JP2012059880A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】メモリセル領域と周辺回路領域の双方におけるMOSトランジスタの最適化が可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、サイドウォールを側壁に有するゲート電極を含むMOSトランジスタを、半導体基板1上のメモリセル領域及び周辺回路領域に備えた半導体装置の製造方法であって、前記サイドウォールを形成した後に、選択エピタキシャル成長法により、前記半導体基板1上面にシリコン層10を形成する工程を備え、前記シリコン層10を形成した後に、少なくとも前記周辺回路領域をマスク20bで覆い、エッチングにより、前記メモリセル領域内のMOSトランジスタTr1のサイドウォール9cを薄化する工程を採用する。
【選択図】図7A semiconductor device manufacturing method capable of optimizing MOS transistors in both a memory cell region and a peripheral circuit region is provided.
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a MOS transistor including a gate electrode having a sidewall on a side wall in a memory cell region and a peripheral circuit region on a semiconductor substrate. And forming a silicon layer 10 on the upper surface of the semiconductor substrate 1 by selective epitaxial growth after forming the sidewalls, and after forming the silicon layer 10, at least the peripheral circuit region is covered with a mask 20b. Then, a step of thinning the sidewall 9c of the MOS transistor Tr1 in the memory cell region by etching is employed.
[Selection] Figure 7
Description
本発明は半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
近年、コンピューターや電気機器の主要部分に、多数のMOSトランジスタを一つの半導体チップ上に集積化する大規模集積回路(以下、LSIという)が採用されている。また、LSIの中でも、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの素子の急速な微細化に伴い、MOSトランジスタのゲート長も短くなりつつある。また、多数のMOSトランジスタをメモリセル領域に集積させることにより、隣接するMOSトランジスタ同士の距離も短くなる。一方、ゲート長が短くなればなるほど、MOSトランジスタの短チャネル効果によるトランジスタ特性の悪化が問題となる。 In recent years, large-scale integrated circuits (hereinafter referred to as LSIs) in which a large number of MOS transistors are integrated on a single semiconductor chip have been adopted as main parts of computers and electrical equipment. In addition, among LSIs, for example, with the rapid miniaturization of elements such as DRAM (Dynamic Random Access Memory), the gate length of a MOS transistor is becoming shorter. Also, by integrating a large number of MOS transistors in the memory cell region, the distance between adjacent MOS transistors can be shortened. On the other hand, the shorter the gate length, the more problematic the transistor characteristics deteriorate due to the short channel effect of the MOS transistor.
このようなMOSトランジスタの短チャネル効果を抑制する手段の一つとして、MOSトランジスタの不純物拡散領域の上にエピタキシャル成長層からなるシリコン層を形成するとともに、前記シリコン層に不純物を拡散することにより、ゲート長の縮小を防ぐ方法が知られている(特許文献1)。この方法について、図10、図11を用いて以下に概要を説明する。 As one means for suppressing the short channel effect of such a MOS transistor, a silicon layer made of an epitaxial growth layer is formed on the impurity diffusion region of the MOS transistor, and the gate is formed by diffusing the impurity into the silicon layer. A method for preventing the reduction in length is known (Patent Document 1). An outline of this method will be described below with reference to FIGS.
