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JP3588566B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP3588566B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CMOS部の各トランジスタと、DRAMメモリセルとを同一半導体基板上に混載集積化した半導体装置の製造方法に関わる。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSIのシステムにおいては、CMOS部の各トランジスタと、DRAM等の高密度メモリと、他のデバイスとを混載集積化する提案が数多くみられる。このような混載型半導体装置の場合、DRAMメモリセル部のメモリセルトランジスタとCMOS部の各トランジスタとでは、ゲートや拡散層の構造が異なるため、それぞれ別々の工程で形成していた。例えば、DRAMメモリセル部では、高密度化を実現するためにセルフアラインコンタクト形成工程を用いるのが一般的であり、そのためにはゲート電極上にセルフアラインコンタクト用の保護絶縁膜を形成する必要がある。一方、CMOS部では、デュアルゲート構造が採用され、高速動作を実現するためにソース・ドレイン拡散層及びゲート電極の低抵抗化が必要であり、そのためにゲート電極及びソース・ドレイン拡散層を同時にシリサイド化するサリサイド工程が一般的に用いられている。このようなDRAMメモリセル部とCMOS部を混載した場合、CMOS部のゲート電極上にはシリサイド化するためにセルフアラインコンタクト用の保護絶縁膜が形成されないようにする必要があり、DRAMメモリセル部ではソース・ドレイン拡散層をシリサイド化すると、ソース・ドレイン拡散層─基板間のリークが大きくなることからシリサイド化されないようにする必要があり、それぞれ別々の工程で形成するのが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の混載型半導体装置の製造方法では、CMOS部の各トランジスタおよびDRAM等の高密度メモリとを別々に作っていたため、工程が複雑でコストもかかるという不具合があった。一方、両者のゲートを同時に形成しようとするとCMOS部とDRAMメモリセル部とにおけるゲートの高低差のためにレジストパターンが崩れて、特に、CMOS部のゲートを形成する際のパターニング精度が確保できないという不具合もあった。
【0004】
そこで、本発明の目的は、上記不具合を招くことなく、CMOS部の各トランジスタと、DRAM等の高密度メモリのメモリトランジスタとの各ゲートを共通の工程により製造し得る半導体装置の製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、素子分離により半導体基板をCMOSFETを形成しようとする第1の領域と高密度メモリのメモリセルトランジスタを形成しようとする第2の領域とに分ける工程(a)と、上記第1の領域に第1ゲート絶縁膜を形成する工程(b)と、上記第2の領域に第2ゲート絶縁膜を形成する工程(c)と、上記第1ゲート絶縁膜及び上記第2ゲート絶縁膜の上に第1導体膜を形成する工程(d)と、上記第1導体膜上にマスク用絶縁膜を堆積した後、上記マスク用絶縁膜をパターニングして上記第1の領域のゲート電極を形成しようとする領域の上に第1ゲート形成用マスクを形成する工程(e)と、上記第1導体膜上および上記第1ゲート形成用マスク上に、上記第1導体膜より低抵抗の第2導体膜を形成する工程(f)と、上記第2導体膜の上に上記第2の領域のゲート電極を形成しようとする領域の上に第2ゲート形成用マスクを形成する工程(g)と、エッチングにより、第1の領域においては上記第1のゲート形成用マスクを用いて上記第1の導体膜をパターニングして上記CMOSFETのゲート電極を形成する一方、第2の領域においては上記第2のゲート形成用マスクを用いて上記第1および第2の導体膜をパターニングして上記メモリセルトランジスタのゲート電極を形成する工程(h)と、上記第1及び第2の領域における各ゲート電極の両側方に位置する領域にメモリセルトランジスタ、CMOSFETのソース・ドレイン拡散層を形成する工程(i)とを備え、上記工程(h)の後に、上記第1の領域において、上記第1ゲート形成用マスクを除去した後、上記CMOSFETのゲート電極の上部及びソース・ドレイン拡散層の上部をシリサイド化する工程を含む。
【0006】
これにより、CMOS部の各トランジスタのゲート電極とDRAMメモリセルのゲート電極とを共通の工程により製造することができる。その場合、CMOSFETのゲート電極上の第2導体膜は工程(h)の初期段階ですべて除去され、第1ゲート形成用マスクにより第1導体膜が直接、パターニングされるので、CMOSFETのゲート長を決定するゲート電極下端部の第1ゲート形成用マスクに対する寸法シフトが小さく抑制される。すなわち、CMOSFETのゲート電極の寸法精度を確保できる。
【0007】
また、CMOSFETのゲート電極及びソース・ドレイン拡散層の低抵抗化による高速動作を実現できる。
【0008】
上記半導体装置の製造方法において、上記工程(h)の後、シリサイド化する工程の前に第2の領域上にシリサイド化阻止用保護絶縁膜を形成する工程をさらに含むことにより、メモリセル部のソース・ドレイン拡散層がシリサイド化されるのを阻止することができ、メモリセルにおけるリークを抑制できる。
【0009】
上記半導体装置の製造方法において、上記工程(f)の後で上記工程(g)の前に、上記第2導体膜の上にセルフコンタクト用保護絶縁膜を形成する工程と、上記工程(i)の後に、上記第2の領域におけるゲート電極の両側に絶縁体サイドウォールを形成した後、基板上に層間絶縁膜を形成し、上記層間絶縁膜を貫通して上記第2の領域のソース・ドレイン拡散層に到達するセルフアラインコンタクトを形成する工程とをさらに含むことにより、DRAMメモリセルの高密度化を実現できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
まず、本実施形態に係る半導体装置の構造について説明する。
【0011】
図1は、本実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置においては、P型シリコン基板1上に、DRAMメモリセル部Rmと、CMOS部Rcとが設けられており、CMOS部Rcにおいては、PMOSFET部Rpと、NMOSFET部Rnとが設けられている。DRAMメモリセル部Rmと、PMOSFET部Rpと、NMOSFET部Rnとは、トレンチ型の素子分離用絶縁膜3により隔てられている。
【0012】
DRAMメモリセル部Rmにおいては、P型ウェル領域4上にゲート酸化膜6cとDRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極33とが下から順次積み上げられている。このDRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極33は、下部電極33aと、上部電極33bとが下から順次積み上げられた構造となっており、ゲート電極上には、窒化膜からなる上面保護膜91が設けられている。また、DRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極33の両側には、窒化膜サイドウォール14が設けられている。また、下地となるP型ウェル領域4中のDRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極33の両側方に位置する領域には第一、第二のN型ソース・ドレイン拡散層35a、35bが設けられている。また、P型シリコン基板1上には、第一の層間絶縁膜60が設けられ、第一の層間絶縁膜60を貫通して第一のN型ソース・ドレイン拡散層35aに到達するビット線コンタクト61が形成されている。第一の層間絶縁膜60の上には、ビット線コンタクト61につながるビット線62が設けられている。また、第一の層間絶縁膜60上には第二の層間絶縁膜63が設けられている。また、第一、第二の層間絶縁膜60、63を貫通して第二のN型ソース・ドレイン拡散層35bに到達する容量蓄積部コンタクト68が形成されている。この容量蓄積部コンタクト68の上には、容量蓄積電極70が設けられている。この容量蓄積電極70の周囲には、容量絶縁膜71が形成され、さらに、その周囲にはプレート電極72が形成されている。
【0013】
PMOSFET部Rpにおいては、N型ウェル領域5上にゲート酸化膜6bとゲート電極39とが下から順次積み上げられている。このゲート電極39は、ポリシリコン膜からなる下部電極34bと、コバルトシリサイド膜からなる上部電極16aとが下から積み上げられた構造となっている。この下部電極34bの両側には、窒化膜サイドウォール14が設けられている。また、下地となるN型ウェル領域5中のゲート電極39の両側方に位置する領域にはP型ソース・ドレイン拡散層18bとLDD拡散層18aとが設けられている。また、P型ソース・ドレイン拡散層18b上には、コバルトシリサイド膜16bが形成されている。さらに、P型ソース・ドレイン拡散層18bは、コバルトシリサイド膜16bを介して、その上部に第一の層間絶縁膜60を貫通して設けられたコンタクトプラグ20と電気的に接続されている。このコンタクトプラグ20の上には、配線64が設けられている。
【0014】
NMOSFET部Rnにおいては、P型ウェル領域4上にゲート酸化膜6bとゲート電極40とが下から順次積み上げられている。このゲート電極40は、ポリシリコン膜からなる下部電極34aと、コバルトシリサイド膜からなる上部電極16cとが下から積み上げられた構造となっている。この下部電極34aの両側には、窒化膜サイドウォール14が設けられている。また、下地となるP型ウェル領域4中の下部電極34aの両側方に位置する領域にはN型ソース・ドレイン拡散層17bとLDD拡散層17aとが設けられている。また、N型ソース・ドレイン拡散層17b上には、コバルトシリサイド膜16dが形成されている。さらに、N型ソース・ドレイン拡散層17bは、コバルトシリサイド膜16dを介して、その上部に第一の層間絶縁膜60を貫通して設けられたコンタクトプラグ20と電気的に接続されている。このコンタクトプラグ20の上には、配線64が設けられている。
