【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の1態様では、
半導体装置の製造方法であって、基板上に形成された酸化膜上に、平面状半導体層が形成され、平面上半導体層上に柱状の第1導電型半導体層を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の下部の平面状半導体層に第2導電型半導体層を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の周囲にダミーゲート絶縁膜およびダミーゲート電極を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の上部に第2導電型半導体層を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の下部の平面状半導体層に形成した第2導電型半導体層に金属と半導体の化合物を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の上部に形成した第2導電型半導体層に金属と半導体の化合物を形成する工程と、
ダミーゲート絶縁膜およびダミーゲート電極を除去する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の周囲にゲート絶縁膜およびメタルゲート電極を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の下部の平面状半導体層に形成した第2導電型半導体層上にコンタクトを形成する工程と、
メタルゲート電極上にコンタクトを形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の上部に形成した第2導電型半導体層上にコンタクトを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【0013】
また、本発明の好ましい態様では、
柱状の第1導電型半導体層の中心から平面状半導体層の端までの長さは、
柱状の第1導電型半導体層の中心から側壁までの長さと、
ゲート絶縁膜の厚さと、
ゲート電極の厚さと、
ゲートの側壁にサイドウォール状に形成した絶縁膜の厚さと、
の和より大きいことを特徴とする前記の半導体装置の製造方法である。
【0014】
また、本発明の好ましい態様では、
平面状半導体層は平面状シリコン層であり、第1導電型半導体層は第1導電型シリコン層であり、第2導電型半導体層は第2導電型シリコン層である前記半導体装置の製造方法。
【0015】
また、本発明の好ましい態様では、
平面状半導体層は平面状シリコン層であり、第1導電型半導体層はp型シリコン層または、ノンドープのシリコン層であり、第2導電型半導体層はn型シリコン層である前記半導体装置の製造方法である。
【0016】
また、本発明の好ましい態様では、
平面状半導体層は平面状シリコン層であり、第1導電型半導体層はn型シリコン層または、ノンドープのシリコン層であり、第2導電型半導体層はp型シリコン層である前記半導体装置の製造方法である。
【0017】
また、本発明の好ましい態様では、
基板上に形成された酸化膜上に、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層が形成され、
柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層上に、パット酸化膜を成膜する工程と、
パット酸化膜越しに、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層にしきい値調整用の不純物注入を行い、不純物の活性化及び拡散のためにアニールを行い、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層の不純物分布を均一化する工程と、
柱状の第1導電型シリコン層を形成時にマスクとして用いるシリコン窒化膜を成膜する工程を含むことを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0018】
また、本発明の好ましい態様では、
基板上に形成された酸化膜上に、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層が形成され、
柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層上に、パット酸化膜を成膜する工程と
柱状の第1導電型シリコン層を形成時にマスクとして用いるシリコン窒化膜を成膜する工程と、
シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストにより柱状の第1導電型シリコン層を反転したパターンを形成し、柱状の第1導電型シリコン層の形成箇所にシリコン酸化膜を貫通するホールを形成する工程と、
アモルファスシリコン、あるいはポリシリコンをシリコン酸化膜に形成されたホールを埋め込むように成膜する工程と、
化学機械研磨によりシリコン酸化膜のアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンを研磨して除去する工程と、
エッチングにより、シリコン酸化膜を除去することにより、
第2のハードマスクであるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクを形成する工程と、
アモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクを犠牲酸化して、アモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクの寸法を縮小する工程と
アモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスク表面のシリコン酸化膜をエッチングにより除去する工程と
を含むことを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0019】
また、本発明の好ましい態様では、
基板上に形成された酸化膜上に、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層が形成され、
柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層上に、パット酸化膜を成膜する工程と
柱状の第1導電型シリコン層を形成時にマスクとして用いるシリコン窒化膜を成膜する工程と、
シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストにより柱状の第1導電型シリコン層を反転したパターンを形成し、柱状の第1導電型シリコン層の形成箇所にシリコン酸化膜を貫通するホールを形成する工程と、
