JPH065855A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JPH065855A JPH065855A JP16061892A JP16061892A JPH065855A JP H065855 A JPH065855 A JP H065855A JP 16061892 A JP16061892 A JP 16061892A JP 16061892 A JP16061892 A JP 16061892A JP H065855 A JPH065855 A JP H065855A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】加工に際した表面の荒れを解決し、積み上げ拡
散層型半導体装置の能力を最大限に引き出す半導体装置
を提供することにある。
【構成】積み上げ拡散層3として非晶質シリコンを堆積
する工程、予め打ち込んだ不純物層を、自己整合で分離
する工程を含む半導体装置の製造方法。
【効果】加工時の基板表面の荒れを防ぎ、表面が荒れる
ことによる電流の減少やゲート酸化膜耐圧の低下などの
問題を解決する。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a semiconductor device that solves surface roughness during processing and maximizes the capability of a stacked diffusion layer type semiconductor device. A method of manufacturing a semiconductor device, which includes a step of depositing amorphous silicon as a stacked diffusion layer 3 and a step of separating a previously implanted impurity layer by self-alignment. [Effect] It is possible to prevent the surface of the substrate from being roughened during processing, and solve the problems such as the reduction of the current and the breakdown voltage of the gate oxide film due to the roughened surface.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係り、特に、拡散層領域を半導体基板上に積み上げた構
造の半導体装置を、高精度で製造する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a structure in which a diffusion layer region is stacked on a semiconductor substrate with high accuracy.
【0002】[0002]
【従来の技術】シリコンLSI(Large Scale Integrat
ed circuits)を支えてきた金属/酸化膜/半導体からな
る電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semicon
ductorField Effect Transistor)は、これまで、比例縮
小則という基本概念に従って、寸法の微細化が達成され
てきた。この比例縮小則は、微細化に伴って顕著になる
しきい値電圧の低下や、パンチスルーを抑制するため
に、寸法に応じて、電源電圧を減少し、ゲート酸化膜を
薄膜化し、拡散層を浅くし、さらに、基板の濃度を増加
させるものである。基板濃度の増加に伴って、拡散層か
ら延びる空乏層の幅が小さくなり、拡散層の間隔を狭め
ることが可能となる。その結果、消費電力は低下し、動
作速度は向上するという性能の改善が達成されてきた。2. Description of the Related Art Silicon LSI (Large Scale Integrat)
field effect transistors (MOSFET: Metal Oxide Semicon) made of metal / oxide film / semiconductor that have supported ed circuits
In the past, ductorField Effect Transistor) has achieved miniaturization of dimensions according to the basic concept of proportional reduction law. This proportional reduction rule is that the power supply voltage is reduced according to the size, the gate oxide film is thinned, and the diffusion layer Is made shallower and the concentration of the substrate is further increased. As the substrate concentration increases, the width of the depletion layer extending from the diffusion layer becomes smaller, and the distance between the diffusion layers can be narrowed. As a result, performance improvements such as lower power consumption and higher operating speed have been achieved.
【0003】しかし、図15に示したように、従来型の
MOSFETでは、拡散層6が基板の中に形成され、さらに、
この拡散層の形成には、イオン打ち込み法を用いるため
に、その拡散深さには限界がある。通常では、0.1μ
m 以下の拡散層を形成するのは困難である。特に、正
孔をキャリアとする、p型の半導体装置では、拡散係数
の大きなボロンを用いるために、砒素のように拡散層係
数の小さな不純物が使用できるn型の半導体装置に比べ
て、拡散層は深くなる。拡散層の深さは、半導体の動作
可能寸法(図15において、10で示したゲート電極の
横方向寸法)に影響し、浅いほど寸法は小さくなる。However, as shown in FIG.
In MOSFET, a diffusion layer 6 is formed in the substrate, and
Since the ion implantation method is used for forming the diffusion layer, the diffusion depth is limited. Normally, 0.1μ
It is difficult to form a diffusion layer of m or less. In particular, in a p-type semiconductor device using holes as carriers, since a boron having a large diffusion coefficient is used, compared with an n-type semiconductor device in which an impurity having a small diffusion layer coefficient such as arsenic can be used, Becomes deeper. The depth of the diffusion layer affects the operable size of the semiconductor (the lateral size of the gate electrode indicated by 10 in FIG. 15), and the smaller the depth, the smaller the size.
【0004】また、ゲート酸化膜9の薄膜化は、酸化膜
のトンネルリークで決まり、4nm程度が限界であると
されている。さらに、基板濃度の上昇は、しきい値電圧
の上昇を招き、かつ、拡散層容量の増加,拡散層耐圧の
低下といった、性能劣化の原因になる。The thinning of the gate oxide film 9 is determined by the tunnel leak of the oxide film, and the limit is about 4 nm. Furthermore, an increase in substrate concentration causes an increase in threshold voltage and causes performance deterioration such as an increase in diffusion layer capacitance and a decrease in diffusion layer withstand voltage.
【0005】このような観点から、これまで使用されて
きたMOSFETは、ゲート寸法で0.2から0.3μm が微
細化の限界であると考えられる。From this point of view, it is considered that the MOSFET used so far has a limit of miniaturization of 0.2 to 0.3 μm in the gate dimension.
【0006】ここで、1は半導体基板、2は素子間分離
酸化膜、6は拡散層、9はゲート酸化膜、10はゲート
電極、12は層間絶縁膜、13はコンタクト孔、14は
配線である。Here, 1 is a semiconductor substrate, 2 is an element isolation oxide film, 6 is a diffusion layer, 9 is a gate oxide film, 10 is a gate electrode, 12 is an interlayer insulating film, 13 is a contact hole, and 14 is a wiring. is there.
【0007】一方、高集積メモリの代表である、ダイナ
ミック−ランダム−アクセスメモリ(DRAM;Dynamic
Random Access Memory)は、現在、0.5μm技術を用
いた16メガビットの量産化が推進されている。このま
まのペースで高集積化が進行すると、西暦二千年には、
1ギガビットメモリが要求され、この時の設計寸法は
0.2μm 以下でなければならない。しかし、上述のよ
うに、従来構造のMOSFETの微細化には限界がある。On the other hand, a dynamic-random-access memory (DRAM), which is a representative of highly integrated memories,
For Random Access Memory), mass production of 16 megabits using 0.5 μm technology is currently being promoted. If high integration progresses at this pace, in the second millennium AD,
1 Gigabit memory is required, and the design size at this time must be 0.2 μm or less. However, as described above, there is a limit to miniaturization of the conventional MOSFET.
【0008】この微細化限界を突破できる可能性のある
トランジスタ構造として、図16に示した、溝型ゲート
のMOSFETが提案されている。このトランジスタ構造は、
特開昭60−124874号,同62−35570 号公報にも開示され
ているように、拡散層の一部を基板1や、素子間分離酸
化膜2の上に積み上げた構造になっており、ここからの
不純物拡散を用いて、基板の内部の拡散層6を形成す
る。また、トランジスタのチャネル部分は、基板1内部
の溝の側壁に形成されるために、溝の深さに応じて、チ
ャネル長を変化させることができる。このため、平面寸
法では動作限界であっても、基板の中の実質的なチャネ
ル長は長いために、安定動作をするMOSFETを作成するこ
とが可能になる。As a transistor structure capable of breaking through the miniaturization limit, a trench gate MOSFET shown in FIG. 16 has been proposed. This transistor structure is
As disclosed in JP-A-60-124874 and JP-A-62-35570, the structure is such that a part of the diffusion layer is stacked on the substrate 1 or the element isolation oxide film 2. The diffusion layer 6 inside the substrate is formed by using the impurity diffusion from here. Further, since the channel portion of the transistor is formed on the sidewall of the groove inside the substrate 1, the channel length can be changed according to the depth of the groove. For this reason, even if the planar dimension is the operation limit, the substantial channel length in the substrate is long, so that it is possible to create a MOSFET that operates stably.
