JPH09293865A - 半導体装置及び半導体製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体製造方法

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JPH09293865A
JPH09293865A JP13109396A JP13109396A JPH09293865A JP H09293865 A JPH09293865 A JP H09293865A JP 13109396 A JP13109396 A JP 13109396A JP 13109396 A JP13109396 A JP 13109396A JP H09293865 A JPH09293865 A JP H09293865A
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JP
Japan
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side wall
contact hole
sidewall
semiconductor device
gate electrode
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JP13109396A
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English (en)
Inventor
Kunihiro Yamanaka
邦裕 山中
Hideto Kitakado
英人 北角
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は絶縁性を確保しつつ、拡散層上のコン
タクトとゲート電極距離を縮小させる半導体装置及び半
導体製造方法を提供する。 【解決手段】基板10上に、厚さ8nmのゲート酸化膜
11、厚さ150nmのポリシリコン膜12、厚さ10
0nmのWSi2 膜13及び厚さ100nmの酸化膜
(キャップ)14を順次形成し、ゲート電極形状にパタ
ーニングする。リン注入を行ってn- 層15を形成した
後、窒化膜のデポ・エッチバックにより幅50nmのシ
リコン窒化膜の第一のサイドウオール16を形成する。
第一のサイドウオール16の外側壁にシリコン酸化膜の
第二のサイドウオール17を幅100nmに形成し、ヒ
素注入及び熱処理を行ってn+ 層18を形成する。層間
絶縁膜19を形成した後、コンタクト−ゲート間距離が
0.15μmのマスクを用いてエッチングによりホール
径0.35μmのコンタクトホール20を開口して、コ
ンタクトホール20にメタルを埋め込んで配線21を形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及び半
導体製造方法に関し、詳細には、拡散層上のコンタクト
とゲート電極の距離を縮小させる半導体装置及び半導体
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置は、その微細化が進むに伴っ
て、拡散層上のコンタクトとゲート電極の距離を縮小さ
せることが重要な技術課題となっている。
【0003】そこで、従来、半導体基板上のトランジス
タゲート、もしくは、コンデンサを形成する箇所に隣接
して、半導体基板もしくは、導電体材料を介した半導体
基板にコンタクトを形成する箇所を有する半導体装置に
おいて、前記トランジスタゲートもしくはコンデンサの
電極形成を行った後に、絶縁膜として酸化膜と窒化シリ
コンを含む材料を用いる工程を有し、コンタクト形成
に、酸化膜のエッチングとチッ化シリコンのエッチング
をする工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の
製造方法が提案されている(特開平3−21030号公
報参照)。この従来の半導体装置の製造方法は、コンタ
クト形成の層間絶縁膜に酸化膜とエッチングの選択比を
大きくとることのできるチッ化シリコン膜を用いること
により、リソグラフィー工程のマスク合せズレのマージ
ン分だけ半導体装置の微細化を可能にするものである。
すなわち、上面が酸化膜に被覆されたゲート電極の側壁
に酸化膜からなるサイドウオールを形成して、全面が酸
化膜に覆われたゲート電極を形成し、その後、チッ化膜
を全面に堆積して、この窒化膜をコンタクト開口時のエ
ッチングストッパーとすることにより、ゲート電極とア
ルミニウム(Al)配線のコンタクト部との距離をゼロ
にしようとしている。
【0004】また、従来、シリコン基板に設けられた第
一導電型の第一の領域、第一の領域と隣り合ってシリコ
ン基板に設けられた第二導電型の第二の領域、第一の領
域の上に酸化膜絶縁膜を介して設けられた導電膜、導電
膜の上の第一の絶縁膜、導電膜及び第一の絶縁膜の側面
に形成された第二の絶縁膜、少なくとも第二の領域上に
開口部を有する第三の絶縁膜、第三の絶縁膜の上に設け
られ、開口部に達する配線、を備えたことを特徴とする
半導体装置及びその製造方法が提案されている(特開平
6−163535号公報参照)。この従来の技術は、下
層からポリシリコン層、WSi2 層、シリコン窒化膜
層、シリコン窒化膜保護用酸化膜層の順に構成されたゲ
ート電極に、シリコン窒化膜からなるサイドウオールを
形成することにより、アルミニウム(Al)配線とゲー
ト電極を確実に絶縁して、素子を小型化するものであ
り、この従来技術によるサイドウオールの幅は、0.2
〜0.3μmである。
【0005】また、コンタクトホールの位置とは無関係
に、トランジスタ自体の微細化を行う技術として、例え
ば、「A 0.1−μm CMOS Technolo
gywith Tilt−Implanted Pun
chthrough Stopper」,T Hor
i,IEDM,p75,1994が報告されており、こ
の報告によるサイドウオール幅は、0.11μmであ
る。また、「A 0.35μm CMOS PROCE
SS FOR FAST RANDOM LOGI
C」,G.Guegan et al,IEDM,p.
