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JP2017135428A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents

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JP2017135428A JP2017095462A JP2017095462A JP2017135428A JP 2017135428 A JP2017135428 A JP 2017135428A JP 2017095462 A JP2017095462 A JP 2017095462A JP 2017095462 A JP2017095462 A JP 2017095462A JP 2017135428 A JP2017135428 A JP 2017135428A
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広記 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an SGT structure having a structure for reducing the resistance of an upper part of a columnar semiconductor layer; and a method for manufacturing the SGT structure.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises: a first process which includes the steps of forming a fin-shaped semiconductor layer, a first insulation film around the fin-shaped semiconductor layer and a columnar semiconductor layer on the fin-shaped semiconductor layer; a second process which includes the steps of forming a gate insulation film around the columnar semiconductor layer, a gate electrode around the gate insulation film and gate wiring connected to the gate electrode; a third process which includes the steps of forming a first first-conductivity-type diffusion layer in an upper portion of the columnar semiconductor layer, and second first-conductivity-type diffusion layers in a lower portion of the columnar semiconductor layer and an upper portion of the fin-shaped semiconductor layer; and a fourth process which includes the steps of depositing a first interlayer insulation film, planarizing the first interlayer insulation film, and etching back the first interlayer insulation film to expose an upper portion of the columnar semiconductor layer, and depositing a first metal after exposing the upper portion of the columnar semiconductor layer, and forming a first sidewall composed of metal around a sidewall of the upper portion of the columnar semiconductor layer by etching.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は半導体装置の製造方法、及び、半導体装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device.

半導体集積回路、特にMOSトランジスタを用いた集積回路は、高集積化の一途を辿っている。この高集積化に伴って、その中で用いられているMOSトランジスタはナノ領域まで微細化が進んでいる。このようなMOSトランジスタの微細化が進むと、リーク電流の抑制が困難であり、必要な電流量確保の要請から回路の占有面積をなかなか小さくできない、といった問題があった。このような問題を解決するために、基板に対してソース、ゲート、ドレインが垂直方向に配置され、ゲート電極が柱状半導体層を取り囲む構造のSurrounding Gate Transistor(以下、「SGT」という。)が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3を参照)。   Semiconductor integrated circuits, in particular integrated circuits using MOS transistors, are becoming increasingly highly integrated. Along with this high integration, the MOS transistors used therein have been miniaturized to the nano region. When the miniaturization of such a MOS transistor progresses, it is difficult to suppress the leakage current, and there is a problem that the occupied area of the circuit cannot be easily reduced due to a request for securing a necessary amount of current. In order to solve such a problem, a Surrounding Gate Transistor (hereinafter referred to as “SGT”) having a structure in which a source, a gate, and a drain are arranged in a vertical direction with respect to a substrate and a gate electrode surrounds a columnar semiconductor layer is proposed. (For example, see Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).

従来のSGTの製造方法では、窒化膜ハードマスクが柱状に形成されたシリコン柱を形成し、シリコン柱下部の拡散層を形成した後、ゲート材料を堆積し、その後にゲート材料を平坦化、エッチバックをし、シリコン柱と窒化膜ハードマスクの側壁に絶縁膜サイドウォールを形成する。その後、ゲート配線のためのレジストパターンを形成し、ゲート材料をエッチングした後、窒化膜ハードマスクを除去し、シリコン半導体柱上部に拡散層を形成している(例えば、特許文献4を参照)。その後、シリコン柱側壁に窒化膜サイドウォールを形成し、イオン注入を行いシリコン柱上部に拡散層を形成後、コンタクトストッパーとして窒化膜を堆積後、層間膜として酸化膜を形成し、コンタクトエッチングを行っている。   In the conventional SGT manufacturing method, a silicon pillar having a nitride hard mask formed in a columnar shape is formed, a diffusion layer under the silicon pillar is formed, a gate material is deposited, and then the gate material is planarized and etched. The insulating film sidewall is formed on the sidewalls of the silicon pillar and the nitride film hard mask. Thereafter, a resist pattern for a gate wiring is formed, the gate material is etched, the nitride film hard mask is removed, and a diffusion layer is formed on the silicon semiconductor pillar (see, for example, Patent Document 4). After that, a nitride film sidewall is formed on the silicon pillar side wall, ion implantation is performed, a diffusion layer is formed on the silicon pillar, a nitride film is deposited as a contact stopper, an oxide film is formed as an interlayer film, and contact etching is performed. ing.

従って、シリコン柱上部側壁は窒化膜サイドウォールに覆われ、コンタクトはシリコン柱上面と接触する。シリコン柱径が小さくなると、コンタクトとシリコン柱上部との接触面が狭くなり、抵抗が増大する。   Therefore, the upper side wall of the silicon pillar is covered with the nitride film side wall, and the contact is in contact with the upper surface of the silicon pillar. When the silicon pillar diameter is reduced, the contact surface between the contact and the upper part of the silicon pillar is narrowed, and the resistance is increased.

また、従来のSGTの製造方法では、コンタクト深さが異なるため、シリコン柱上部のコンタクト孔と、シリコン柱下部の平面状シリコン層上のコンタクト孔を別々に形成している(例えば特許文献5を参照)。別々に形成するため、工程数が増大する。   Further, in the conventional SGT manufacturing method, since the contact depth is different, the contact hole on the upper part of the silicon pillar and the contact hole on the planar silicon layer below the silicon pillar are formed separately (for example, Patent Document 5). reference). Since it is formed separately, the number of steps increases.

別々に形成しているが、シリコン柱上部のコンタクト孔をエッチングしすぎると、ゲート電極に達する可能性があり、エッチングが足らないとシリコン柱上部とコンタクトが絶縁する可能性がある。   Although formed separately, if the contact hole at the upper part of the silicon pillar is etched too much, the gate electrode may be reached, and if the etching is not sufficient, the contact between the upper part of the silicon pillar and the contact may be insulated.

シリコン柱下部の平面状シリコン層上のコンタクト孔は深いため、コンタクト孔を埋めることが難しい。また、深いコンタクト孔を形成することは難しい。   Since the contact hole on the planar silicon layer under the silicon pillar is deep, it is difficult to fill the contact hole. Moreover, it is difficult to form a deep contact hole.

