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JP2005150565A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2005150565A
JP2005150565A JP2003388677A JP2003388677A JP2005150565A JP 2005150565 A JP2005150565 A JP 2005150565A JP 2003388677 A JP2003388677 A JP 2003388677A JP 2003388677 A JP2003388677 A JP 2003388677A JP 2005150565 A JP2005150565 A JP 2005150565A
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JP
Japan
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gate electrode
region
insulating film
connection hole
drain region
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Application number
JP2003388677A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoji Okada
庸二 岡田
Yuichi Ando
友一 安藤
Kazumi Hara
和巳 原
Masaya Otsuka
正也 大塚
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

【課題】STI構造を備えた半導体装置及びその製造方法において層間絶縁膜の平坦化工程をなくす。
【解決手段】シリコン基板1と、シリコン基板1の表面に形成された溝内に埋め込まれて形成されたSTI3と、STI3で囲まれた領域のシリコン基板1の表面に形成された溝内にゲート絶縁膜5を介して形成されたゲート電極7と、ゲート電極7の両側のシリコン基板1に形成された、N型低濃度拡散層9、N型高濃度拡散層11及びシリサイド層13からなるソース領域及びドレイン領域を備えている。ゲート電極7用の溝とSTI3用の溝の深さは等しく、両溝は同時に形成されたものである。STI3上及びシリサイド層3上に絶縁膜15が形成され、ゲート電極7の上面は絶縁膜15と同じ高さに形成されている。
【選択図】図1
A step of planarizing an interlayer insulating film is eliminated in a semiconductor device having an STI structure and a manufacturing method thereof.
A silicon substrate, an STI3 embedded in a groove formed on the surface of the silicon substrate 1, and a gate in the groove formed on the surface of the silicon substrate 1 in a region surrounded by the STI3. A source comprising a gate electrode 7 formed through an insulating film 5 and an N-type low-concentration diffusion layer 9, an N-type high-concentration diffusion layer 11 and a silicide layer 13 formed on the silicon substrate 1 on both sides of the gate electrode 7. A region and a drain region are provided. The groove for the gate electrode 7 and the groove for the STI 3 are equal in depth, and both grooves are formed simultaneously. An insulating film 15 is formed on the STI 3 and the silicide layer 3, and the upper surface of the gate electrode 7 is formed at the same height as the insulating film 15.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に半導体基板の表面に形成された溝内に埋め込まれて形成された素子分離膜(STI(shallow trench isolation)と呼ばれる)をもつ半導体基板にトランジスタが形成されている半導体装置とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, a transistor is formed on a semiconductor substrate having an element isolation film (called STI (shallow trench isolation)) embedded in a groove formed on the surface of the semiconductor substrate. The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

従来、半導体装置においてトランジスタのゲート電極はシリコン基板上にポリシリコンの薄膜を形成し、選択的にエッチングすることにより形成されている。トランジスタのソース領域及びドレイン領域はゲート電極を形成後、ゲート電極に対して自己整合的に不純物を注入することにより形成される。また、微細プロセスではゲート電極、ソース領域及びドレイン領域を伝達速度向上させるためにゲート電極、ソース領域及びドレイン領域の表面部をシリサイド化することにより低抵抗化しゲート遅延等を改善している(例えば、特許文献1参照)。
また、素子分離領域のシリコン基板表面に溝を形成し、その溝に酸化膜を埋め込んでSTIを形成して素子分離を行なう半導体装置がある(例えば、特許文献2参照)。
Conventionally, in a semiconductor device, a gate electrode of a transistor is formed by forming a polysilicon thin film on a silicon substrate and selectively etching it. The source region and the drain region of the transistor are formed by implanting impurities in a self-aligned manner with respect to the gate electrode after forming the gate electrode. Further, in the fine process, in order to improve the transmission speed of the gate electrode, the source region, and the drain region, the surface portions of the gate electrode, the source region, and the drain region are silicided to reduce the resistance and improve the gate delay (for example, , See Patent Document 1).
In addition, there is a semiconductor device in which a trench is formed on the surface of a silicon substrate in an element isolation region and an STI is formed by embedding an oxide film in the trench (see, for example, Patent Document 2).

図5を参照して従来の半導体装置及びその製造方法を説明する。
(1)P型のシリコン基板41の表面に素子分離膜用の溝を形成し、その溝に酸化膜を埋め込んでSTI43を形成する。シリコン基板41上にゲート絶縁膜45を形成した後、ゲート絶縁膜45上にゲート電極用のポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜を写真製版技術及びエッチング技術によりパターニングしてゲート電極47を形成する。ゲート電極47をマスクにしてシリコン基板41にN型不純物注入を行なってN型低濃度拡散層49を形成する((a)参照)。
A conventional semiconductor device and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIG.
(1) A trench for an element isolation film is formed on the surface of a P-type silicon substrate 41, and an STI 43 is formed by embedding an oxide film in the trench. After forming the gate insulating film 45 on the silicon substrate 41, a polysilicon film for the gate electrode is formed on the gate insulating film 45, and the polysilicon film is patterned by photolithography and etching techniques to form the gate electrode 47. Form. Using the gate electrode 47 as a mask, N-type impurity implantation is performed on the silicon substrate 41 to form an N-type low concentration diffusion layer 49 (see (a)).

(2)ゲート電極47の側壁に酸化膜からなるサイドウオールスペーサー51を形成する。ゲート電極47及びスペーサー51をマスクにしてシリコン基板41にN型不純物注入を行なってN型高濃度拡散層53を形成する((b)参照)。 (2) A sidewall spacer 51 made of an oxide film is formed on the side wall of the gate electrode 47. Using the gate electrode 47 and the spacer 51 as a mask, an N-type impurity is implanted into the silicon substrate 41 to form an N-type high concentration diffusion layer 53 (see (b)).

(3)シリコン露出部分を自己整合的にシリサイド化する、いわゆるサリサイド法により、ゲート電極47及びN型高濃度拡散層53,53の表面部にシリサイド層55をそれぞれ形成する((c)参照)。2組のN型低濃度拡散層49、N型高濃度拡散層53及びシリサイド層55はソース領域とドレイン領域を構成する。 (3) Silicide layers 55 are respectively formed on the surface portions of the gate electrode 47 and the N-type high concentration diffusion layers 53 and 53 by a so-called salicide method in which silicon exposed portions are silicided in a self-aligned manner (see (c)). . The two sets of the N-type low concentration diffusion layer 49, the N-type high concentration diffusion layer 53, and the silicide layer 55 constitute a source region and a drain region.

(4)シリコン基板41上全面に酸化膜からなる層間絶縁膜57を形成する。層間絶縁膜57にはゲート電極47に起因して段差が生じている((d)参照)。
(5)層間絶縁膜57の段差は上層配線形成工程で問題となるので、CMP(chemical mechanical polishing)等を施して平坦化処理を行なう。その後、層間絶縁膜57に、ゲート電極47及びN型高濃度拡散層43,43の形成領域に対応してコンタクトホール59を形成し、コンタクトホール59にタングステン61を埋め込む((e)参照)。
特開2003−45888号公報 特開2003−289144号公報
(4) An interlayer insulating film 57 made of an oxide film is formed on the entire surface of the silicon substrate 41. A step is generated in the interlayer insulating film 57 due to the gate electrode 47 (see (d)).
(5) Since the step of the interlayer insulating film 57 becomes a problem in the upper wiring formation process, planarization is performed by applying CMP (chemical mechanical polishing) or the like. Thereafter, a contact hole 59 is formed in the interlayer insulating film 57 corresponding to the formation region of the gate electrode 47 and the N-type high concentration diffusion layers 43, 43, and tungsten 61 is buried in the contact hole 59 (see (e)).
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-45888 JP 2003-289144 A

上述のように、従来技術ではゲート電極がシリコン基板上に設けられているため、ゲート電極に起因して層間絶縁膜に段差が生じるので、その段差をなくすべく層間絶縁膜の平坦化工程を必要としていた。   As described above, in the prior art, since the gate electrode is provided on the silicon substrate, a step is generated in the interlayer insulating film due to the gate electrode. Therefore, a flattening process of the interlayer insulating film is necessary to eliminate the step. I was trying.