【0015】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造工程について説明する。図2(a)、図2(b)、図3(a)、図3(b)、図4(a)、図4(b)、図5(a)および図5(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0016】
まず、図2(a)に示す工程で、900℃の熱酸化により、P型シリコン基板1上に膜厚が約20nmの保護酸化膜2を形成する。ここで、このP型シリコン基板1の比抵抗は10〜20Ω・cmであり、また、P型シリコン基板1の主面は、(100)面である。
【0017】
次に、減圧CVD法により、保護酸化膜2上に保護窒化膜を100nm程度の膜厚となるまで堆積させる。その後、フィールド領域を開口したレジスト膜をマスクとして用いて、ドライエッチングによりフィールド領域の保護窒化膜および保護酸化膜2のエッチングを行なった後、さらに、ドライエッチングによりフィールド領域のP型シリコン基板1中に400nm程度の深さのトレンチを形成する。
【0018】
次に、トレンチの内壁に900℃の熱酸化により、保護酸化膜を20nm程度の膜厚となるまで形成させた後、CVD法により、トレンチを含む基板上にシリコン酸化膜をトレンチの底部から800nm程度の膜厚となるまで堆積させる。次に、CMP法により、シリコン酸化膜を保護窒化膜の表面が露出するまで研磨することにより、トレンチ内にシリコン酸化膜を埋め込んで、DRAMメモリセル部Rm、PMOSFET部Rp、NMOSFET部Rnを互いに分離する素子分離用絶縁膜3を形成する。その後、熱燐酸を用いて保護窒化膜を全て除去する。
【0019】
次に、図2(b)に示す工程で、NMOSFET部Rnにボロンのイオン注入を行う。すなわち、しきい値電圧を制御するためのイオン注入(注入エネルギー10keV、ドーズ量6×1012cm−2)、チャネルストッパーの形成のためのイオン注入(注入エネルギー200keV、ドーズ量6×1012cm−2)、およびP型ウェル領域4の形成のためのイオン注入(注入エネルギー400keV、ドーズ量1×1013cm−2)を行う。また、DRAMメモリセル部Rmにボロンのイオン注入を行う。すなわち、しきい値電圧を制御するためのイオン注入(注入エネルギー10keV、ドーズ量3×1012cm−2)、チャネルストッパーの形成のためのイオン注入(注入エネルギー200keV、ドーズ量3×1012cm−2)、およびP型ウェル領域4の形成のためのイオン注入(注入エネルギー400keV、ドーズ量1×1013cm−2)を行う。次に、PMOSFET部Rpに燐のイオン注入を行う。すなわち、しきい値電圧を制御するためのイオン注入(注入エネルギー50keV、ドーズ量6×1012cm−2)、チャネルストッパーの形成のためのイオン注入(注入エネルギー400keV、ドーズ量6×1012cm−2)、およびN型ウェル領域5の形成のためのイオン注入(注入エネルギー800keV、ドーズ量1×1013cm−2)を行う。次に、P型ウェル領域4とN型ウェル領域5との不純物を拡散、活性化させるため、熱処理(900℃、約30分間)を行う。さらに、ウェットエッチングにより保護酸化膜2を除去した後、ゲート酸化膜6を850℃の熱酸化により5nm程度の膜厚となるまで形成させる。
【0020】
次に、図3(a)に示す工程で、ゲート酸化膜6全面上に多結晶シリコン膜7をCVD法により150nm程度の膜厚となるまで堆積する。この多結晶シリコン膜7は、以下に述べる工程により、CMOS部Rcの各トランジスタのゲート電極、およびDRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極の一部となるものである。次に、NMOSFET部Rn、およびDRAMメモリセル部Rmの多結晶シリコン膜7にレジスト膜をマスクとして用いて、N型不純物として燐のイオン注入(注入エネルギー15keV、ドーズ量7×1015cm−2)を行い、また、PMOSFET部Rpの多結晶シリコン膜7にレジスト膜をマスクとして用いて、P型不純物としてボロンのイオン注入(注入エネルギー8keV、ドーズ量4×1015cm−2)を行う。次に、注入した不純物を拡散させるための熱処理(800℃、約30分間)を加えた後、多結晶シリコン膜7の全面上に、CMOS部Rcの各トランジスタにおけるゲート電極のパターン形成のためにマスクとして用いる窒化膜8を、CVD法により50nm程度の膜厚となるまで成長させる。次に、その窒化膜8上に、CMOS部Rcにおけるゲート電極を形成しようとする領域を覆うレジスト膜Pr1を形成する。
【0021】
次に、図3(b)に示す工程で、レジスト膜Pr1をマスクとして用いて窒化膜8をドライエッチングすることにより、NMOSFETゲート形成用マスク31a、PMOSFETゲート形成用マスク31bを形成する。
【0022】
次に、図4(a)に示す工程で、多結晶シリコン膜7、NMOSFETゲート形成用マスク31aおよびPMOSFETゲート形成用マスク31b上に、DRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極の一部となるタングステンシリサイド膜32をCVD法により150nm程度の膜厚となるまで堆積する。次に、タングステンシリサイド膜32全面上にコンタクトエッチングストッパー用の窒化膜11をCVD法により150nm程度の膜厚となるまで堆積する。その後、窒化膜11上に、DRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極を形成するためレジスト膜Pr2を形成する。
【0023】
次に、図4(b)に示す工程で、ドライエッチングによりレジスト膜Pr2をマスクとして用いて窒化膜11をパターニングした後、レジスト膜Pr2を除去する。次に、このパターニングした後の窒化膜からなる上面保護膜91をマスクとして用いて、タングステンシリサイド膜32と多結晶シリコン膜7とをエッチングする。こうして、下部電極33aと上部電極33bとが積み上げられた構造のDRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極33を形成する。さらに、このとき、NMOSFETゲート形成用マスク31a、PMOSFETゲート形成用マスク31bが、多結晶シリコン膜7のドライエッチングに対するマスクとなることにより、NMOSFETの下部電極34a、PMOSFETの34b下部電極が同時に形成される。
【0024】
次に、NMOSFET部RnのLDD拡散層17aを形成するためのNMOSFET部Rnの開口したレジスト膜及びゲート電極をマスクとして用いて、砒素のイオン注入(注入エネルギー10keV、ドーズ量1×1014cm−2)を行う。また、NMOSFET部Rnのパンチスルーストッパを形成するため、パンチスルーストッパを形成しようとする領域を開口したレジスト膜をマスクとして用いて、ボロンのイオン注入(注入エネルギー30keV、ドーズ量1×1013cm−2)を行う。さらに、PMOSFET部RpのLDD拡散層18aを形成するためのレジスト膜及びゲート電極をマスクとして用いて、BF のイオン注入(注入エネルギー20keV、ドーズ量1×1013cm−2)を行う。また、PMOSFET部Rpのパンチスルーストッパを形成するため、レジスト膜をマスクとして用いて、燐のイオン注入(注入エネルギー80keV、ドーズ量1×1013cm−2)を行う。また、DRAMメモリセル部Rmの第一、第二のN型ソース・ドレイン拡散層35a、35bを形成するため、レジスト膜をマスクとして用いて、燐のイオン注入(注入エネルギー50keV、ドーズ量1×1013cm−2)を行う。
【0025】
その後、図5(a)に示す工程で、CVD法により、基板全面上にサイドウォール用窒化膜を100nm程度の膜厚となるまで堆積させた後、ドライエッチングにより、窒化膜サイドウォール14を形成する。また、このときのドライエッチングにより、同時にNMOSFETゲート形成用マスク31a、PMOSFETゲート形成用マスク31bおよび余分のゲート酸化膜6を除去する。
【0026】
次に、NMOSFET部RnのN型ソース・ドレイン拡散層17bを形成するためのレジスト膜をマスクとして用いて、砒素のイオン注入(注入エネルギー50keV、ドーズ量3×1015cm−2)を行う。また、PMOSFET部RpのP型ソース・ドレイン拡散層18bを形成するため、レジスト膜をマスクとして用いて、ボロンのイオン注入(注入エネルギー10keV、ドーズ量2×1015cm−2)を行う。その後、不純物を活性化するための熱処理として短時間アニール(Rapid Thermal Annealing)(1000℃、10秒間)を行うことにより、NMOSFET部RnのN型ソース・ドレイン拡散層17b、PMOSFET部RpのP型ソース・ドレイン拡散層18bを形成する。
【0027】
次に、CVD法により、基板全面上に保護酸化膜15を50nm程度の膜厚となるまで堆積した後、シリサイド化しようとする領域を開口したレジスト膜をマスクとして用いて、ウェットエッチングにより、シリサイド化する領域にある保護酸化膜15の一部を除去する。次に、基板全面上にコバルト膜をスパッタ法により10nm程度の膜厚となるまで堆積させた後、短時間の熱処理(600℃・30秒間、若しくは800℃・30秒間)を行うことにより、コバルトをシリサイド化する。その後、未反応のコバルト膜をウェットエッチングによって除去する。これにより、N型ソース・ドレイン拡散層17b、P型ソース・ドレイン拡散層18b上にコバルトシリサイド膜16d、16bを形成し、また、下部電極34a、34b上にコバルトシリサイド膜からなる上部電極16c、16aを形成する。この工程により、CMOS部Rcにおいては、ソース・ドレイン拡散層、ゲート電極にシリサイド層が設けられる。つまり、PMOSFET部Rpの構造、NMOSFET部Rnの構造は、いわゆるサリサイド(Salicide)構造となる。なお、保護酸化膜15により、DRAMメモリセル部における第一、第二のN型ソース・ドレイン拡散層35a、35bのシリサイド化は防止される。したがって、P型ウェル領域4─第一、第二のN型ソース・ドレイン拡散層35a、35b間の接合リークを抑制できることになる。