また、シリコン柱が細くなると、シリコンの密度は5×1022個/cm3であるから、シリコン柱内に不純物を存在させることが難しくなってくる。 Further, when the silicon pillar is thinned, the density of silicon is 5 × 10 22 pieces / cm 3 , so that it becomes difficult for impurities to be present in the silicon pillar.

平面型MOSトランジスタにおいて、LDD領域のサイドウォールが低濃度層と同一の導電型を有する多結晶シリコンにより形成され、LDD領域の表面キャリアがその仕事関数差によって誘起され、酸化膜サイドウォールLDD型MOSトランジスタに比してLDD領域のインピーダンスが低減できることが示されている(例えば、特許文献6を参照)。その多結晶シリコンサイドウォールは電気的にゲート電極と絶縁されていることが示されている。また図中には多結晶シリコンサイドウォールとソース・ドレインとは層間絶縁膜により絶縁していることが示されている。   In the planar MOS transistor, the sidewall of the LDD region is formed of polycrystalline silicon having the same conductivity type as that of the low concentration layer, and the surface carrier of the LDD region is induced by the work function difference, so that the oxide film sidewall LDD type MOS It has been shown that the impedance of the LDD region can be reduced as compared with a transistor (see, for example, Patent Document 6). The polycrystalline silicon sidewall is shown to be electrically insulated from the gate electrode. In the figure, it is shown that the polysilicon side wall and the source / drain are insulated by an interlayer insulating film.

特開平2−71556号公報JP-A-2-71556 特開平2−188966号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-188966 特開平3−145761号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-145761 特開2009−182317号公報JP 2009-182317 A 特開2012−004244号公報JP 2012-004244 A 特開平11−297984号公報JP 11-297984 A

そこで、本発明は、柱状半導体層上部の抵抗を低減するための構造を持つSGTの構造とそのSGTの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a structure of an SGT having a structure for reducing the resistance of the upper part of the columnar semiconductor layer and a method for manufacturing the SGT.

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にフィン状半導体層を形成し、前記フィン状半導体層の周囲に第一の絶縁膜を形成し、前記フィン状半導体層の上部に柱状半導体層を形成する第1工程と、前記柱状半導体層の周囲に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の周囲に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極に接続されたゲート配線とを形成する第2の工程と、前記柱状半導体層の上部に第1の第1導電型拡散層を形成すると共に、前記柱状半導体層の下部と前記フィン状半導体層の上部に第2の第1導電型拡散層を形成する第3の工程と、第1の層間絶縁膜を堆積し、前記第1の層間絶縁膜を平坦化し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上部を露出し、前記柱状半導体層上部を露出した後、第1の金属を堆積し、エッチングを行うことで前記柱状半導体層の上部側壁の周囲に金属からなる第1のサイドウォールを形成する第4の工程とを有することを特徴とする。   According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a fin-shaped semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate, a first insulating film is formed around the fin-shaped semiconductor layer, and a columnar semiconductor layer is formed on the fin-shaped semiconductor layer. Forming a first insulating layer; a gate insulating film formed around the columnar semiconductor layer; a gate electrode formed around the gate insulating film; and a gate wiring connected to the gate electrode. A second step, forming a first first conductivity type diffusion layer above the columnar semiconductor layer, and a second first conductivity type diffusion below the columnar semiconductor layer and above the fin-like semiconductor layer; A third step of forming a layer; depositing a first interlayer insulating film; planarizing the first interlayer insulating film; performing etch back; exposing the upper portion of the columnar semiconductor layer; After exposing, deposit the first metal And having a fourth step of forming a first side wall made of metal around the upper sidewall of the columnar semiconductor layer by performing etching.

また、前記第4の工程の後、第2の層間絶縁膜を堆積し、前記第2の層間絶縁膜を平坦化し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上部を露出し、第1のコンタクトを形成するための第5のレジストを形成し、前記第2の層間絶縁膜と第1の層間絶縁膜をエッチングすることによりコンタクト孔を形成し、第2の金属を堆積することにより前記第2の第1導電型拡散層上に第1のコンタクトを形成し、金属配線を形成するための第6のレジストを形成し、エッチングを行うことにより第1の金属配線を形成する第5の工程とを有することを特徴とする。   In addition, after the fourth step, a second interlayer insulating film is deposited, the second interlayer insulating film is planarized, etched back, the upper part of the columnar semiconductor layer is exposed, and the first contact is formed. A fifth resist for forming is formed, a contact hole is formed by etching the second interlayer insulating film and the first interlayer insulating film, and a second metal is deposited by depositing a second metal. Forming a first contact on the first conductivity type diffusion layer, forming a sixth resist for forming a metal wiring, and performing a fifth step of forming the first metal wiring by etching; It is characterized by having.

本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成されたフィン状半導体層と、前記フィン状半導体層上に形成された柱状半導体層と、前記柱状半導体層の周囲に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の周囲に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極に接続されたゲート配線と、前記柱状半導体層の上部に形成された第1の第1導電型拡散層と、前記柱状半導体層の下部と前記フィン状半導体層の上部とに形成された第2の第1導電型拡散層と、前記柱状半導体層の上部側壁の周囲に形成された第1の金属からなる第1のサイドウォールと、を有する。   The semiconductor device of the present invention includes a fin-shaped semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, a columnar semiconductor layer formed on the fin-shaped semiconductor layer, a gate insulating film formed around the columnar semiconductor layer, A gate electrode formed around the gate insulating film; a gate wiring connected to the gate electrode; a first first conductivity type diffusion layer formed above the columnar semiconductor layer; and the columnar semiconductor layer. And a first side wall made of a first metal formed around the upper side wall of the columnar semiconductor layer. And having.

本発明の半導体装置は、また、前記柱状半導体層上部と前記第1のサイドウォール上に形成された第1の金属配線と、を有する。   The semiconductor device of the present invention further includes an upper portion of the columnar semiconductor layer and a first metal wiring formed on the first sidewall.

本発明の半導体装置は、前記半導体層はシリコン層であることを特徴とする。   In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor layer is a silicon layer.