【0009】ここで、1は半導体基板、2は素子間分離
酸化膜、3は積み上げたシリコン膜、4は絶縁膜、6は
基板内部の拡散層、8は側壁絶縁膜、9はゲート酸化
膜、10はゲート電極、12は層間絶縁膜、13はコン
タクト孔、14は配線である。Here, 1 is a semiconductor substrate, 2 is an element isolation oxide film, 3 is a stacked silicon film, 4 is an insulating film, 6 is a diffusion layer inside the substrate, 8 is a sidewall insulating film, and 9 is a gate oxide film. Reference numeral 10 is a gate electrode, 12 is an interlayer insulating film, 13 is a contact hole, and 14 is a wiring.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】これまでの積み上げ型
MOSFETでは、基板1上に多結晶シリコン3を堆積させ、
これにイオン打ち込み法を用いて不純物を導入に、さら
に熱処理によって不純物を拡散させるという手法が用い
られてきた。多結晶シリコンの堆積には、公知の化学的
気層成長法が用いられてきた。しかし、多結晶シリコン
は、文字どうり多数の結晶粒からなり、堆積した膜の表
面は、結晶方位の違いによる凹凸が存在する。この多結
晶シリコンを、積み上げ拡散層にするために、基板上で
分離するが、基板と同じ物質であるため基板が掘れる。
その際、多結晶シリコン表面の凹凸がそのまま基板に転
写され、チャネルとなる基板領域が荒れる。このMOSFET
では、この領域がそのままチャネルとなるために、表面
の凹凸は電流の減少や界面準位の増加など、性能劣化の
原因となる。[Problems to be solved by the invention] Stacking type
In MOSFET, polycrystalline silicon 3 is deposited on the substrate 1,
There has been used a method of introducing impurities by using an ion implantation method and further diffusing the impurities by heat treatment. Known chemical vapor deposition methods have been used to deposit polycrystalline silicon. However, the polycrystalline silicon is composed of a large number of crystal grains like letters, and the surface of the deposited film has unevenness due to the difference in crystal orientation. This polycrystalline silicon is separated on the substrate in order to form a stacked diffusion layer, but since the same material as the substrate is used, the substrate can be dug.
At that time, the irregularities on the surface of the polycrystalline silicon are transferred to the substrate as they are, and the substrate region which becomes the channel is roughened. This MOSFET
Then, since this region becomes a channel as it is, the unevenness of the surface causes a performance deterioration such as a decrease in current and an increase in interface state.
【0011】また、基板内部の拡散層6は、上述したよ
うに、積み上げた多結晶シリコン3からの不純物拡散で
作るために、ゲート電極10と、積み上げた多結晶シリ
コン3を絶縁するための側壁酸化膜8の下の不純物分布
や、ソースとドレイン端の不純物は、全て熱処理によっ
て制御しなければならない。図16に示したように、単
体のMOSFETの場合には、1種類の不純物拡散を考慮すれ
ばよいが、一般的には、導電型の異なる2種類のMOSFET
が混在する、相補型であるため、どちらの不純物にとっ
ても最適な熱処理温度を設定するのは、ほとんど不可能
である。特に、n型のMOSFETで用いられる砒素と、p型
で用いられるボロンでは、拡散係数が大きく異なるた
め、砒素に最適な温度では、ボロンは拡散しすぎてしま
う。Since the diffusion layer 6 inside the substrate is formed by impurity diffusion from the stacked polycrystalline silicon 3 as described above, the side wall for insulating the gate electrode 10 and the stacked polycrystalline silicon 3 from each other. The distribution of impurities under the oxide film 8 and the impurities at the source and drain ends must all be controlled by heat treatment. As shown in FIG. 16, in the case of a single MOSFET, one type of impurity diffusion may be considered, but generally, two types of MOSFETs having different conductivity types are used.
It is almost impossible to set the optimum heat treatment temperature for both impurities because they are complementary and have a mixture of. In particular, arsenic used in the n-type MOSFET and boron used in the p-type have very different diffusion coefficients, so that boron is excessively diffused at the optimum temperature for arsenic.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】以上述べてきたように、
図16に示した積み上げ型拡散層のMOSFETは、従来構造
の微細化限界を突破できる可能性をもつが、これまでの
製造方法では、チャネル領域が荒れることによる特性劣
化や、種類の異なるMOSFETを同時に、しかも同じ基板上
に作るのが難しいなどの欠点がある。[Means for Solving the Problems] As described above,
The stacked diffusion layer MOSFET shown in FIG. 16 has a possibility of breaking through the miniaturization limit of the conventional structure. However, in the manufacturing methods up to now, characteristic deterioration due to the roughening of the channel region and different types of MOSFETs can be avoided. At the same time, it has the drawback of being difficult to make on the same substrate.
【0013】積み上げた拡散層を分離する際の基板の荒
れは、積み上げるのが多結晶シリコンであることに起因
している。多結晶シリコンであるがゆえに、膜の中には
結晶方位の異なる結晶粒が存在し、それらは膜形成時の
成長速度も違うために、表面には凹凸が存在する。そこ
で、本発明では、多結晶シリコンではなく、結晶粒の存
在しない非晶質シリコンを堆積させた。非晶質シリコン
膜の表面は非常に滑らかなため、積み上げ拡散層の分離
に際しても、削られた基板表面は、滑らかな状態が保た
れる。本発明の好ましい実施例として、ジシランと呼ば
れる、シリコンと水素の化合物を用い、520℃で成長
させる方法を用いた。The roughness of the substrate when separating the stacked diffusion layers is due to the fact that the stacked silicon is polycrystalline silicon. Since it is polycrystalline silicon, there are crystal grains with different crystal orientations in the film, and since the growth rates at the time of film formation are also different, the surface has irregularities. Therefore, in the present invention, amorphous silicon having no crystal grains is deposited instead of polycrystalline silicon. Since the surface of the amorphous silicon film is very smooth, the scraped substrate surface is kept smooth even when the stacked diffusion layers are separated. As a preferred embodiment of the present invention, a method of growing at 520 ° C. using a compound of silicon and hydrogen called disilane was used.
【0014】次に、この非晶質シリコンに不純物をイオ
ン打ち込みし、さらに、その表面全体に酸化膜(図16
の4で示した部分。)を堆積するが、この際、その成長
温度が高いと、非晶質シリコンは多結晶化してしまうた
めに、本発明では、500℃以下の温度で膜成長が可能
な方法を採用した。Next, impurities are ion-implanted into this amorphous silicon, and an oxide film (FIG. 16) is formed on the entire surface thereof.
The part indicated by 4. ) Is deposited. At this time, if the growth temperature is high, the amorphous silicon is polycrystallized. Therefore, in the present invention, a method capable of film growth at a temperature of 500 ° C. or lower is adopted.
【0015】また、基板の中の拡散層領域の一部は、積
み上げたシリコン膜を、後に熱処理してそこからの拡散
で形成する。上述したように、同一基板上に種類の異な
るMOSFETを作るために、チャネル領域に拡散層となる不
純物を予めイオン打ち込みし、基板に溝を形成すること
で、チャネル部分の不純物領域のみを除去する方法を採
用した。Further, a part of the diffusion layer region in the substrate is formed by diffusing the stacked silicon films by heat treatment afterwards. As described above, in order to form different kinds of MOSFETs on the same substrate, the channel region is preliminarily ion-implanted with an impurity serving as a diffusion layer, and a groove is formed in the substrate to remove only the impurity region of the channel portion. Adopted the method.
【0016】[0016]
【作用】非晶質シリコンであるために、堆積した膜の表
面は非常に滑らかであり、この膜をシリコン基板上で分
離しても、基板にできる溝の表面は、その滑らかさが保
たれる。一方、多結晶シリコンの場合には、表面の凹凸
が基板に転写され、表面が荒れてしまう。このように、
表面が滑らかであることは、MOSFETの特性向上に不可欠
であり、非晶質シリコンにして、はじめて実現可能とな
る。表面が滑らかである結果、そこに成長するゲート絶
縁膜にも、目覚ましい特性改善が見られ、絶縁耐圧が向
上する。Since the surface of the deposited film is very smooth because it is amorphous silicon, even if the film is separated on a silicon substrate, the surface of the groove formed in the substrate is kept smooth. Be done. On the other hand, in the case of polycrystalline silicon, the surface irregularities are transferred to the substrate and the surface becomes rough. in this way,
The smooth surface is indispensable for improving the characteristics of the MOSFET, and can be realized only by using amorphous silicon. As a result of the smooth surface, the characteristics of the gate insulating film grown there are also markedly improved, and the withstand voltage is improved.