105,1991が報告されており、これらの報告によ
るサイドウオールの幅は、0.15μmである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな公報記載の従来技術によりゲート−コンタクト間の
距離を縮小しようとすると、図8に示すように、層間絶
縁膜1に形成されたコンタクトホール2内に酸化膜3の
サイドウオール3aが残存するため、以下のような問題
があった。なお、図8において、4は、基板、5は、ポ
リシリコン、6は、シリコン窒化膜、7は、n+ 層、8
は、n- 層である。
【0007】すなわち、上記第1の問題としては、コン
タクトホール2のアスペクト比、すなわち、コンタクト
ホール2の幅をx、サイドウオール3aの高さをyとし
たとき、y/xで示される比が、サイドウオール3aの
ために部分的に大きくなり、配線材料の埋め込みが困難
になるとともに、信頼性を確保することが困難になる。
【0008】第2の問題としては、コンタクトホール2
に埋め込まれた配線材料と拡散層(n+ 層)との接触面
積の減少により、コンタクト抵抗が大きくなる。
【0009】そして、このようなサイドウオール3aが
残存することによる後工程への問題が生じる。
【0010】すなわち、上述のように、近年、サイドウ
オール3aの幅も、0.11〜0.15μm程度にま
で、小さくなってきているが、上記従来の技術では、上
記第1及び第2の問題の発生を解決することはできず、
ゲート−コンタクト間距離の縮小化にとって障害となっ
ていた。
【0011】また、上記のようなサイドウオール3aの
除去を前提に、図9に示すように、サイドウオール3a
の一部をエッチング除去して、コンタクトホール2を開
口すると、以下のような新たな問題が発生する。
【0012】すなわち、第3の問題としては、アライメ
ントズレによるゲート−コンタクト間でのリーク電流が
流れる。
【0013】第4の問題として、トランジスタのサイド
ウオール3aの下に存在する低濃度ソース・ドレイン上
にコンタクトホール3aを配置することになるため、接
合リークを引き起こしてしまう。
【0014】この第3の問題に対しては、上記特開平6
−163535号公報の記載内容から対応技術を容易に
見出すことはできが、上記第4の問題に対しては、トラ
ンジスタとして要求される低濃度ソース・ドレイン/高
濃度ソース・ドレインの位置関係に、さらにコンタクト
位置を含めた制御が必要になるため、従来技術によって
は、対応することができない。
【0015】さらに、上記公報記載の従来技術によれ
ば、ゲート電極上面全体がシリコン窒化膜に覆われてい
るため、ゲート電極自体と導通をとるためのコンタクト
ホールを形成する場合、ゲート電極上面の窒化膜除去工
程を必要とするが、このとき、シリコン窒化膜からなる
サイドウオールを保護する目的でリソグラフィ−工程を
追加しなければならなくなり、半導体装置の製造コスト
が高くなるという問題があった。
【0016】そこで、請求項1記載の発明は、ゲート電
極の側壁にシリコン窒化膜からなる第一のサイドウオー
ルを形成して、この第一のサイドウオールの側壁にシリ
コン酸化膜からなる第二のサイドウオールを形成し、こ
の第二のサイドウオールの少なくとも一部を除去してコ
ンタクトホールを形成することにより、コンタクトホー
ルのアスペクト比を小さくして、コンタクトホールへの
メタルの埋め込み特性が良好で、信頼性が良好な半導体
装置を提供することを目的としている。
【0017】請求項2記載の発明は、ゲート電極の側壁
にシリコン窒化膜からなる第一のサイドウオールを形成
して、この第一のサイドウオールの側壁にシリコン酸化
膜からなる第二のサイドウオールを形成し、この第二の
サイドウオールの少なくとも一部を除去してコンタクト
ホールを形成して、このコンタクトホールにメタルを埋
め込んで、配線を形成することにより、コンタクトホー
ルのアスペクト比を小さくして、コンタクトホールへの
メタルの埋め込み特性が良好で、信頼性が良好な半導体
装置を製造することのできる半導体製造方法を提供する
ことを目的としている。
【0018】請求項3記載の発明は、ゲート電極上にキ
ャップ絶縁膜を形成することにより、アライメントのず
れの影響でコンタクトホールがゲート電極上に開口され
た場合でも、ゲートとコンタクトホールに形成される配
線を完全に絶縁して、ゲート−コンタクト間距離をゼロ
にすることのできる半導体装置及び半導体製造方法を提
供することを目的としている。
【0019】請求項4記載の発明は、ゲート電極上の酸
化膜でキャップ絶縁膜を形成することにより、拡散層状
のコンタクトホールとゲート電極上のコンタクトホール
を同一マスクを使用して、従来のように後工程としてリ