本発明の半導体装置は、また、前記第1導電型拡散層はn型であって、前記第1のサイドウォールの金属の仕事関数は、4.0eVから4.2eVの間であることを特徴とする。   In the semiconductor device of the present invention, the first conductivity type diffusion layer is n-type, and the work function of the metal of the first sidewall is between 4.0 eV and 4.2 eV. And

本発明の半導体装置は、また、前記第1導電型拡散層はp型であって、前記第1のサイドウォールの金属の仕事関数は、5.0eVから5.2eVの間であることを特徴とする。   In the semiconductor device of the present invention, the first conductivity type diffusion layer is p-type, and the work function of the metal of the first sidewall is between 5.0 eV and 5.2 eV. And

また、前記第2の第1導電型拡散層上に形成された第1のコンタクトを有し、前記第1のコンタクトの深さは前記柱状半導体層の高さ以下であることを特徴とする。   The first contact may be formed on the second first conductivity type diffusion layer, and the depth of the first contact may be less than the height of the columnar semiconductor layer.

本発明の半導体装置は、また、前記柱状半導体層の幅は前記フィン状半導体層の幅と同じであることを特徴とする。   The semiconductor device of the present invention is also characterized in that the columnar semiconductor layer has the same width as the fin-shaped semiconductor layer.

本発明によれば、柱状半導体層上部の抵抗を低減するための構造を持つSGTの構造とそのSGTの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the structure of SGT with the structure for reducing the resistance of columnar semiconductor layer upper part, and the manufacturing method of the SGT can be provided.

柱状半導体層上部側壁の周囲に金属が接触するため、金属と柱状半導体層上部との接触面積が増えるため、柱状半導体層上部の抵抗を低減することができる。   Since the metal is in contact with the periphery of the upper sidewall of the columnar semiconductor layer, the contact area between the metal and the upper portion of the columnar semiconductor layer is increased, so that the resistance of the upper portion of the columnar semiconductor layer can be reduced.

また、半導体層がシリコン層であるとき、前記第1のサイドウォールの金属の仕事関数は4.0eVから4.2eVの間であり、n型シリコンの仕事関数4.05eVの近傍であるため、表面キャリアがその仕事関数差によって誘起されるので、柱状シリコン層上部の抵抗を低減することができる。例えば、柱状シリコン層の不純物濃度が低いとき、第1のサイドウォールと柱状シリコン層とで形成されるトランジスタは、第1のサイドウォールに金属配線を介して印加される電圧が0Vのときにオンすることとなる。   Further, when the semiconductor layer is a silicon layer, the work function of the metal of the first sidewall is between 4.0 eV and 4.2 eV, and is in the vicinity of the work function of n-type silicon of 4.05 eV. Since the surface carriers are induced by the work function difference, the resistance of the upper part of the columnar silicon layer can be reduced. For example, when the impurity concentration of the columnar silicon layer is low, the transistor formed of the first sidewall and the columnar silicon layer is turned on when the voltage applied to the first sidewall via the metal wiring is 0V. Will be.

また、半導体層がシリコン層であるとき、前記第1のサイドウォールの金属の仕事関数は5.0eVから5.2eVの間であり、p型シリコンの仕事関数5.15eVの近傍であるため、表面キャリアがその仕事関数差によって誘起されるので、柱状シリコン層上部の抵抗を低減することができる。例えば、柱状シリコン層の不純物濃度が低いとき、第1のサイドウォールと柱状シリコン層とで形成されるトランジスタは、第1のサイドウォールに金属配線を介して印加される電圧が0Vのときにオンすることとなる。   When the semiconductor layer is a silicon layer, the work function of the metal of the first sidewall is between 5.0 eV and 5.2 eV, and is in the vicinity of the work function of p-type silicon of 5.15 eV. Since the surface carriers are induced by the work function difference, the resistance of the upper part of the columnar silicon layer can be reduced. For example, when the impurity concentration of the columnar silicon layer is low, the transistor formed of the first sidewall and the columnar silicon layer is turned on when the voltage applied to the first sidewall via the metal wiring is 0V. Will be.

また、第1の金属配線と柱状半導体層上部を直接接続するため、第1のコンタクトのためのコンタクト孔深さを浅くすることができるため、コンタクト孔を形成しやすく、さらにコンタクト孔を金属で埋めることが容易である。   In addition, since the first metal wiring and the upper portion of the columnar semiconductor layer are directly connected, the contact hole depth for the first contact can be reduced, so that the contact hole can be easily formed, and the contact hole is made of metal. Easy to fill.

また、フィン状半導体層、第1の絶縁膜、柱状半導体層形成を、従来のFINFETの製造方法を元にしたため、容易に形成できる。   In addition, the fin-like semiconductor layer, the first insulating film, and the columnar semiconductor layer can be easily formed because they are based on a conventional FINFET manufacturing method.

(a)は本発明に係る半導体装置の平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view of the semiconductor device based on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a). (a)は本発明に係る半導体装置の平面図である。(b)は(a)のX−X’線での断面図である。(c)は(a)のY−Y’線での断面図である。(A) is a top view of the semiconductor device based on this invention. (B) is sectional drawing in the X-X 'line | wire of (a). (C) is sectional drawing in the Y-Y 'line | wire of (a).

以下に、本発明の実施形態に係るSGTの構造を形成するための製造工程を、図2〜図33を参照して説明する。   Below, the manufacturing process for forming the structure of SGT which concerns on embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIGS.

まず、半導体基板上にフィン状半導体層を形成し、前記フィン状半導体層の周囲に第一の絶縁膜を形成し、前記フィン状半導体層の上部に柱状半導体層を形成する第1工程を示す。図2に示すように、半導体基板101上にフィン状半導体層を形成するための第1のレジスト102を形成する。   First, a first step is shown in which a fin-shaped semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate, a first insulating film is formed around the fin-shaped semiconductor layer, and a columnar semiconductor layer is formed on the fin-shaped semiconductor layer. . As shown in FIG. 2, a first resist 102 for forming a fin-like semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate 101.

図3に示すように、半導体基板101をエッチングし、フィン状半導体層103を形成する。今回はレジストをマスクとしてフィン状半導体層を形成したが、酸化膜や窒化膜といったハードマスクを用いてもよい。   As shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 101 is etched to form a fin-like semiconductor layer 103. Although the fin-like semiconductor layer is formed using a resist as a mask this time, a hard mask such as an oxide film or a nitride film may be used.

図4に示すように、第1のレジスト102を除去する。   As shown in FIG. 4, the first resist 102 is removed.