【0017】さらには、MOSFETのソースドレイン端の不
純物分布が、熱処理にあまり依存すること無く、制御性
の良いイオン打ち込み法で調整できるため、相補型素子
の作成が容易になる。Furthermore, since the impurity distribution at the source / drain ends of the MOSFET can be adjusted by an ion implantation method with good controllability without depending much on the heat treatment, a complementary element can be easily manufactured.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の第1の実施例の製造方法を、
図1ないし図14を用いて説明する。EXAMPLE A manufacturing method of a first example of the present invention will be described below.
This will be described with reference to FIGS. 1 to 14.
【0019】まず、図1に示したように、ボロンを不純
物として5×1015/cm3 以上含むp型の半導体基板1
上に、公知の選択酸化膜成長法を用いて、所望の部分に
のみ、素子間分離酸化膜2を成長させる。酸化膜の成長
温度は1000℃、酸化膜の膜厚は250から350n
mとした。選択酸化法は、窒化膜で表面を被われたシリ
コン基板表面は、酸化されないことを利用する技術であ
る。その際、窒化膜をマスクにして、基板と同じ導電型
の不純物、この場合には、ボロンを1×1013/cm2 程
度のドーズ量でイオン打ち込みする。これによって、素
子分離酸化膜を囲むように、基板濃度よりは高い高濃度
領域が形成され、素子分離特性が改善する。First, as shown in FIG. 1, a p-type semiconductor substrate 1 containing 5 × 10 15 / cm 3 or more of boron as an impurity.
An element isolation oxide film 2 is grown only on a desired portion using a known selective oxide film growth method. The oxide film growth temperature is 1000 ° C., and the oxide film thickness is 250 to 350 n.
m. The selective oxidation method is a technique that utilizes the fact that the surface of a silicon substrate covered with a nitride film is not oxidized. At this time, using the nitride film as a mask, impurities of the same conductivity type as the substrate, in this case, boron are ion-implanted at a dose of about 1 × 10 13 / cm 2 . As a result, a high-concentration region higher than the substrate concentration is formed so as to surround the element isolation oxide film, and the element isolation characteristic is improved.
【0020】次に、図2に示したように、半導体基板表
面を露出させ、この表面に自然酸化膜等の極薄酸化膜が
形成されない条件下で、非晶質シリコン3を公知の化学
的気層成長法で堆積する。手順は以下の通りである。ま
ず、反応炉を200℃程度の温度に設定し、窒素ガスな
どの不活性ガスを十分に流し込んで、反応炉から酸素を
完全に追いだしておく。そして、大気中の酸素を巻き込
まないように注意しながら基板を炉内に装填する。さら
に、炉内を真空に引きながら、温度を520℃程度まで
上昇させる。ここに、Si2H6(ジシラン)を導入する
と、清浄な界面を有する非晶質シリコン3が堆積する。
膜厚は100nmとした。この非晶質シリコン3に、基
板1とは導電型の異なる不純物、具体的には、燐を20
KeV,2×1015/cm2のドーズ量でイオン打ち込み
した。この条件では、燐は非晶質シリコンの膜内に留ま
り、基板までは到達しない。Next, as shown in FIG. 2, the surface of the semiconductor substrate is exposed, and the amorphous silicon 3 is chemically converted into a known chemical substance under the condition that an extremely thin oxide film such as a natural oxide film is not formed on this surface. It is deposited by the vapor deposition method. The procedure is as follows. First, the reaction furnace is set to a temperature of about 200 ° C., an inert gas such as nitrogen gas is sufficiently flown therein, and oxygen is completely expelled from the reaction furnace. Then, the substrate is loaded into the furnace while being careful not to trap oxygen in the atmosphere. Further, while the inside of the furnace is evacuated, the temperature is raised to about 520 ° C. When Si 2 H 6 (disilane) is introduced here, amorphous silicon 3 having a clean interface is deposited.
The film thickness was 100 nm. The amorphous silicon 3 is doped with impurities having a conductivity type different from that of the substrate 1, specifically, phosphorus.
Ion implantation was performed with a KeV and a dose amount of 2 × 10 15 / cm 2 . Under this condition, phosphorus remains in the amorphous silicon film and does not reach the substrate.
【0021】この非晶質シリコン膜3の上に、図3のよ
うに酸化膜4を堆積する。この酸化膜4は、通常、75
0℃程度の温度で、公知の化学的気層成長法を用いて成
長させる。しかし、この温度では、非晶質シリコン膜3
が多結晶に変化してしまい、酸化膜4との界面に結晶粒
界に起因する、凹凸が発生する。この凹凸は、多結晶シ
リコンを直接堆積させた場合に比べて、はるかに小さい
が、シリコン膜3の加工に際して、基板1の表面に転写
されるのは明らかである。An oxide film 4 is deposited on the amorphous silicon film 3 as shown in FIG. This oxide film 4 is usually 75
It is grown at a temperature of about 0 ° C. using a known chemical vapor deposition method. However, at this temperature, the amorphous silicon film 3
Becomes polycrystal, and irregularities due to crystal grain boundaries occur at the interface with the oxide film 4. Although the unevenness is much smaller than that in the case where polycrystalline silicon is directly deposited, it is clear that the unevenness is transferred to the surface of the substrate 1 when the silicon film 3 is processed.
【0022】また、非晶質シリコン膜3には燐をイオン
打ち込みしているので、750℃程度の温度でも、燐は
シリコン膜から基板に拡散し、素子間分離酸化膜2の端
にもぐり込む可能性がある。後述するように、基板に入
った不純物は、基板エッチング時に除去されるが、素子
間分離酸化膜2の端にもぐり込んだ不純物は、リーク電
流の経路となるので好ましくない。Further, since phosphorus is ion-implanted in the amorphous silicon film 3, even at a temperature of about 750 ° C., phosphorus can diffuse from the silicon film into the substrate and penetrate into the end of the element isolation oxide film 2. There is a nature. As will be described later, the impurities that have entered the substrate are removed at the time of etching the substrate, but the impurities that have penetrated into the end of the inter-element isolation oxide film 2 serve as a path for leak current, which is not preferable.
【0023】そこで、本発明では、450℃で酸化膜を
堆積する方法を採用した。750℃での酸化膜形成と、
450℃での形成は本質的には同じであり、化学的気層
成長法を用いるが、前者が通常は希薄なガス雰囲気で行
われるのに対して、後者は大気圧下で成長が行われる。
また、温度が違うために、形成される酸化膜の緻密性な
ども異なる。しかし、後述するように、非晶質シリコン
膜3を分離した後で、800℃程度の熱処理を加えるた
めに、その後は、膜の性質には大きな違いはなくなる。
ここでは、150nmの酸化膜を堆積させた。Therefore, in the present invention, a method of depositing an oxide film at 450 ° C. is adopted. Oxide film formation at 750 ° C,
The formation at 450 ° C is essentially the same, using chemical vapor deposition, but the former is usually done in a dilute gas atmosphere while the latter is grown at atmospheric pressure. .
Further, since the temperature is different, the denseness of the oxide film formed is also different. However, as will be described later, after the amorphous silicon film 3 is separated, a heat treatment at about 800 ° C. is applied, and thereafter, there is no great difference in the properties of the film.
Here, a 150 nm oxide film was deposited.
【0024】本実施例では、積み上げ拡散層はシリコン
膜からなるが、これをさらに低抵抗化するために、シリ
コン膜と金属珪化物の積層膜からなる、積み上げ拡散層
も試作した。この場合も同様に、非晶質シリコンを堆積
し、この表面にタングステンシリサイドを、公知のスパ
ッタ法を用いて堆積する。堆積温度を350℃程度にす
ると、シリサイド膜も非晶質のままである。膜厚は、シ
リコン膜が50nm,シリサイド膜も50nmである。
シリコン膜への不純物の導入は、このシリサイド膜を通
したイオン打ち込みで行う。In the present embodiment, the stacked diffusion layer is made of a silicon film, but in order to further reduce the resistance, a stacked diffusion layer made of a stacked film of a silicon film and a metal silicide was also manufactured as a prototype. Also in this case, similarly, amorphous silicon is deposited, and tungsten silicide is deposited on the surface of the amorphous silicon by a known sputtering method. When the deposition temperature is about 350 ° C., the silicide film also remains amorphous. The film thickness is 50 nm for the silicon film and 50 nm for the silicide film.