そこで本発明は、STI構造を備えた半導体装置及びその製造方法において、層間絶縁膜の平坦化工程をなくすことにより製造工程数を減少させることができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having an STI structure and a method for manufacturing the same, and a semiconductor device capable of reducing the number of manufacturing steps by eliminating the step of planarizing the interlayer insulating film, and a method for manufacturing the same. It is what.

本発明の半導体装置は、半導体基板と、上記半導体基板の表面に形成された溝内に埋め込まれて形成された素子分離膜と、上記素子分離膜で囲まれた領域の上記半導体基板の表面に形成された溝内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、上記ゲート電極の両側の上記半導体基板に形成されたソース領域及びドレイン領域を備え、上記ゲート電極用の溝と上記素子分離膜用の溝の深さが等しいものである。ここでゲート電極用の溝と素子分離膜用の溝の深さが等しいとは、両溝が実質的に等しいことを意味し、両溝形成後の酸化処理などにより深さが異なる場合も含む。   The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, an element isolation film embedded in a groove formed on the surface of the semiconductor substrate, and a surface of the semiconductor substrate in a region surrounded by the element isolation film. A gate electrode formed through a gate insulating film in the formed groove, and a source region and a drain region formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, and the gate electrode groove and the element isolation The depth of the groove for the film is equal. Here, the depth of the groove for the gate electrode and the groove for the element isolation film means that the two grooves are substantially equal, including the case where the depth differs due to oxidation treatment after the formation of both grooves. .

本発明の半導体装置において、上記ゲート電極の材料はCu(銅)である例を挙げることができる。
また、上記ソース領域及び上記ドレイン領域は上記ゲート電極よりも浅く形成されているようにしてもよい。
また、上記ソース領域及び上記ドレイン領域は表面部にシリサイド層を備えているようにしてもよい。
また、上記ソース領域及び上記ドレイン領域は、低濃度拡散層と上記低濃度拡散層よりも浅く形成された高濃度拡散層からなる二重拡散構造を備えているようにしてもよい。
In the semiconductor device of the present invention, an example in which the material of the gate electrode is Cu (copper) can be given.
The source region and the drain region may be formed shallower than the gate electrode.
The source region and the drain region may be provided with a silicide layer on the surface portion.
The source region and the drain region may have a double diffusion structure including a low concentration diffusion layer and a high concentration diffusion layer formed shallower than the low concentration diffusion layer.

また、ソース領域上、上記ドレイン領域上及び上記ゲート電極上に少なくとも窒化膜と層間絶縁膜が形成されており、上記ゲート電極上の絶縁膜に第1接続孔、上記ソース領域上及び上記ドレイン領域上の絶縁膜に第2接続孔がそれぞれ形成され、上記第1接続孔及び上記第2接続孔の形成領域を含む上記層間絶縁膜に配線用溝が形成され、上記第1接続孔、上記第2接続孔及び上記配線用溝に導電材料が埋め込まれているようにしてもよい。ここで、ゲート電極と窒化膜の間に酸化膜が形成されていてもよく、その場合ゲート電極上の絶縁膜にはその酸化膜も含まれる。また、ソース領域及びドレイン領域と窒化膜の間に酸化膜が形成されていてもよく、その場合ソース領域上及びドレイン領域上の絶縁膜にはその酸化膜も含まれる。
さらに、上記第1接続孔、上記第2接続孔及び上記配線用溝に埋め込まれた導電材料はCuである例を挙げることができる。
さらに、上記配線用溝を介して上記第1接続孔といずれか一方の上記第2接続孔が接続されている例を挙げることができる。
In addition, at least a nitride film and an interlayer insulating film are formed on the source region, the drain region, and the gate electrode, and the first connection hole, the source region, and the drain region are formed in the insulating film on the gate electrode. A second connection hole is formed in the upper insulating film, and a wiring groove is formed in the interlayer insulating film including a region where the first connection hole and the second connection hole are formed, and the first connection hole, the first connection hole, and the second connection hole are formed. The conductive material may be embedded in the two connection holes and the wiring groove. Here, an oxide film may be formed between the gate electrode and the nitride film. In that case, the insulating film on the gate electrode includes the oxide film. In addition, an oxide film may be formed between the source and drain regions and the nitride film. In that case, the insulating film over the source region and the drain region includes the oxide film.
Further, an example in which the conductive material embedded in the first connection hole, the second connection hole, and the wiring groove is Cu can be given.
Furthermore, the example which the said 1st connection hole and any one said 2nd connection hole are connected through the said groove | channel for wiring can be mentioned.

本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程(A)から(E)を含む。
(A)半導体基板の素子分離膜形成予定領域及びゲート電極形成予定領域に溝を形成し、その溝に絶縁材料を埋め込んで素子分離膜を形成する工程、
(B)上記ゲート電極形成予定領域の両側の上記半導体基板にソース領域及びドレイン領域を形成する工程、
(C)上記ゲート電極形成予定領域の上記素子分離膜を選択的に除去する工程、
(D)上記ゲート電極形成予定領域の溝内壁にゲート絶縁膜を形成する工程、
(E)上記ゲート電極形成予定領域の溝内に上記ゲート絶縁膜を介してゲート電極材料を埋め込んでゲート電極を形成する工程。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the following steps (A) to (E).
(A) forming a trench in the element isolation film formation scheduled region and the gate electrode formation scheduled region of the semiconductor substrate, and embedding an insulating material in the trench to form an element isolation film;
(B) forming a source region and a drain region in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode formation scheduled region;
(C) a step of selectively removing the element isolation film in the gate electrode formation scheduled region;
(D) forming a gate insulating film on the groove inner wall of the gate electrode formation scheduled region;
(E) A step of forming a gate electrode by embedding a gate electrode material in the trench in the region where the gate electrode is to be formed via the gate insulating film.

本発明の製造方法において、上記工程(E)は、上記ゲート電極材料としてCuを用い、ダマシン法により上記ゲート電極を形成する例を挙げることができる。
また、上記工程(B)は、上記ソース領域及び上記ドレイン領域を上記ゲート電極形成予定領域の溝よりも浅く形成するようにしてもよい。
また、上記工程(B)は、上記ソース領域及び上記ドレイン領域の表面部にシリサイド層を形成する工程を含むようにしてもよい。
また、上記工程(B)は、上記ソース領域及び上記ドレイン領域としての、低濃度拡散層と、上記低濃度拡散層よりも浅く高濃度拡散層を形成する工程を含むようにしてもよい。
In the manufacturing method of the present invention, the step (E) includes an example in which Cu is used as the gate electrode material and the gate electrode is formed by a damascene method.
In the step (B), the source region and the drain region may be formed shallower than the trench in the region where the gate electrode is to be formed.
The step (B) may include a step of forming a silicide layer on the surface portions of the source region and the drain region.
The step (B) may include a step of forming a low concentration diffusion layer as the source region and the drain region and a high concentration diffusion layer shallower than the low concentration diffusion layer.

また、上記工程(E)の後、上記ゲート電極上、上記ソース領域上及び上記ドレイン領域上に少なくとも窒化膜と層間絶縁膜を順次形成し、上記ゲート電極上の絶縁膜に第1接続孔、上記ソース領域上及び上記ドレイン領域上の絶縁膜に第2接続孔、並びに上記第1接続孔及び上記第2接続孔の形成領域を含む上記層間絶縁膜に配線用溝を形成し、上記第1接続孔、上記第2接続孔及び上記配線用溝に導電材料を埋め込む工程を含むようにしてもよい。
さらに、ダマシン法により上記第1接続孔、上記第2接続孔及び上記配線用溝に上記導電材料としてのCuを埋め込む例を挙げることができる。
さらに、上記層間絶縁膜に上記配線用溝を形成する際、上記第1接続孔といずれか一方の第2接続孔を接続するための配線用溝を形成する例を挙げることができる。
After the step (E), at least a nitride film and an interlayer insulating film are sequentially formed on the gate electrode, the source region, and the drain region, and a first connection hole is formed in the insulating film on the gate electrode. A wiring groove is formed in the interlayer insulating film including the second connection hole in the insulating film on the source region and the drain region, and the formation region of the first connection hole and the second connection hole. A step of embedding a conductive material in the connection hole, the second connection hole, and the wiring groove may be included.
Furthermore, the example which embeds Cu as said electrically-conductive material in the said 1st connection hole, the said 2nd connection hole, and the said groove | channel for wiring by the damascene method can be given.
Furthermore, when the wiring groove is formed in the interlayer insulating film, an example of forming a wiring groove for connecting the first connection hole and one of the second connection holes can be given.