図5に示すように、フィン状半導体層103の周囲に第1の絶縁膜104を堆積する。第1の絶縁膜として高密度プラズマによる酸化膜や低圧化学気相堆積による酸化膜を用いてもよい。   As shown in FIG. 5, a first insulating film 104 is deposited around the fin-like semiconductor layer 103. An oxide film formed by high-density plasma or an oxide film formed by low-pressure chemical vapor deposition may be used as the first insulating film.

図6に示すように、第1の絶縁膜104をエッチバックし、フィン状半導体層103の上部を露出する。ここまでは、従来のフィン状半導体層の製法と同じである。   As shown in FIG. 6, the first insulating film 104 is etched back to expose the upper portion of the fin-shaped semiconductor layer 103. Up to this point, the manufacturing method is the same as that of the conventional fin-shaped semiconductor layer.

図7に示すように、フィン状半導体層103に直交するように第2のレジスト105を形成する。フィン状半導体層103とレジスト105とが直交する部分が柱状半導体層となる部分である。ライン状のレジストを用いることができるため、パターン後にレジストが倒れる可能性が低く、安定したプロセスとなる。   As shown in FIG. 7, a second resist 105 is formed so as to be orthogonal to the fin-like semiconductor layer 103. A portion where the fin-shaped semiconductor layer 103 and the resist 105 are orthogonal to each other is a portion that becomes a columnar semiconductor layer. Since a line-shaped resist can be used, the possibility that the resist falls after patterning is low, and the process is stable.

図8に示すように、フィン状半導体層103をエッチングする。フィン状半導体層103と第2のレジスト105とが直交する部分が柱状半導体層106となる。従って、柱状半導体層106の幅は、フィン状半導体層の幅と同じとなる。フィン状半導体層103の上部に柱状半導体層106が形成され、フィン状半導体層103の周囲には第1の絶縁膜104が形成された構造となる。フィン状半導体層、第1の絶縁膜、柱状半導体層形成を、従来のFINFETの製造方法を元にしたため、容易に形成できる。   As shown in FIG. 8, the fin-like semiconductor layer 103 is etched. A portion where the fin-shaped semiconductor layer 103 and the second resist 105 are orthogonal to each other becomes a columnar semiconductor layer 106. Therefore, the width of the columnar semiconductor layer 106 is the same as the width of the fin-shaped semiconductor layer. A columnar semiconductor layer 106 is formed on the fin-shaped semiconductor layer 103, and a first insulating film 104 is formed around the fin-shaped semiconductor layer 103. The fin-like semiconductor layer, the first insulating film, and the columnar semiconductor layer can be easily formed because they are based on the conventional FINFET manufacturing method.

図9に示すように、第2のレジスト105を除去する。   As shown in FIG. 9, the second resist 105 is removed.

以上により、半導体基板上にフィン状半導体層を形成し、前記フィン状半導体層の周囲に第一の絶縁膜を形成し、前記フィン状半導体層の上部に柱状半導体層を形成する第1工程が示された。   Thus, the first step of forming the fin-shaped semiconductor layer on the semiconductor substrate, forming the first insulating film around the fin-shaped semiconductor layer, and forming the columnar semiconductor layer on the fin-shaped semiconductor layer is performed. Indicated.

次に、前記柱状半導体層の周囲に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の周囲に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極に接続されたゲート配線とを形成する第2の工程を示す。   Next, a second step of forming a gate insulating film formed around the columnar semiconductor layer, a gate electrode formed around the gate insulating film, and a gate wiring connected to the gate electrode is performed. Show.

図10に示すように、柱状半導体層106の周囲にゲート絶縁膜107を形成し、ゲート絶縁膜107の周囲に金属膜108及びポリシリコン膜109を成膜する。
このとき、薄いポリシリコン膜109を使用する。従って、ポリシリコン膜中にボイドが形成されることを防ぐことができる。
金属膜108は、半導体工程に用いられ、トランジスタのしきい値電圧を設定する金属であればよく、例えば窒化チタンを用いることができる。。
ゲート絶縁膜107は、半導体工程に用いられるものであればよく、例えば酸化膜、酸窒化膜、高誘電体膜を用いることができる。
As shown in FIG. 10, a gate insulating film 107 is formed around the columnar semiconductor layer 106, and a metal film 108 and a polysilicon film 109 are formed around the gate insulating film 107.
At this time, a thin polysilicon film 109 is used. Therefore, voids can be prevented from being formed in the polysilicon film.
The metal film 108 may be any metal that is used in a semiconductor process and sets a threshold voltage of a transistor. For example, titanium nitride can be used. .
The gate insulating film 107 may be any film used in a semiconductor process. For example, an oxide film, an oxynitride film, or a high dielectric film can be used.

図11に示すように、ゲート配線111bを形成するための第3のレジスト110を形成する。本実施例においては、レジスト高さが柱状半導体層より高くなるように記載した。ゲート配線幅が細くなるにつれて、柱状半導体層上部のポリシリコンが露出しやすくなる。レジスト高さが柱状半導体層より低くなってもよい。   As shown in FIG. 11, a third resist 110 for forming the gate wiring 111b is formed. In this embodiment, the resist height is described as being higher than that of the columnar semiconductor layer. As the gate wiring width becomes narrower, the polysilicon above the columnar semiconductor layer becomes easier to be exposed. The resist height may be lower than the columnar semiconductor layer.

図12に示すように、ポリシリコン膜109と金属膜108をエッチングする。ゲート電極111aとゲート配線111bとが形成される。このとき、柱状半導体層上部のレジスト厚さが薄くもしくは、柱状半導体層上部のポリシリコンが露出していると、エッチング中に、柱状半導体層上部がエッチングされることがある。この場合、柱状半導体層を形成時に、その高さを、所望の柱状半導体層高さと、後にゲート配線エッチング中に削られる分の高さとの和としておけばよい。従って、本発明の製造工程は、自己整合プロセスとなる。   As shown in FIG. 12, the polysilicon film 109 and the metal film 108 are etched. A gate electrode 111a and a gate wiring 111b are formed. At this time, if the resist thickness at the upper part of the columnar semiconductor layer is thin or the polysilicon at the upper part of the columnar semiconductor layer is exposed, the upper part of the columnar semiconductor layer may be etched during the etching. In this case, when the columnar semiconductor layer is formed, the height may be set to the sum of a desired columnar semiconductor layer height and a height that is later removed during etching of the gate wiring. Therefore, the manufacturing process of the present invention is a self-alignment process.