はじめに、図10に示すように、半導体基板1のメモリセル領域と周辺回路領域に、それぞれゲート電極(第一のゲート電極6a、第二のゲート電極6b)を形成する。なお、メモリセル領域は、記憶素子および選択トランジスタ(MOSトランジスタ)が配置される領域であり、周辺回路領域は、選択トランジスタの駆動回路、および、メモリセル領域の記憶素子から出力されるデータの増幅回路が配置される領域である。
First, as shown in FIG. 10, gate electrodes (
まず、P型の単結晶シリコンからなる半導体基板1の一面に、STI法により素子分離2を形成する。次いで、半導体基板1の一面を酸化してゲート絶縁膜3を形成する。次いで、ゲート絶縁膜3上に、たとえばN型の不純物が含有された多結晶シリコン膜と金属膜を順次堆積することにより導電膜を形成する。次いで、導電膜上に、窒化シリコンからなる絶縁膜を形成する。次いで、前記絶縁膜および導電膜をエッチングして、メモリセル領域に第一の導電膜4aと第一の絶縁膜5aからなる第一のゲート電極6aを形成すると共に、周辺回路領域に第二の導電膜4bと第二の絶縁膜5bからなる第二のゲート電極6bを形成する。
First,
次いで、周辺回路領域の半導体基板1の一面に、第二のゲート電極6bをマスクとしてN型不純物のイオン注入を行い、低濃度不純物拡散領域7を形成する。次いで、CVD法により、第一のゲート電極6a、第二のゲート電極6bおよびゲート絶縁膜3を覆うように、窒化シリコンからなる第三の絶縁膜9を形成する。
Next, ion implantation of N-type impurities is performed on one surface of the
次いで、図11に示すように第一のMOSトランジスタTr1および第二のMOSトランジスタTr2を形成する。まず、第三の絶縁膜9およびゲート絶縁膜3をエッチバックし、ゲート電極(第一のゲート電極6a、第二のゲート電極6b)の側壁に、それぞれサイドウォール(第一のサイドウォール9a、第二のサイドウォール9b)を形成する。次いで、第一のサイドウォール9aおよび第二のサイドウォール9bを選択マスクとして、選択エピタキシャル成長法を行う。これにより、第一のシリコン層10aと第二のシリコン層10bが、それぞれ半導体基板1のメモリセル領域と周辺回路領域に形成される。
Next, as shown in FIG. 11, a first MOS transistor Tr1 and a second MOS transistor Tr2 are formed. First, the third insulating film 9 and the
次に、ゲート電極(第一のゲート電極6a、第二のゲート電極6b)及びサイドウォール(第一のサイドウォール9a、第二のサイドウォール9b)をマスクとし、第一のシリコン層10aと第二のシリコン層10bに対して、例えば砒素などのN型不純物をイオン注入する。この後、N型不純物を熱拡散させて、半導体基板1のメモリセル領域および周辺回路領域に、第一の不純物拡散領域11および第二の不純物拡散領域12をそれぞれ形成する。以上により、一部が半導体基板1上に積み上がった構成の、ソース領域およびドレイン領域が形成される。この後、第一のサイドウォール9aを利用して、セルフアラインにより、隣接する第一のゲート電極6aの第一のサイドウォール9a同士の間に図示しないコンタクトプラグを形成する。
Next, using the gate electrodes (
しかし、特許文献1の方法では、ゲート長の縮小は防がれるものの、隣接する第一のMOSトランジスタTr1(第一のサイドウォール9a)同士の間隔Dの縮小によるコンタクトプラグの径の減少を抑えることができない。このため、多数のMOSトランジスタをメモリセル領域に集積させることにより、第一のサイドウォール9a同士の間に形成されるコンタクトプラグの径(幅D)が小さくなる。このため、コンタクトプラグの接続抵抗が増加する。
However, in the method of
一方、コンタクトプラグの接続抵抗の増加を抑える方法として、第一のサイドウォール9aの膜厚を薄化して幅Dの大きさを保つ方法が考えられる。しかし、第一のサイドウォール9aは、第二のサイドウォール9bと同時に形成されるため、第一のサイドウォール9aと第二のサイドウォール9bは同じ膜厚で形成されている。そのため、第一のサイドウォール9aを薄化すると、第二のサイドウォール9bの膜厚も薄化し、第二のMOSトランジスタTr2の短チャネル効果を抑制できない。そのため、第二のMOSトランジスタTr2の電気特性に悪影響が生じやすく、半導体特性が悪化する問題があった。
以上により、メモリセル領域と周辺回路領域の双方におけるMOSトランジスタ(第一のMOSトランジスタTr1、第二のMOSトランジスタTr2)の最適化を行うことが困難であった。
On the other hand, as a method of suppressing an increase in connection resistance of the contact plug, a method of reducing the film thickness of the
Thus, it has been difficult to optimize the MOS transistors (first MOS transistor Tr1 and second MOS transistor Tr2) in both the memory cell region and the peripheral circuit region.