本発明の半導体装置ではゲート電極は素子分離膜で囲まれた領域の半導体基板の表面に形成された溝内にゲート絶縁膜を介して形成されており、本発明の半導体装置の製造方法ではゲート電極形成予定領域の溝内にゲート絶縁膜を介してゲート電極材料を埋め込んでゲート電極を形成するようにしたので、半導体基板表面又はゲート電極周囲の絶縁膜とゲート電極上面の高さを同じにすることができ、ゲート電極よりも上層の絶縁膜に関してゲート電極に起因する段差をなくすことができる。これにより、ゲート電極よりも上層の絶縁膜についてCMP等の平坦化処理を施す必要はないので、製造工程数を少なくすることができ、さらにゲート電極形成後のプロセスマージンを大きくすることができる。
さらに、本発明の半導体装置ではゲート電極用の溝と素子分離膜用の溝の深さが等しく、本発明の製造方法ではゲート電極用の溝と素子分離膜用の溝を同時に形成するので、ゲート電極用の溝と素子分離膜用の溝を別々に形成する場合に比べて製造工程数を少なくすることができる。
さらにゲート電極が埋め込まれていることにより、従来技術ではゲート電極とコンタクトの間隔を十分確保する必要があったが、本発明ではそれが不要になるので、デザインルールを縮小することができる。
さらに、本発明の製造方法ではソース領域及びドレイン領域の形成をゲート電極形成よりも前工程で行なうことができ、ソース領域及びドレイン領域の形成時に横方向の拡散を制限する必要がないので、十分な活性化が可能である。
In the semiconductor device of the present invention, the gate electrode is formed in the groove formed on the surface of the semiconductor substrate in the region surrounded by the element isolation film via the gate insulating film. Since the gate electrode is formed by embedding the gate electrode material in the trench of the electrode formation planned region via the gate insulating film, the height of the upper surface of the gate electrode and the insulating film around the surface of the semiconductor substrate or the gate electrode is the same. Accordingly, a step due to the gate electrode can be eliminated with respect to the insulating film above the gate electrode. Accordingly, since it is not necessary to perform a planarization process such as CMP on the insulating film above the gate electrode, the number of manufacturing steps can be reduced, and the process margin after forming the gate electrode can be increased.
Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, the depth of the groove for the gate electrode and the groove for the element isolation film are equal, and in the manufacturing method of the present invention, the groove for the gate electrode and the groove for the element isolation film are formed simultaneously. The number of manufacturing steps can be reduced as compared with the case where the groove for the gate electrode and the groove for the element isolation film are formed separately.
Further, since the gate electrode is embedded, the prior art required a sufficient space between the gate electrode and the contact. However, in the present invention, this is not necessary, and the design rule can be reduced.
Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, the source region and the drain region can be formed in a step before the gate electrode formation, and it is not necessary to limit the lateral diffusion when forming the source region and the drain region. Activation is possible.

本発明の半導体装置においてゲート電極の材料はCuであり、本発明の製造方法において工程(E)はゲート電極材料としてCuを用い、ダマシン法によりゲート電極を形成するようにすれば、ポリシリコン等の半導体材料からなるゲート電極に比べてより低抵抗でゲート遅延のないゲート電極をもつトランジスタの形成が実現可能となる。   In the semiconductor device of the present invention, the material of the gate electrode is Cu, and in the manufacturing method of the present invention, if step (E) uses Cu as the gate electrode material and the gate electrode is formed by the damascene method, polysilicon, etc. Thus, it is possible to form a transistor having a gate electrode having a lower resistance and no gate delay than a gate electrode made of the above semiconductor material.

本発明の半導体装置においてソース領域及びドレイン領域はゲート電極よりも浅く形成されているようにし、本発明の製造方法において工程(B)はソース領域及びドレイン領域をゲート電極形成予定領域の溝よりも浅く形成するようにすれば、基板上にゲート電極を形成する従来技術に比べて同一面積で設計した場合でもパンチスルーに対してマージンを大きくとることができる。さらに、深さ方向にもチャネルを形成できるので、従来技術に比べて同一面積でも長いゲート長を得ることができる。これにより、例えば平面的なゲート長をパターン加工精度の最小値まで小さくすることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the source region and the drain region are formed to be shallower than the gate electrode, and in the manufacturing method of the present invention, the step (B) includes the step of forming the source region and the drain region in the region where the gate electrode is to be formed. If it is formed shallowly, a margin for punch-through can be increased even when designed with the same area as compared with the conventional technique in which a gate electrode is formed on a substrate. Furthermore, since a channel can be formed also in the depth direction, a long gate length can be obtained even in the same area as compared with the prior art. Thereby, for example, the planar gate length can be reduced to the minimum value of pattern processing accuracy.

本発明の半導体装置においてソース領域及びドレイン領域は表面部にシリサイド層を備えているようにし、本発明の製造方法において工程(B)はソース領域及びドレイン領域の表面部にシリサイド層を形成する工程を含むようにすれば、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the source region and the drain region are provided with a silicide layer on the surface portion, and in the manufacturing method of the present invention, the step (B) is a step of forming a silicide layer on the surface portion of the source region and the drain region. In this case, the resistance of the source region and the drain region can be reduced.

本発明の半導体装置においてソース領域及びドレイン領域は低濃度拡散層と高濃度拡散層からなる二重拡散構造を備えているようにし、本発明の製造方法において工程(B)はソース領域及びドレイン領域としての低濃度拡散層と高濃度拡散層を形成する工程を含むようにすれば、ソース領域及びドレイン領域の耐圧を向上させることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the source region and the drain region have a double diffusion structure composed of a low-concentration diffusion layer and a high-concentration diffusion layer. In the manufacturing method of the present invention, the step (B) is a source region and a drain region. If the step of forming the low concentration diffusion layer and the high concentration diffusion layer is included, the breakdown voltage of the source region and the drain region can be improved.

本発明の半導体装置においてソース領域上、ドレイン領域上及びゲート電極上に少なくとも窒化膜と層間絶縁膜が形成されており、ゲート電極上の絶縁膜に第1接続孔、ソース領域上及びドレイン領域上の絶縁膜に第2接続孔がそれぞれ形成され、第1接続孔及び第2接続孔の形成領域を含む層間絶縁膜に配線用溝が形成され、第1接続孔、第2接続孔及び配線用溝に導電材料が埋め込まれているようにし、本発明の製造方法において工程(E)の後、ゲート電極上、ソース領域上及びドレイン領域上に少なくとも窒化膜と層間絶縁膜を順次形成し、ゲート電極上の絶縁膜に第1接続孔、ソース領域上及びドレイン領域上の絶縁膜に第2接続孔、並びに第1接続孔及び第2接続孔の形成領域を含む層間絶縁膜に配線用溝を形成し、第1接続孔、第2接続孔及び配線用溝に導電材料を埋め込む工程を含むようにすれば、層間絶縁膜に接続孔を形成して層間絶縁膜上に配線パターンを形成する従来技術(例えば、特許文献2参照。)に比べて、1層多く配線層を確保することができる。さらに、本発明の半導体装置及び本発明の製造方法により製造される半導体装置ではゲート電極及び素子分離膜は半導体基板に埋め込まれているので、ゲート電極、素子分離膜、ソース領域及びドレイン領域の形成領域を含む半導体基板表面の段差をなくす、又は小さくすることができるので、上記窒化膜についてカバレッジを低下させることなく形成することができる。   In the semiconductor device of the present invention, at least a nitride film and an interlayer insulating film are formed on the source region, the drain region, and the gate electrode, and the first connection hole, the source region, and the drain region are formed in the insulating film on the gate electrode. A second connection hole is formed in each of the insulating films, and a wiring groove is formed in the interlayer insulating film including a region where the first connection hole and the second connection hole are formed. The first connection hole, the second connection hole, and the wiring In the manufacturing method of the present invention, after the step (E) in the manufacturing method of the present invention, at least a nitride film and an interlayer insulating film are sequentially formed on the gate electrode, the source region, and the drain region so that the gate is formed. A first connection hole in the insulating film on the electrode, a second connection hole in the insulating film on the source region and the drain region, and a wiring groove in the interlayer insulating film including the formation region of the first connection hole and the second connection hole Forming the first connection hole By including a step of embedding a conductive material in the second connection hole and the wiring groove, a conventional technique of forming a connection hole in the interlayer insulating film and forming a wiring pattern on the interlayer insulating film (see, for example, Patent Document 2) .)), One more wiring layer can be secured. Further, in the semiconductor device of the present invention and the semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention, since the gate electrode and the element isolation film are embedded in the semiconductor substrate, the formation of the gate electrode, the element isolation film, the source region and the drain region is formed. Since the step on the surface of the semiconductor substrate including the region can be eliminated or reduced, the nitride film can be formed without lowering the coverage.