Impurities are introduced into the silicon film by ion implantation through the silicide film.
【0025】次に、図4に示したように、酸化膜4およ
び非晶質シリコン膜3を、積み上げ拡散層のソースおよ
びドレインになるように分離する。そこで、同図には示
していないが、基板全面に光に感光する有機膜を塗布
し、これを公知の光リソグラフ技術を用いて所望のパタ
ーンにした。これをマスクにして、まず、公知のドライ
エッチ法を用いて酸化膜4をエッチングし、マスクとな
った有機膜を除去した後に、こんどは、酸化膜4をマス
クにして下地の非晶質シリコン膜3を加工した。このよ
うに、有機膜を除去して、酸化膜をマスクにしてシリコ
ン膜を加工するのは、シリコン膜と酸化膜の選択性を上
げるためである。Next, as shown in FIG. 4, the oxide film 4 and the amorphous silicon film 3 are separated into the source and drain of the stacked diffusion layer. Therefore, although not shown in the figure, an organic film that is sensitive to light was applied to the entire surface of the substrate, and a desired pattern was formed by using a known photolithographic technique. Using this as a mask, first, the oxide film 4 is etched by a known dry etching method to remove the organic film used as the mask, and then the oxide film 4 is used as a mask to form the underlying amorphous silicon. Membrane 3 was processed. The reason why the organic film is removed and the silicon film is processed using the oxide film as a mask is to improve the selectivity between the silicon film and the oxide film.
【0026】ところで、本発明の製造方法で作成される
半導体装置は、後述するように、積み上げた拡散層の間
隙に、自己整合的にゲート電極が形成される。1ギガビ
ットレベルで必要とされる0.1から0.15μmのゲー
ト長の半導体装置を作成するためには、積み上げ拡散層
の間隙は予め狭いほうが良い。すなわち、たとえ自己整
合でゲート長が決定できるとは言っても、この間隙が例
えば0.5μm もあったのでは、後述するように、側壁
酸化膜が0.2μmなければ、0.1μmのゲート長には
ならない。その結果、半導体装置のソースとドレイン
に、寄生抵抗が接続された格好になり、特性劣化の原因
となる。By the way, in the semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention, as will be described later, the gate electrode is formed in the gap between the stacked diffusion layers in a self-aligned manner. In order to manufacture a semiconductor device having a gate length of 0.1 to 0.15 μm, which is required at the level of 1 gigabit, it is preferable that the gap between the stacked diffusion layers is narrow in advance. That is, even though the gate length can be determined by self-alignment, if this gap is 0.5 μm, for example, as described later, if the sidewall oxide film is not 0.2 μm, the gate length is 0.1 μm. It won't be long. As a result, a parasitic resistance is connected to the source and drain of the semiconductor device, which causes characteristic deterioration.
【0027】そこで、本発明では、公知の位相シフト法
を採用した。従来は同じ位相の光を用いてパターン形成
していたのに対して、位相シフト法は、位相が180度
反転することによって、光強度がゼロになることを積極
的に利用して、光リソグラフィの加工限界以下の寸法を
実現する方法である。位相シフト法は、特に、図4に示
したような、二つの島に分離する工程に最適であること
が知られている。本実施例でも、この位相シフト法を用
いて、光リソグラフィの波長である、365nmよりも
狭い、250nm程度の間隔で、積み上げ拡散層を分離
することに成功した。Therefore, in the present invention, a known phase shift method is adopted. In the past, pattern formation was performed using light of the same phase, whereas the phase shift method positively utilizes the fact that the light intensity becomes zero by reversing the phase by 180 degrees, and thus the photolithography is performed. This is a method for realizing dimensions below the processing limit of. It is known that the phase shift method is particularly suitable for the step of separating into two islands as shown in FIG. Also in the present embodiment, by using this phase shift method, the stacked diffusion layers were successfully separated at intervals of about 250 nm, which is narrower than 365 nm which is the wavelength of photolithography.
【0028】ところで、積み上げた非晶質シリコン3と
基板1とは同じ物質であるために、非晶質シリコンの加
工に際して、図4に示したように、基板がある程度削れ
てしまう。これは、積み上げ拡散層が素子間分離酸化膜
2の上に堆積されているために、その加工に際して、段
さの分だけ、非晶質シリコン膜3を余分にエッチングし
なければならないからである。本実施例では、0.05
μm だけ基板が削れた。By the way, since the stacked amorphous silicon 3 and the substrate 1 are made of the same material, the substrate is scraped to some extent during the processing of the amorphous silicon as shown in FIG. This is because the stacked diffusion layer is deposited on the inter-element isolation oxide film 2, and therefore the amorphous silicon film 3 must be excessively etched by the amount of steps during the processing. . In this embodiment, 0.05
The substrate was scraped by μm.
【0029】次に、積み上げ拡散層4の間隙に、基板と
は導電型の異なる不純物をイオン打ち込みするために、
図5に示したように、酸化膜5を10nmの厚さで堆積
し、不純物の深さのコントロールを行うと共に、イオン
打ち込みに伴う汚染物質が基板に入らないようにする。
酸化膜5は10nmと非常に薄いため、均一性良く形成
する必要上、750℃での、低圧化学的気層成長法を採
用した。この酸化膜形成時の熱処理によって、非晶質で
あったシリコン膜3は多結晶シリコンに変化し、さらに
は、このシリコン膜に打ち込んだ燐の一部が基板に拡散
して、拡散層を形成する。また、シリコン膜3上の酸化
膜は、熱処理による焼きしめの効果によって、密度が向
上する。Next, in order to ion-implant an impurity having a conductivity type different from that of the substrate into the gap between the stacked diffusion layers 4,
As shown in FIG. 5, an oxide film 5 is deposited with a thickness of 10 nm to control the depth of impurities and prevent contaminants due to ion implantation from entering the substrate.
Since the oxide film 5 is as thin as 10 nm, a low pressure chemical vapor deposition method at 750 ° C. was adopted in order to form it with good uniformity. By the heat treatment during the formation of the oxide film, the amorphous silicon film 3 is changed to polycrystalline silicon, and further, part of phosphorus implanted in the silicon film diffuses into the substrate to form a diffusion layer. To do. In addition, the density of the oxide film on the silicon film 3 is improved by the effect of baking by the heat treatment.
【0030】そして、図6に示したように、基板の中に
形成された拡散層6と同じ導電型の拡散層7を、イオン
打ち込み法を用いて、積み上げ拡散層3の間隙に形成す
る。具体的には、浅い接合が形成できる砒素を、10か
ら20KeVのエネルギで、1×1015/cm2 程度打ち
込んだ。Then, as shown in FIG. 6, a diffusion layer 7 of the same conductivity type as the diffusion layer 6 formed in the substrate is formed in the gap between the stacked diffusion layers 3 by using the ion implantation method. Specifically, arsenic capable of forming a shallow junction was implanted at an energy of 10 to 20 KeV and about 1 × 10 15 / cm 2 .
【0031】この保護膜となった酸化膜5を除去した後
に、図7に示したように、基板全体に窒化膜8を、これ
も公知の低圧化学的気層成長を用いて堆積する。膜厚
は、積み上げ拡散層3の間隔にも依存するが、本発明で
は、側壁窒化膜8で挾まれた間隙が0.1μm以下の寸
法になるように、膜厚を調整した。具体的には、0.0
5から0.1μm の窒化膜を堆積させた。窒化膜8の堆
積温度は770℃であり、この処理の間に、基板に打ち
込まれた砒素7は熱アニールを受けることになり、イオ
ン打ち込みに伴う結晶欠陥が修復され、また、わずかで
はあるが、砒素が基板内部に拡散する。拡散深さは、
0.05μm 程度である。After removing the oxide film 5 which has become the protective film, as shown in FIG. 7, a nitride film 8 is deposited on the entire substrate by using the well-known low pressure chemical vapor deposition. Although the film thickness also depends on the distance between the stacked diffusion layers 3, in the present invention, the film thickness was adjusted so that the gap sandwiched by the sidewall nitride films 8 was 0.1 μm or less. Specifically, 0.0
A 5 to 0.1 μm nitride film was deposited. The deposition temperature of the nitride film 8 is 770 ° C., and during this process, the arsenic 7 implanted into the substrate is subjected to thermal annealing, the crystal defects associated with the ion implantation are repaired, and a slight amount. , Arsenic diffuses inside the substrate. The diffusion depth is
It is about 0.05 μm.