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、サイドウォールを側壁に有するゲート電極を含むMOSトランジスタを、半導体基板上のメモリセル領域及び周辺回路領域に備えた半導体装置の製造方法であって、前記サイドウォールを形成した後に、選択エピタキシャル成長法により、前記半導体基板上面にシリコン層を形成する工程を備え、前記シリコン層を形成した後に、少なくとも前記周辺回路領域をマスクで覆い、エッチングにより、前記メモリセル領域内のMOSトランジスタのサイドウォールを薄化する工程を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration. That is, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor including a gate electrode having a sidewall on a side wall in a memory cell region and a peripheral circuit region on a semiconductor substrate, A step of forming a silicon layer on the upper surface of the semiconductor substrate by a selective epitaxial growth method after forming the sidewall; and after forming the silicon layer, at least the peripheral circuit region is covered with a mask, and the memory cell is formed by etching. The method includes a step of thinning a sidewall of the MOS transistor in the region.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、少なくとも周辺回路領域をマスクで覆ってエッチングすることにより、周辺回路領域内のMOSトランジスタのサイドウォールの膜厚を変えることなく、メモリセル領域内のMOSトランジスタのサイドウォールを薄化できる。このため、メモリセル領域内で隣接するMOSトランジスタのサイドウォール同士の間隔の縮小を抑えることができる。このため、メモリセル領域内で隣接するMOSトランジスタ同士の間に、十分に径が大きいコンタクトプラグを形成できる。このため、コンタクトプラグの接続抵抗を抑えることができる。また、周辺回路領域内のMOSトランジスタのサイドウォールの膜厚を変えることがないため、周辺回路領域内のMOSトランジスタの短チャネル化と電気特性の低下とを防ぐことができる。
また、半導体基板上面にシリコン層を形成することにより、不純物をシリコン層に拡散させて、MOSトランジスタのソース/ドレイン電極とすることができる。このため、不純物が半導体基板内に拡がりすぎることが防がれ、隣接するソース/ドレイン電極同士の距離の縮小を防ぐことができる。また、ソース/ドレイン電極の一部を半導体基板上に積み上げた構成とすることができるため、半導体装置の短チャネル効果の抑制を図ることができる。
以上により、メモリセル領域と周辺回路領域の双方におけるMOSトランジスタの最適化を実現できる。また、第一のMOSトランジスタ同士の間隔を狭めることができるため、半導体装置の微細化を実現できる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, at least the peripheral circuit region is covered with a mask and etched, so that the MOS film in the memory cell region is not changed without changing the thickness of the sidewall of the MOS transistor in the peripheral circuit region. The sidewall of the transistor can be thinned. For this reason, it is possible to suppress a reduction in the interval between the sidewalls of the adjacent MOS transistors in the memory cell region. Therefore, a contact plug having a sufficiently large diameter can be formed between adjacent MOS transistors in the memory cell region. For this reason, the connection resistance of the contact plug can be suppressed. Further, since the thickness of the sidewall of the MOS transistor in the peripheral circuit region is not changed, it is possible to prevent the MOS transistor in the peripheral circuit region from being shortened and the electrical characteristics from being deteriorated.
Further, by forming a silicon layer on the upper surface of the semiconductor substrate, impurities can be diffused into the silicon layer to form source / drain electrodes of the MOS transistor. For this reason, it is possible to prevent impurities from spreading too much into the semiconductor substrate, and it is possible to prevent the distance between adjacent source / drain electrodes from being reduced. In addition, since a part of the source / drain electrodes can be stacked on the semiconductor substrate, the short channel effect of the semiconductor device can be suppressed.
As described above, optimization of the MOS transistors in both the memory cell region and the peripheral circuit region can be realized. In addition, since the interval between the first MOS transistors can be reduced, miniaturization of the semiconductor device can be realized.
以下、本発明の第一の実施形態である半導体装置の製造方法の一例について図面を参照にして説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される原料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings referred to in the following description may show the features that are enlarged for convenience in order to make the features easier to understand, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent. In addition, the raw materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to these, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist thereof.
