜厚と第1の保護膜23Aの膜厚との和にほぼ等しい。本実施形態においては第1のゲート配線形成膜22Aの膜厚は80nmであり、第1の保護膜23Aの膜厚は60nmである。従って第1のサイドウォール21Aの高さは140nmとなり、突出部20Aを形成する領域における第1のゲート配線形成膜22Aの膜厚は第1のサイドウォール21Aの高さの2分の1以上となる。
In the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the height of the
また、フルシリサイド化の際に第1のゲート配線形成膜22Aの上に堆積する金属膜33の膜厚は100nmであり、突出部20Aを形成する領域における第1のゲート配線形成膜22Aの膜厚の1.1倍以上としている。このように、シリコンに対してニッケルが多い条件においては、シリサイド化の際にNi2Si及びNi3Siが形成される。Ni2Si及びNi3Siが形成されることにより、シリサイド化後の膜厚はポリシリコン膜の約2倍に膨張する。
The film thickness of the
シェアードコンタクトプラグ24を形成する領域、すなわち突出部20Aを形成する領域においては、第1のゲート配線形成膜22Aの膜厚が80nmであり、第1のサイドウォール21Aの高さが140nmであるため、フルシリサイド化され、第1のゲート配線形成膜22Aの膜厚の約2倍に膨張した第1の配線18Aは第1のサイドウォール21Aから突出する。また、突出した突出部20Aは横方向にも広がるため、第1のサイドウォール21Aの上面を覆う。同様に、第2の配線18Bにおける突出部20Bも第2のサイドウォール21Bから突出し、且つ、第2のサイドウォール21Bの上面を覆う。
In the region where the shared
一方、シェアードコンタクトプラグ24を形成しない領域、すなわち第2のゲート電極17Bを形成する領域においては、第2のゲート配線形成膜22Bの膜厚がエッチングされ膜厚は40nmとなっている。従って、フルシリサイド化された場合にも第2のゲート電極17Bが第2のサイドウォール21Bから突出することはない。同様に、第1のゲート電極17Aも第1のサイドウォール21Aから突出することはない。
On the other hand, in the region where the shared
なお、ポリシリコン膜22、シリコン酸化膜23及び金属膜33の膜厚は、形成する素子のサイズに応じて適宜変更すればよい。また、突出部20Aが第1のサイドウォール21Aの上面を覆う領域は、ポリシリコン膜22とシリコン酸化膜23との膜厚の比率を変更することにより調整することができる。
Note that the thicknesses of the
本実施形態においては、2個のトランジスタを例に説明を行ったが、半導体基板の上には他のトランジスタが形成されていてもよい。また、トランジスタ以外の素子が形成されていてもよく、シェアードコンタクトプラグにより接続される不純物拡散層はソースドレイン拡散層に限らず、例えばダイオードが形成された不純物拡散層であってもよい。 In the present embodiment, two transistors have been described as an example, but other transistors may be formed on the semiconductor substrate. An element other than a transistor may be formed, and the impurity diffusion layer connected by the shared contact plug is not limited to the source / drain diffusion layer, and may be, for example, an impurity diffusion layer in which a diode is formed.
本実施形態において、第1のゲート配線19A及び第2のゲート配線19Bをポリシリコン膜22から形成したが、ポリシリコン膜に代えてアモルファスシリコン膜を用いてもよい。またシリコンを含む他の半導体材料を用いてもよい。
In the present embodiment, the
フルシリサイド化のための金属膜33には、ニッケル膜を用いたが白金等の他のフルシリサイド化用の金属膜を用いてもよい。シリサイド層16を形成するための金属としてニッケルを用いたが、これに代えて、例えばコバルト、チタン又はタングステン等のシリサイド化用金属を用いてもよい。また、これらの金属膜の堆積にはスパッタリング法に代えてCVD法等を用いてもよい。
As the
また、サイドウォールには、シリコン窒化膜を用いたが、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層構造を用いてもよい。 Further, although the silicon nitride film is used for the sidewall, a laminated structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film may be used.