さらに、本発明の半導体装置において第1接続孔、第2接続孔及び配線用溝に埋め込まれた導電材料はCuであり、本発明の製造方法においてダマシン法により第1接続孔、第2接続孔及び配線用溝に導電材料としてのCuを埋め込むようにすれば、接続孔にタングステンを埋め込む従来技術に比べて低抵抗化を図ることができる。   Further, in the semiconductor device of the present invention, the conductive material embedded in the first connection hole, the second connection hole and the wiring groove is Cu, and the first connection hole and the second connection hole are formed by the damascene method in the manufacturing method of the present invention. If Cu as a conductive material is embedded in the wiring groove, the resistance can be reduced as compared with the conventional technique in which tungsten is embedded in the connection hole.

さらに、本発明の半導体装置において配線用溝を介して第1接続孔といずれか一方の第2接続孔が接続されているようにし、本発明の製造方法において層間絶縁膜に配線用溝を形成する際、第1接続孔といずれか一方の第2接続孔を接続するための配線用溝を形成するようにすれば、従来技術のようには層間絶縁膜に形成された接続孔及び層間絶縁膜上に形成された配線パターンを用いることなく、ゲート電極とソース領域又はドレイン領域を短絡することができる。   Further, in the semiconductor device of the present invention, the first connection hole and any one of the second connection holes are connected via the wiring groove, and the wiring groove is formed in the interlayer insulating film in the manufacturing method of the present invention. When forming a wiring groove for connecting the first connection hole and any one of the second connection holes, the connection hole and the interlayer insulation formed in the interlayer insulating film as in the prior art. The gate electrode and the source or drain region can be short-circuited without using a wiring pattern formed on the film.

図1は半導体装置の一実施例を示す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図である。(A)では一部の絶縁膜の図示は省略している。
P型のシリコン基板(半導体基板)1の表面にSTI用の溝が形成され、その溝に絶縁材料、例えば酸化膜が埋め込まれてSTI3が形成されている。STI3で囲まれた領域のシリコン基板1の表面にSTI3用の溝と同じ深さで形成されたゲート電極用の溝が形成されており、その溝内にゲート絶縁膜5を介して導電材料、例えばCuが埋め込まれてゲート電極7が形成されている。ゲート絶縁膜5は例えば膜厚が10〜100Å(オングストローム)程度の酸化膜により構成されている。ゲート絶縁膜5、ゲート電極7間にはバリアメタル層(図示は省略)が形成されている。
1A and 1B are diagrams illustrating an embodiment of a semiconductor device, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In (A), some insulating films are not shown.
An STI trench is formed on the surface of a P-type silicon substrate (semiconductor substrate) 1, and an insulating material such as an oxide film is buried in the trench to form STI3. A trench for a gate electrode formed at the same depth as the trench for STI 3 is formed on the surface of the silicon substrate 1 in a region surrounded by STI 3, and a conductive material, For example, Cu is embedded to form the gate electrode 7. The gate insulating film 5 is made of, for example, an oxide film having a thickness of about 10 to 100 Å (angstrom). A barrier metal layer (not shown) is formed between the gate insulating film 5 and the gate electrode 7.

ゲート電極7の両側のシリコン基板1にソース領域及びドレイン領域が形成されている。ソース領域及びドレイン領域は、N型不純物が導入されて形成されたN型低濃度拡散層9と、N型低濃度拡散層9よりも高濃度にかつ浅く形成されたN型高濃度拡散層11からなる二重拡散構造を備えている。N型低濃度拡散層9はゲート電極7よりも浅く形成され、すなわちソース領域及びドレイン領域はゲート電極7よりも浅く形成されている。さらに、N型高濃度拡散層11の表面部にシリサイド層13を備えている。シリサイド層13の膜厚は例えば100〜300Åである。   A source region and a drain region are formed in the silicon substrate 1 on both sides of the gate electrode 7. The source region and the drain region include an N-type low concentration diffusion layer 9 formed by introducing an N-type impurity, and an N-type high concentration diffusion layer 11 formed at a higher concentration and shallower than the N-type low concentration diffusion layer 9. It has a double diffusion structure consisting of The N-type low concentration diffusion layer 9 is formed shallower than the gate electrode 7, that is, the source region and the drain region are formed shallower than the gate electrode 7. Further, a silicide layer 13 is provided on the surface of the N-type high concentration diffusion layer 11. The thickness of the silicide layer 13 is, for example, 100 to 300 mm.

ゲート電極7及びゲート絶縁膜5の形成領域を除いて、STI3上及びシリサイド層13上に絶縁膜15((A)での図示は省略)が形成されている。ゲート電極7、ゲート絶縁膜5及び絶縁膜15の上面の高さは同じであり、平坦に形成されている。絶縁膜15としては、酸化膜や窒化膜の単層膜、酸化膜と窒化膜の積層膜などを用いることができる。ここでは絶縁膜15として窒化膜を用いた。
ゲート電極7上、ゲート絶縁膜5上及び絶縁膜15上に窒化膜17((A)での図示は省略)が形成されている。窒化膜17はゲート電極7の材料であるCuの拡散を防止するためのCAP絶縁膜として機能する。窒化膜17の膜厚は例えば50〜200Åである。
Except for the formation region of the gate electrode 7 and the gate insulating film 5, an insulating film 15 (not shown in (A)) is formed on the STI 3 and the silicide layer 13. The top surfaces of the gate electrode 7, the gate insulating film 5, and the insulating film 15 are the same and are formed flat. As the insulating film 15, a single layer film of an oxide film or a nitride film, a laminated film of an oxide film and a nitride film, or the like can be used. Here, a nitride film is used as the insulating film 15.
A nitride film 17 (not shown in (A)) is formed on the gate electrode 7, the gate insulating film 5, and the insulating film 15. The nitride film 17 functions as a CAP insulating film for preventing diffusion of Cu which is a material of the gate electrode 7. The thickness of the nitride film 17 is, for example, 50 to 200 mm.

窒化膜17上に例えば酸化膜からなる層間絶縁膜19((A)での図示は省略)が形成されている。ソース領域、ドレイン領域間とは異なる領域でゲート電極7上の窒化膜17及び層間絶縁膜19にコンタクトホール21が形成されている。ソース領域上とドレイン領域上の絶縁膜15、窒化膜17及び層間絶縁膜19にコンタクトホール23がそれぞれ形成されている。コンタクトホール21,23に導電材料、例えばタングステン25が埋め込まれている。
図示は省略しているが、層間絶縁膜19よりも上層には配線パターン、上層側の他の層間絶縁膜、最終保護膜等が形成されている。
An interlayer insulating film 19 (not shown in (A)) made of, for example, an oxide film is formed on the nitride film 17. A contact hole 21 is formed in the nitride film 17 and the interlayer insulating film 19 on the gate electrode 7 in a region different from between the source region and the drain region. Contact holes 23 are formed in the insulating film 15, the nitride film 17, and the interlayer insulating film 19 on the source region and the drain region, respectively. A conductive material, for example, tungsten 25 is embedded in the contact holes 21 and 23.
Although not shown, a wiring pattern, another interlayer insulating film on the upper layer side, a final protective film, and the like are formed above the interlayer insulating film 19.