本実施形態の半導体装置の製造方法は、MOSトランジスタ(第一のMOSトランジスタTr1、第二のMOSトランジスタTr2)を形成する工程と、周辺回路領域をマスクで覆う工程と、メモリセル領域のMOSトランジスタ(第一のMOSトランジスタTr1)のサイドウォール(第一のサイドウォール9a)を薄化する工程と、コンタクトプラグ22を形成する工程と、から概略構成されている。
The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment includes a step of forming MOS transistors (first MOS transistor Tr1, second MOS transistor Tr2), a step of covering the peripheral circuit region with a mask, and a MOS transistor in the memory cell region. This is roughly composed of a step of thinning the sidewall (
はじめに、図1に示すように、半導体基板1のメモリセル領域に第一のゲート電極6aを、周辺回路領域に第二のゲート電極6bをそれぞれ形成する。なお、メモリセル領域は、記憶素子および選択トランジスタ(第一のMOSトランジスタTr1)が配置される領域であり、周辺回路領域は、第一のMOSトランジスタTr1の駆動回路、および、メモリセル領域の記憶素子から出力されるデータの増幅回路が配置される領域である。
First, as shown in FIG. 1, a
まず、所定の濃度のP型不純物を含有する半導体、例えばシリコン(Si)からなる半導体基板1を準備する。次いで、STI(Shallow Trench Isolation)法により、半導体基板1の表面にシリコン酸化膜(SiO2)等からなる絶縁膜を埋設し、素子分離2を形成する。メモリセル領域と周辺回路領域は素子分離2により電気的に区画される。
次いで、熱酸化法により、たとえば膜厚4nmの酸化シリコン(SiO2)膜からなるゲート絶縁膜3を、半導体基板1および素子分離2上を覆うように形成する。
First, a
Next, a
次いで、たとえばリン等のN型不純物を含有させた70nmの膜厚の多結晶シリコン膜を、モノシラン(SiH4)及びフォスヒン(PH3)を原料ガスとしたCVD法により、ゲート絶縁膜3を覆うように形成する。次いで、スパッタリング法により、タングステン、窒化タングステンまたはタングステンシリサイド等の高融点金属からなる50nmの膜厚の金属膜を、前記多結晶シリコン膜上に積層する。以上により、多結晶シリコン膜および金属膜の積層体からなる導電膜が形成される。
Next, a
次いで、窒化シリコン(Si3N4)等からなる70nmの膜厚の絶縁膜を、モノシランとアンモニア(NH3)を原料ガスとしたCVD法により、前記導電膜を覆うように形成する。 Next, an insulating film having a thickness of 70 nm made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) or the like is formed so as to cover the conductive film by a CVD method using monosilane and ammonia (NH 3 ) as source gases.
次いで、前記絶縁膜上に図示しないレジストを塗布したのちに、フォトリソグラフィ法によりゲート電極(第一のゲート電極6a、第二のゲート電極6b)形成用のフォトレジストパターンを形成する。次いで、前記フォトレジストパターンをマスクとした異方性エッチングにより、前記絶縁膜からなる第一の絶縁膜5aおよび第二の絶縁膜5bを形成する。
Next, after applying a resist (not shown) on the insulating film, a photoresist pattern for forming gate electrodes (
次いで、前記フォトレジストパターンを除去する。次いで、第一の絶縁膜5aおよび第二の絶縁膜5bをマスクとしてエッチングを行い、前記導電膜からなる第一の導電膜4aおよび第二の導電膜4bを形成する。
以上により、第一の導電膜4aおよび第一の絶縁膜5aからなる第一のゲート電極6aがメモリセル領域に形成され、第二の導電膜4bおよび第二の絶縁膜5bからなる第二のゲート電極6bが周辺回路領域に形成される。
Next, the photoresist pattern is removed. Next, etching is performed using the first insulating
As described above, the
次いで、図2に示すように、低濃度不純物拡散領域7を形成する。まず、第二のゲート電極6bをマスクとしたイオン注入法により、たとえばリン等のN型不純物を、周辺回路領域の半導体基板1の上面に1×1013〜7×1013cm2の濃度で導入する。なお、ここに挙げた低濃度不純物拡散領域7の不純物濃度の範囲は一例であり、この範囲外の濃度としてもかまわない。次いで、前記N型不純物を熱により拡散させ、第二のゲート電極6bの周囲に低濃度不純物拡散領域7を形成する。