図13に示すように、第3のレジスト110を剥離する。   As shown in FIG. 13, the third resist 110 is stripped.

図14に示すように、第4のレジスト112を堆積し、柱状半導体層106上部側壁のポリシリコン膜109を露出する。レジストエッチバックを用いることが好ましい。また、スピンオングラスといった塗布膜を用いてもよい。   As shown in FIG. 14, the 4th resist 112 is deposited and the polysilicon film 109 of the upper side wall of the columnar semiconductor layer 106 is exposed. It is preferable to use resist etchback. Further, a coating film such as spin-on glass may be used.

図15に示すように、露出したポリシリコン膜109をエッチングにより除去する。等方性エッチングが好ましい。   As shown in FIG. 15, the exposed polysilicon film 109 is removed by etching. Isotropic etching is preferred.

図16に示すように、第4のレジスト112を剥離する。   As shown in FIG. 16, the 4th resist 112 is peeled.

図17に示すように、前記金属膜108をエッチングにより除去し、柱状半導体層106側壁に、金属膜108を残存させる。等方性エッチングが好ましい。
柱状半導体層106の側壁の金属膜108とポリシリコン膜109とでゲート電極111aが形成される。従って、自己整合プロセスとなる。
As shown in FIG. 17, the metal film 108 is removed by etching, and the metal film 108 is left on the side wall of the columnar semiconductor layer 106. Isotropic etching is preferred.
A gate electrode 111 a is formed by the metal film 108 on the sidewall of the columnar semiconductor layer 106 and the polysilicon film 109. Therefore, it becomes a self-alignment process.

以上により、前記柱状半導体層の周囲に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の周囲に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極に接続されたゲート配線とを形成する第2の工程が示された。   As described above, the second step of forming the gate insulating film formed around the columnar semiconductor layer, the gate electrode formed around the gate insulating film, and the gate wiring connected to the gate electrode is performed. Indicated.

次に、前記柱状半導体層の上部に第1の第1導電型拡散層を形成すると共に、前記柱状半導体層の下部と前記フィン状半導体層の上部に第2の第1導電型拡散層を形成する第3の工程を示す。   Next, a first first conductivity type diffusion layer is formed above the columnar semiconductor layer, and a second first conductivity type diffusion layer is formed below the columnar semiconductor layer and above the fin-like semiconductor layer. A third step is shown.

図18に示すように、砒素を注入し、第1の第1導電型拡散層114と第2の第1導電型拡散層113を形成する。pMOSの場合には、ボロンもしくはフッ化ボロンを注入する。   As shown in FIG. 18, arsenic is implanted to form a first first conductivity type diffusion layer 114 and a second first conductivity type diffusion layer 113. In the case of pMOS, boron or boron fluoride is implanted.

図19に示すように、酸化膜115を堆積し、熱処理を行う。窒化膜を用いてもよい。   As shown in FIG. 19, an oxide film 115 is deposited and heat treatment is performed. A nitride film may be used.

以上により、前記柱状半導体層の上部に第1の第1導電型拡散層を形成すると共に、前記柱状半導体層の下部と前記フィン状半導体層の上部に第2の第1導電型拡散層を形成する第3の工程が示された。   As described above, the first first conductivity type diffusion layer is formed above the columnar semiconductor layer, and the second first conductivity type diffusion layer is formed below the columnar semiconductor layer and above the fin-like semiconductor layer. A third step is shown.

次に、第1の第1導電型拡散層114上と第2の第1導電型拡散層113上に第1のシリサイド118、第2のシリサイド117を形成する製造方法を示す。   Next, a manufacturing method for forming the first silicide 118 and the second silicide 117 on the first first conductivity type diffusion layer 114 and the second first conductivity type diffusion layer 113 will be described.

図20に示すように、酸化膜115をエッチングし、酸化膜サイドウォール116a、116bを形成する。   As shown in FIG. 20, the oxide film 115 is etched to form oxide film side walls 116a and 116b.

次に、図21に示すように、金属を堆積し、熱処理し、未反応の金属を除去することで、第1の第1導電型拡散層114上と第2の第1導電型拡散層113上とゲート配線111bに第1のシリサイド118、第2のシリサイド117、シリサイド119を形成する。ゲート電極111a上部が露出している場合には、ゲート電極111a上部にシリサイド120が形成される。   Next, as shown in FIG. 21, metal is deposited, heat-treated, and unreacted metal is removed, so that the first first conductivity type diffusion layer 114 and the second first conductivity type diffusion layer 113 are removed. A first silicide 118, a second silicide 117, and a silicide 119 are formed on the top and the gate wiring 111b. When the upper portion of the gate electrode 111a is exposed, the silicide 120 is formed on the upper portion of the gate electrode 111a.

ポリシリコン膜109が薄いため、ゲート配線111bは、金属膜108とシリサイド119の積層構造となりやすい。シリサイド119と金属膜108とが直接接触するため、低抵抗化をすることができる。   Since the polysilicon film 109 is thin, the gate wiring 111b tends to have a laminated structure of the metal film 108 and the silicide 119. Since the silicide 119 and the metal film 108 are in direct contact with each other, the resistance can be reduced.

以上により、第1の第1導電型拡散層114上と第2の第1導電型拡散層113上とゲート配線111bに第1のシリサイド118、第2のシリサイド117を形成する製造方法が示された。   As described above, the manufacturing method for forming the first silicide 118 and the second silicide 117 on the first first conductivity type diffusion layer 114, the second first conductivity type diffusion layer 113, and the gate wiring 111b is shown. It was.

次に、第1の層間絶縁膜を堆積し、前記第1の層間絶縁膜を平坦化し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上部を露出し、前記柱状半導体層上部を露出した後、第1の金属を堆積し、エッチングを行うことで前記柱状半導体層の上部側壁の周囲に金属からなる第1のサイドウォールを形成する第4の工程を示す。   Next, after depositing a first interlayer insulating film, planarizing the first interlayer insulating film, performing etch back, exposing the upper part of the columnar semiconductor layer, exposing the upper part of the columnar semiconductor layer, A fourth step of forming a first side wall made of metal around the upper side wall of the columnar semiconductor layer by depositing and etching the metal is shown.