図2は製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。図1及び図2を参照してこの実施例を説明する。
(1)シリコン基板1の素子分離膜形成予定領域及びゲート電極形成予定領域に溝を例えば3000〜8000Åの深さに形成し、その溝に絶縁材料、例えば酸化膜を埋め込んでSTI3を形成する。イオン注入法により、ゲート電極形成予定領域の両側のシリコン基板1にN型不純物、例えばリン又はヒ素を最終的にSTI3の深さよりも浅く拡散される程度、ここではリンを90KeV、1×1012〜1×1013cm-2程度の条件で注入し、N型低濃度拡散層9を形成する(図2(a)参照)。ただし、イオン注入条件はこれに限定されるものではなく、例えばN型低濃度拡散層9が最終的にSTI3よりも深く形成される程度のイオン注入条件で行なってもよい。
FIG. 2 is a process cross-sectional view for explaining an embodiment of the manufacturing method. This embodiment will be described with reference to FIGS.
(1) Grooves are formed to a depth of, for example, 3000 to 8000 mm in the element isolation film formation planned region and the gate electrode formation planned region of the silicon substrate 1, and an STI 3 is formed by embedding an insulating material, for example, an oxide film in the trench. By ion implantation, an N-type impurity such as phosphorus or arsenic is finally diffused shallower than the depth of STI 3 in the silicon substrate 1 on both sides of the region where the gate electrode is to be formed. Here, phosphorus is 90 KeV, 1 × 10 12. Implantation is performed under conditions of about ˜1 × 10 13 cm −2 to form the N-type low concentration diffusion layer 9 (see FIG. 2A). However, the ion implantation conditions are not limited to this. For example, the ion implantation conditions may be such that the N-type low concentration diffusion layer 9 is finally formed deeper than the STI 3.

(2)イオン注入法により、N型低濃度拡散層9の形成領域にN型不純物、例えばリン又はヒ素をN型低濃度拡散層9よりも濃度を濃くかつ深さを浅く注入するように調整した条件、ここではヒ素を15KeV、1×1015cm-2程度の条件で注入し、N型高濃度拡散層11をN型低濃度拡散層9よりも浅く形成する。サリサイド法により、N型高濃度拡散層11の表面部にシリサイド層13を100〜300Åの膜厚に形成する。ここではシリサイド層13としてコバルトシリサイドを形成した。ただし、シリサイド化のための金属材料として他の金属材料、例えばチタンやタングステンなどを用いてもよい。STI3上及びシリサイド層13上を含むシリコン基板1上全面に例えばCVD法により窒化膜からなる絶縁膜15を200〜300Å程度の膜厚に形成する(図2(b)参照)。 (2) By ion implantation, an N-type impurity, for example, phosphorus or arsenic is implanted into the formation region of the N-type low-concentration diffusion layer 9 so that the concentration is higher than that of the N-type low-concentration diffusion layer 9 and the depth is shallower. The N-type high concentration diffusion layer 11 is formed shallower than the N-type low concentration diffusion layer 9 by implanting arsenic under the above conditions, here, about 15 KeV and 1 × 10 15 cm −2 . A silicide layer 13 is formed to a thickness of 100 to 300 mm on the surface portion of the N-type high concentration diffusion layer 11 by the salicide method. Here, cobalt silicide was formed as the silicide layer 13. However, other metal materials such as titanium or tungsten may be used as the metal material for silicidation. An insulating film 15 made of a nitride film is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 including the STI 3 and the silicide layer 13 by a CVD method to a thickness of about 200 to 300 mm (see FIG. 2B).

(3)写真製版技術により絶縁膜15上にゲート電極形成予定領域に対応して開口部をもつレジストパターン27を形成し、エッチング技術によりレジストパターン27をマスクにしてゲート電極形成予定領域の絶縁膜15、STI3及びシリサイド層13を選択的に除去してゲート電極用の溝を形成する(図2(c)参照)。
(4)熱酸化法又はCVD法により、ゲート電極用の溝の内壁に酸化膜からなるゲート絶縁膜5を10〜100Å程度の膜厚に形成する(図2(d)参照)。
(3) A resist pattern 27 having an opening corresponding to the gate electrode formation scheduled region is formed on the insulating film 15 by photolithography and an insulating film in the gate electrode formation planned region using the resist pattern 27 as a mask by an etching technique. 15, the STI 3 and the silicide layer 13 are selectively removed to form a trench for the gate electrode (see FIG. 2C).
(4) A gate insulating film 5 made of an oxide film is formed on the inner wall of the gate electrode trench by a thermal oxidation method or a CVD method to a thickness of about 10 to 100 mm (see FIG. 2D).

(5)いわゆるダマシン法により、ゲート電極用の溝内にゲート絶縁膜5を介してCuを埋め込んでゲート電極7を形成する(図2(e)参照)。ここでゲート絶縁膜5、ゲート電極7間に形成するバリア膜を形成する工程の説明は省略している。この実施例ではゲート電極7用の導電材料としてCuを溝内に埋め込んでいるが、他の材料、例えばタングステンを用いてもよい。
(6)ゲート電極7の材料であるCuの拡散防止のために、例えばCVD法によりゲート電極7上、ゲート絶縁膜5上及び絶縁膜15上を含むシリコン基板1上全面に窒化膜17を50〜200Å程度の膜厚に形成する(図2(f)参照)。
(5) Cu is embedded in the trench for the gate electrode through the gate insulating film 5 by a so-called damascene method to form the gate electrode 7 (see FIG. 2E). Here, the description of the step of forming a barrier film formed between the gate insulating film 5 and the gate electrode 7 is omitted. In this embodiment, Cu is embedded in the trench as the conductive material for the gate electrode 7, but other materials such as tungsten may be used.
(6) In order to prevent diffusion of Cu which is a material of the gate electrode 7, a nitride film 17 is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 including the gate electrode 7, the gate insulating film 5 and the insulating film 15 by CVD, for example. The film thickness is about 200 mm (see FIG. 2 (f)).

(7)例えばCVD法により、窒化膜17上に酸化膜からなる層間絶縁膜19を形成する。ここで、上記工程(5)でゲート電極形成予定領域の溝内にゲート絶縁膜7を介してCuを埋め込んでゲート電極7を形成しているので、層間絶縁膜19に関してゲート電極7に起因する段差はないので、CMP等の平坦化処理を施す必要はなく、製造工程数を少なくすることができ、さらにゲート電極形成後のプロセスマージンを大きくすることができる。
写真製版技術及びエッチング技術により、ゲート電極7上の窒化膜17及び層間絶縁膜19にコンタクトホール21を形成し、ソース領域上とドレイン領域上の絶縁膜15、窒化膜17及び層間絶縁膜19にコンタクトホール23をそれぞれ形成する。ここで、従来技術ではゲート電極とコンタクトの間隔を十分確保する必要があったが、この実施例ではゲート電極7が埋め込まれていることにより、それが不要になるので、デザインルールを縮小することができる。
コンタクトホール21,23形成後、コンタクトホール21,23に導電材料、例えばタングステン25を埋め込む(図1参照)。
(7) An interlayer insulating film 19 made of an oxide film is formed on the nitride film 17 by, eg, CVD. Here, since the gate electrode 7 is formed by embedding Cu in the trench in the region where the gate electrode is to be formed through the gate insulating film 7 in the step (5), the interlayer insulating film 19 is caused by the gate electrode 7. Since there is no step, it is not necessary to perform a planarization process such as CMP, the number of manufacturing steps can be reduced, and the process margin after forming the gate electrode can be increased.
Contact holes 21 are formed in the nitride film 17 and the interlayer insulating film 19 on the gate electrode 7 by photolithography and etching techniques, and the insulating film 15, the nitride film 17 and the interlayer insulating film 19 on the source region and the drain region are formed. Contact holes 23 are respectively formed. Here, in the prior art, it was necessary to ensure a sufficient space between the gate electrode and the contact. However, in this embodiment, since the gate electrode 7 is embedded, it becomes unnecessary, so the design rule can be reduced. Can do.
After the contact holes 21 and 23 are formed, a conductive material such as tungsten 25 is embedded in the contact holes 21 and 23 (see FIG. 1).