【0028】
次に、図5(b)に示す工程で、保護酸化膜15を除去する。次に、CVD法により、第一の層間絶縁膜60を1000nm程度の膜厚となるまで堆積させた後、ドライエッチングにより、DRAMメモリセル部Rmの第一のN型ソース・ドレイン拡散層35a、NMOSFET部RnのN型ソース・ドレイン拡散層17b、PMOSFET部RpのP型ソース・ドレイン拡散層18bにそれぞれ到達するコンタクトホールを形成する。この時、DRAMメモリセル部においては、ゲート電極上の上面保護膜91及び窒化膜サイドウォール14が第一の層間絶縁膜60エッチング時のストッパーとなるため、自己整合的に第一のN型ソース・ドレイン拡散層35aへのコンタクト形成が実現されることにより、セルフアラインコンタクト部36が形成される。次に、CVD法及びCMP法により、各コンタクトホール内にタングステンを埋め込み、コンタクトプラグ20、ビット線コンタクト61を形成する。次に、アルミニウム合金膜を第一の層間絶縁膜60上に堆積した後、これをパターニングしてビット線62、配線64を形成する。
【0029】
次に、CVD法により、第二の層間絶縁膜63を堆積する。次に、CVD法及びCMP法により、容量蓄積部コンタクト68を形成した後、エッチングにより、容量蓄積電極70を形成する。次に、CVD法により、窒化膜を堆積した後、熱酸化により、容量絶縁膜71を形成する。次に、ノンドープポリシリコンを堆積することにより、プレート電極72を形成する。このようにして、CMOS部Rcの各トランジスタとDRAMメモリセル部Rmのトランジスタとの複合LSIを製造する。
【0030】
なお、本実施形態において、NMOSFETゲート形成用マスク31a、PMOSFETゲート形成用マスク31bを窒化膜としたが、酸化膜若しくは酸化膜と窒化膜との積層膜としてもよい。
【0031】
また、本実施形態において、DRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極33をタングステンシリサイド膜と多結晶シリコン膜との積層膜としたが、タングステンシリサイド膜に代えて、高融点金属、高融点金属シリサイド膜、高融点金属と高融点金属ナイトライド膜の積層膜、または高融点金属シリサイド膜と高融点金属ナイトライド膜の積層膜のいずれとしてもよい。
【0032】
また、本実施形態において、DRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極をエッチング形成する際のマスクとして、レジスト膜Pr2と上面保護膜91をマスクとしたが、窒化膜である上面保護膜91を酸化膜若しくは窒化膜と酸化膜の積層膜としてもよい。
【0033】
また、本実施形態において、DRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極33となる下部電極33aと上部電極33bをエッチングにより形成する際のマスクとして、上面保護膜91のみをマスクとしたが、レジスト膜Pr2及び上面保護膜91をマスクとしてもよい。
【0034】
また、本実施形態において、トランジスタのサイドウォールを窒化膜サイドウォール14としたが、窒化膜に代えて、酸化膜若しくは酸化膜と窒化膜の積層膜としてもよい。
【0035】
また、本実施形態において、下部電極33a、34b、34aを多結晶シリコン膜で構成したが、多結晶シリコン膜に代えて、アモルファスシリコン膜でもよい。
【0036】
また、本実施形態において、ゲート酸化膜6は、窒化酸化膜としてもよい。
【0037】
また、本実施形態において、CMOS部Rcの各トランジスタのゲート酸化膜6bとDRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート酸化膜6cは、同一膜厚、同一膜種であるが、異なる膜厚、異なる膜種としてもよい。
【0038】
以上のような構造のCMOS部Rcの各トランジスタ及びDRAMメモリセル部Rmのトランジスタを搭載した半導体装置を形成することによって、以下の効果を得ることができる。
【0039】
本実施形態においては、CMOS部Rcの各トランジスタのゲート電極とDRAMメモリセル部Rmのゲート電極とを同一基板において、共通の工程により製造することができる。
【0040】
また、エッチングにより、CMOS部Rcのタングステンシリサイド膜32はすべて除去され、NMOSFETゲート形成用マスク31a、PMOSFETゲート形成用マスク31bにより多結晶シリコン膜7が直接、パターニングされるので、CMOSFETのゲート長を決定する下部電極34a、34b下端部のNMOSFETゲート形成用マスク31a、PMOSFETゲート形成用マスク31bに対する寸法シフトが小さく抑制される。すなわち、CMOSFETのゲート電極の寸法精度を確保できる。
【0041】
また、本実施形態においては、ゲート電極の膜構成、およびその膜厚の点において異なるDRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲート電極とCMOS部Rcの各トランジスタのゲート電極とをそれらの膜を同時に堆積し、かつ、同時にエッチングすることにより形成している。よって、別々にゲート電極を堆積、エッチングした場合のように、ゲート電極側面にポリシリコン膜が余分に残ることがない。よって、ゲート電極間の間隔を狭めることがなく、メモリセル部の高密度化を阻害しない。
【0042】
加えて、本実施形態においては、図5(a)に示す工程において、DRAMメモリセル部Rmのゲート電極33を窒化膜からなる上面保護膜91と窒化膜サイドウォール14とにより完全に覆うため、DRAMメモリセル部の第一のN型ソース・ドレイン拡散層35aへのコンタクト形成において、セルフアラインコンタクトを適用することができる。よって、DRAMメモリセルの高密度化を実現できることとなる。
【0043】
さらに、CMOS部Rcの各トランジスタ部においては、窒化膜11を除去した後、下部電極34a、34bを形成するので、NMOSFETの下部電極34a、PMOSFETの下部電極34b、N型ソース・ドレイン拡散層17bおよびP型ソース・ドレイン拡散層18bを同時にシリサイド化するサリサイドプロセスを適用することができる。よって、CMOSFETのゲート電極39、40およびソース・ドレイン拡散層17b、18bが低抵抗化され、高速動作を実現することができる。
【0044】
また、保護酸化膜15により、DRAMメモリセル部における第一、第二のN型ソース・ドレイン拡散層35a、35bのシリサイド化は防止される。したがって、P型ウェル領域4─第一、第二のN型ソース・ドレイン拡散層35a、35b間の接合リークを抑制できる
また、この効果を得るためには、DRAMメモリセル部Rmのみを形成する工程に比べて、僅かマスク1枚の増加で済むので、別々にDRAMメモリセルのゲート電極とCMOS部Rcの各トランジスタのゲート電極とを堆積、形成した場合に比べて、工程数、コストとも大幅に削減することができる。
【0045】
なお、本実施形態においては、図4(a)に示す工程で、多結晶シリコン膜7、膜厚が極めて薄いNMOSFETゲート形成用マスク31aおよび膜厚が極めて薄いPMOSFETゲート形成用マスク31b上に、タングステンシリサイド膜32を堆積させた後、さらに、その上に窒化膜11を堆積させる。このとき、NMOSFETゲート形成用マスク31aの膜厚およびPMOSFETゲート形成用マスク31bの膜厚は極めて薄いため、タングステンシリサイド膜32および窒化膜11は、基板上に、一律にほぼ平坦に堆積させることができる。したがって、窒化膜11上に、ほぼ同一の寸法精度のよいレジスト膜Pr2を形成することができる。ゆえに、フォトリソグラフィーの精度の低下が起こらないので、微細なDRAMメモリセル部Rmのトランジスタのゲートパターン形成に際し、寸法ばらつき、パターンの欠落といった不具合を生ずることはない。よって、本実施形態に係る製造方法により、CMOS部Rcの各トランジスタのゲート電極とDRAMメモリセル部Rmのゲート電極とを同一基板において、共通の工程により製造しても、高精度、高密度のDRAMメモリセル部Rmのトランジスタと高精度、高性能、高密度のCMOS部Rcの各トランジスタを形成できることになる。
【0046】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、CMOS部Rcの各トランジスタのゲート電極とDRAMメモリセルのゲート電極とを共通の工程により製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図2】本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図3】本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図4】本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図5】本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板
2 保護酸化膜
3 素子分離用絶縁膜
4 P型ウェル領域
5 N型ウェル領域
6 ゲート酸化膜
6b ゲート酸化膜
6c ゲート酸化膜
7 多結晶シリコン膜
8 窒化膜
11 窒化膜
14 窒化膜サイドウォール
15 保護酸化膜
16a 上部電極
16b コバルトシリサイド膜
16c 上部電極
16d コバルトシリサイド膜
17a LDD拡散層
17b N型ソース・ドレイン拡散層
18a LDD拡散層
18b P型ソース・ドレイン拡散層
20 コンタクトプラグ
31a NMOSFETゲート形成用マスク
31b PMOSFETゲート形成用マスク
32 タングステンシリサイド膜
33 ゲート電極
33a 下部電極
33b 上部電極
34a 下部電極
34b 下部電極
35a 第一のN型ソース・ドレイン拡散層
35b 第二のN型ソース・ドレイン拡散層
36 セルフアラインコンタクト部
39 ゲート電極
40 ゲート電極
51 P型半導体基板
60 第一の層間絶縁膜
61 ビット線コンタクト