図22に示すように、第1の層間絶縁膜121を堆積し、平坦化する。   As shown in FIG. 22, the 1st interlayer insulation film 121 is deposited and planarized.

図23に示すように、エッチバックを行い、前記柱状半導体層106上部側壁を露出する。   As shown in FIG. 23, etch back is performed to expose the upper side wall of the columnar semiconductor layer 106.

図24に示すように、第1の金属122を堆積する。半導体層がシリコン層であって、第1導電型拡散層がn型のとき、第1の金属の仕事関数は、4.0eVから4.2eVの間であることが好ましい。n型シリコンの仕事関数4.05eVの近傍であるため、表面キャリアがその仕事関数差によって誘起されるので、柱状シリコン層上部の抵抗を低減することができる。例えば、柱状シリコン層の不純物濃度が低いとき、第1のサイドウォールと柱状シリコン層とで形成されるトランジスタは、第1のサイドウォールに金属配線を介して印加される電圧が0Vのときにオンすることとなる。例えば、タンタルとチタンの化合物(TaTi)や窒化タンタル(TaN)が好ましい。   As shown in FIG. 24, the 1st metal 122 is deposited. When the semiconductor layer is a silicon layer and the first conductivity type diffusion layer is n-type, the work function of the first metal is preferably between 4.0 eV and 4.2 eV. Since the work function of n-type silicon is in the vicinity of 4.05 eV, surface carriers are induced by the work function difference, so that the resistance at the top of the columnar silicon layer can be reduced. For example, when the impurity concentration of the columnar silicon layer is low, the transistor formed of the first sidewall and the columnar silicon layer is turned on when the voltage applied to the first sidewall via the metal wiring is 0V. Will be. For example, a compound of tantalum and titanium (TaTi) or tantalum nitride (TaN) is preferable.

半導体層がシリコン層であって、第1導電型拡散層がp型のとき、第1の金属の仕事関数は、5.0eVから5.2eVの間であることが好ましい。p型シリコンの仕事関数5.15eVの近傍であるため、表面キャリアがその仕事関数差によって誘起されるので、柱状シリコン層上部の抵抗を低減することができる。例えば、柱状シリコン層の不純物濃度が低いとき、第1のサイドウォールと柱状シリコン層とで形成されるトランジスタは、第1のサイドウォールに金属配線を介して印加される電圧が0Vのときにオンすることとなる。例えば、ルテニウム(Ru)や窒化チタン(TiN)が好ましい。   When the semiconductor layer is a silicon layer and the first conductivity type diffusion layer is p-type, the work function of the first metal is preferably between 5.0 eV and 5.2 eV. Since the work function of p-type silicon is in the vicinity of 5.15 eV, surface carriers are induced by the work function difference, so that the resistance at the top of the columnar silicon layer can be reduced. For example, when the impurity concentration of the columnar silicon layer is low, the transistor formed of the first sidewall and the columnar silicon layer is turned on when the voltage applied to the first sidewall via the metal wiring is 0V. Will be. For example, ruthenium (Ru) or titanium nitride (TiN) is preferable.

図25に示すように、第1の金属122のエッチングを行うことで柱状半導体層106の上部側壁の周囲に金属からなる第1のサイドウォール122を形成する。柱状半導体層上部側壁の周囲に金属が接触するため、金属と柱状半導体層上部との接触面積が増えるため、柱状半導体層上部の抵抗を低減することができる。   As shown in FIG. 25, the first metal 122 is etched to form the first side wall 122 made of metal around the upper side wall of the columnar semiconductor layer 106. Since the metal is in contact with the periphery of the upper sidewall of the columnar semiconductor layer, the contact area between the metal and the upper portion of the columnar semiconductor layer is increased, so that the resistance of the upper portion of the columnar semiconductor layer can be reduced.

以上により、第1の層間絶縁膜を堆積し、前記第1の層間絶縁膜を平坦化し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上部を露出し、前記柱状半導体層上部を露出した後、第1の金属を堆積し、エッチングを行うことで前記柱状半導体層の上部側壁の周囲に金属からなる第1のサイドウォールを形成する第4の工程が示された。   As described above, after depositing the first interlayer insulating film, planarizing the first interlayer insulating film, performing etch back, exposing the upper part of the columnar semiconductor layer, exposing the upper part of the columnar semiconductor layer, A fourth step of forming a first side wall made of metal around the upper side wall of the columnar semiconductor layer by depositing and etching the metal was shown.

次に、第2の層間絶縁膜を堆積し、前記第2の層間絶縁膜を平坦化し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上部を露出し、第1のコンタクトを形成するための第5のレジストを形成し、前記第2の層間絶縁膜と第1の層間絶縁膜をエッチングすることによりコンタクト孔を形成し、第2の金属を堆積することにより前記第2の第1導電型拡散層上に第1のコンタクトを形成し、金属配線を形成するための第6のレジストを形成し、エッチングを行うことにより第1の金属配線を形成する第5の工程を示す。   Next, a second interlayer insulating film is deposited, the second interlayer insulating film is flattened, etched back, an upper portion of the columnar semiconductor layer is exposed, and a fifth contact is formed to form a first contact. A resist is formed, a contact hole is formed by etching the second interlayer insulating film and the first interlayer insulating film, and a second metal is deposited on the second first conductivity type diffusion layer. 5 shows a fifth step of forming a first metal wiring by forming a first contact, forming a sixth resist for forming a metal wiring, and performing etching.

図26に示すように、第2の層間絶縁膜123を堆積し、第2の層間絶縁膜123を平坦化し、エッチバックを行い、柱状半導体層106上部を露出する。   As shown in FIG. 26, the 2nd interlayer insulation film 123 is deposited, the 2nd interlayer insulation film 123 is planarized, etch back is performed, and the columnar semiconductor layer 106 upper part is exposed.

図27に示すように、コンタクト孔125,126を形成するための第5のレジスト124を形成する。   As shown in FIG. 27, the 5th resist 124 for forming the contact holes 125 and 126 is formed.