酸化膜を堆積し、エッチバックを行うことで、前記シリコン酸化膜を貫通するホールの径を小さくする工程と
を含むことを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0020】
また、本発明の好ましい態様では、
第2のハードマスクであるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクをマスクとして、ドライエッチングによりシリコン窒化膜及びパット酸化膜をエッチングし、第1のハードマスクであるシリコン窒化膜マスクを形成する工程と、
第1のハードマスク及び第2のハードマスクをマスクとして、柱状の第1導電型シリコン層をドライエッチングにより形成する工程と、
を含み、
第2のハードマスクであるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクが全てエッチングされ、ドライエッチング装置において検出することが可能なプラズマ発光強度が変化し、このプラズマ発光強度の変化を検出することにより、ドライエッチングの終点検出を行い、柱状の第1導電型シリコン層の高さを制御することを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0021】
また、本発明の好ましい態様では、
第2のハードマスクであるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクの厚さは、柱状の第1導電型シリコン層の高さより小さいことを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0022】
また、本発明の好ましい態様では、
チャネル部となる柱状の代導電型シリコン層の側壁の凹凸の緩和や、ドライエッチング中にカーボンなどが打ち込まれたシリコン表面の除去と、次工程のドライエッチング時に生じる副生成物等の汚染から柱状の第1導電型シリコン層を保護するため、形成された柱状の第1導電型シリコン層を犠牲酸化する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストにより柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成する第2導電型シリコン層のパターンを形成する工程と、
平面状シリコン層をドライエッチングし、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層を形成し、レジストを除去する工程を含むことを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0023】
また、本発明の好ましい態様では、
第1導電型シリコン層犠牲酸化時に形成された犠牲酸化膜をスルー酸化膜として不純物注入等により平面状シリコン層表面に第2導電型の不純物を導入し、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成する第2導電型シリコン層を形成することを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
【0024】
また、本発明の好ましい態様では、
柱状の第1導電型シリコン層の柱径は、
第1のハードマスクであるシリコン窒化膜マスクの柱径より小さいことを特徴とする前記半導体装置の製造方法。
【0025】
また、本発明の好ましい態様では、
柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成する第2導電型シリコン層形成に用いる不純物注入の注入角は、0度〜6度であることを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0026】
また、本発明の好ましい態様では、
柱状の第1導電型半導体層の上部に不純物を注入せず、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成する第2導電型シリコン層を形成することを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0027】
また、本発明の好ましい態様では、
犠牲酸化膜をエッチングで除去し、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜といったゲート絶縁膜を形成し、ダミーゲート電極としてアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンを、柱状の第1導電型シリコン層を埋め込むように成膜する工程と、
化学機械研磨によりアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンを研磨し、ダミーゲート電極の上面を平坦化する工程と、
を含み、
化学機械研磨において、第1のハードマスクであるシリコン窒化膜を化学機械研磨のストッパーとして使用することにより、再現性よく化学機械研磨研磨量を抑制することを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0028】
また、本発明の好ましい態様では、
ゲート電極であるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコン表面を酸化し、アモルファスシリコン、あるいはポリシリコン表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、
を含み、
このシリコン酸化膜により、後工程において行われるシリサイド化の工程で、ダミーゲート導電膜のシリサイド化を防ぐことができる。その結果ダミーゲート導電膜の除去を容易に行うことができることを特徴とする前記の半導体装置の製造方法である。
【0029】
また、本発明の好ましい態様では、
反射防止膜層(BARC層)及びレジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストによりゲート配線パターンを形成し、
レジストをマスクとして、反射防止膜層(BARC層)、及びダミーゲート電極であるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンをエッチングして、ダミーゲート電極及びダミーゲート配線パターンを形成する工程と、
柱状の第1導電型シリコン層上部のシリコン窒化膜をドライエッチングもしくはウェットエッチングにより除去する工程と、
シリコン窒化膜を成膜し、
シリコン窒化膜をエッチバックして、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層及び柱状の第1導電型シリコン層の上部を露出し、ゲート電極の側壁にシリコン窒化膜サイドウォールを形成する工程と、