62 ビット線
63 第二の層間絶縁膜
64 配線
68 容量蓄積部コンタクト
70 容量蓄積電極
71 容量絶縁膜
72 プレート電極
91 上面保護膜
Pr1 レジスト膜
Pr2 レジスト膜
Rm DRAMメモリセル部
Rc CMOS部
Rp PMOSFET部
Rn NMOSFET部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which transistors of a CMOS section and a DRAM memory cell are integrated and integrated on the same semiconductor substrate.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in LSI systems, there have been many proposals to integrate and integrate transistors in a CMOS section, a high-density memory such as a DRAM, and other devices. In the case of such an embedded semiconductor device, the memory cell transistors in the DRAM memory cell section and the transistors in the CMOS section have different gate and diffusion layer structures, and therefore are formed in separate steps. For example, in a DRAM memory cell portion, it is common to use a self-aligned contact formation process in order to realize a high density. For this purpose, it is necessary to form a protective insulating film for the self-aligned contact on the gate electrode. is there. On the other hand, in the CMOS section, a dual gate structure is adopted, and it is necessary to lower the resistance of the source / drain diffusion layer and the gate electrode in order to realize high-speed operation. A salicide process is commonly used. When such a DRAM memory cell portion and a CMOS portion are mixedly mounted, it is necessary to prevent formation of a protective insulating film for a self-aligned contact on the gate electrode of the CMOS portion for silicidation. In this case, if the source / drain diffusion layer is silicided, the leakage between the source / drain diffusion layer and the substrate increases, so that it is necessary to prevent the silicidation from occurring. Generally, these layers are formed in separate steps.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method of manufacturing a hybrid semiconductor device as described above, since each transistor of the CMOS section and a high-density memory such as a DRAM are separately manufactured, there is a problem that the process is complicated and the cost is high. On the other hand, if the two gates are simultaneously formed, the resist pattern is broken due to the difference in height between the CMOS portion and the DRAM memory cell portion. In particular, the patterning accuracy when forming the gate in the CMOS portion cannot be secured. There were also problems.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of manufacturing each gate of a transistor in a CMOS portion and a memory transistor of a high-density memory such as a DRAM by a common process without causing the above-mentioned problems. It is to be.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step (a) of dividing a semiconductor substrate into a first region where a CMOSFET is to be formed by element isolation and a second region where a memory cell transistor of a high density memory is to be formed. A step (b) of forming a first gate insulating film in the first region, a step (c) of forming a second gate insulating film in the second region, (D) forming a first conductive film on the second gate insulating film; and depositing an insulating film for a mask on the first conductive film, and then patterning the insulating film for the mask to form the first conductive film. (E) forming a first gate forming mask on the region where the gate electrode of the region is to be formed; and forming the first conductive film on the first conductive film and the first gate forming mask. Forming a lower resistance second conductor film A step (f), a step (g) of forming a second gate forming mask on the region where the gate electrode of the second region is to be formed on the second conductor film, In the first region, the first conductive film is patterned using the first gate forming mask to form the gate electrode of the CMOSFET, while in the second region, the second gate forming mask is formed. (H) patterning the first and second conductor films by using the above to form a gate electrode of the memory cell transistor; and positioning both sides of each gate electrode in the first and second regions. (I) forming a source / drain diffusion layer of a memory cell transistor and a CMOSFET in a region;After the step (h), removing the first gate forming mask in the first region, and then silicidizing the upper part of the gate electrode of the CMOSFET and the upper part of the source / drain diffusion layer. including.