ソグラフィー工程を行うことなく、同時に形成して、製
造コストを低減することのできる半導体装置及び半導体
製造方法を提供することを目的としている。
【0020】請求項5記載の発明は、第一のサイドウオ
ール幅と第二のサイドウオール幅を0.05μm以上
0.1μm以下にすることにより、コンタクトホールが
ゲートに隣接するほど近づいてもメタルの埋め込み特性
の良好なコンタクトホールを形成し、コンタクトホール
のアスペクト比が大きくなることがなく、また、高純度
不純物領域を第一のサイドウオールに容易にオーバーラ
ップさせて、配線の信頼性を向上させることができると
ともに、不純物領域がゲート下に入り込むのを適切に防
止して、短チャネル効果の良好な半導体装置及び半導体
製造方法を提供することを目的としている。
【0021】請求項6記載の発明は、高純度不純物領域
の一部が、第一のサイドウオールの下に形成され、前記
ゲート電極の下には、形成されないようにすることによ
り、コンタクトホール−ゲート間距離が短い場合でも、
コンタクトホールのボトム面直下には必ず高純度不純物
領域が配置して、接合リークが無く、低抵抗の半導体装
置及び半導体製造方法を提供することを目的としてい
る。
【0022】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の半
導体装置は、ゲート電極の側壁に形成されたシリコン窒
化膜からなる第一のサイドウオールと、前記第一のサイ
ドウオールの外側壁に形成されたシリコン酸化膜からな
る第二のサイドウオールと、前記第二のサイドウオール
の少なくとも一部がエッチング除去されることにより形
成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホール内
にメタルが埋め込まれて形成された配線と、を備えるこ
とにより、上記目的を達成している。
【0023】ここで、半導体装置としては、例えば、D
RAM(Dynamic RAM )等のメモリセルに用いられるL
DD構造トランジスタ(半導体装置)に適用される。
【0024】ゲート電極の側壁に形成されたシリコン酸
化膜からなる第一のサイドウオールは、このようなトラ
ンジスタに要求される低濃度ソース・ドレインの位置を
制御し、第一のサイドウオールの外側壁に形成されたシ
リコン酸化膜からなる第二のサイドウオールは、トラン
ジスタの高濃度ソース・ドレインの位置を調整する。
【0025】そして、ゲート−コンタクト間距離がゼロ
となるコンタクトホールの開口において、第一のサイド
ウオールをゲート保護のエッチングストッパーとして用
い、コンタクトホール内のアクペクト比の低下と底面積
増加のために第二のサイドウオールの少なくとも一部
を、コンタクトホール開口時に除去する。このコンタク
トホールにメタルを埋め込んで、配線を形成する。
【0026】トランジスタに要求される低濃度ソース・
ドレインは、例えば、第一のサイドウオール形成前にイ
オン注入によって導入し、高濃度ソース・ドレインは、
例えば、第二のサイドウオール形成後にイオン注入と熱
拡散により形成する。
【0027】上記構成によれば、ゲート電極の側壁にシ
リコン窒化膜からなる第一のサイドウオールを形成し
て、この第一のサイドウオールの側壁にシリコン酸化膜
からなる第二のサイドウオールを形成し、この第二のサ
イドウオールの少なくとも一部を除去してコンタクトホ
ールを形成して、コンタクトホール内にメタルを埋め込
んで配線を形成しているので、コンタクトホール−ゲー
ト間距離がゼロに形成された場合でも、コンタクトホー
ルのアスペクト比を小さくすることができ、メタルの埋
め込み特性を向上させて、配線の信頼性を向上させるこ
とができるとともに、第一のサイドウオールにより高純
度不純物層がゲートとオーバーラップすることを防止す
ることができ、短チャネル効果を向上させることができ
る。
【0028】請求項2記載の発明の半導体製造方法は、
ゲート電極の側壁にシリコン窒化膜からなる第一のサイ
ドウオールを形成する第一のサイドウオール形成工程
と、前記第一のサイドウオールの側壁にシリコン酸化膜
からなる第二のサイドウオールを形成する第二のサイド
ウオール形成工程と、前記第二のサイドウオールの少な
くとも一部をエッチング除去してコンタクトホールを形
成するエッチング工程と、前記コンタクトホールにメタ
ルを埋め込んで配線を形成する配線形成工程と、を備え
ることにより、上記目的を達成している。
【0029】上記構成によれば、ゲート電極の側壁にシ
リコン窒化膜からなる第一のサイドウオールを形成し
て、この第一のサイドウオールの側壁にシリコン酸化膜
からなる第二のサイドウオールを形成し、この第二のサ
イドウオールの少なくとも一部を除去してコンタクトホ