Next, as shown in FIG. 2, a low concentration
次いで、CVD法により、膜厚30nm〜40nmの窒化シリコンからなる第三の絶縁膜9を、第一のゲート電極6a、第二のゲート電極6bおよびゲート絶縁膜3を覆うように形成する。
Next, a third insulating film 9 made of silicon nitride having a film thickness of 30 nm to 40 nm is formed by CVD so as to cover the
次いで、図3に示すように、サイドウォール(第一のサイドウォール9a、第二のサイドウォール9b)を形成する。まず、第三の絶縁膜9をエッチバックし、第一のゲート電極6a(第一の絶縁膜5a)の上面、第二のゲート電極6b(第二の絶縁膜5b)の上面および半導体基板1上面が露出させる。このエッチバックにより、第一のゲート電極6aの側壁および第二のゲート電極6bの側壁に、窒化シリコンからなる、膜厚30nm〜40nmの第一のサイドウォール9aおよび第二のサイドウォール9bがそれぞれ形成される。
Next, as shown in FIG. 3, sidewalls (
次いで、希フッ酸を用いた湿式エッチング処理により、半導体基板1上面に残留するゲート絶縁膜3を除去する。
Next, the
次いで、シリコン層(第一のシリコン層10a、第二のシリコン層10b)を、第一のサイドウォール9aおよび第二のサイドウォール9bを選択マスクとした選択エピタキシャル成長法により、半導体基板1の上面に形成する。ここで、メモリセル領域に形成したシリコン層を第一のシリコン層10aとし、周辺回路領域(低濃度不純物拡散領域7)上に形成したシリコン層を第二のシリコン層10bとする。
Next, the silicon layers (
次いで、図4に示すように、メモリセル領域に第一の不純物拡散領域11を、周辺回路領域に第二の不純物拡散領域12をそれぞれ形成する。
まず、たとえばリン等のN型不純物を、第一のゲート電極6aおよび第一のサイドウォール9aをマスクとしたイオン注入法により、第一のシリコン層10aに導入する。
次いで、前記不純物を、第一のシリコン層10aから半導体基板1に、5×1012〜5×1013atoms/cm2の濃度で拡散させ、第一のシリコン層10a下の半導体基板1に第一の不純物拡散領域11を形成する。なお、ここに示した第一の不純物拡散領域11の不純物濃度の範囲は一例であり、この範囲外の濃度としてもかまわない。第一の不純物拡散領域11は、第一のMOSトランジスタTr1のソース/ドレイン電極として機能する。
以上により、第一のMOSトランジスタTr1が形成される。
Next, as shown in FIG. 4, a first
First, N-type impurities such as phosphorus are introduced into the
Next, the impurities are diffused from the
Thus, the first MOS transistor Tr1 is formed.
このとき、不純物を、第一のシリコン層10aを介して半導体基板1に拡散させることにより、第一の不純物拡散領域11が半導体基板1内で拡がりすぎることを防ぐことができる。そのため、隣接する第一の不純物拡散領域11同士の距離の縮小を防ぐことができる。このため、半導体装置の短チャネル化を抑制できる。
At this time, it is possible to prevent the first
また、第一のシリコン層10aおよび第一の不純物拡散領域11からなる第一の領域10Aは、第一のMOSトランジスタTr1のソース/ドレイン電極として機能する。このため、第一のMOSトランジスタTr1のソース領域またはドレイン領域の一部(第一のシリコン層10a)が半導体基板1上に積み上がった構成となり、半導体装置の短チャネル化を更に抑制できる。なお、半導体基板1の、第一のMOSトランジスタTr1とゲート絶縁膜3を介して隣接する領域は、第一のMOSトランジスタTr1のチャネル領域として機能する。
The
次いで、たとえばヒ素等のN型不純物を、第二のゲート電極6bおよび第二のサイドウォール9bをマスクとしたイオン注入法により、第二のシリコン層10bに導入する。
次いで、前記不純物を、第二のシリコン層10bから半導体基板1に、×1014〜5×1015atoms/cm2の濃度で拡散させ、第二のシリコン層10b下の半導体基板1に第二の不純物拡散領域12を形成する。なお、ここに示した第二の不純物拡散領域12の不純物濃度の範囲は一例であり、低濃度不純物拡散領域7よりも不純物濃度が高ければ、この範囲外の濃度としてもかまわない。この不純物の拡散により、第二の不純物拡散領域12が、低濃度不純物拡散領域7の形成領域内に形成される。第二の不純物拡散領域12は第二のMOSトランジスタTr2のソース/ドレイン電極として機能し、低濃度不純物拡散領域7はLDD層として機能する。
以上により、第二のMOSトランジスタTr2が形成される。
Next, an N-type impurity such as arsenic is introduced into the
Next, the impurity is diffused from the
Thus, the second MOS transistor Tr2 is formed.