図28に示すように、第2の層間絶縁膜123、第1の層間絶縁膜121をエッチングし、コンタクト孔125、126を形成する。   As shown in FIG. 28, the second interlayer insulating film 123 and the first interlayer insulating film 121 are etched to form contact holes 125 and 126.

図29に示すように、第5のレジスト124を剥離する。   As shown in FIG. 29, the 5th resist 124 is peeled.

図30に示すように、第2の金属127を堆積し、第1のコンタクト128、129を形成する。第1の金属配線と柱状半導体層上部を直接接続するため、柱状半導体層上部のコンタクトを形成する工程が不要である。また、第1のコンタクトのためのコンタクト孔深さを浅くすることができるため、コンタクト孔を形成しやすく、さらにコンタクト孔を金属で埋めることが容易である。また、柱状半導体層106上部と第1のサイドウォール122上部と第2の金属と、がそれぞれ接触するため、柱状半導体層上部の抵抗を低減することができる。   As shown in FIG. 30, the 2nd metal 127 is deposited and the 1st contact 128,129 is formed. Since the first metal wiring is directly connected to the upper part of the columnar semiconductor layer, a step of forming a contact on the upper part of the columnar semiconductor layer is unnecessary. Further, since the depth of the contact hole for the first contact can be reduced, it is easy to form the contact hole, and it is easy to fill the contact hole with metal. In addition, since the upper portion of the columnar semiconductor layer 106, the upper portion of the first sidewall 122, and the second metal are in contact with each other, the resistance of the upper portion of the columnar semiconductor layer can be reduced.

図31に示すように、第1の金属配線を形成するための第6のレジスト130、131、132を形成する。   As shown in FIG. 31, sixth resists 130, 131, and 132 for forming the first metal wiring are formed.

図32に示すように、第2の金属127をエッチングし、第1の金属配線133、134、135を形成する。   As shown in FIG. 32, the 2nd metal 127 is etched and the 1st metal wiring 133,134,135 is formed.

図33に示すように、第6のレジスト130、131、132を剥離する。   As shown in FIG. 33, the sixth resists 130, 131, 132 are peeled off.

以上により、第2の層間絶縁膜を堆積し、前記第2の層間絶縁膜を平坦化し、エッチバックを行い、前記柱状半導体層上部を露出し、第1のコンタクトを形成するための第5のレジストを形成し、前記第2の層間絶縁膜と第1の層間絶縁膜をエッチングすることによりコンタクト孔を形成し、第2の金属を堆積することにより前記第2の第1導電型拡散層上に第1のコンタクトを形成し、金属配線を形成するための第6のレジストを形成し、エッチングを行うことにより第1の金属配線を形成する第5の工程が示された。   As described above, the second interlayer insulating film is deposited, the second interlayer insulating film is planarized, etched back, the upper portion of the columnar semiconductor layer is exposed, and the fifth contact for forming the first contact is formed. A resist is formed, a contact hole is formed by etching the second interlayer insulating film and the first interlayer insulating film, and a second metal is deposited on the second first conductivity type diffusion layer. A fifth step of forming a first metal wiring by forming a first contact, forming a sixth resist for forming a metal wiring, and performing etching is shown.

上記製造方法によって得られる半導体装置の構造を図1に示す。
図1に示すように、上記方法によって得られる半導体装置は、半導体基板101上に形成されたフィン状半導体層103と、フィン状半導体層103上に形成された柱状半導体層106と、柱状半導体層106の周囲に形成されたゲート絶縁膜107と、ゲート絶縁膜107の周囲に形成されたゲート電極111aと、ゲート電極111aに接続されたゲート配線111bと、柱状半導体層106の上部に形成された第1の第1導電型拡散層114と、柱状半導体層106の下部とフィン状半導体層103の上部とに形成された第2の第1導電型拡散層113と、柱状半導体層106の上部側壁の周囲に形成された第1の金属からなる第1のサイドウォール122と、を有する。
A structure of a semiconductor device obtained by the manufacturing method is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the semiconductor device obtained by the above method includes a fin-shaped semiconductor layer 103 formed on a semiconductor substrate 101, a columnar semiconductor layer 106 formed on the fin-shaped semiconductor layer 103, and a columnar semiconductor layer. 106, a gate insulating film 107 formed around the gate insulating film 107, a gate electrode 111a formed around the gate insulating film 107, a gate wiring 111b connected to the gate electrode 111a, and an upper portion of the columnar semiconductor layer 106. The first first conductivity type diffusion layer 114, the second first conductivity type diffusion layer 113 formed in the lower part of the columnar semiconductor layer 106 and the upper part of the fin-like semiconductor layer 103, and the upper side wall of the columnar semiconductor layer 106 And a first sidewall 122 made of a first metal formed around the first metal.

また、上記半導体装置は、柱状半導体層106上部と前記第1のサイドウォール122上に形成された第1の金属配線と、を有する。   In addition, the semiconductor device includes an upper portion of the columnar semiconductor layer 106 and a first metal wiring formed on the first sidewall 122.

また、図34に示すように、前記第1のサイドウォール122は、前記ゲート絶縁物107と前記第1の金属122の積層構造であってもよい。表面キャリアがその仕事関数差によって誘起されるので、柱状半導体層上部の抵抗を低減することができる。   Further, as shown in FIG. 34, the first sidewall 122 may have a laminated structure of the gate insulator 107 and the first metal 122. Since the surface carriers are induced by the work function difference, the resistance of the upper part of the columnar semiconductor layer can be reduced.

半導体層がシリコン層であって、第1導電型拡散層がn型のとき、第1の金属の仕事関数は、4.0eVから4.2eVの間であることが好ましい。n型シリコンの仕事関数4.05eVの近傍であるため、表面キャリアがその仕事関数差によって誘起されるので、柱状シリコン層上部の抵抗を低減することができる。例えば、柱状シリコン層の不純物濃度が低いとき、第1のサイドウォールと柱状シリコン層とで形成されるトランジスタは、第1のサイドウォールに金属配線を介して印加される電圧が0Vのときにオンすることとなる。例えば、タンタルとチタンの化合物(TaTi)や窒化タンタル(TaN)が好ましい。   When the semiconductor layer is a silicon layer and the first conductivity type diffusion layer is n-type, the work function of the first metal is preferably between 4.0 eV and 4.2 eV. Since the work function of n-type silicon is in the vicinity of 4.05 eV, surface carriers are induced by the work function difference, so that the resistance at the top of the columnar silicon layer can be reduced. For example, when the impurity concentration of the columnar silicon layer is low, the transistor formed of the first sidewall and the columnar silicon layer is turned on when the voltage applied to the first sidewall via the metal wiring is 0V. Will be. For example, a compound of tantalum and titanium (TaTi) or tantalum nitride (TaN) is preferable.