[0006]
Thus, the gate electrode of each transistor in the CMOS section and the gate electrode of the DRAM memory cell can be manufactured by a common process. In this case, the second conductive film on the gate electrode of the CMOSFET is entirely removed in the initial stage of the step (h), and the first conductive film is directly patterned by the first gate forming mask. The dimensional shift of the determined lower end portion of the gate electrode with respect to the first gate forming mask is suppressed to be small. That is, the dimensional accuracy of the gate electrode of the CMOSFET can be ensured.
[0007]
Also,High-speed operation can be realized by lowering the resistance of the gate electrode and the source / drain diffusion layers of the CMOSFET.
[0008]
In the method of manufacturing a semiconductor device, after the step (h) and before the step of silicidation, the method further includes the step of forming a protective insulating film for silicidation prevention on the second region. The silicidation of the source / drain diffusion layers can be prevented, and the leakage in the memory cells can be suppressed.
[0009]
In the method for manufacturing a semiconductor device, after the step (f) and before the step (g), a step of forming a protective insulating film for self-contact on the second conductor film; and the step (i). After forming an insulator sidewall on both sides of the gate electrode in the second region, an interlayer insulating film is formed on the substrate, and the source / drain of the second region penetrates the interlayer insulating film. Forming a self-aligned contact that reaches the diffusion layer, whereby the density of the DRAM memory cell can be increased.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be described.
[0011]
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. In the semiconductor device according to the present embodiment, a DRAM memory cell portion Rm and a CMOS portion Rc are provided on a P-type silicon substrate 1. In the CMOS portion Rc, a PMOSFET portion Rp and an NMOSFET portion Rn are provided. Is provided. The DRAM memory cell portion Rm, the PMOSFET portion Rp, and the NMOSFET portion Rn are separated by a trench type element isolation insulating film 3.
[0012]
In the DRAM memory cell portion Rm, the gate oxide film 6c and the gate electrode 33 of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm are sequentially stacked on the P-type well region 4. The gate electrode 33 of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm has a structure in which a lower electrode 33a and an upper electrode 33b are sequentially stacked from below, and an upper surface protective film 91 made of a nitride film is formed on the gate electrode. Is provided. Further, on both sides of the gate electrode 33 of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm, the nitride film sidewalls 14 are provided. Further, first and second N-type source / drain diffusion layers 35a and 35b are provided in regions located on both sides of the gate electrode 33 of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm in the P-type well region 4 serving as a base. Have been. Further, a first interlayer insulating film 60 is provided on the P-type silicon substrate 1, and a bit line contact penetrating through the first interlayer insulating film 60 and reaching the first N-type source / drain diffusion layer 35a. 61 are formed. On the first interlayer insulating film 60, a bit line 62 connected to a bit line contact 61 is provided. On the first interlayer insulating film 60, a second interlayer insulating film 63 is provided. Further, a capacitance storage contact 68 is formed which penetrates the first and second interlayer insulating films 60 and 63 and reaches the second N-type source / drain diffusion layer 35b. A capacitance storage electrode 70 is provided on the capacitance storage portion contact 68. A capacitor insulating film 71 is formed around the capacitor storage electrode 70, and a plate electrode 72 is formed around the capacitor insulating film 71.
[0013]
In the PMOSFET portion Rp, the gate oxide film 6b and the gate electrode 39 are sequentially stacked on the N-type well region 5 from below. The gate electrode 39 has a structure in which a lower electrode 34b made of a polysilicon film and an upper electrode 16a made of a cobalt silicide film are stacked from below. The nitride film sidewalls 14 are provided on both sides of the lower electrode 34b. Further, a P-type source / drain diffusion layer 18b and an LDD diffusion layer 18a are provided in regions located on both sides of the gate electrode 39 in the N-type well region 5 serving as a base. Further, a cobalt silicide film 16b is formed on the P-type source / drain diffusion layer 18b. Further, the P-type source / drain diffusion layer 18b is electrically connected to a contact plug 20 provided on the upper portion thereof through the first interlayer insulating film 60 via a cobalt silicide film 16b. A wiring 64 is provided on the contact plug 20.
[0014]
In the NMOSFET portion Rn, a gate oxide film 6b and a gate electrode 40 are sequentially stacked on the P-type well region 4 from below. The gate electrode 40 has a structure in which a lower electrode 34a made of a polysilicon film and an upper electrode 16c made of a cobalt silicide film are stacked from below. The nitride film sidewalls 14 are provided on both sides of the lower electrode 34a. Further, N-type source / drain diffusion layers 17b and LDD diffusion layers 17a are provided in regions located on both sides of the lower electrode 34a in the P-type well region 4 serving as a base. On the N-type source / drain diffusion layer 17b, a cobalt silicide film 16d is formed. Further, the N-type source / drain diffusion layer 17b is electrically connected to a contact plug 20 provided on the upper portion thereof through the first interlayer insulating film 60 via a cobalt silicide film 16d. A wiring 64 is provided on the contact plug 20.
[0015]
Next, a manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment will be described. 2 (a), 2 (b), 3 (a), 3 (b), 4 (a), 4 (b), 5 (a) and 5 (b) FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment.
[0016]
First, in a step shown in FIG. 2A, a protective oxide film 2 having a thickness of about 20 nm is formed on a P-type silicon substrate 1 by thermal oxidation at 900 ° C. Here, the specific resistance of the P-type silicon substrate 1 is 10 to 20 Ω · cm, and the main surface of the P-type silicon substrate 1 is a (100) plane.
[0017]
Next, a protective nitride film is deposited on the protective oxide film 2 to a thickness of about 100 nm by a low pressure CVD method. Thereafter, the protective nitride film and the protective oxide film 2 in the field region are etched by dry etching using the resist film in which the field region is opened as a mask, and further, the dry etching is performed on the P-type silicon substrate 1 in the field region. Then, a trench having a depth of about 400 nm is formed.