このとき、不純物を、第二のシリコン層10bを介して半導体基板1に拡散させることにより、第二の不純物拡散領域12が半導体基板1内で拡がりすぎることを防ぐことができる。そのため、隣接する第二の不純物拡散領域12同士の距離の縮小を防ぐことができる。このため、半導体装置の短チャネル化を抑制できる。
また、低濃度不純物拡散領域7を形成した後に第二の不純物拡散領域12を形成してLDD構造とすることにより、第二のMOSトランジスタTr2の短チャンネル効果を低減できる。
At this time, it is possible to prevent the second
Further, the short channel effect of the second MOS transistor Tr2 can be reduced by forming the second
また、第二のシリコン層10bに不純物を拡散することにより、第二のシリコン層10bおよび第二の不純物拡散領域12からなる第二の領域10Bは、第二のMOSトランジスタTr2のソース/ドレイン電極として機能する。このため、第二のMOSトランジスタTr2のソース領域またはドレイン領域の一部(第二のシリコン層10b)が半導体基板1上に積み上がった構成となり、半導体装置の短チャネル化を抑制できる。なお、半導体基板1の、第二のMOSトランジスタTr2とゲート絶縁膜3を介して隣接する領域は、第二のMOSトランジスタTr2のチャネル領域として機能する。
In addition, by diffusing impurities into the
次いで、周辺回路領域をマスクで覆う。まず、図5に示すように、例えばCVD法により半導体基板1、素子分離2および第二のMOSトランジスタTr2を覆うように、第四の絶縁膜20を形成する。このとき、第四の絶縁膜20は、少なくとも周辺回路領域上を完全に覆っていればよく、メモリセル領域上の一部もしくは全体を覆っていてもかまわない。
Next, the peripheral circuit region is covered with a mask. First, as shown in FIG. 5, a fourth insulating
次いで、図6に示すように、第一のMOSトランジスタTr1を露出する。まず、フォトリソグラフィ法を用いて、図示しないフォトレジスト・マスクを、周辺回路領域を覆うように形成する。このとき、フォトレジスト・マスクは、第一のMOSトランジスタTr1上を覆っていなければ、メモリセル領域上の一部を覆っていてもかまわない。 Next, as shown in FIG. 6, the first MOS transistor Tr1 is exposed. First, using a photolithography method, a photoresist mask (not shown) is formed so as to cover the peripheral circuit region. At this time, if the photoresist mask does not cover the first MOS transistor Tr1, it may cover a part of the memory cell region.
次いで、前記フォトレジスト・マスクをマスクにして湿式エッチングを行い、第四の絶縁膜20を選択的に除去する。
このときの湿式エッチングは、たとえば、フッ酸(HF)、を含有した薬液を用いることができる。また、湿式エッチングの際には、素子分離2の表面が過剰にエッチングされないように、湿式エッチングを行う時間を適宜制御することが望ましい。この湿式エッチングにより、第四の絶縁膜20は選択的に除去され、第四の絶縁膜20bが形成される。
湿式エッチングを行った後、フォトレジスト・マスクを除去する。
Next, wet etching is performed using the photoresist mask as a mask to selectively remove the fourth insulating
For the wet etching at this time, for example, a chemical solution containing hydrofluoric acid (HF) can be used. In wet etching, it is desirable to appropriately control the time for performing wet etching so that the surface of the
After the wet etching, the photoresist mask is removed.
以上により、第二のMOSトランジスタTr2は、第四の絶縁膜20bにより覆われ、第一のMOSトランジスタTr1は露出した状態となる。このとき、隣接する第一のMOSトランジスタTr1の第一のサイドウォール9a同士の間隔をD1とする。
As described above, the second MOS transistor Tr2 is covered with the fourth insulating
次いで、図7に示すように、第一のサイドウォール9aを薄化する。
まず、第四の絶縁膜20bをマスクとし、150〜160℃程度に加熱したリン酸(H3PO4)を薬液とした湿式エッチングにより、30nm〜40nmの膜厚の第一のサイドウォール9a側面を例えば10nm〜20nm程度薄化し、膜厚15〜20nmの第一のサイドウォール9cを形成する。
Next, as shown in FIG. 7, the
First, the side surface of the
ここで、隣接する第一のサイドウォール9c同士の間隔D2は、第一のサイドウォール9a同士の間隔D1と比べて大きくなる。このとき、第二のMOSトランジスタTr2は、第四の絶縁膜20bに覆われているため、エッチングによる影響を受けず、膜厚は30nm〜40nmのままで変化しない。ここで、湿式エッチングの薬液としてリン酸を用いることにより、酸化シリコンからなるマスク(第四の絶縁膜20b)をエッチングすることなく、窒化シリコンからなる第一のサイドウォール9aを選択的に薄化できる。
Here, the interval D2 between the adjacent
第一のサイドウォール9aの薄化に際しては、窒化シリコンを選択的にエッチングする観点から、リン酸を用いた湿式エッチングの実施が好ましいが、SF6(六フッ化硫黄)ガスを用いた窒化シリコンの等方的ドライエッチングによって薄化することも可能である。ドライエッチングを用いる場合には例えばHBrガス等を混合することにより、窒化シリコンの選択性を向上させて酸化シリコンにダメージを与えずに第一のサイドウォール9aを薄化することができる。