また、本実施形態においてはトランジスタを覆う下地保護膜34を形成したが、必ずしも下地保護膜34は形成しなくてもよい。この場合、保護膜32をエッチングせず、保護膜32の上に層間絶縁膜35を堆積すればよい。
In this embodiment, the base
また、保護膜32をエッチングした後、下地保護膜34の堆積を行ったが、保護膜32を堆積する前に、下地保護膜34の堆積を行ってもよい。この場合、CMP法により、保護膜32の表面の平坦化を行いながら、第1の保護膜23A及び第2の保護膜23Bの上端まで研磨する際に、第1の保護膜23A及び第2の保護膜23Bの上に堆積された下地保護膜34も研磨し、除去すればよい。
Further, the base
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。図5(a)及び(b)は第2の実施形態に係る半導体装置であり、(a)は平面構成を示し、(b)は(a)のVb−Vb線における断面構成を示している。図5において図1と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 5A and 5B show a semiconductor device according to the second embodiment, where FIG. 5A shows a planar configuration, and FIG. 5B shows a cross-sectional configuration taken along line Vb-Vb in FIG. . In FIG. 5, the same components as those of FIG.
図5(b)に示すように、本実施形態の半導体装置は、第1のサイドウォール21Aのシェアードコンタクトプラグ24の形成領域における高さが、第2のサイドウォール21Bの第2のゲート電極17Bの側面上に形成された部分の高さよりも低い。このため、シェアードコンタクトプラグ24の形成領域において突出部20Aを容易に形成することができ、突出部20Aが第1のサイドウォール21Aの上面を確実に覆うようにすることができる。他の構成については、第1の実施形態と同じである。
As shown in FIG. 5B, in the semiconductor device of the present embodiment, the height of the
以下に、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。図6及び図7は本実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程における断面構成を示している。なお、第2のゲート配線形成膜22Bをエッチングして、第2のゲート配線形成膜22Bの膜厚を第2のサイドウォール21Bの高さの2分の1未満とする工程までは第1の実施形態における図3(c)までの工程と同一であるため説明を省略する。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described below with reference to the drawings. 6 and 7 show cross-sectional structures in the respective steps of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment. The first gate
図6(a)に示すように、半導体基板10の上に、ゲート電極を形成する領域を覆い、突出部を形成する領域に開口を有するレジストマスク42を形成する。続いて、レジストマスク42を用いて、突出部を形成する領域の第1のサイドウォール21A及び第2のサイドウォール21Bの露出部分をエッチングして他の領域よりも高さを低くする。すなわち、第1のサイドウォール21A及び第2のサイドウォール21Bのシェアードコンタクトプラグ24の形成領域における高さは、第1のサイドウォール21Aの第1のゲート電極17Aの側面上に形成された部分及び第2のサイドウォール21Bの第2のゲート電極17Bの側面上に形成された部分の高さよりも低くする。
As shown in FIG. 6A, a resist
次に、図6(b)に示すように、レジストマスク42を除去した後、保護膜32の上にスパッタリング法を用いて膜厚が100nmのニッケルからなる金属膜33を堆積する。続いて、窒素雰囲気で半導体基板10に対して400℃のRTAを行うことにより、第1のゲート配線形成膜22A及び第2のゲート配線形成膜22Bと、金属膜33とを反応させてフルシリサイド化を行う。
Next, as shown in FIG. 6B, after removing the resist