【0032】次に、窒化膜8を公知の異方性エッチ法で
全面エッチングすると、図8に示したように、積み上げ
た拡散層3,4の側壁にのみ窒化膜8が残り、側壁窒化
膜を形成することによって、積み上げ拡散層が自己整合
的に絶縁される。その際、積み上げ拡散層の間隙である
基板領域が露出する。ここで、側壁を絶縁するのに窒化
膜を用いた理由は、下地となる酸化膜との選択比を利用
して、その加工に際して、素子間分離酸化膜2や積み上
げ拡散層3上の酸化膜4が削られないようにするためで
ある。Next, when the entire surface of the nitride film 8 is etched by a known anisotropic etching method, as shown in FIG. 8, the nitride film 8 remains only on the sidewalls of the stacked diffusion layers 3 and 4, and the sidewall nitride film is formed. Is formed, the stacked diffusion layer is insulated in a self-aligned manner. At that time, the substrate region, which is a gap between the stacked diffusion layers, is exposed. Here, the reason why the nitride film is used to insulate the side wall is that the oxide film on the element isolation oxide film 2 and the stacked diffusion layer 3 is processed at the time of processing by utilizing the selection ratio with the underlying oxide film. This is to prevent 4 from being scraped.
【0033】側壁窒化膜8の形成によって、積み上げ拡
散層の間隙の基板領域が露出する。この部分には、予め
砒素が打ち込まれているので、この砒素が打ち込まれた
領域を掘り下げて、図9に示したように、チャネル領域
が拡散層7の深さより、わずかに深い位置に存在するよ
うにする。具体的には、公知の異方性ドライエッチ法を
用いて、基板を0.06μm だけ掘った。この基板に掘
る深さに応じて、半導体装置の実効的なチャネル長を調
整することが可能である。The formation of the sidewall nitride film 8 exposes the substrate region in the gap between the stacked diffusion layers. Since arsenic has been previously implanted in this portion, the region in which the arsenic has been implanted is dug down, and the channel region exists at a position slightly deeper than the depth of the diffusion layer 7, as shown in FIG. To do so. Specifically, the substrate was dug to a depth of 0.06 μm by using a known anisotropic dry etching method. The effective channel length of the semiconductor device can be adjusted according to the depth to be dug into this substrate.
【0034】基板エッチングによって、基板にはダメー
ジが入り、このままゲート酸化膜などを形成すると、界
面準位や耐圧低下の原因になる。このダメージが入る層
は、表面から数十Åの深さ程度なので、このダメージ層
を公知の基板表面洗浄法で除去した。そして、清浄化し
た基板の表面に、図10に示したように、ゲート酸化膜
9を成長させる。ゲート酸化膜には、従来の半導体装置
のように、基板表面を酸化することによるシリコン酸化
膜も使えるが、本半導体装置の製造方法では、熱処理に
よる拡散層7の広がりを抑えるために、高温熱処理を必
要としない、酸化膜の堆積法を用いた。特に、本実施例
では、酸化タンタル膜を用いた。酸化タンタル膜は、シ
リコン酸化膜に比べて誘電率が大きいために、実効的に
シリコン酸化膜より薄い膜を形成することができる。特
に、シリコン酸化膜は4nm程度に薄膜化限界が存在す
るが、酸化タンタル膜を用いると、実効的に2から3n
mの酸化膜にすることも可能である。本実施例では、シ
リコン酸化膜換算で、3nmになるように設定した。The substrate is damaged by the etching of the substrate, and if a gate oxide film or the like is formed as it is, it will cause a decrease in the interface state and the breakdown voltage. Since this damaged layer has a depth of several tens of liters from the surface, this damaged layer was removed by a known substrate surface cleaning method. Then, as shown in FIG. 10, a gate oxide film 9 is grown on the surface of the cleaned substrate. A silicon oxide film obtained by oxidizing the surface of the substrate can be used as the gate oxide film as in the conventional semiconductor device. However, in the method of manufacturing the semiconductor device, in order to suppress the diffusion layer 7 from expanding due to the heat treatment, a high temperature heat treatment is performed. An oxide film deposition method that does not require In particular, a tantalum oxide film was used in this example. Since the tantalum oxide film has a larger dielectric constant than the silicon oxide film, it is possible to effectively form a film thinner than the silicon oxide film. In particular, the silicon oxide film has a thinning limit of about 4 nm, but if a tantalum oxide film is used, it is effectively 2 to 3 n.
It is also possible to use an oxide film of m. In this embodiment, the thickness is set to 3 nm in terms of silicon oxide film.
【0035】酸化タンタル膜の形成には、公知の反応性
スパッタ法を用いた。この方法は、タンタルのターゲッ
トをアルゴンと酸素の混合ガスでスパッタし、基板上に
酸化タンタルを堆積させる膜形成法である。基板がプラ
ズマの雰囲気にさらされるために、基板にダメージが入
りやすい。そこで、本実施例では、酸化タンタル膜の形
成後に、酸素雰囲気で熱処理を行い、酸化タンタルと基
板との界面に薄いシリコン酸化膜を成長させた。これに
よって、界面特性は、シリコン酸化膜と遜色ないまでに
改善する。A known reactive sputtering method was used for forming the tantalum oxide film. This method is a film forming method in which a tantalum target is sputtered with a mixed gas of argon and oxygen to deposit tantalum oxide on a substrate. Since the substrate is exposed to the plasma atmosphere, the substrate is easily damaged. Therefore, in this example, after forming the tantalum oxide film, heat treatment was performed in an oxygen atmosphere to grow a thin silicon oxide film at the interface between the tantalum oxide and the substrate. As a result, the interface characteristics are improved to the level of the silicon oxide film.
【0036】次に、図11に示したように、全面にゲー
ト電極10を堆積する。上述したように、本実施例では
ゲート酸化膜9に酸化タンタル膜を用いているので、ゲ
ート電極には、酸化タンタル膜と反応しないタングステ
ンを用いた。従来の半導体装置では、不純物を含んだ多
結晶シリコンが用いられてきたが、多結晶シリコンは、
酸化タンタル膜から酸素を奪いとる性質があるために、
今回の構造には使用できない。ところで、タングステン
のシート抵抗は1Ω/□であり、多結晶シリコンの50
Ω/□に比べてはるかに小さい。その結果、ゲート抵抗
が小さくなる利点がある。Next, as shown in FIG. 11, the gate electrode 10 is deposited on the entire surface. As described above, since the tantalum oxide film is used for the gate oxide film 9 in this embodiment, tungsten that does not react with the tantalum oxide film is used for the gate electrode. In conventional semiconductor devices, polycrystalline silicon containing impurities has been used, but polycrystalline silicon is
Since it has a property of depriving oxygen from the tantalum oxide film,
It cannot be used for this structure. By the way, the sheet resistance of tungsten is 1Ω / □, and the sheet resistance of polycrystalline silicon is 50
Much smaller than Ω / □. As a result, there is an advantage that the gate resistance is reduced.
【0037】この上に、図12に示したように、光感光
性の有機膜11を塗布し、ゲート電極パターンにした後
に、これをマスクにして、下地のタングステン10を加
工する。タングステンの加工に際しては、積み上げ拡散
層3上の酸化膜4が下地になり、ゲート電極を加工にさ
らすことがない。このように、ゲート電極10加工を、
薄いゲート絶縁膜9の上で行う必要がないのが、本半導
体装置の製造法の特徴の一つである。このため、タング
ステン電極と酸化タンタル膜のように、あまり選択比が
大きくないものについても、基板に損傷を与えることな
く、ゲート電極の加工ができる。As shown in FIG. 12, a photo-sensitive organic film 11 is applied thereon to form a gate electrode pattern, which is then used as a mask to process the underlying tungsten 10. When processing tungsten, the oxide film 4 on the stacked diffusion layer 3 serves as a base, and the gate electrode is not exposed to processing. In this way, processing the gate electrode 10
One of the features of the method of manufacturing the present semiconductor device is that it is not necessary to perform it on the thin gate insulating film 9. Therefore, even if the selection ratio is not so large, such as the tungsten electrode and the tantalum oxide film, the gate electrode can be processed without damaging the substrate.