[0018]
Next, after a protective oxide film is formed on the inner wall of the trench by thermal oxidation at 900 ° C. to a thickness of about 20 nm, a silicon oxide film is formed on the substrate including the trench by CVD at 800 nm from the bottom of the trench. Deposition is performed until the film thickness becomes about the same. Next, the silicon oxide film is polished by the CMP method until the surface of the protective nitride film is exposed, so that the silicon oxide film is embedded in the trench, and the DRAM memory cell portion Rm, the PMOSFET portion Rp, and the NMOSFET portion Rn are mutually connected. An isolation insulating film 3 to be separated is formed. Thereafter, the protective nitride film is entirely removed using hot phosphoric acid.
[0019]
Next, in the step shown in FIG. 2B, boron ions are implanted into the NMOSFET portion Rn. That is, ion implantation for controlling the threshold voltage (implantation energy: 10 keV, dose: 6 × 1012cm-2), Ion implantation for forming a channel stopper (implantation energy: 200 keV, dose: 6 × 1012cm-2), And ion implantation for forming the P-type well region 4 (implantation energy: 400 keV, dose: 1 × 10 4)Thirteencm-2)I do. In addition, boron ions are implanted into the DRAM memory cell portion Rm. That is, ion implantation for controlling the threshold voltage (implantation energy: 10 keV, dose: 3 × 1012cm-2), Ion implantation for forming a channel stopper (implantation energy 200 keV, dose 3 × 1012cm-2), And ion implantation for forming the P-type well region 4 (implantation energy: 400 keV, dose: 1 × 10 4)Thirteencm-2)I do. Next, phosphorus ions are implanted into the PMOSFET portion Rp. That is, ion implantation for controlling the threshold voltage (implantation energy: 50 keV, dose: 6 × 1012cm-2), Ion implantation for forming a channel stopper (implantation energy 400 keV, dose 6 × 1012cm-2) And ion implantation for forming the N-type well region 5 (implantation energy: 800 keV, dose: 1 × 10 4)Thirteencm-2)I do. Next, a heat treatment (at 900 ° C. for about 30 minutes) is performed to diffuse and activate the impurities in the P-type well region 4 and the N-type well region 5. Further, after removing the protective oxide film 2 by wet etching, a gate oxide film 6 is formed by thermal oxidation at 850 ° C. until the thickness becomes about 5 nm.
[0020]
Next, in a step shown in FIG. 3A, a polycrystalline silicon film 7 is deposited on the entire surface of the gate oxide film 6 by a CVD method until the film thickness becomes about 150 nm. The polycrystalline silicon film 7 becomes a part of the gate electrode of each transistor in the CMOS portion Rc and a part of the gate electrode of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm by the steps described below. Next, using a resist film as a mask in the NMOSFET portion Rn and the polycrystalline silicon film 7 in the DRAM memory cell portion Rm, ion implantation of phosphorus as an N-type impurity (implantation energy: 15 keV, dose: 7 × 10Fifteencm-2), And using a resist film as a mask in the polycrystalline silicon film 7 of the PMOSFET portion Rp, ion implantation of boron as a P-type impurity (implantation energy: 8 keV, dose: 4 × 10 4).Fifteencm-2)I do. Next, after a heat treatment (at 800 ° C. for about 30 minutes) for diffusing the implanted impurities is applied, a gate electrode pattern in each transistor of the CMOS part Rc is formed over the entire surface of the polycrystalline silicon film 7. A nitride film 8 used as a mask is grown by CVD to a thickness of about 50 nm. Next, a resist film Pr1 is formed on the nitride film 8 to cover a region where a gate electrode is to be formed in the CMOS portion Rc.
[0021]
Next, in the step shown in FIG. 3B, the nitride film 8 is dry-etched using the resist film Pr1 as a mask, thereby forming an NMOSFET gate formation mask 31a and a PMOSFET gate formation mask 31b.
[0022]
Next, in the step shown in FIG. 4A, a part of the gate electrode of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm is formed on the polycrystalline silicon film 7, the NMOSFET gate forming mask 31a and the PMOSFET gate forming mask 31b. A tungsten silicide film 32 is deposited to a thickness of about 150 nm by a CVD method. Next, a nitride film 11 for a contact etching stopper is deposited on the entire surface of the tungsten silicide film 32 by a CVD method until the film thickness becomes about 150 nm. Thereafter, a resist film Pr2 is formed on the nitride film 11 to form a gate electrode of the transistor in the DRAM memory cell unit Rm.
[0023]
Next, in the step shown in FIG. 4B, after the nitride film 11 is patterned by dry etching using the resist film Pr2 as a mask, the resist film Pr2 is removed. Next, tungsten silicide film 32 and polycrystalline silicon film 7 are etched using upper protective film 91 made of the patterned nitride film as a mask. Thus, the gate electrode 33 of the transistor of the DRAM memory cell portion Rm having the structure in which the lower electrode 33a and the upper electrode 33b are stacked is formed. Further, at this time, the NMOSFET gate forming mask 31a and the PMOSFET gate forming mask 31b serve as a mask for the dry etching of the polycrystalline silicon film 7, whereby the lower electrode 34a of the NMOSFET and the lower electrode 34b of the PMOSFET are simultaneously formed. You.
[0024]
Next, arsenic ion implantation (implantation energy: 10 keV, dose: 1 × 10 4) is performed by using a resist film and a gate electrode in the opening of the NMOSFET portion Rn for forming the LDD diffusion layer 17 a of the NMOSFET portion Rn as a mask.14cm-2)I do. Further, in order to form a punch-through stopper of the NMOSFET portion Rn, boron ion implantation (implantation energy of 30 keV, dose of 1 × 10 4) is performed using a resist film having an opening in a region where the punch-through stopper is to be formed as a mask.Thirteencm-2)I do. Further, the BF is formed using a resist film and a gate electrode for forming the LDD diffusion layer 18a of the PMOSFET portion Rp as a mask.2 +Ion implantation (implantation energy 20 keV, dose amount 1 × 10Thirteencm-2)I do. Further, in order to form a punch-through stopper of the PMOSFET portion Rp, phosphorus ions are implanted (with an implantation energy of 80 keV and a dose of 1 × 10 4) using a resist film as a mask.Thirteencm-2)I do. Further, in order to form the first and second N-type source / drain diffusion layers 35a and 35b of the DRAM memory cell portion Rm, ion implantation of phosphorus (implantation energy 50 keV, dose 1 ×) is performed using a resist film as a mask. 10Thirteencm-2)I do.
[0025]
Thereafter, in the step shown in FIG. 5A, a nitride film for a sidewall is deposited on the entire surface of the substrate by a CVD method until the film thickness becomes about 100 nm, and then a nitride film sidewall 14 is formed by dry etching. I do. At this time, the NMOSFET gate forming mask 31a, the PMOSFET gate forming mask 31b and the extra gate oxide film 6 are simultaneously removed by dry etching.
[0026]
Next, arsenic ion implantation (implantation energy: 50 keV, dose: 3 × 10 3) is performed using a resist film for forming the N-type source / drain diffusion layers 17 b of the NMOSFET portion Rn as a mask.Fifteencm-2)I do. Further, in order to form the P-type source / drain diffusion layers 18b of the PMOSFET portion Rp, boron ions are implanted (implantation energy 10 keV, dose amount 2 × 10 4) using the resist film as a mask.Fifteencm-2)I do. Thereafter, as a heat treatment for activating the impurities, rapid thermal annealing (1000 ° C., 10 seconds) is performed, so that the N-type source / drain diffusion layers 17b of the NMOSFET portion Rn and the P-type of the PMOSFET portion Rp are formed. A source / drain diffusion layer 18b is formed.