上記の実施例では、ゲート電極7用の溝とSTI3用の溝を同時に形成しているので、ゲート電極7用の溝とSTI3用の溝を別々に形成する場合に比べて製造工程数を少なくすることができる。
さらに、上記の実施例では、工程(1)及び(2)で、ソース領域及びドレイン領域の形成をゲート電極7の形成よりも前工程で行なっているので、ソース領域及びドレイン領域の形成時に横方向の拡散を制限する必要がなく、十分な活性化が可能である。
In the above embodiment, the groove for the gate electrode 7 and the groove for STI 3 are formed at the same time, so the number of manufacturing steps is smaller than when the groove for gate electrode 7 and the groove for STI 3 are formed separately. can do.
Further, in the above embodiment, in the steps (1) and (2), the source region and the drain region are formed in a step prior to the formation of the gate electrode 7, so that the lateral region is formed when the source region and the drain region are formed. There is no need to limit the diffusion in the direction, and sufficient activation is possible.

さらに、ゲート電極7の材料としてCuを用いているので、ポリシリコン等の半導体材料からなるゲート電極に比べてより低抵抗でゲート遅延のないゲート電極7をもつトランジスタの形成を実現している。
さらに、ソース領域及びドレイン領域は表面部にシリサイド層13を備えているので、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができる。
さらに、ソース領域及びドレイン領域はN型低濃度拡散層9とN型高濃度拡散層11からなる二重拡散構造を備えているので、ソース領域及びドレイン領域の耐圧を向上させることができる。
Furthermore, since Cu is used as the material of the gate electrode 7, a transistor having the gate electrode 7 having a lower resistance and no gate delay than the gate electrode made of a semiconductor material such as polysilicon is realized.
Furthermore, since the source region and the drain region have the silicide layer 13 on the surface portion, the resistance of the source region and the drain region can be reduced.
Furthermore, since the source region and the drain region have a double diffusion structure including the N-type low concentration diffusion layer 9 and the N-type high concentration diffusion layer 11, the breakdown voltage of the source region and the drain region can be improved.

さらに、ソース領域及びドレイン領域をゲート電極7よりも浅く形成しているので、基板上にゲート電極を形成する従来技術に比べて同一面積で設計した場合でもパンチスルーに対してマージンを大きくとることができる。さらに、深さ方向にもチャネルを形成できるので、従来技術に比べて同一面積でも長いゲート長を得ることができ、例えば平面的なゲート長をパターン加工精度の最小値まで小さくすることができる。   Further, since the source region and the drain region are formed shallower than the gate electrode 7, a margin for punch-through is increased even when the same area is designed as compared with the conventional technique in which the gate electrode is formed on the substrate. Can do. Further, since the channel can be formed in the depth direction, a longer gate length can be obtained even in the same area as in the conventional technique. For example, the planar gate length can be reduced to the minimum value of pattern processing accuracy.

また、上記の実施例ではゲート電極7用のコンタクトホール21をソース領域、ドレイン領域間とは異なる領域に設けているが、コンタクトホール21をソース領域、ドレイン領域間のゲート電極7上に設けてもよい。その場合にはチップ上でトランジスタが占める面積をさらに小さくすることができる。   In the above embodiment, the contact hole 21 for the gate electrode 7 is provided in a region different from that between the source region and the drain region. However, the contact hole 21 is provided on the gate electrode 7 between the source region and the drain region. Also good. In that case, the area occupied by the transistor on the chip can be further reduced.

図3は半導体装置の他の実施例を示す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B位置での断面図である。(A)では一部の絶縁膜及びCu配線の図示は省略している。図1と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。   3A and 3B are diagrams showing another embodiment of the semiconductor device, in which FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. In (A), a part of the insulating film and Cu wiring are not shown. Parts having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

シリコン基板1の表面にSTI3が形成されている。STI3に囲まれた領域のシリコン基板1の表面にゲート電極用の溝が形成され、その溝内にゲート絶縁膜5を介してゲート電極7が形成されている。ゲート電極7の両側のシリコン基板1に、N型低濃度拡散層9とN型高濃度拡散層11からなる二重拡散構造をもち、かつN型高濃度拡散層11の表面部にシリサイド層13をもつソース領域及びドレイン領域が形成されている。
STI3上及びシリサイド層13上に絶縁膜15が形成されている。ゲート電極7上、ゲート絶縁膜5上及び絶縁膜15上に窒化膜17及び層間絶縁膜19が形成されている。
An STI 3 is formed on the surface of the silicon substrate 1. A groove for a gate electrode is formed on the surface of the silicon substrate 1 in a region surrounded by the STI 3, and a gate electrode 7 is formed in the groove via a gate insulating film 5. The silicon substrate 1 on both sides of the gate electrode 7 has a double diffusion structure including an N-type low concentration diffusion layer 9 and an N-type high concentration diffusion layer 11, and a silicide layer 13 is formed on the surface of the N-type high concentration diffusion layer 11. A source region and a drain region are formed.
An insulating film 15 is formed on the STI 3 and the silicide layer 13. A nitride film 17 and an interlayer insulating film 19 are formed on the gate electrode 7, the gate insulating film 5, and the insulating film 15.

ゲート電極7上の窒化膜17にコンタクトホール(第1接続孔)31が形成され、ソース領域及びドレイン領域のシリサイド層13上の絶縁膜15及び窒化膜17にコンタクトホール(第2接続孔)33が形成されている。層間絶縁膜19のコンタクトホール31,33形成領域を含む領域に配線用溝35が形成されている。ゲート電極7上のコンタクトホール31上の配線用溝35と、ソース領域及びドレイン領域のいずれか一方、例えばソース領域上のコンタクトホール33上の配線用溝35は連続して形成されている。コンタクトホール31,33内及び配線用溝35内に導電材料、例えばCuが埋め込まれてCu配線37が形成されている。ゲート電極7とソース領域のシリサイド層13はCu配線37を介して電気的に接続されている。
図示は省略しているが、層間絶縁膜19及び配線パターン37よりも上層には上層側の他の配線パターン、上層側の他の層間絶縁膜、最終保護膜等が形成されている。
A contact hole (first connection hole) 31 is formed in the nitride film 17 on the gate electrode 7, and a contact hole (second connection hole) 33 is formed in the insulating film 15 and the nitride film 17 on the silicide layer 13 in the source and drain regions. Is formed. A wiring trench 35 is formed in a region including the contact hole 31 and 33 formation region of the interlayer insulating film 19. The wiring groove 35 on the contact hole 31 on the gate electrode 7 and the wiring groove 35 on one of the source region and the drain region, for example, the contact hole 33 on the source region, are continuously formed. A conductive material such as Cu is embedded in the contact holes 31 and 33 and the wiring groove 35 to form a Cu wiring 37. The gate electrode 7 and the silicide layer 13 in the source region are electrically connected via a Cu wiring 37.
Although not shown in the drawing, in the upper layer than the interlayer insulating film 19 and the wiring pattern 37, another wiring pattern on the upper layer side, another interlayer insulating film on the upper layer side, a final protective film, and the like are formed.