【0038】次に、図13に示したように、表面に層間
絶縁膜12を堆積する。本発明では、燐を4モル%程度
含んだ酸化膜と有機ガラスの積層膜を堆積させて、平坦
化を行った。積層膜の膜厚は0.5μm である。この層
間絶縁膜12に、同図に示したように、コンタクト孔1
3を開口し、積み上げ拡散層3を露出させる。この断面
図には示されないが、ゲート電極10と半導体基板1に
もコンタクト孔が開口する。Next, as shown in FIG. 13, an interlayer insulating film 12 is deposited on the surface. In the present invention, flattening was performed by depositing a laminated film of an oxide film containing about 4 mol% of phosphorus and organic glass. The film thickness of the laminated film is 0.5 μm. As shown in the figure, the contact hole 1 is formed in the interlayer insulating film 12.
3 is opened to expose the stacked diffusion layer 3. Although not shown in this sectional view, contact holes are also opened in the gate electrode 10 and the semiconductor substrate 1.
【0039】最後に、このコンタクトに金属を埋めて、
図14に示したような配線パターンを形成して、本発明
の半導体装置の製造方法が完結する。なお、金属には、
シリコンを含むアルミニウムを用いた。Finally, fill this contact with metal,
The wiring pattern as shown in FIG. 14 is formed, and the semiconductor device manufacturing method of the present invention is completed. In addition, in metal,
Aluminum containing silicon was used.
【0040】次に、本発明の半導体装置の製造方法を用
いた相補型半導体装置の製造方法に関して説明する。相
補型半導体装置は、同一基板上に、導電型の異なる半導
体装置を作成するが、本質的な製造方法は、前述した単
体の半導体装置の場合と同じである。Next, a method of manufacturing a complementary semiconductor device using the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described. In the complementary semiconductor device, semiconductor devices having different conductivity types are formed on the same substrate, but the essential manufacturing method is the same as that of the single semiconductor device described above.
【0041】まず、同一の半導体基板表面に、導電型の
異なる領域を作成する。ここでは、その製造方法の詳細
には言及しないが、概略以下の通りである。まず、基板
表面に窒化膜を堆積して、一方の導電型にする基板領域
を開口する。ここに、燐イオンを1〜10×1012/cm
2 程度打ち込む。この領域はn型103になる。イオン
打ち込み後、表面を酸化すると、窒化膜で被われていな
いn型領域表面には酸化膜が成長する。選択酸化のマス
クとなった窒化膜を除去すると、n型領域には酸化膜が
成長しているので、これをマスクに、残りの領域に、ボ
ロンを1〜10×1012/cm2 程度打ち込む。この領域
はp型102になる。そして、拡散深さが所望の値にな
るように、基板に熱処理を与える。これによって、1枚
のマスクで、二つの導電型領域を作成することができ
る。First, regions having different conductivity types are formed on the same semiconductor substrate surface. Here, details of the manufacturing method are not mentioned, but the outline is as follows. First, a nitride film is deposited on the surface of the substrate, and one of the substrate regions having the conductivity type is opened. Here, phosphorus ions are added in an amount of 1 to 10 × 10 12 / cm.
Type in about 2 . This region becomes the n-type 103. When the surface is oxidized after ion implantation, an oxide film grows on the surface of the n-type region not covered with the nitride film. When the nitride film used as the mask for the selective oxidation is removed, an oxide film grows in the n-type region. With this as a mask, the remaining region is implanted with boron at about 1 to 10 × 10 12 / cm 2. . This region becomes the p-type 102. Then, heat treatment is applied to the substrate so that the diffusion depth becomes a desired value. Thereby, two conductive type regions can be formed with one mask.
【0042】このように、同一基板上に二つの導電型領
域を形成した後に、図17に示したように、選択酸化法
を用いて、素子間分離酸化膜2を形成する。After the two conductivity type regions are formed on the same substrate as described above, the inter-element isolation oxide film 2 is formed by the selective oxidation method as shown in FIG.
【0043】基板表面を清浄にし、表面全体に、図18
に示したように、非晶質シリコンを堆積する。そして、
同図に示したように、一方の導電型領域に有機膜のマス
ク11を形成し、露出したシリコン膜3に不純物をイオ
ン打ち込みする。ここでは、基板がp型102の領域で
は、シリコン膜に燐を、n型103の領域上のシリコン
膜にはボロンを打ち込んだ。イオン打ち込みのドーズ量
は、両者共に、1〜5×1015/cm2 である。また、不
純物イオンは基板に到達しないよう、打ち込みエネルギ
を設定した。The surface of the substrate was cleaned and the entire surface was removed as shown in FIG.
Amorphous silicon is deposited as shown in FIG. And
As shown in the figure, an organic film mask 11 is formed in one conductivity type region, and impurities are ion-implanted into the exposed silicon film 3. Here, in the region where the substrate is the p-type 102, phosphorus is implanted in the silicon film, and in the silicon film on the n-type 103 region, boron is implanted. The dose amount of ion implantation is 1 to 5 × 10 15 / cm 2 in both cases. The implantation energy is set so that the impurity ions do not reach the substrate.
【0044】イオン打ち込みによる表面の汚染等を除去
した後、図19に示したように、基板全体に酸化膜4を
堆積する。堆積温度は、前述したように、シリコン膜3
からの不純物拡散を防ぐために、450℃での堆積法を
用いた。After removing the surface contamination and the like due to the ion implantation, an oxide film 4 is deposited on the entire substrate as shown in FIG. As described above, the deposition temperature is the silicon film 3
A deposition method at 450 ° C. was used to prevent impurity diffusion from the substrate.
【0045】次に、図20に示したように、シリコン膜
3と酸化膜4を、積み上げ拡散層に分離する。ここでも
前述したように、位相シフト法を用いて0.2μm の間
隔に分離した。この際、基板が50nm程度削れる。Next, as shown in FIG. 20, the silicon film 3 and the oxide film 4 are separated into stacked diffusion layers. Again, as described above, the phase shift method was used to separate the gap into 0.2 μm. At this time, the substrate is scraped by about 50 nm.
【0046】積み上げ拡散層の加工に伴う汚染等を、洗
浄法を用いて除去した後に、基板全体に、次のイオン打
ち込み工程での汚染防止膜、およびイオンの深さ制御膜
となる酸化膜5を10nm堆積する(図21)。この膜
の堆積には、前述したように、750℃での酸化膜成長
法を用いた。この熱処理の過程に、積み上げた拡散層3
は、非晶質から多結晶に変化し、また、シリコン膜3中
の不純物が基板に拡散する。After the contamination and the like caused by the processing of the stacked diffusion layers are removed by using a cleaning method, the oxide film 5 to be the contamination prevention film and the ion depth control film in the next ion implantation step is formed on the entire substrate. Is deposited to a thickness of 10 nm (FIG. 21). As described above, the oxide film growth method at 750 ° C. was used to deposit this film. In the process of this heat treatment, the accumulated diffusion layers 3
Changes from amorphous to polycrystalline, and the impurities in the silicon film 3 diffuse into the substrate.
【0047】次に、図22に示したように、チャネル領
域となる、積み上げ拡散層3の間隙に、予め、拡散層を
形成するために、不純物をイオン打ち込みする。基板の
導電型が異なるために、一方の領域を有機膜11で被
い、これをマスクに用いる。p型の基板には、砒素を2
0KeV,2×1015/cm2 の条件で打ち込み、n型の
基板には、ボロンをBF2として、20KeV,2×1
015/cm2の条件でイオン打ち込みした。これによっ
て、同図中に示したように、拡散層領域7が形成され
る。Next, as shown in FIG. 22, impurities are ion-implanted in advance in the gaps between the stacked diffusion layers 3 which will be the channel regions, in order to form diffusion layers. Since the substrates have different conductivity types, one region is covered with the organic film 11 and this is used as a mask. For p-type substrates, 2 arsenic
Implantation was carried out under the conditions of 0 KeV and 2 × 10 15 / cm 2 , and for an n-type substrate, boron was used as BF 2 and 20 KeV and 2 × 1 were used.