In thinning the
また、湿式エッチングまたはドライエッチングに要する時間は、第一のサイドウォール9cの所望の膜厚に応じて適宜設定すればよい。
Further, the time required for wet etching or dry etching may be appropriately set according to the desired film thickness of the
次いで、図8に示すように、第五の絶縁膜21を形成する。まず、酸化シリコン等からなる第五の絶縁膜21を、第一のMOSトランジスタTr1および第四の絶縁膜20bを埋め込むように、例えば600nm程度の膜厚で形成する。次いで、CMP法により、第五の絶縁膜21上面を平坦化する。このとき、第四の絶縁膜20bが露出しないように、CMPの条件を調整する。
Next, as shown in FIG. 8, a fifth insulating
次いで、セルフアラインにより、図9に示すように、第一のシリコン層10aに接続するコンタクトプラグ22を形成する。まず、フォトリソグラフィ法により、第五の絶縁膜21上に図示しないレジストマスクを形成する。次いで、前記レジストマスクをマスクにしてエッチングを行い、第一の領域10A(第一のシリコン層10a)を露出するコンタクトホール22aを形成する。このとき、フォトレジストのコンタクトホール22aのパターン(径)は、幅D2より大きくてもかまわない。コンタクトホール22aのパターン(径)が幅D2より大きい場合であっても、第一のサイドウォール9cを利用したセルフアラインにより、幅D2のコンタクトホール22aを、隣接する第一のサイドウォール9c同士の間に形成できるためである。
Next, as shown in FIG. 9, a
次いで、コンタクトホール22aを充填し、かつ、第五の絶縁膜21上面を覆うようにタングステン等からなる導電膜を堆積させる。この後、CMP法を用いて、第五の絶縁膜21が露出するまで導電膜上面の研磨を行う。この研磨により、コンタクトホール22aを充填する導電膜からなるコンタクトプラグ22が形成される。また、コンタクトプラグ22は、第五の絶縁膜21を貫通し、かつ、第一の領域10A(第一のシリコン層10a)に接続する構成となる。
Next, a conductive film made of tungsten or the like is deposited so as to fill the contact hole 22 a and cover the upper surface of the fifth insulating
この後、各コンタクトプラグ22に接続するように、図示しない記憶素子およびビット配線を形成する。ここで、記憶素子としては、たとえばDRAMを形成する場合にはキャパシタ素子を例示することができる。さらにその後、図示しない層間絶縁膜、第二のMOSトランジスタTr2に接続する図示しないコンタクトプラグ、および配線層等を形成することにより、本実施形態の半導体装置が完成する。
Thereafter, a memory element and a bit wiring (not shown) are formed so as to be connected to each
本発明によれば、少なくとも周辺回路領域を酸化シリコンからなるマスク(第四の絶縁膜20b)で覆ってエッチングすることにより、周辺回路領域内のMOSトランジスタ(第二のMOSトランジスタTr2)の第二のサイドウォール9bの膜厚を変えることなく、メモリセル領域内のMOSトランジスタ(第一のMOSトランジスタTr1)の第一のサイドウォール9aを薄化できる。
According to the present invention, at least the peripheral circuit region is covered with a mask made of silicon oxide (fourth insulating
また、エッチングの薬液としてリン酸を用いることにより、酸化シリコンからなるマスク(第四の絶縁膜20b)をエッチングすることなく、窒化シリコンからなる第一のサイドウォール9aを選択的に薄化できる。
Further, by using phosphoric acid as an etching chemical, the
このため、隣接する第一のMOSトランジスタTr1の第一のサイドウォール9c同士の間隔の縮小を抑えることができる。このため、隣接する第一のMOSトランジスタTr1同士の間に、十分に径(D2)が大きいコンタクトプラグ22を形成できる。このため、コンタクトプラグ22の接続抵抗を抑えることができる。また、第二のMOSトランジスタTr2の第二のサイドウォール9bの膜厚を変えることがないため、第二のMOSトランジスタTr2の短チャネル化と電気特性の低下とを防ぐことができる。
For this reason, it is possible to suppress a reduction in the interval between the
以上により、メモリセル領域と周辺回路領域の双方におけるMOSトランジスタ(第一のMOSトランジスタTr1、第二のMOSトランジスタTr2)の最適化を実現できる。また、第一のサイドウォール9c同士の間隔の縮小を抑えることができるため、そのぶん第一のMOSトランジスタTr1同士の間隔を狭めることができる。このため、半導体装置の微細化を実現できる。
As described above, optimization of the MOS transistors (first MOS transistor Tr1 and second MOS transistor Tr2) in both the memory cell region and the peripheral circuit region can be realized. In addition, since the reduction in the interval between the
また、第一のシリコン層10aに不純物を導入するとともに、第一のシリコン層10aに接続するコンタクトプラグ22を形成することにより、第一のシリコン層10aをコンタクトプラグ22の一部として機能させることができる。このため、コンタクトプラグ22の電気抵抗を低減させ、第一のMOSトランジスタTr1のオン電流低下を抑制できる。
Further, by introducing impurities into the