次に、図6(c)に示すように、未反応の金属膜33を除去することにより、第1のサイドウォール21Aから突出した突出部20Aを有する第1の配線18Aと第1のサイドウォール21Aから突出していない第1のゲート電極17A(図5参照)とからなるフルシリサイド化された第1のゲート配線19A(図5参照)が形成される。同時に、第2のサイドウォール21Bから突出した突出部20B(図5参照)を有する第2の配線18B(図5参照)と第2のサイドウォール21Bから突出していない第2のゲート電極17Bとからなるフルシリサイド化された第2のゲート配線19B(図5参照)が形成される。
次に、図7(a)に示すように、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて保護膜32を除去した後、半導体基板10上の全面に、膜厚が50nmのシリコン窒化膜からなる下地保護膜34を例えばCVD法により堆積する。
Next, as shown in FIG. 6C, by removing the
Next, as shown in FIG. 7A, after the
次に、図7(b)に示すように、下地保護膜34の上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜35を例えばCVD法により形成した後、CMP法により層間絶縁膜35の表面を平坦化する。その後、層間絶縁膜35の上にレジストマスク(図示せず)を形成した後、レジストマスクを用いて層間絶縁膜35及び下地保護膜34のドライエッチングを行うことにより、一方の深いソースドレイン拡散層14b上におけるシリサイド層16の一部と、第1のサイドウォール21Aの一部と、第1の配線18Aの突出部20Aの一部とを露出する第1のコンタクトホール35aを形成する。同時に、他方の深いソースドレイン拡散層14b上におけるシリサイド層16の一部を露出する第2のコンタクトホール35bを形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, an
次に、図7(c)に示すように、第1のコンタクトホール35a及び第2のコンタクトホール35b内に第1の実施形態と同様にしてタングステン等の導電性材料を埋め込む。これにより、一方の深いソースドレイン拡散層14b上のシリサイド層16及び第1の配線18Aに接続するシェアードコンタクトプラグ24と、他方の深いソースドレイン拡散層14b上のシリサイド層16に接続するコンタクトプラグ25とが形成される。
Next, as shown in FIG. 7C, a conductive material such as tungsten is embedded in the
本実施形態の半導体装置の製造方法においては、第1のサイドウォール21Aのシェアードコンタクトプラグ24を形成する領域における高さを、他の領域における高さよりも低くしている。これにより、突出部20Aを有する第1の配線18Aと突出部がない第1のゲート電極17Aとからなる第1のゲート配線19Aを容易に形成することができる。また、第2のサイドウォール21Bについても同様の構成とすることにより、突出部20Bを有する第2の配線18Bと突出部がない第2のゲート電極17Bとからなる第2のゲート配線19Bを容易に形成できる。
In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the height of the
これにより、シェアードコンタクトプラグ24を形成するための第1のコンタクトホール35aを形成する際に、第1のサイドウォール21Aがエッチングされることを抑えることができる。その結果、シェアードコンタクトプラグ24と浅いソースドレイン拡散層14aとの短絡によって生じるリーク電流の発生を抑制することが可能となる。
Thereby, when the
第1のサイドウォール21Aの突出部20Aを形成する領域のエッチング量は、突出部20Aを形成する領域の第1のゲート配線形成膜22Aの膜厚等を考慮して決めればよい。この場合、突出部20Aを形成する領域において、第1のゲート配線形成膜22Aの上面よりも第1のサイドウォール21Aの上面を低くすることにより、第1のサイドウォール21Aの上面を覆うことが容易となる。なお、エッチング後の第1のサイドウォール21Aの高さは、下地保護膜34の膜厚よりも厚いことが好ましい。
The etching amount of the region where the protruding
なお、本実施形態において、第2のゲート配線形成膜22Bのエッチングを行った後、第1のサイドウォール21Aのエッチングを行ったが、第1のサイドウォール21Aのエッチングを行った後、第2のゲート配線形成膜22Bのエッチングを行ってもよい。
In the present embodiment, the
本発明は、ゲート配線がフルシリサイド化され且つ局所配線構造を有する半導体装置及びその製造方法等として有用である。 The present invention is useful as a semiconductor device in which a gate wiring is fully silicided and has a local wiring structure, a manufacturing method thereof, and the like.