ールを形成して、コンタクトホール内にメタルを埋め込
んで配線を形成しているので、コンタクトホール−ゲー
ト間距離が0に形成された場合でも、コンタクトホール
のアスペクト比を小さくすることができ、メタルの埋め
込み特性を向上させて、配線の信頼性を向上させること
ができるとともに、第一のサイドウオールにより高純度
不純物層がゲートとオーバーラップすることを防止する
ことができ、短チャネル効果を向上させることができ
る。
【0030】上記各場合において、例えば、請求項3に
記載するように、前記ゲート電極上にキャップ絶縁膜が
形成されていてもよい。
【0031】上記構成によれば、ゲート電極上にキャッ
プ絶縁膜を形成しているので、アライメントのずれの影
響でコンタクトホールがゲート電極上に開口された場合
でも、ゲートとコンタクトホールに形成される配線を完
全に絶縁することができ、ゲート−コンタクト間距離を
ゼロにして、コンタクトとゲート電極の距離をより一層
縮小させることができる。
【0032】また、例えば、ゲート−コンタクト間距離
を最大のアライメントズレだけ離すことを許容できる場
合、請求項4に記載するように、前記ゲート電極上のキ
ャップ絶縁膜が酸化膜であってもよい。
【0033】上記構成によれば、ゲート電極上の酸化膜
でキャップ絶縁膜を形成しているので、拡散層状のコン
タクトホールとゲート電極上のコンタクトホールを同一
マスクを使用して、従来のように後工程としてリソグラ
フィー工程を行うことなく、同時に形成することがで
き、製造コストを低減することができる。
【0034】さらに、例えば、請求項5に記載するよう
に、前記第一のサイドウオールは、その幅が0.05μ
m以上0.1μm以下であり、前記第二のサイドウオー
ルは、その幅が0.05μm以上0.1μm以下であっ
てもよい。
【0035】ここで、上述のように、半導体装置に要求
される低濃度ソース・ドレインは、第一のサイドウオー
ル形成前にイオン注入によって導入され、このとき、低
濃度ソース・ドレイン領域の長さやその位置は、イオン
注入の条件や後工程を含めた熱処理によって変化する
が、後工程で導入する高濃度ソース・ドレイン領域に含
まれないように存在させるためには、第一のサイドウオ
ールとして、0.05μm〜0.1μmが必要である。
また、高濃度ソース・ドレインは、0.05μm〜0.
1μmの幅を持つ第二のサイドウオール形成後にイオン
注入と熱拡散によって形成するが、高濃度ソース・ドレ
イン領域を第一のサイドウオール下に存在させて、コン
タクト形成による接合リークを抑える。したがって、3
E15ions/cm2 以上のドーズ量と800〜90
0℃程度の熱処理が必要になる。
【0036】さらに、第一のサイドウオールと第二のサ
イドウオールにそれぞれシリコン窒化膜とシリコン酸化
膜を用いているので、コンタクトホールのエッチングに
高密度プラズマエッチャーを用いると、選択比は、40
〜50を確保することができ、第一のサイドウオールで
あるシリコン窒化膜がストッパーとして機能する。
【0037】このような構成に基づいて最終的に開口し
たコンタクトホールは、上記の第二のサイドウオールの
少なくとも一部が除去されているため、ゲート−コンタ
クト間距離がゼロであっても、アスペクト比が小さく、
かつ、底面積が大きくなっている。
【0038】上記構成によれば、第一のサイドウオール
幅と第二のサイドウオール幅を0.05μm以上0.1
μm以下にしているので、コンタクトホールがゲートに
隣接するほど近づいてもメタルの埋め込み特性の良好な
コンタクトホールを形成することができ、コンタクトホ
ールのアスペクト比を小さく抑えることができる。ま
た、高純度不純物領域を第一のサイドウオールに容易に
オーバーラップさせて、配線の信頼性を向上させること
ができるとともに、不純物領域がゲート電極の下に入り
込むのを適切に防止することができ、短チャネル効果を
向上させることができる。
【0039】また、例えば、請求項6に記載するよう
に、高純度不純物領域の一部が、前記第一のサイドウオ
ールの下に形成されていて、ゲート電極の下には形成さ
れていないものであってもよい。
【0040】上記構成によれば、高純度不純物領域の一
部が、第一のサイドウオールの下にのみ形成され、ゲー
ト電極の下には、形成されないので、コンタクトホール
−ゲート間距離が短い場合でも、コンタクトホールのボ
トム面直下には必ず高純度不純物領域を配置させること
ができ、接合リークが無く、低抵抗の半導体装置を提供
することができる。
【0041】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。
【0042】図1〜図7は、本発明の半導体装置及び半