Ion implantation was performed under the condition of 0 15 / cm 2 . As a result, the diffusion layer region 7 is formed as shown in FIG.
【0048】イオン打ち込みに伴う汚染等を洗浄法で除
去した後に、図23に示したように、積み上げ拡散層3
の側壁絶縁膜となる窒化膜8を、100nmの膜厚で堆
積する。形成温度は750℃である。After removing contaminants and the like due to ion implantation by a cleaning method, as shown in FIG.
A nitride film 8 to be a sidewall insulating film is deposited to a film thickness of 100 nm. The formation temperature is 750 ° C.
【0049】この窒化膜に、全面エッチを施すと、図2
4に示したように、表面とに段さのある、積み上げ拡散
層の側壁にのみ窒化膜が残り、側壁窒化膜8ができる。
この際、チャネル領域となる、積み上げ拡散層の間隙で
ある基板領域が露出する。When the entire surface of this nitride film is etched, the structure shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the nitride film remains only on the side wall of the stacked diffusion layer having a step on the surface, and the side wall nitride film 8 is formed.
At this time, the substrate region, which is the gap between the stacked diffusion layers and becomes the channel region, is exposed.
【0050】次に、図25に示したように、この露出し
た基板部分のみを掘り下げることで、側壁窒化膜8下の
拡散層を保護しながら、チャネルとなる領域の不純物層
7を除去する。この工程によって、半導体装置の拡散層
が分離される。基板を掘る深さは、不純物層の深さに依
存するが、n型,p型ともに0.05μm 程度なので、
本実施例では、0.05から0.06μmだけ基板を掘っ
た。Then, as shown in FIG. 25, only the exposed substrate portion is dug down to remove the impurity layer 7 in the region to be the channel while protecting the diffusion layer under the sidewall nitride film 8. By this step, the diffusion layer of the semiconductor device is separated. The depth of digging the substrate depends on the depth of the impurity layer, but since both n-type and p-type are about 0.05 μm,
In this embodiment, the substrate is dug by 0.05 to 0.06 μm.
【0051】つぎに、この基板の加工に伴う表面の損傷
などを除去し、清浄化した後に、第1の実施例でも述べ
たように、酸化タンタル膜9を、ゲート酸化膜として堆
積する(図26)。前述したように、反応性スパッタ法
を用いて酸化タンタル膜を堆積し、さらに、酸素雰囲気
で熱処理をすることで、酸化タンタル膜と半導体基板と
の間に、界面特性に優れた、熱酸化膜を成長させる。こ
の処理によって、ゲート酸化膜の界面特性や耐圧が向上
する。Next, after removing the damage on the surface due to the processing of the substrate and cleaning, the tantalum oxide film 9 is deposited as a gate oxide film as described in the first embodiment (see FIG. 26). As described above, by depositing a tantalum oxide film using the reactive sputtering method and further performing heat treatment in an oxygen atmosphere, a thermal oxide film having excellent interface characteristics between the tantalum oxide film and the semiconductor substrate is formed. Grow. This treatment improves the interface characteristics and breakdown voltage of the gate oxide film.
【0052】次に、図27に示したように、ゲート電極
10としてタングステンを堆積し、これを、図28に示
したように、所望のゲート電極形状に加工する。Next, as shown in FIG. 27, tungsten is deposited as the gate electrode 10, and this is processed into a desired gate electrode shape as shown in FIG.
【0053】さらに、図29に示したように、基板全面
を層間絶縁膜12で被い、これにコンタクト孔13を開
口する。Further, as shown in FIG. 29, the whole surface of the substrate is covered with an interlayer insulating film 12, and a contact hole 13 is opened in this.
【0054】そして最後に、図30に示したように、配
線層14を形成して、本発明の相補型半導体装置の製造
方法を完結する。Finally, as shown in FIG. 30, the wiring layer 14 is formed to complete the manufacturing method of the complementary semiconductor device of the present invention.
【0055】次に、本発明の半導体装置の製造に必要
な、マスクパターンについて説明する。Next, the mask pattern required for manufacturing the semiconductor device of the present invention will be described.
【0056】図31には、相補型の半導体装置を製造す
るのに必要な、マスクパターンを示した。まず、40の
パターンを用いて、これで囲まれた領域に第1導電型の
基板領域を形成し、これ以外の領域に、第2導電型の基
板領域を形成する。具体的な方法は、前述した通りであ
る。次に、素子間分離酸化膜を形成するが、これに、4
1のパターンを用いる。基板上の窒化膜がこのパターン
に加工され、選択酸化のマスクになることで、このパタ
ーンに囲まれた領域にのみ、素子の活性化領域ができ
る。選択酸化の際、活性領域となるパターン41で囲ま
れた領域にも薄い酸化膜があるので、これを除去するた
めに、パターン42を用いる。これによって、素子間分
離酸化膜を薄くすることなく、活性領域上の酸化膜を除
去することができる。FIG. 31 shows a mask pattern necessary for manufacturing a complementary semiconductor device. First, using a pattern of 40, a first conductivity type substrate region is formed in a region surrounded by the pattern, and a second conductivity type substrate region is formed in the other region. The specific method is as described above. Next, an inter-element isolation oxide film is formed.
The pattern of 1 is used. The nitride film on the substrate is processed into this pattern and serves as a mask for selective oxidation, so that an element activation region is formed only in the region surrounded by this pattern. At the time of selective oxidation, there is a thin oxide film also in the region surrounded by the pattern 41 which becomes the active region, so the pattern 42 is used to remove this. As a result, the oxide film on the active region can be removed without thinning the inter-element isolation oxide film.
【0057】次に、積み上げ拡散層を堆積する。そし
て、パターン44を用いて、所望の導電型にするための
イオン打ち込みを行う。具体的には、領域44にボロン
を打ち込んでp型にし、それ以外に砒素を打ち込んでn
型とする。さらに、パターン43を用いてこれを分離す
る。チャネルとなる半導体基板領域に、予め拡散層とな
る不純物層をイオン打ち込みし、さらに、積み上げ拡散
層の側壁窒化膜を形成するが、これは自己整合で行われ
るために、マスクパターンを必要としない。ただし、不
純物層の形成に際して、素子間分離酸化膜の端に不純物
が導入されるのを防ぐために、イオン打ち込みに際して
は、パターン48,49を用いる。基板の導電型が異な
るために、2種類のパターンを必要とする。そして、4
5のパターンを用いてゲート電極を作り、46のパター
ンでコンタクト孔を開口し、最後に、47のパターンで
配線を形成する。Next, a stacked diffusion layer is deposited. Then, using the pattern 44, ion implantation is performed to obtain a desired conductivity type. Specifically, boron is implanted in the region 44 to make it p-type, and arsenic is implanted in the other region to make n.
Use as a mold. Furthermore, this is separated using the pattern 43. An impurity layer to be a diffusion layer is preliminarily ion-implanted into a semiconductor substrate region to be a channel, and a sidewall nitride film of a stacked diffusion layer is formed. However, since this is performed by self-alignment, no mask pattern is required. . However, in order to prevent impurities from being introduced into the ends of the inter-element isolation oxide film when forming the impurity layer, patterns 48 and 49 are used at the time of ion implantation. Two types of patterns are required because the substrates have different conductivity types. And 4
A gate electrode is formed by using the pattern of 5, the contact hole is opened by the pattern of 46, and finally wiring is formed by the pattern of 47.
【0058】本発明の実施例では、単体および相補型の
半導体装置の製造方法に関して説明してきたが、この製
造方法は、積み上げ拡散層型半導体装置が適用可能なす
べての半導体装置、すなわち、DRAMに代表される半
導体メモリや、マイクロプロセッサに代表される論理L
SIなどの製造に適用可能である。Although the embodiments of the present invention have been described with respect to the manufacturing method of the single and complementary type semiconductor devices, this manufacturing method can be applied to all the semiconductor devices to which the stacked diffusion layer type semiconductor device is applicable, that is, the DRAM. A logic L typified by a typical semiconductor memory or a microprocessor
It is applicable to the manufacture of SI and the like.