10 半導体基板
11 素子分離領域
12 ウェル
13A 第1の活性領域
13B 第2の活性領域
14A ソースドレイン領域
14B ソースドレイン領域
14a 浅いソースドレイン拡散層
14b 深いソースドレイン拡散層
15 ゲート絶縁膜
15A 第1のゲート絶縁膜
15B 第2のゲート絶縁膜
16 シリサイド層
17A 第1のゲート電極
17B 第2のゲート電極
18A 第1の配線
18B 第2の配線
19A 第1のゲート配線
19B 第2のゲート配線
20A 突出部
20B 突出部
21A 第1のサイドウォール
21B 第2のサイドウォール
22 ポリシリコン膜
22A 第1のゲート配線形成膜
22B 第2のゲート配線形成膜
23 シリコン酸化膜
23A 第1の保護膜
23B 第2の保護膜
24 シェアードコンタクトプラグ
25 コンタクトプラグ
32 保護膜
33 金属膜
34 下地保護膜
35 層間絶縁膜
35a 第1のコンタクトホール
35b 第2のコンタクトホール
41 レジストマスク
42 レジストマスク
51A 第1のトランジスタ
51B 第2のトランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (21)
前記半導体基板における前記素子分離領域に囲まれた領域である活性領域と、
前記半導体基板の上に形成され、フルシリサイド化された第1のゲート配線と、
前記第1のゲート配線の側面上に形成された絶縁性の第1のサイドウォールと、
前記活性領域に形成された不純物拡散層と、
前記半導体基板の上に形成され、前記第1のゲート配線の一部と前記不純物拡散層の一部とに跨る領域を露出する開口部を有する層間絶縁膜と、
前記開口部内に形成された導電性材料からなり、前記第1のゲート配線及び前記不純物拡散層と接続されたコンタクトプラグとを備え、
前記第1のゲート配線は、前記コンタクトプラグと接続された部分において、前記第1のサイドウォールから突出した突出部を有していることを特徴とする半導体装置。 An element isolation region formed in a semiconductor substrate;
An active region which is a region surrounded by the element isolation region in the semiconductor substrate;
A first gate wiring formed on the semiconductor substrate and fully silicided;
An insulating first sidewall formed on a side surface of the first gate wiring;
An impurity diffusion layer formed in the active region;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate and having an opening exposing a region straddling a part of the first gate wiring and a part of the impurity diffusion layer;
A conductive plug formed in the opening, and comprising a contact plug connected to the first gate wiring and the impurity diffusion layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate wiring has a protruding portion protruding from the first sidewall at a portion connected to the contact plug.
前記第1のゲート配線における突出部は、前記第1のサイドウォールの上面の一部を覆っていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The protruding portion of the first gate wiring covers a part of the upper surface of the first sidewall.
前記第1のゲート配線は、第1のゲート電極と該第1のゲート電極と一体に形成された第1の配線とからなり、
前記コンタクトプラグは、前記第1の配線と接続されており、
前記突出部は、前記第1の配線における前記コンタクトプラグと接続された部分に設けられており、
前記第1のゲート電極は、前記第1のサイドウォールから突出していないことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The first gate wiring includes a first gate electrode and a first wiring formed integrally with the first gate electrode,
The contact plug is connected to the first wiring;
The protrusion is provided in a portion connected to the contact plug in the first wiring,
The semiconductor device, wherein the first gate electrode does not protrude from the first sidewall.
前記第1のサイドウォールは、前記第1の配線における前記突出部が設けられた部分の側面上に形成された部分の高さが、前記第1のゲート電極の側面上に形成された部分の高さよりも低くいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3.
The height of the portion of the first sidewall formed on the side surface of the portion where the protruding portion is provided in the first wiring is the height of the portion formed on the side surface of the first gate electrode. A semiconductor device characterized by being lower than a height.
前記第1のゲート配線は、前記活性領域の上に第1のゲート絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate wiring is formed on the active region via a first gate insulating film.
前記半導体基板の上に前記第1のゲート配線と間隔をおいて形成され、フルシリサイド化された第2のゲート配線と、
前記活性領域の上における前記第2のゲート配線の下側部分に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート配線の側面上に形成された絶縁性の第2のサイドウォールとをさらに備え、
前記不純物拡散層は、前記活性領域における前記第2のゲート配線と前記第1のゲート配線との間の領域に形成されたソースドレイン領域であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
A second gate wiring formed on the semiconductor substrate and spaced from the first gate wiring and fully silicided;
A second gate insulating film formed on a lower portion of the second gate wiring on the active region;
An insulating second sidewall formed on a side surface of the second gate wiring;
The semiconductor device, wherein the impurity diffusion layer is a source / drain region formed in a region between the second gate wiring and the first gate wiring in the active region.
前記ソースドレイン領域は、前記活性領域における前記第2のゲート配線の側方の領域に形成された第1の拡散層と、前記活性領域における前記第1の拡散層と比べて前記第2のゲート配線から離れた位置で且つ前記第1の拡散層よりも深い位置に形成された第2の拡散層とを有し、
前記コンタクトプラグは、前記第2の拡散層と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6.