導体製造方法の一実施の形態を示す図である。本実施の
形態は、ゲート−コンタクト間距離ゼロとLDD構造
(Lightly Doped Drain Structure :低濃度拡散ドレイ
ン構造)トランジスタ特性の確保を合わせて実現するM
OS半導体装置及びその製造方法に適用したものであ
る。
【0043】本実施の形態においては、まず、図1に示
すように、基板10、例えば、P型シリコン基板上に、
ゲート酸化膜11を8nmの厚さに形成し、その後、1
50nmの厚さのポリシリコン膜12、100nmの厚
さのWSi2 膜13及び100nmの厚さの酸化膜(キ
ャップ)14を順次形成する。そして、リソグラフィー
技術とエッチング技術により酸化膜11を形成した後、
ポリシリコン膜12、WSi2 膜13及び酸化膜14を
ゲート電極形状にパターニングする。
【0044】次に、図2に示すように、n- (P:リ
ン)注入を10kev、3E12cm2 の条件で行い、
- 層15を形成し、その後、窒化膜のデポ・エッチバ
ックにより幅50nmのシリコン窒化膜からなる第一の
サイドウオール16を形成する。そして、この第一のサ
イドウオール16の外側壁に、シリコン酸化膜からなる
第二のサイドウオール17を、幅100nmに形成す
る。
【0045】次に、n+ (As:ヒ素)注入を50ke
v、6E15cm2 の条件で行い、Asの活性化のため
の熱処理、例えば、900度で30分行って、図3に示
すように、n+ 層18を形成する。この際、n+ 層18
は、窒化膜の第一のサイドウオール16にオーバーラッ
プした状態で形成するが、ゲート電極には、オーバーラ
ップしない状態で形成する。
【0046】その後、図4に示すように、層間絶縁膜1
9を形成した後、コンタクト−ゲート間距離が0.15
μmであるマスクを用いて、リソグラフィー処理を行
い、エッチングによりホール径0.35μmのコンタク
トホール20を開口する。なお、ここでは、アライメン
トが、0.12μmずれた場合を想定している。次に、
コンタクトホール20にメタルを埋め込んで、配線21
を形成する。
【0047】すなわち、本実施の形態では、ゲート電極
の側壁にシリコン窒化膜からなる第一のサイドウオール
16を形成する第一のサイドウオール形成工程と、第一
のサイドウオール16の側壁にシリコン酸化膜からなる
第二のサイドウオール17を形成する第二のサイドウオ
ール形成工程と、第二のサイドウオール17の少なくと
も一部をエッチング除去してコンタクトホール20を形
成するエッチング工程と、コンタクトホール20にメタ
ルを埋め込んで配線21を形成する配線形成工程と、を
行うことにより半導体装置が形成されている。そして、
ゲート電極上に形成されたボトムに酸化膜14によりキ
ャップが形成されている。また、第一のサイドウオール
16が50nm(0.05μm)の厚さ(幅)に形成さ
れ、第二のサイドウオール17が100nm(0.1μ
m)の厚さ(幅)に形成されている。さらに、高純度不
純物領域であるn+ 層18の一部が第一のサイドウオー
ル16の下にのみ存在し、ゲート電極の下には、存在し
ないように形成されている。
【0048】なお、本実施の形態によれば、上記実施の
形態の方法で形成した半導体装置と比較するために、1
層の窒化膜のサイドウオールのみを幅150nm形成し
た比較サンプル(以下、比較サンプル1という。)と、
1層の酸化膜のサイドウオールのみを幅150nm形成
した比較サンプル(以下、比較サンプル2という。)
と、を製造した。
【0049】このように、本実施の形態によれば、コン
タクトホール20を、酸化膜の第二のサイドウオール1
7をエッチングすることにより形成しているので、コン
タクトホール−ゲート間距離が0(ゼロ)に形成された
場合でも、コンタクトホール20のアスペクト比を大き
くする要因は、第一の窒化膜のサイドウオール16分だ
けであり、コンタクトホール20のアスペクト比は、さ
ほど大きなものとはならない。すなわち、コンタクトホ
ール20の径が、0.35μm、コンタクトホール20
の高さが、0.85μm、第一のサイドウオール16の
幅が、0.15μmとした場合、コンタクトホールのア
スペクト比は、図5〜図7において、コンタクトホール
の底面の幅をx、サイドウオールの高さをyとし、アス
ペクト比を、y/xとしたとき、図8に示した従来技術
では、図5に示すように、1.75であるのに対して、
本実施の形態の半導体装置では、図6に示すように、ア
スペクト比(y/x1)を1.17にすることができ
る。その結果、埋め込み特性の良好なコンタクトホール
20を形成することができ、配線21の信頼性を向上さ
せることができる。
【0050】また、素子特性においては、短チャネル効
果抑制のために、サイドウオール幅は、0.1μmが一