【0059】[0059]
【発明の効果】積み上げ拡散層のシリコン膜として非晶
質シリコンを用いると、その加工に際する基板の荒れと
いう、性能劣化につながる最大の課題を解決することが
できる。このため、本方法で作成した、積み上げ拡散層
型の半導体装置は、チャネル領域が加工にさらされない
これまでの半導体装置と比べても、電流の減少等は観測
されない。また、チャネル領域に予め不純物をイオン打
ち込みし、基板に溝を掘ることで拡散層に分離する方法
であるために、これまでの、熱処理によって不純物分布
を制御するという方法と異なり、相補型の半導体装置が
作りやすいという特徴もある。When amorphous silicon is used as the silicon film of the stacked diffusion layer, it is possible to solve the biggest problem that the performance is deteriorated, that is, the roughness of the substrate during the processing. Therefore, in the stacked diffusion layer type semiconductor device manufactured by this method, a decrease in current or the like is not observed even compared with the conventional semiconductor devices in which the channel region is not exposed to processing. Further, unlike the conventional method of controlling the impurity distribution by heat treatment, the complementary semiconductor is a method in which impurities are ion-implanted in the channel region in advance and trenches are formed in the substrate to separate the diffusion layers. Another feature is that the device is easy to make.
【0060】この結果、0.1μm 程度のゲート長を有
する半導体装置が、従来の方法で安定性よく製造できる
ようになり、ギガビットクラスのメモリや、論理回路が
実現される。As a result, a semiconductor device having a gate length of about 0.1 μm can be stably manufactured by the conventional method, and a gigabit class memory and a logic circuit are realized.
【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
を示す断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図14】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図15】従来の半導体装置の断面図。FIG. 15 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.
【図16】従来の積み上げ型拡散層の半導体装置の断面
図。FIG. 16 is a cross-sectional view of a conventional stacked-type diffusion layer semiconductor device.
【図17】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 17 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図18】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図19】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 19 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図20】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 20 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図21】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 21 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図22】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 22 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図23】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 23 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図24】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 24 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図25】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 25 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図26】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 26 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図27】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 27 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図28】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 28 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図29】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 29 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図30】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工
程を示す断面図。FIG. 30 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図31】相補型半導体装置を作成するためのマスクパ
ターンの平面図。FIG. 31 is a plan view of a mask pattern for forming a complementary semiconductor device.
1…半導体基板、2…素子間分離酸化膜、3…積み上げ
拡散層、4…酸化膜、5…酸化膜、6…拡散層、7…拡
散層、8…側壁窒化膜、9…ゲート酸化膜、10…ゲー
ト電極、11…有機膜、12…層間絶縁膜、13…コン
タクト孔、14…配線金属。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Element isolation oxide film, 3 ... Stacked diffusion layer, 4 ... Oxide film, 5 ... Oxide film, 6 ... Diffusion layer, 7 ... Diffusion layer, 8 ... Sidewall nitride film, 9 ... Gate oxide film Reference numeral 10 ... Gate electrode, 11 ... Organic film, 12 ... Interlayer insulating film, 13 ... Contact hole, 14 ... Wiring metal.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久本 大 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor, Dai Hisamoto 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo
Claims (6)
板に、ある間隔で形成された第2導電型の半導体領域が
存在し、前記半導体基板とゲート絶縁膜を介して接触し
ているゲート電極に電圧を印加することによって、前記
第2導電型の半導体領域間に流れる電流を制御する半導
体装置の製造方法において、前記半導体基板上に、非晶
質である第2導電型の導電体と絶縁膜の積層膜を堆積す
る工程と、前記積層膜を分離して、前記第2導電型の半
導体領域を形成する工程と、前記積層膜の分離溝を通し
て、前記半導体基板とは導電型の異なる不純物をイオン
打ち込む工程と、前記積層膜の側壁のみを絶縁膜で被う
工程と、前記側壁絶縁膜で被われていない基板部分を掘
って、不純物打ち込み領域を分離する工程と、基板表面
にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜に
接するゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を
被覆する層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜
を貫通して前記ゲート電極,前記第2導電型の積層膜、
および前記半導体基板に達する開口部を形成する工程
と、前記開口部を通して、前記ゲート電極,前記第2導
電型の積層膜、および前記半導体基板に接触する配線を
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A first-conductivity-type semiconductor substrate having an element isolation region has second-conductivity-type semiconductor regions formed at certain intervals, and is in contact with the semiconductor substrate through a gate insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a current flowing between the second-conductivity-type semiconductor regions is controlled by applying a voltage to a gate electrode, wherein an amorphous second-conductivity-type conductor is provided on the semiconductor substrate. A step of depositing a laminated film of an insulating film, a step of separating the laminated film to form the semiconductor region of the second conductivity type, and a step of separating the semiconductor substrate from the semiconductor substrate through a separation groove of the laminated film. Ion-implanting different impurities, a step of covering only the side wall of the laminated film with an insulating film, a step of digging a substrate portion not covered with the side-wall insulating film to separate an impurity-implanted region, and a substrate surface Gate insulation film Forming step, forming a gate electrode in contact with the gate insulating film, forming an interlayer insulating film covering the gate electrode, penetrating the interlayer insulating film, the gate electrode and the second conductive film. Mold laminated film,
And a step of forming an opening reaching the semiconductor substrate, and forming a wiring in contact with the gate electrode, the second conductive type laminated film, and the semiconductor substrate through the opening. Manufacturing method.
を構成する積層膜は、第2導電型の不純物を含む非晶質
シリコンと絶縁膜の積層膜、もしくは、第2導電型の不
純物を含む非晶質シリコンと金属の珪化物と絶縁膜の積
層膜からなる半導体装置の製造方法。2. The laminated film forming a part of the second conductivity type according to claim 1, wherein the laminated film of amorphous silicon containing an impurity of the second conductivity type and an insulating film, or the second conductivity type. A method of manufacturing a semiconductor device comprising a laminated film of an amorphous silicon containing an impurity, a metal silicide, and an insulating film.
タングステン,モリブデン,コバルト,チタン,ニッケ
ルなどの金属と、シリコンの化合物である半導体装置の
製造方法。3. The silicide according to claim 2, wherein the metal silicide is
A method for manufacturing a semiconductor device, which is a compound of silicon with a metal such as tungsten, molybdenum, cobalt, titanium, and nickel.
を構成する積層膜の側壁を被う側壁絶縁膜は、窒化膜で
ある半導体装置の製造方法。4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the sidewall insulating film covering the sidewall of the laminated film forming a part of the second conductivity type is a nitride film.
リコンの酸化膜、もしくはシリコンの酸化膜と五酸化タ
ンタルの積層膜からなり、さらに、ゲート電極は不純物
を含む多結晶シリコン膜,不純物を含む多結晶シリコン
膜と金属の珪化物との積層膜、もしくは、タングステン
やモリブデンの高融点金属膜からなる半導体装置の製造
方法。5. The gate insulating film according to claim 1, comprising a silicon oxide film or a laminated film of a silicon oxide film and tantalum pentoxide, and the gate electrode further comprises a polycrystalline silicon film containing impurities and an impurity. A method for manufacturing a semiconductor device comprising a laminated film of a polycrystalline silicon film containing a metal silicide and a refractory metal film of tungsten or molybdenum.
導電型の異なる半導体領域が存在し、それぞれの半導体
領域に、前記半導体基板とは導電型の異なる半導体装置
を同時に形成する半導体装置の製造方法。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein semiconductor regions having different conductivity types are present, and semiconductor devices having different conductivity types from those of the semiconductor substrate are simultaneously formed in the respective semiconductor regions.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16061892A JPH065855A (en) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16061892A JPH065855A (en) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH065855A true JPH065855A (en) | 1994-01-14 |
Family
ID=15718832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16061892A Pending JPH065855A (en) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065855A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022166322A (en) * | 2009-12-04 | 2022-11-01 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP16061892A patent/JPH065855A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022166322A (en) * | 2009-12-04 | 2022-11-01 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
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