以上により、メモリセル領域の第一のMOSトランジスタTr1と、周辺回路領域の第二のMOSトランジスタTr2双方の最適化を実現することができる。そのため、半導体装置の微細化を実現することが可能となる。 As described above, both the first MOS transistor Tr1 in the memory cell region and the second MOS transistor Tr2 in the peripheral circuit region can be optimized. Therefore, it is possible to realize miniaturization of the semiconductor device.
1…半導体基板、2…素子分離、3…ゲート絶縁膜、4a…第一の導電膜、4b…第二の導電膜、5a…第一の絶縁膜、5b…第二の絶縁膜、6a…第一のゲート電極、6b…第二のゲート電極、7…低濃度不純物拡散領域、9…第三の絶縁膜、9a…第一のサイドウォール、9b…第二のサイドウォール、9c…第一のサイドウォール、10a…第一のシリコン層、10b…第二のシリコン層、10A…第一の領域、10B…第二の領域、11…第一の不純物拡散領域、12…第二の不純物拡散領域、20、20b…第四の絶縁膜、21…第五の絶縁膜、22…コンタクトプラグ、22a…コンタクトホール、Tr1…第一のMOSトランジスタ、Tr2…第二のMOSトランジスタ、D1、D2…幅
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記サイドウォールを形成した後に、
選択エピタキシャル成長法により、前記半導体基板上面にシリコン層を形成する工程を備え、
前記シリコン層を形成した後に、少なくとも前記周辺回路領域をマスクで覆い、エッチングにより、前記メモリセル領域内のMOSトランジスタのサイドウォールを薄化する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor including a gate electrode having a sidewall on a side wall in a memory cell region and a peripheral circuit region on a semiconductor substrate,
After forming the sidewall,
A step of forming a silicon layer on the upper surface of the semiconductor substrate by selective epitaxial growth;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a silicon layer, covering at least the peripheral circuit region with a mask, and thinning a sidewall of a MOS transistor in the memory cell region by etching.
前記サイドウォールを薄化する工程の後に、
前記メモリセル領域において、隣接して配置されている前記MOSトランジスタの前記ゲート電極の間に、セルフアラインで前記シリコン層に接続するコンタクトプラグを形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The memory cell region includes a plurality of the MOS transistors,
After the step of thinning the sidewall,
2. The semiconductor according to claim 1, wherein a contact plug connected to the silicon layer by self-alignment is formed between the gate electrodes of the MOS transistors arranged adjacent to each other in the memory cell region. Device manufacturing method.
前記シリコン層を介して前記半導体基板に不純物を拡散させることにより、前記MOSトランジスタのソース/ドレイン電極となる不純物拡散領域を形成する工程を具備してなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Before the step of covering the peripheral circuit region with a mask,
6. The method according to claim 1, further comprising the step of forming an impurity diffusion region to be a source / drain electrode of the MOS transistor by diffusing an impurity into the semiconductor substrate through the silicon layer. A manufacturing method of a semiconductor device given in any 1 paragraph.
前記不純物拡散領域を形成する工程において、前記低濃度不純物拡散領域内に前記不純物拡散領域を形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 Before forming the silicon layer, a low concentration impurity diffusion region having a lower impurity concentration than the impurity diffusion region is formed in the peripheral circuit region,
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein in the step of forming the impurity diffusion region, the impurity diffusion region is formed in the low concentration impurity diffusion region.
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