般的であるが、本実施の形態では、2層(SiN/Si
2)のサイドウオール16、17を形成しているの
で、n+ 及びn- 注入時のサイドウオール16、17の
幅を、0.1μm以上確保することができ、n+ 層18
においても、n+ 層18がゲートにオーバーラップする
ことがなく、短チャネル効果に強い半導体装置を製造す
ることができる。
【0051】特に、窒化膜からなる第一のサイドウオー
ル16の幅が、0.1μm以下であるため、コンタクト
ホール20がゲートに隣接するほど近づいても、埋め込
み特性の良好なコンタクトホール20を形成することが
でき、配線21の信頼性を劣化させるほど、コンタクト
ホール20のアスペクト比を増加させることはない。ま
た、第一のサイドウオール16及び第二のサイドウオー
ル17の幅が、0.05μm以上に形成されているた
め、制御性良く形成が可能であり、第一のサイドウオー
ル16及び第二のサイドウオール17の幅の和が、最低
でも0.1μmあるため、n+ 層18がゲート下に入り
込むのをより一層容易に防止することができ、短チャネ
ル効果に強い半導体装置を形成することができる。
【0052】また、例えば、コンタクトホール20の径
が、0.35μm、第一のサイドウオール16の高さ
が、0.35μm、第一のサイドウオール16の幅が、
0.15μmとした場合、コンタクトホール20のアス
ペクト比は、図5に示したように、従来技術による比較
サンプル1では、1.75であったのに対して、本実施
の形態の半導体装置では、1.17〜1.4(図6及び
図7参照)にすることができ、埋め込み特性を向上させ
て、成膜時間、ひいては、半導体装置の製造時間を短縮
することができる。
【0053】さらに、酸化膜からなる第二のサイドウオ
ール17の幅が、0.1μm以下であるため、第一のサ
イドウオール16の幅が、0.1μmである場合でも、
+層18を第一のサイドウオール16に容易にオーバ
ーラップさせることができ、より一層埋め込み特性の良
好なコンタクトホール20を形成することができる。そ
の結果、配線21の信頼性をより一層向上させることが
できる。
【0054】また、コンタクトホール20において、拡
散層との接触面積を、従来技術の場合の1.4倍にする
ことができ、コンタクト抵抗を30%程度低減させるこ
とができる。その結果、低抵抗の半導体装置を提供する
ことができる。
【0055】さらに、コンタクトホール−ゲート間距離
が近い、例えば、0.01〜0.05μm程度であって
も、窒化膜からなる第一のサイドウオール16によりコ
ンタクトとゲート電極間の絶縁性を高めることができ
る。
【0056】また、コンタクトホール20のボトム面直
下は、必ずn+ 層18であるので、接合リークが無い。
すなわち、ゲート−コンタクト間距離は、0.0μm
(実寸)/(マスク寸法では、0.1μm)における、
+ /Pwell逆バイアス(3.3V)リークは、従
来技術による比較サンプル2では、20nA/400h
olesに対し、本実施の形態の半導体装置では、1p
A/400holesであった。
【0057】さらに、ゲートコンタクトのリソグラフィ
ー工程及び窒化膜除去工程を必要とせず、半導体装置の
製造コストを安価にすることができる。
【0058】次に、本発明の半導体装置及び半導体製造
方法の第2の実施の形態について説明する。本実施の形
態は、NMOS半導体装置及びその製造方法に適用した
ものであり、本実施の形態の説明においては、上記図1
から図6を用いる。
【0059】本実施の形態では、基板10上に、8nm
の厚さのゲート酸化膜11を形成した後、150nmの
厚さのポリシリコン膜12、100nmの厚さのWSi
2 膜13及び100nmの厚さの窒化膜(キャップ)1
4を形成し、リソグラフィー工程を行って、エッチング
技術により、上記窒化膜14、WSi2 膜13及びポリ
シリコン膜12をゲート電極形状にエッチングする。
【0060】次に、n- (P:リン)注入を10ke
V、3E12cm2 で行って、n- 層15を形成した
後、窒化膜の第一のサイドウオール16を幅50nmで
形成する。そして、シリコン酸化膜の第2のサイドウオ
ールを幅100nmで形成し、n+ (As:ヒ素)注入
を50keV、6E12cm2 の条件で行った後、As
の活性化のための熱処理(例えば、900度30分)を
行って、n+ 層18を形成する。この際、n+ 層18
は、窒化膜の第一のサイドウオール16にオーバーラッ
プした状態に形成するが、ゲートにはオーバーラップし
ない状態で形成する。
【0061】そして、層間絶縁膜19を形成した後、コ
ンタクト−ゲート間距離が0μmであるマスクを用いて
リソグラフィーを行い、エッチングによりホール径0.