The source / drain region includes a first diffusion layer formed in a region of the active region at a side of the second gate wiring, and the second gate compared to the first diffusion layer in the active region. A second diffusion layer formed at a position away from the wiring and deeper than the first diffusion layer,
The semiconductor device, wherein the contact plug is electrically connected to the second diffusion layer.
前記第2のゲート配線は、第2のゲート電極と該第2のゲート電極と一体に形成された第2の配線とからなり、
前記第2のゲート電極は、前記第2のゲート絶縁膜上に形成されており且つ前記第2のサイドウォールから突出していないことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6 or 7,
The second gate wiring includes a second gate electrode and a second wiring formed integrally with the second gate electrode,
The semiconductor device, wherein the second gate electrode is formed on the second gate insulating film and does not protrude from the second sidewall.
前記第1のゲート配線は、ニッケルシリサイドからなることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8,
The semiconductor device, wherein the first gate wiring is made of nickel silicide.
前記層間絶縁膜と前記半導体基板との間に形成された下地保護膜をさらに備えていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, further comprising a base protective film formed between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate.
前記コンタクトプラグは、シリサイド層を介して前記不純物拡散層と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the contact plug is electrically connected to the impurity diffusion layer through a silicide layer.
前記工程(a)よりも後に、前記半導体基板の上に、シリコンを含む半導体材料からなる第1のゲート配線形成膜を形成する工程(b)と、
前記第1のゲート配線形成膜の側面上に絶縁性の第1のサイドウォールを形成する工程(c)と、
前記工程(b)よりも後に、前記活性領域に不純物拡散層を形成する工程(d)と、
前記工程(c)及び前記工程(d)よりも後に、前記第1のゲート配線形成膜をフルシリサイド化して第1のゲート配線を形成する工程(e)と、
前記工程(e)の後に、前記半導体基板上の全面に層間絶縁膜を形成する工程(f)と、
前記層間絶縁膜をエッチングして、前記第1のゲート配線の一部と前記不純物拡散層の一部とに跨る領域に開口部を形成する工程(g)と、
前記開口部に導電性材料を充填することにより、前記第1のゲート配線及び前記不純物拡散層と電気的に接続するコンタクトプラグを形成する工程(h)とを備え、
前記工程(e)では、前記第1のゲート配線における前記コンタクトプラグと接続される部分に、前記第1のサイドウォールから突出した突出部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an element isolation region in a semiconductor substrate and forming an active region surrounded by the element isolation region in the semiconductor substrate;
(B) forming a first gate wiring formation film made of a semiconductor material containing silicon on the semiconductor substrate after the step (a);
Forming an insulating first sidewall on the side surface of the first gate wiring formation film;
A step (d) of forming an impurity diffusion layer in the active region after the step (b);
After the step (c) and the step (d), the step (e) of forming the first gate wiring by fully siliciding the first gate wiring formation film;
A step (f) of forming an interlayer insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate after the step (e);
Etching the interlayer insulating film to form an opening in a region straddling part of the first gate wiring and part of the impurity diffusion layer;
And (h) forming a contact plug electrically connected to the first gate wiring and the impurity diffusion layer by filling the opening with a conductive material,
In the step (e), a protruding portion protruding from the first sidewall is formed in a portion of the first gate wiring connected to the contact plug.
前記工程(e)では、前記第1のゲート配線における突出部を、前記第1のサイドウォールの上面の一部を覆うように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
In the step (e), the protruding portion of the first gate wiring is formed so as to cover a part of the upper surface of the first sidewall.