半導体層がシリコン層であって、第1導電型拡散層がp型のとき、第1の金属の仕事関数は、5.0eVから5.2eVの間であることが好ましい。p型シリコンの仕事関数5.15eVの近傍であるため、表面キャリアがその仕事関数差によって誘起されるので、柱状シリコン層上部の抵抗を低減することができる。例えば、柱状シリコン層の不純物濃度が低いとき、第1のサイドウォールと柱状シリコン層とで形成されるトランジスタは、第1のサイドウォールに金属配線を介して印加される電圧が0Vのときにオンすることとなる。例えば、ルテニウム(Ru)や窒化チタン(TiN)が好ましい。   When the semiconductor layer is a silicon layer and the first conductivity type diffusion layer is p-type, the work function of the first metal is preferably between 5.0 eV and 5.2 eV. Since the work function of p-type silicon is in the vicinity of 5.15 eV, surface carriers are induced by the work function difference, so that the resistance at the top of the columnar silicon layer can be reduced. For example, when the impurity concentration of the columnar silicon layer is low, the transistor formed of the first sidewall and the columnar silicon layer is turned on when the voltage applied to the first sidewall via the metal wiring is 0V. Will be. For example, ruthenium (Ru) or titanium nitride (TiN) is preferable.

なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明の一実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。   It should be noted that the present invention can be variously modified and modified without departing from the broad spirit and scope of the present invention. Further, the above-described embodiment is for explaining an example of the present invention, and does not limit the scope of the present invention.

例えば、上記実施例において、p型(p+型を含む。)とn型(n+型を含む。)とをそれぞれ反対の導電型とした半導体装置の製造方法、及び、それにより得られる半導体装置も当然に本発明の技術的範囲に含まれる。 For example, in the above embodiment, a method of manufacturing a semiconductor device in which p-type (including p + -type) and n-type (including n + -type) are opposite in conductivity type, and a semiconductor obtained thereby An apparatus is naturally included in the technical scope of the present invention.

101.半導体基板
102.第1のレジスト
103.フィン状半導体層
104.第1の絶縁膜
105.第2のレジスト
106.柱状半導体層
107.ゲート絶縁膜
108.金属膜
109.ポリシリコン膜
110.第3のレジスト
111a.ゲート電極
111b.ゲート配線
112.第4のレジスト
113.第2の第1導電型拡散層
114.第1の第1導電型拡散層
115.酸化膜
116a.酸化膜サイドウォール
116b.酸化膜サイドウォール
117.第2のシリサイド
118.第1のシリサイド
119.シリサイド
120.シリサイド
121.第1の層間絶縁膜
122.第1の金属、第1のサイドウォール
123.第2の層間絶縁膜
124.第5のレジスト
125.コンタクト孔
126.コンタクト孔
127.第2の金属
128.第1のコンタクト
129.第1のコンタクト
130.第6のレジスト
131.第6のレジスト
132.第6のレジスト
133.第1の金属配線
134.第1の金属配線
135.第1の金属配線
101. Semiconductor substrate 102. First resist 103. Fin-like semiconductor layer 104. First insulating film 105. Second resist 106. Columnar semiconductor layer 107. Gate insulating film 108. Metal film 109. Polysilicon film 110. Third resist 111a. Gate electrode 111b. Gate wiring 112. Fourth resist 113. Second first conductivity type diffusion layer 114. First first conductivity type diffusion layer 115. Oxide film 116a. Oxide film side wall 116b. Oxide film side wall 117. Second silicide 118. First silicide 119. Silicide 120. Silicide 121. First interlayer insulating film 122. First metal, first sidewall 123. Second interlayer insulating film 124. Fifth resist 125. Contact hole 126. Contact hole 127. Second metal 128. First contact 129. First contact 130. Sixth resist 131. Sixth resist 132. Sixth resist 133. First metal wiring 134. First metal wiring 135. First metal wiring

Claims (7)

トランジスタの一部である柱状半導体層と、
前記柱状半導体層の周囲に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の周囲に形成されたゲート電極と、
前記柱状半導体層の上部側壁の周囲を取り囲むように形成された第1の金属からなる第1のサイドウォールと、
を有し、
上方から見たとき、前記第1のサイドウォールの上面は、前記柱状半導体層の上面と重なりを有さないことを特徴とする半導体装置。
A columnar semiconductor layer that is part of the transistor;
A gate insulating film formed around the columnar semiconductor layer;
A gate electrode formed around the gate insulating film;
A first sidewall made of a first metal formed to surround the periphery of the upper sidewall of the columnar semiconductor layer;
Have
When viewed from above, the upper surface of the first sidewall does not overlap with the upper surface of the columnar semiconductor layer.
前記柱状半導体層上部と前記第1のサイドウォール上に形成された第1の金属配線をさらに有し、
前記第1の金属配線は前記第1のサイドウォールの上面に直接接続することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A first metal wiring formed on the columnar semiconductor layer and on the first sidewall;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal wiring is directly connected to an upper surface of the first sidewall.
前記半導体層はシリコン層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is a silicon layer. 前記第1のサイドウォールの前記第1の金属の仕事関数は、4.0eVから4.2eVの間であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a work function of the first metal of the first sidewall is between 4.0 eV and 4.2 eV. 前記第1のサイドウォールの前記第1の金属の仕事関数は、5.0eVから5.2eVの間であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein a work function of the first metal of the first sidewall is between 5.0 eV and 5.2 eV. 前記柱状半導体層の上部側壁と前記第1のサイドウォールとは接していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper side wall of the columnar semiconductor layer and the first side wall are in contact with each other. 前記柱状半導体層の上部と前記第1のサイドウォールの仕事関数差により表面キャリアを誘起することを特徴とする請求項1又は6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein surface carriers are induced by a work function difference between an upper portion of the columnar semiconductor layer and the first sidewall.
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