35μmのコンタクトホール20を開口する。なお、こ
こでは、アライメントが0.1μm程度ずれた場合を想
定している。
【0062】その後、ゲートコンタクト形成のために、
リソグラフィー工程及び窒化膜除去工程を経た後、コン
タクトホール20にメタルを埋め込んで、配線21を形
成する。
【0063】このようにして形成されたNMOS半導体
装置は、コンタクト−ゲート間距離が0μmに設計した
場合にも、上記同様に、従来の問題点を改善することが
できた。
【0064】すなわち、コンタクトホール20のアスペ
クト比は、上記比較サンプル1で、1.75であったの
に対して、本実施の形態の製造方法で製造した半導体装
置では、1.17に形成することができ、埋め込み特性
の良好なコンタクトホール20を形成することができ
た。その結果、配線21の信頼性を向上させることがで
きる。
【0065】また、コンタクトホール20において、拡
散層との接触面積を、比較サンプル1の約1.4倍に形
成することができ、コンタクト抵抗を30%程度低減す
ることができた。
【0066】さらに、コンタクトホール20がゲートに
オーバーラップした場合でも、窒化膜14のキャップが
ゲート上に形成されているので、コンタクトとゲート電
極の短絡の発生を防止することができる。
【0067】また、コンタクトホール20のボトム面直
下には、n+ 層18が形成されているので、接合リーク
が無い。すなわち、n+ /Pwell逆バイアス(3.
3V)リークは、従来技術による比較サンプル2が、2
0nA/400holesであったのに対して、本実施
の形態の半導体装置では、1pA/400holesで
あった。
【0068】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。
【0069】
【発明の効果】請求項1記載の発明の半導体装置によれ
ば、ゲート電極の側壁にシリコン窒化膜からなる第一の
サイドウオールを形成して、この第一のサイドウオール
の側壁にシリコン酸化膜からなる第二のサイドウオール
を形成し、この第二のサイドウオールの少なくとも一部
を除去してコンタクトホールを形成して、コンタクトホ
ール内にメタルを埋め込んで配線を形成しているので、
コンタクトホール−ゲート間距離がゼロに形成された場
合でも、コンタクトホールのアスペクト比を小さくする
ことができ、メタルの埋め込み特性を向上させて、配線
の信頼性を向上させることができるとともに、第一のサ
イドウオールにより高純度不純物層がゲートとオーバー
ラップすることを防止することができ、短チャネル効果
を向上させることができる。
【0070】請求項2記載の発明の半導体製造方法によ
れば、ゲート電極の側壁にシリコン窒化膜からなる第一
のサイドウオールを形成して、この第一のサイドウオー
ルの側壁にシリコン酸化膜からなる第二のサイドウオー
ルを形成し、この第二のサイドウオールの少なくとも一
部を除去してコンタクトホールを形成して、コンタクト
ホール内にメタルを埋め込んで配線を形成しているの
で、コンタクトホール−ゲート間距離が0に形成された
場合でも、コンタクトホールのアスペクト比を小さくす
ることができ、メタルの埋め込み特性を向上させて、配
線の信頼性を向上させることができるとともに、第一の
サイドウオールにより高純度不純物層がゲートとオーバ
ーラップすることを防止することができ、短チャネル効
果を向上させることができる。
【0071】請求項3記載の発明の半導体装置及び半導
体製造方法によれば、ゲート電極上にキャップ絶縁膜を
形成しているので、アライメントのずれの影響でコンタ
クトホールがゲート電極上に開口された場合でも、ゲー
トとコンタクトホールに形成される配線を完全に絶縁す
ることができ、ゲート−コンタクト間距離をゼロにし
て、コンタクトとゲート電極の距離をより一層縮小させ
ることができる。
【0072】請求項4記載の発明の半導体装置及び半導
体製造方法によれば、ゲート電極上の酸化膜でキャップ
絶縁膜を形成しているので、拡散層状のコンタクトホー
ルとゲート電極上のコンタクトホールを同一マスクを使
用して、従来のように後工程としてリソグラフィー工程
を行うことなく、同時に形成することができ、製造コス
トを低減することができる。
【0073】請求項5記載の発明の半導体装置及び半導
体製造方法によれば、第一のサイドウオール幅と第二の
サイドウオール幅を0.05μm以上0.1μm以下に
しているので、コンタクトホールがゲートに隣接するほ
ど近づいてもメタルの埋め込み特性の良好なコンタクト
ホールを形成することができ、コンタクトホールのアス