[0027]
Next, a protective oxide film 15 is deposited on the entire surface of the substrate by the CVD method to a thickness of about 50 nm, and then a silicide film is formed by wet etching using a resist film in which a region to be silicided is opened as a mask. A part of the protective oxide film 15 in the region to be converted is removed. Next, a cobalt film is deposited on the entire surface of the substrate to a thickness of about 10 nm by a sputtering method, and a short-time heat treatment (600 ° C. for 30 seconds or 800 ° C. for 30 seconds) is performed. To silicide. After that, the unreacted cobalt film is removed by wet etching. Thus, the cobalt silicide films 16d and 16b are formed on the N-type source / drain diffusion layers 17b and the P-type source / drain diffusion layers 18b, and the upper electrodes 16c made of a cobalt silicide film are formed on the lower electrodes 34a and 34b. 16a is formed. By this step, a silicide layer is provided in the source / drain diffusion layer and the gate electrode in the CMOS section Rc. That is, the structure of the PMOSFET portion Rp and the structure of the NMOSFET portion Rn are so-called salicide structures. The protective oxide film 15 prevents the first and second N-type source / drain diffusion layers 35a and 35b from being silicided in the DRAM memory cell portion. Therefore, the junction leak between the P-type well region 4 and the first and second N-type source / drain diffusion layers 35a and 35b can be suppressed.
[0028]
Next, in a step shown in FIG. 5B, the protective oxide film 15 is removed. Next, after depositing the first interlayer insulating film 60 to a thickness of about 1000 nm by the CVD method, the first N-type source / drain diffusion layer 35a of the DRAM memory cell portion Rm is formed by dry etching. Contact holes are formed to reach the N-type source / drain diffusion layers 17b of the NMOSFET section Rn and the P-type source / drain diffusion layers 18b of the PMOSFET section Rp. At this time, in the DRAM memory cell portion, since the upper surface protective film 91 and the nitride film sidewall 14 on the gate electrode serve as stoppers when the first interlayer insulating film 60 is etched, the first N-type source is self-aligned. A self-aligned contact portion 36 is formed by realizing the contact to the drain diffusion layer 35a. Next, tungsten is buried in each contact hole by a CVD method and a CMP method to form a contact plug 20 and a bit line contact 61. Next, after depositing an aluminum alloy film on the first interlayer insulating film 60, this is patterned to form bit lines 62 and wirings 64.
[0029]
Next, a second interlayer insulating film 63 is deposited by a CVD method. Next, after forming the capacitance storage portion contact 68 by the CVD method and the CMP method, the capacitance storage electrode 70 is formed by etching. Next, after depositing a nitride film by a CVD method, a capacitive insulating film 71 is formed by thermal oxidation. Next, a plate electrode 72 is formed by depositing non-doped polysilicon. In this way, a composite LSI including the transistors in the CMOS section Rc and the transistors in the DRAM memory cell section Rm is manufactured.
[0030]
In the present embodiment, the mask 31a for forming the NMOSFET gate and the mask 31b for forming the PMOSFET gate are nitride films, but may be an oxide film or a stacked film of an oxide film and a nitride film.
[0031]
In the present embodiment, the gate electrode 33 of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm is a laminated film of a tungsten silicide film and a polycrystalline silicon film, but instead of the tungsten silicide film, a high melting point metal or a high melting point metal silicide is used. It may be a film, a laminated film of a high melting point metal and a high melting point metal nitride film, or a laminated film of a high melting point metal silicide film and a high melting point metal nitride film.
[0032]
In the present embodiment, the resist film Pr2 and the upper surface protection film 91 are used as masks when etching the gate electrode of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm. However, the upper surface protection film 91, which is a nitride film, is oxidized. It may be a film or a laminated film of a nitride film and an oxide film.
[0033]
Further, in the present embodiment, only the upper protective film 91 is used as a mask when the lower electrode 33a and the upper electrode 33b serving as the gate electrode 33 of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm are formed by etching. Pr2 and the upper surface protection film 91 may be used as a mask.
[0034]
Further, in the present embodiment, the sidewall of the transistor is the nitride film sidewall 14, but instead of the nitride film, an oxide film or a stacked film of an oxide film and a nitride film may be used.
[0035]
Further, in the present embodiment, the lower electrodes 33a, 34b, 34a are made of a polycrystalline silicon film, but may be made of an amorphous silicon film instead of the polycrystalline silicon film.
[0036]
In this embodiment, the gate oxide film 6 may be a nitrided oxide film.
[0037]
In this embodiment, the gate oxide films 6b of the transistors in the CMOS section Rc and the gate oxide films 6c of the transistors in the DRAM memory cell section Rm have the same film type and the same film type, but have different film thicknesses and different films. It may be a seed.
[0038]
The following effects can be obtained by forming a semiconductor device equipped with the transistors of the CMOS unit Rc and the transistors of the DRAM memory cell unit Rm having the above structure.
[0039]
In the present embodiment, the gate electrode of each transistor of the CMOS section Rc and the gate electrode of the DRAM memory cell section Rm can be manufactured on the same substrate by a common process.
[0040]
Further, the tungsten silicide film 32 in the CMOS portion Rc is entirely removed by etching, and the polycrystalline silicon film 7 is directly patterned by the NMOSFET gate forming mask 31a and the PMOSFET gate forming mask 31b, so that the gate length of the CMOSFET is reduced. The dimensional shift of the determined lower electrodes 34a, 34b at the lower ends with respect to the NMOSFET gate forming mask 31a and the PMOSFET gate forming mask 31b is suppressed to a small value. That is, the dimensional accuracy of the gate electrode of the CMOSFET can be ensured.
[0041]
In the present embodiment, the gate electrode of the transistor in the DRAM memory cell portion Rm and the gate electrode of each transistor in the CMOS portion Rc are simultaneously deposited on the film configuration of the gate electrode and the film thickness thereof, which are different from each other. And by etching at the same time. Therefore, unlike the case where the gate electrodes are separately deposited and etched, no extra polysilicon film remains on the side surfaces of the gate electrodes. Therefore, the distance between the gate electrodes is not reduced, and the increase in the density of the memory cell portion is not hindered.
[0042]
In addition, in the present embodiment, in the step shown in FIG. 5A, since the gate electrode 33 of the DRAM memory cell portion Rm is completely covered by the upper surface protective film 91 made of a nitride film and the nitride film sidewall 14, In forming a contact to the first N-type source / drain diffusion layer 35a in the DRAM memory cell portion, a self-aligned contact can be applied. Therefore, the density of the DRAM memory cell can be increased.
[0043]
Further, in each transistor section of the CMOS section Rc, since the lower electrodes 34a and 34b are formed after removing the nitride film 11, the lower electrode 34a of the NMOSFET, the lower electrode 34b of the PMOSFET, and the N-type source / drain diffusion layer 17b are formed. And a salicide process for simultaneously siliciding the P-type source / drain diffusion layers 18b. Therefore, the gate electrodes 39, 40 and the source / drain diffusion layers 17b, 18b of the CMOSFET have low resistance, and high-speed operation can be realized.