前記工程(e)では、前記第1のゲート配線形成膜から第1のゲート電極及び第1の配線が一体に形成された前記第1のゲート配線が形成され、
前記工程(d)と前記工程(e)との間に、前記第1のゲート配線形成膜における前記第1のゲート電極となる部分をエッチングして、前記第1のゲート配線形成膜における前記第1のゲート電極となる部分の膜厚を、前記ゲート配線形成膜における前記第1の配線の前記突出部が形成される部分の膜厚よりも薄くする工程(i)をさらに備え、
前記工程(e)では、前記第1のゲート電極が、前記第1のサイドウォールから突出しないことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12 or 13,
In the step (e), the first gate wiring in which the first gate electrode and the first wiring are integrally formed from the first gate wiring forming film is formed,
Between the step (d) and the step (e), a portion to be the first gate electrode in the first gate wiring formation film is etched, and the first gate wiring formation film in the first gate wiring formation film is etched. A step (i) of further reducing a film thickness of a portion to be a gate electrode of a portion of the gate wiring formation film to be smaller than a film thickness of a portion of the first wiring in which the protruding portion is formed;
In the step (e), the first gate electrode does not protrude from the first side wall.
前記工程(i)では、前記第1のゲート配線形成膜における前記第1の配線の前記突出部となる部分の膜厚を、前記第1のサイドウォールの高さの2分の1以上とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 14,
In the step (i), a film thickness of a portion of the first gate wiring formation film that becomes the projecting portion of the first wiring is set to a half or more of a height of the first sidewall. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(i)では、前記第1のゲート配線形成膜における前記第1のゲート電極となる部分の膜厚を、前記第1のサイドウォールの高さの2分の1未満とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 14 or 15,
In the step (i), a film thickness of a portion to be the first gate electrode in the first gate wiring formation film is set to be less than a half of a height of the first sidewall. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(i)と前記工程(e)との間に、前記第1のゲート配線形成膜における前記第1の配線の前記突出部となる部分の側面上に形成された前記サイドウォールの高さを、前記第1のゲート配線形成膜における前記第1のゲート電極となる部分の側面上に形成された前記第1のサイドウォールの高さよりも低くする工程(j)をさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 14 to 16,
Between the step (i) and the step (e), the height of the sidewall formed on the side surface of the portion of the first gate wiring formation film that becomes the protruding portion of the first wiring Further comprising a step (j) of lowering the height than the height of the first sidewall formed on the side surface of the portion to be the first gate electrode in the first gate wiring formation film. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記工程(j)では、前記突出部を形成する領域において、前記第1のサイドウォールの高さを、前記第1のゲート配線形成膜の上面の高さよりも低くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 17,
In the step (j), the height of the first sidewall is made lower than the height of the upper surface of the first gate wiring formation film in the region where the protrusion is formed. Manufacturing method.
前記工程(e)と前記工程(f)との間に、前記半導体基板上の全面に下地保護膜を形成する工程(k)をさらに備え、
前記工程(f)では、前記下地絶縁膜の上に前記層間絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 12 to 18,
Between the step (e) and the step (f), the method further comprises a step (k) of forming a base protective film on the entire surface of the semiconductor substrate,
In the step (f), the interlayer insulating film is formed on the base insulating film.
前記工程(b)では、前記半導体基板の上に、シリコンを含む半導体材料からなる第2のゲート配線形成膜を前記第1のゲート配線形成膜と間隔をおいて形成し、
前記工程(c)では、前記第2のゲート配線形成膜の側面上に絶縁性の第2のサイドウォールを形成し、
前記工程(d)では、前記活性領域における前記第2のゲート配線形成膜の側方の領域に前記不純物拡散層を形成し、
前記工程(e)では、前記第2のゲート配線形成膜をフルシリサイド化して第2のゲート配線を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 12-19,
In the step (b), a second gate wiring formation film made of a semiconductor material containing silicon is formed on the semiconductor substrate at a distance from the first gate wiring formation film,
In the step (c), an insulating second sidewall is formed on a side surface of the second gate wiring formation film,
In the step (d), the impurity diffusion layer is formed in a region lateral to the second gate wiring formation film in the active region,
In the step (e), the second gate wiring formation film is fully silicided to form a second gate wiring.
前記工程(a)と前記工程(b)との間に、前記活性領域上にゲート絶縁膜を形成する工程(l)をさらに備え、
前記工程(b)では、前記活性領域上に前記ゲート絶縁膜を介して前記第1のゲート配線形成膜及び前記第2のゲート配線形成膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 20 comprises:
A step (l) of forming a gate insulating film on the active region between the step (a) and the step (b);
In the step (b), the first gate wiring formation film and the second gate wiring formation film are formed on the active region via the gate insulating film.
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