図4は製造方法の他の実施例を説明するための工程断面図である。図3及び図4を参照してこの実施例を説明する。
(1)図2を参照して説明した上記工程(1)から(6)と同じ工程により、シリコン基板1にSTI3、ゲート絶縁膜5、ゲート電極7、N型低濃度拡散層9、N型高濃度拡散層11、シリサイド層13、絶縁膜15及び窒化膜17を形成する(図4(a)参照)。
FIG. 4 is a process sectional view for explaining another embodiment of the manufacturing method. This embodiment will be described with reference to FIGS.
(1) The STI 3, the gate insulating film 5, the gate electrode 7, the N-type low-concentration diffusion layer 9, the N-type are formed on the silicon substrate 1 by the same steps as the above-described steps (1) to (6) described with reference to FIG. A high concentration diffusion layer 11, a silicide layer 13, an insulating film 15 and a nitride film 17 are formed (see FIG. 4A).

(2)例えばCVD法により、窒化膜17上に酸化膜からなる層間絶縁膜19を形成する。ここでも、図2を参照して説明した上記工程(6)と同様に、層間絶縁膜19に関してゲート電極7に起因する段差はないので、CMP等の平坦化処理を施す必要はなく、製造工程数を少なくすることができ、さらにゲート電極形成後のプロセスマージンを大きくすることができる(図4(b)参照)。 (2) An interlayer insulating film 19 made of an oxide film is formed on the nitride film 17 by, eg, CVD. Here, similarly to the step (6) described with reference to FIG. 2, there is no step due to the gate electrode 7 with respect to the interlayer insulating film 19, so that it is not necessary to perform a planarization process such as CMP, and the manufacturing process. The number can be reduced, and the process margin after forming the gate electrode can be increased (see FIG. 4B).

(3)写真製版技術及びエッチング技術により、ゲート電極7上の窒化膜17及び層間絶縁膜19にコンタクトホール31を形成し、ソース領域上とドレイン領域上の絶縁膜15、窒化膜17及び層間絶縁膜19にコンタクトホール33をそれぞれ形成する(図4(c)参照)。 (3) Contact holes 31 are formed in the nitride film 17 and interlayer insulating film 19 on the gate electrode 7 by photolithography and etching techniques, and the insulating film 15, nitride film 17 and interlayer insulation on the source region and the drain region are formed. Contact holes 33 are respectively formed in the film 19 (see FIG. 4C).

(4)写真製版技術及びエッチング技術により、コンタクトホール31,33の形成領域を含む層間絶縁膜19の所定の領域に配線用溝35を形成する。ここで、窒化膜17はエッチングストッパ層として機能する。この実施例はゲート電極7上のコンタクトホール31上の配線用溝35とソース領域上のコンタクトホール33上の配線用溝35を連続して形成した(図4(d)参照)。 (4) A trench 35 for wiring is formed in a predetermined region of the interlayer insulating film 19 including the region where the contact holes 31 and 33 are formed by photolithography and etching. Here, the nitride film 17 functions as an etching stopper layer. In this embodiment, a wiring groove 35 on the contact hole 31 on the gate electrode 7 and a wiring groove 35 on the contact hole 33 on the source region are continuously formed (see FIG. 4D).

(5)ダマシン法により、コンタクトホール31,33内及び配線用溝35内にCuを埋め込んでCu配線37を形成する。これにより、ゲート電極7とソース領域のシリサイド層13はCu配線37を介して電気的に接続され、ドレイン領域のシリサイド層13にCu配線37が接続される(図3参照)。 (5) Cu wiring 37 is formed by embedding Cu in the contact holes 31 and 33 and the wiring groove 35 by the damascene method. Thereby, the gate electrode 7 and the silicide layer 13 in the source region are electrically connected via the Cu wiring 37, and the Cu wiring 37 is connected to the silicide layer 13 in the drain region (see FIG. 3).

この実施例では、絶縁膜15と窒化膜17にコンタクトホール31,33を形成し、層間絶縁膜19にCu配線37を形成しているので、特許文献2や図1を参照して説明した実施例に比べて、1層多く配線層を確保することができる。さらに、ゲート電極7及びSTI3はシリコン基板1に埋め込み、シリコン基板1の表面の段差をなくしているので、窒化膜17についてカバレッジを低下させることなく形成することができる。   In this embodiment, the contact holes 31 and 33 are formed in the insulating film 15 and the nitride film 17, and the Cu wiring 37 is formed in the interlayer insulating film 19. Therefore, the embodiment described with reference to Patent Document 2 and FIG. Compared to the example, one more wiring layer can be secured. Furthermore, since the gate electrode 7 and the STI 3 are embedded in the silicon substrate 1 and the level difference on the surface of the silicon substrate 1 is eliminated, the nitride film 17 can be formed without reducing the coverage.

さらに、コンタクトホール31,33にCuを埋め込んでいるので、コンタクトホールにタングステンを埋め込む従来技術に比べて低抵抗化を図ることができる。さらに、コンタクトホール31,33内の導電材料とCu配線37の材料について、同じ材料(Cu)を用いているので接触抵抗をなくすことができる。   Furthermore, since Cu is embedded in the contact holes 31 and 33, the resistance can be reduced as compared with the conventional technique in which tungsten is embedded in the contact holes. Further, since the same material (Cu) is used for the conductive material in the contact holes 31 and 33 and the material of the Cu wiring 37, the contact resistance can be eliminated.

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、上記の実施例では本発明をNチャネル型のトランジスタに適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Pチャネル型のトランジスタにも適用することができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention described in the claims.
For example, in the above embodiment, the present invention is applied to an N-channel transistor, but the present invention is not limited to this, and can be applied to a P-channel transistor.

また、上記の実施例ではソース領域及びドレイン領域を二重拡散構造で形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ソース領域及びドレイン領域を単層の拡散層により形成してもよい。
また、上記の実施例ではソース領域及びドレイン領域の表面部にシリサイド層を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ソース領域及びドレイン領域の表面部に必ずしもシリサイド層を形成しなくてもよい。
In the above embodiment, the source region and the drain region are formed with a double diffusion structure. However, the present invention is not limited to this, and the source region and the drain region are formed with a single diffusion layer. May be.
In the above embodiment, the silicide layers are formed on the surface portions of the source region and the drain region. However, the present invention is not limited to this, and the silicide layers are not necessarily formed on the surface portions of the source region and the drain region. It does not have to be formed.

また、図3及び図4を参照して説明した実施例では、Cu配線37によりゲート電極7とソース領域を短絡するように配線用溝35を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばゲート電極とドレイン領域を短絡するように配線用溝を形成したり、ゲート電極、ソース領域及びドレイン領域を短絡させずにそれらの電位を所望の領域に導いたりするなど、配線用溝を所望の領域に形成することができる。
また、図3及び図4を参照して説明した実施例では、配線材料としてCuを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば配線材料としてタングステンを用いてもよい。
In the embodiment described with reference to FIGS. 3 and 4, the wiring groove 35 is formed so as to short-circuit the gate electrode 7 and the source region by the Cu wiring 37, but the present invention is not limited to this. For example, a wiring groove is formed so as to short-circuit the gate electrode and the drain region, or the potential is guided to a desired region without short-circuiting the gate electrode, the source region and the drain region. A wiring groove can be formed in a desired region.
In the embodiment described with reference to FIGS. 3 and 4, Cu is used as the wiring material. However, the present invention is not limited to this, and for example, tungsten may be used as the wiring material.

また、図4を参照して説明した製造方法の実施例では、コンタクトホール31,33の形成(工程(3))の後、配線用溝Cu配線37によりゲート電極7とソース領域を短絡するように配線用溝35を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばゲート電極とドレイン領域を短絡するように配線用溝を形成したり、ゲート電極、ソース領域及びドレイン領域を短絡させずにそれらの電位を所望の領域に導いたりするなど、配線用溝を所望の領域に形成することができる。   In the embodiment of the manufacturing method described with reference to FIG. 4, the gate electrode 7 and the source region are short-circuited by the wiring groove Cu wiring 37 after the formation of the contact holes 31 and 33 (step (3)). However, the present invention is not limited to this. For example, the wiring groove 35 may be formed so as to short-circuit the gate electrode and the drain region, or the gate electrode, the source region, and the drain. A wiring groove can be formed in a desired region, for example, by leading those potentials to a desired region without short-circuiting the region.