[0044]
Further, the protective oxide film 15 prevents the first and second N-type source / drain diffusion layers 35a and 35b from being silicided in the DRAM memory cell portion. Therefore, the junction leak between the P-type well region 4 and the first and second N-type source / drain diffusion layers 35a and 35b can be suppressed.
In order to obtain this effect, only one mask is required compared to the step of forming only the DRAM memory cell portion Rm. Therefore, the gate electrode of the DRAM memory cell and the transistors of the CMOS portion Rc are separately provided. The number of steps and the cost can be greatly reduced as compared with the case where the gate electrode and the gate electrode are deposited and formed.
[0045]
In this embodiment, in the step shown in FIG. 4A, the polycrystalline silicon film 7, the extremely thin NMOSFET gate forming mask 31a and the extremely thin PMOSFET gate forming mask 31b are After depositing the tungsten silicide film 32, a nitride film 11 is further deposited thereon. At this time, since the film thickness of the NMOSFET gate forming mask 31a and the film thickness of the PMOSFET gate forming mask 31b are extremely small, the tungsten silicide film 32 and the nitride film 11 can be uniformly and substantially uniformly deposited on the substrate. it can. Therefore, a resist film Pr2 having substantially the same dimensional accuracy can be formed on the nitride film 11. Therefore, since the accuracy of the photolithography does not decrease, there is no problem such as dimensional variation and lack of pattern when forming the gate pattern of the transistor in the fine DRAM memory cell portion Rm. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, even if the gate electrode of each transistor of the CMOS section Rc and the gate electrode of the DRAM memory cell section Rm are manufactured on the same substrate by a common process, high precision and high density can be achieved. The transistors of the DRAM memory cell section Rm and the transistors of the CMOS section Rc with high precision, high performance and high density can be formed.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the gate electrode of each transistor in the CMOS section Rc and the gate electrode of the DRAM memory cell can be manufactured by a common process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device according to an embodiment.
FIG. 2 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment;
FIG. 3 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment;
FIG. 4 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment;
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 P-type silicon substrate
2 Protective oxide film
3 Insulating film for element isolation
4 P-type well area
5 N-type well region
6 Gate oxide film
6b Gate oxide film
6c Gate oxide film
7 Polycrystalline silicon film
8 nitride film
11 Nitride film
14 Nitride film sidewall
15 Protective oxide film
16a Upper electrode
16b Cobalt silicide film
16c upper electrode
16d cobalt silicide film
17a LDD diffusion layer
17b N-type source / drain diffusion layer
18a LDD diffusion layer
18b P-type source / drain diffusion layer
20 Contact plug
31a Mask for forming NMOSFET gate
31b PMOSFET gate formation mask
32 Tungsten silicide film
33 Gate electrode
33a lower electrode
33b upper electrode
34a lower electrode
34b lower electrode
35a First N-type source / drain diffusion layer
35b Second N-type source / drain diffusion layer
36 Self-aligned contact part
39 Gate electrode
40 Gate electrode
51 P-type semiconductor substrate
60 First interlayer insulating film
61 bit line contacts
62 bit line
63 Second interlayer insulating film
64 wiring
68 Capacitive storage contact
70 capacitance storage electrode
71 Capacitive insulation film
72 plate electrode
91 Top protective film
Pr1 resist film
Pr2 resist film
Rm DRAM memory cell part
Rc CMOS section
Rp PMOSFET section
Rn NMOSFET section

Claims (3)

素子分離により半導体基板をCMOSFETを形成しようとする第1の領域と高密度メモリのメモリセルトランジスタを形成しようとする第2の領域とに分ける工程(a)と、
上記第1の領域に第1ゲート絶縁膜を形成する工程(b)と、
上記第2の領域に第2ゲート絶縁膜を形成する工程(c)と、
上記第1ゲート絶縁膜及び上記第2ゲート絶縁膜の上に第1導体膜を形成する工程(d)と、
上記第1導体膜上にマスク用絶縁膜を堆積した後、上記マスク用絶縁膜をパターニングして上記第1の領域のゲート電極を形成しようとする領域の上に第1ゲート形成用マスクを形成する工程(e)と、
上記第1導体膜上および上記第1ゲート形成用マスク上に、上記第1導体膜より低抵抗の第2導体膜を形成する工程(f)と、
上記第2導体膜の上に上記第2の領域のゲート電極を形成しようとする領域の上に第2ゲート形成用マスクを形成する工程(g)と、
エッチングにより、第1の領域においては上記第1のゲート形成用マスクを用いて上記第1の導体膜をパターニングして上記CMOSFETのゲート電極を形成する一方、第2の領域においては上記第2のゲート形成用マスクを用いて上記第1および第2の導体膜をパターニングして上記メモリセルトランジスタのゲート電極を形成する工程(h)と、
上記第1及び第2の領域における各ゲート電極の両側方に位置する領域にメモリセルトランジスタ、CMOSFETのソース・ドレイン拡散層を形成する工程(i)とを備え、
上記工程(h)の後に、上記第1の領域において、上記第1ゲート形成用マスクを除去した後、上記CMOSFETのゲート電極の上部及びソース・ドレイン拡散層の上部をシリサイド化する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) dividing the semiconductor substrate into a first region in which a CMOSFET is to be formed and a second region in which a memory cell transistor of a high-density memory is to be formed by element isolation;
(B) forming a first gate insulating film in the first region;
(C) forming a second gate insulating film in the second region;
Forming a first conductor film on the first gate insulating film and the second gate insulating film (d);
After depositing a mask insulating film on the first conductive film, the mask insulating film is patterned to form a first gate forming mask on a region of the first region where a gate electrode is to be formed. (E)
(F) forming a second conductor film having a lower resistance than the first conductor film on the first conductor film and the first gate forming mask;
(G) forming a second gate forming mask on the region where the gate electrode of the second region is to be formed on the second conductor film;
In the first region, the first conductor film is patterned using the first gate formation mask in the first region to form the gate electrode of the CMOSFET, while in the second region, the second electrode is formed. (H) patterning the first and second conductor films using a gate forming mask to form a gate electrode of the memory cell transistor;
Forming (i) a memory cell transistor and a source / drain diffusion layer of a CMOSFET in regions on both sides of each gate electrode in the first and second regions ;
After the step (h), after removing the first gate formation mask in the first region, a step of silicidizing the upper part of the gate electrode and the upper part of the source / drain diffusion layer of the CMOSFET is included. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(h)の後、シリサイド化する工程の前に第2の領域上にシリサイド化阻止用保護絶縁膜を形成する工程をさらに含む半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 ,
After the step (h), before the step of silicidation, a method of manufacturing a semiconductor device, further comprising the step of forming a protective insulating film for silicidation prevention on the second region.
請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(f)の後で上記工程(g)の前に、上記第2導体膜の上にセルフコンタクト用保護絶縁膜を形成する工程と、
上記工程(i)の後に、上記第2の領域におけるゲート電極の両側に絶縁体サイドウォールを形成した後、基板上に層間絶縁膜を形成し、上記層間絶縁膜を貫通して上記第2の領域のソース・ドレイン拡散層に到達するセルフアラインコンタクトを形成する工程とをさらに含む半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein
After the step (f) and before the step (g), forming a protective insulating film for self-contact on the second conductor film;
After the step (i), after forming an insulator sidewall on both sides of the gate electrode in the second region, an interlayer insulating film is formed on the substrate, and the second insulating film is formed through the interlayer insulating film. Forming a self-aligned contact reaching the source / drain diffusion layer in the region.
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