ペクト比を小さく抑えることができる。また、高純度不
純物領域を第一のサイドウオールに容易にオーバーラッ
プさせて、配線の信頼性を向上させることができるとと
もに、不純物領域がゲート電極の下に入り込むのを適切
に防止することができ、短チャネル効果を向上させるこ
とができる。
【0074】請求項6記載の発明の半導体装置及び半導
体製造方法によれば、高純度不純物領域の一部が、第一
のサイドウオールの下にのみ形成され、ゲート電極の下
には、形成されないので、コンタクトホール−ゲート間
距離が短い場合でも、コンタクトホールのボトム面直下
には必ず高純度不純物領域を配置させることができ、接
合リークが無く、低抵抗の半導体装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置及び半導体製造方法の第一
の実施の形態を適用した半導体装置及び半導体製造方法
の基板上にゲート電極となる各層を形成した状態を示す
側面断面図。
【図2】図1の状態で第一のサイドウオール、第二のサ
イドウオール及びn- 層を形成した状態を示す側面断面
図。
【図3】図2の状態でn+ 層を形成した状態を示す側面
断面図。
【図4】図3の状態で層間絶縁膜、コンタクトホールを
形成して配線を埋め込んだ状態を示す側面断面図。
【図5】図8の従来の半導体装置のアスペクト比を説明
するための側面断面図。
【図6】図4の半導体装置のアスペクト比を説明するた
めの側面断面図。
【図7】図4の半導体装置のアスペクト比が最大の場合
のアスペクト比を説明するための側面断面図。
【図8】従来の半導体装置の側面断面図。
【図9】図8の半導体装置のサイドウオールをエッチン
グ除去した状態を示す側面断面図。
【符号の説明】
10 基板 11 ゲート酸化膜 12 ポリシリコン膜 13 WSi2 膜 14 酸化膜 15 n- 層 16 第一のサイドウオール 17 第二のサイドウオール 18 n+ 層 19 層間絶縁膜 20 コンタクトホール 21 配線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゲート電極の側壁に形成されたシリコン窒
    化膜からなる第一のサイドウオールと、前記第一のサイ
    ドウオールの外側壁に形成されたシリコン酸化膜からな
    る第二のサイドウオールと、前記第二のサイドウオール
    の少なくとも一部がエッチング除去されることにより形
    成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホール内
    にメタルが埋め込まれて形成された配線と、を備えたこ
    とを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】ゲート電極の側壁にシリコン窒化膜からな
    る第一のサイドウオールを形成する第一のサイドウオー
    ル形成工程と、前記第一のサイドウオールの側壁にシリ
    コン酸化膜からなる第二のサイドウオールを形成する第
    二のサイドウオール形成工程と、前記第二のサイドウオ
    ールの少なくとも一部をエッチング除去してコンタクト
    ホールを形成するエッチング工程と、前記コンタクトホ
    ールにメタルを埋め込んで配線を形成する配線形成工程
    と、を備えたことを特徴とする半導体製造方法。
  3. 【請求項3】前記ゲート電極上にキャップ絶縁膜が形成
    されていることを特徴とする請求項1または請求項2記
    載の半導体装置または半導体製造方法。
  4. 【請求項4】前記ゲート電極上のキャップ絶縁膜が酸化
    膜であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置ま
    たは半導体製造方法。
  5. 【請求項5】前記第一のサイドウオールは、その幅が
    0.05μm以上0.1μm以下であり、前記第二のサ
    イドウオールは、その幅が0.05μm以上0.1μm
    以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のい
    ずれかに記載の半導体装置あるいは半導体製造方法。
  6. 【請求項6】高純度不純物領域の一部が、前記第一のサ
    イドウオールの下に形成されていて、前記ゲート電極の
    下には形成されていないことを特徴とする請求項1から
    請求項5のいずれかに記載の半導体装置または半導体製
    造方法。
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