半導体装置の一実施例を示す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面図である。1A and 1B are diagrams illustrating an example of a semiconductor device, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating one Example of a manufacturing method. 半導体装置の他の実施例を示す図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B位置での断面図である。It is a figure which shows the other Example of a semiconductor device, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the BB position of (A). 製造方法の他の実施例を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the other Example of the manufacturing method. 従来の半導体装置及びその製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the conventional semiconductor device and its manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
3 STI
5 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
9 N型低濃度拡散層
11 N型高濃度拡散層
13 シリサイド層
15 絶縁膜
17 窒化膜
19 層間絶縁膜
21,23 コンタクトホール
25 タングステン
27 レジストパターン
31,33 コンタクトホール
35 配線用溝
37 Cu配線
1 Silicon substrate 3 STI
5 Gate insulating film 7 Gate electrode 9 N-type low concentration diffusion layer 11 N-type high concentration diffusion layer 13 Silicide layer 15 Insulating film 17 Nitride film 19 Interlayer insulating films 21 and 23 Contact hole 25 Tungsten 27 Resist pattern 31 and 33 Contact hole 35 Wiring groove 37 Cu wiring

Claims (16)

半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された溝内に埋め込まれて形成された素子分離膜と、前記素子分離膜で囲まれた領域の前記半導体基板の表面に形成された溝内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板に形成されたソース領域及びドレイン領域を備え、前記ゲート電極用の溝と前記素子分離膜用の溝の深さが等しい半導体装置。   A semiconductor substrate, an element isolation film embedded in a groove formed on the surface of the semiconductor substrate, and a gate in the groove formed on the surface of the semiconductor substrate in a region surrounded by the element isolation film A gate electrode formed through an insulating film; and a source region and a drain region formed in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode; and the depth of the groove for the gate electrode and the groove for the element isolation film Semiconductor devices with equal 前記ゲート電極の材料はCuである請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a material of the gate electrode is Cu. 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は前記ゲート電極よりも浅く形成されている請求項1又は2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the source region and the drain region are formed shallower than the gate electrode. 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は表面部にシリサイド層を備えている請求項1、2又は3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the source region and the drain region have a silicide layer on a surface portion. 前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、低濃度拡散層と前記低濃度拡散層よりも浅く形成された高濃度拡散層からなる二重拡散構造を備えている請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。   The said source region and the said drain region are equipped with the double diffused structure which consists of a high concentration diffusion layer formed shallower than the low concentration diffusion layer and the said low concentration diffusion layer. Semiconductor device. 前記ソース領域上、前記ドレイン領域上及び前記ゲート電極上に少なくとも窒化膜と層間絶縁膜が形成されており、前記ゲート電極上の絶縁膜に第1接続孔、前記ソース領域上及び前記ドレイン領域上の絶縁膜に第2接続孔がそれぞれ形成され、前記第1接続孔及び前記第2接続孔の形成領域を含む前記層間絶縁膜に配線用溝が形成され、前記第1接続孔、前記第2接続孔及び前記配線用溝に導電材料が埋め込まれている請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置。   At least a nitride film and an interlayer insulating film are formed on the source region, the drain region, and the gate electrode, and a first connection hole, a source region, and a drain region are formed in the insulating film on the gate electrode. A second connection hole is formed in each of the insulating films, and a wiring trench is formed in the interlayer insulating film including a region where the first connection hole and the second connection hole are formed, and the first connection hole and the second connection hole are formed. 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a conductive material is embedded in the connection hole and the wiring groove. 前記第1接続孔、前記第2接続孔及び前記配線用溝に埋め込まれた導電材料はCuである請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the conductive material embedded in the first connection hole, the second connection hole, and the wiring groove is Cu. 前記配線用溝を介して前記第1接続孔といずれか一方の前記第2接続孔が接続されている請求項6又は7に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6 or 7, wherein the first connection hole and one of the second connection holes are connected via the wiring groove. 以下の工程(A)から(E)を含む半導体装置の製造方法。
(A)半導体基板の素子分離膜形成予定領域及びゲート電極形成予定領域に溝を形成し、その溝に絶縁材料を埋め込んで素子分離膜を形成する工程、
(B)前記ゲート電極形成予定領域の両側の前記半導体基板にソース領域及びドレイン領域を形成する工程、
(C)前記ゲート電極形成予定領域の前記素子分離膜を選択的に除去する工程、
(D)前記ゲート電極形成予定領域の溝内壁にゲート絶縁膜を形成する工程、
(E)前記ゲート電極形成予定領域の溝内に前記ゲート絶縁膜を介してゲート電極材料を埋め込んでゲート電極を形成する工程。
A manufacturing method of a semiconductor device including the following steps (A) to (E).
(A) forming a trench in the element isolation film formation scheduled region and the gate electrode formation scheduled region of the semiconductor substrate, and embedding an insulating material in the trench to form an element isolation film;
(B) forming a source region and a drain region in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode formation scheduled region;
(C) a step of selectively removing the element isolation film in the gate electrode formation scheduled region;
(D) forming a gate insulating film on the groove inner wall of the gate electrode formation scheduled region;
(E) A step of forming a gate electrode by embedding a gate electrode material in the trench in the region where the gate electrode is to be formed via the gate insulating film.
前記工程(E)は、前記ゲート電極材料としてCuを用い、ダマシン法により前記ゲート電極を形成する請求項9に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 9, wherein the step (E) uses Cu as the gate electrode material and forms the gate electrode by a damascene method. 前記工程(B)は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域を前記ゲート電極形成予定領域の溝よりも浅く形成する請求項9又は10に記載の製造方法。   11. The manufacturing method according to claim 9, wherein in the step (B), the source region and the drain region are formed shallower than a groove in the gate electrode formation scheduled region. 前記工程(B)は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の表面部にシリサイド層を形成する工程を含む請求項9、10又は11に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 9, wherein the step (B) includes a step of forming a silicide layer on a surface portion of the source region and the drain region. 前記工程(B)は、前記ソース領域及び前記ドレイン領域としての、低濃度拡散層と、前記低濃度拡散層よりも浅く高濃度拡散層を形成する工程を含む請求項9から12のいずれかに記載の製造方法。   13. The step (B) includes a step of forming a low concentration diffusion layer as the source region and the drain region and a high concentration diffusion layer shallower than the low concentration diffusion layer. The manufacturing method as described. 前記工程(E)の後、前記ゲート電極上、前記ソース領域上及び前記ドレイン領域上に少なくとも窒化膜と層間絶縁膜を順次形成し、前記ゲート電極上の絶縁膜に第1接続孔、前記ソース領域上及び前記ドレイン領域上の絶縁膜に第2接続孔、並びに前記第1接続孔及び前記第2接続孔の形成領域を含む前記層間絶縁膜に配線用溝を形成し、前記第1接続孔、前記第2接続孔及び前記配線用溝に導電材料を埋め込む工程を含む請求項9から13のいずれかに記載の製造方法。   After the step (E), at least a nitride film and an interlayer insulating film are sequentially formed on the gate electrode, the source region, and the drain region, and a first connection hole and the source are formed in the insulating film on the gate electrode. Forming a second connection hole in the insulating film on the region and the drain region; and forming a wiring groove in the interlayer insulating film including a region where the first connection hole and the second connection hole are formed; The manufacturing method according to claim 9, further comprising a step of embedding a conductive material in the second connection hole and the wiring groove. ダマシン法により前記第1接続孔、前記第2接続孔及び前記配線用溝に前記導電材料としてのCuを埋め込む請求項14に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 14, wherein Cu as the conductive material is embedded in the first connection hole, the second connection hole, and the wiring groove by a damascene method. 前記層間絶縁膜に前記配線用溝を形成する際、前記第1接続孔といずれか一方の第2接続孔を接続するための配線用溝を形成する請求項14又は15に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 14, wherein when forming the wiring groove in the interlayer insulating film, a wiring groove for connecting the first connection hole and one of the second connection holes is formed.
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