不純物注入等により柱状の第1導電型シリコン層の上部に第2導電型の不純物を導入し、柱状の第1導電型シリコン層の上部に第2導電型シリコン層を形成する工程と、
ニッケル(Ni)もしくはコバルト(Co)等の金属膜をスパッタし、熱処理を加えることで、
柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層と、
柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層の表面を金属と半導体の化合物化し、未反応の金属膜を除去することによって
柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層と、柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層上に金属と半導体の化合物を形成する工程と、
を含み、
シリコン窒化膜サイドウォールとダミーゲート上のシリコン酸化膜により
ダミーゲート電極に金属と半導体の化合物を形成することを防ぐことができる。
また、ダミーゲート電極とシリコン窒化膜サイドウォールにより柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層の上部と柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層の上部のみに金属と半導体の化合物を形成することができるため、
金属と半導体の化合物によるゲート電極と柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層及び柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層の短絡を防止できることを特徴とし、
柱状の第1導電型シリコン層上部の側壁をダミーゲート電極とダミーゲート絶縁膜で覆うことにより、柱状の第1導電型シリコン層の側壁からの金属と半導体の化合物化を制御することを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0030】
また、本発明の好ましい態様では
シリコン窒化膜等を成膜する工程と、
シリコン酸化膜とアモルファスシリコン、あるいはポリシリコン層を成膜する工程と
アモルファスシリコン、あるいはポリシリコン層をCMPにより平坦化し、かつアモルファスシリコン、あるいはポリシリコン層とシリコン酸化膜と同じ高さに制御する工程と、シリコン酸化膜をドライエッチングする工程と、
を含み、
シリコン酸化膜が全てエッチングされ、シリコン窒化膜をエッチングの終点検出として使用することにより、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の高さを同じに制御する工程と、
シリコン窒化膜をドライエッチングする工程と、
を含み、
シリコン窒化膜が全てエッチングされ、ダミーゲート電極をエッチングの終点検出として使用することにより、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の高さをダミーゲートの高さと同じに制御する工程と、
ダミーゲート電極とアモルファスシリコン、あるいはポリシリコン層をドライエッチングする工程と、
シリコン酸化膜をウェットエッチングにより除去する工程と、
high−kゲート酸化膜を成膜する工程と、
メタルゲート層を成膜する工程と、
メタルゲート層をドライエッチングする工程と、
を含み、
メタルゲート層が全てエッチングされ、シリコン酸化膜をエッチングの終点検出として使用することにより、シリコン酸化膜とメタルゲート層の高さを同じに制御する工程と、
を含み、
メタルゲートのゲート長を変動ばらつきも小さく、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の膜厚の和がゲート長になるように制御できることを特徴とする前記半導体装置の製造方法である。
【0031】
また、本発明の好ましい態様では、
コンタクトストッパーとしてシリコン窒化膜等を成膜する工程と、
層間膜としてシリコン酸化膜を成膜後、化学機械研磨により平坦化する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストによりパターンを形成し、ゲート電極上、柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層上に、エッチングによりコンタクト孔を形成する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストによりパターンを形成し、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層上に、エッチングによりコンタクト孔を形成する工程と、
を含み、
コンタクト孔にタンタル(Ta)や窒化タンタル(TaN)や、チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)といったバリアメタルを成膜後、タングステン(W)や銅(Cu)及び銅を含む合金などのメタルをスパッタやめっきにより成膜して、化学機械研磨によってコンタクトプラグを形成する工程と、
炭化ケイ素(SiC)などの第1層配線のエッチングストッパーを成膜し、続いて第1配線層の層間膜である低誘電率膜を成膜する工程と、
第1層配線をパターニングして、第1配線層の溝パターンを形成し、
タンタル(Ta)や窒化タンタル(TaN)や、チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)といったバリアメタルを成膜後、タングステン(W)や銅(Cu)及び銅を含む合金などのメタルをスパッタやめっきにより成膜して、化学機械研磨によって第1層配線を形成する工程とを含む前記半導体装置の製造方法である。
【0032】
また、本発明の好ましい態様では、
柱状シリコン層上部のコンタクト孔とゲート配線上のコンタクト孔と柱状シリコン層下部の平面状シリコン層上のコンタクト孔の層間膜のエッチングとコンタクトストッパーのエッチング工程を含む前記半導体装置の製造方法である。
【0033】
また、本発明の好ましい態様では、
柱状シリコン層下部の平面状シリコン層上のコンタクト孔とゲート配線上のコンタクト孔のエッチングを行い、
レジストをマスクにして、柱状シリコン層上部のコンタクト孔の層間膜のエッチングを行い、層間膜のエッチング後、コンタクトストッパーをエッチングする工程を含む前記半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【0034】
本発明では、
本発明の1態様では、
半導体装置の製造方法であって、基板上に形成された酸化膜上に、平面状半導体層が形成され、平面上半導体層上に柱状の第1導電型半導体層を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の下部の平面状半導体層に第2導電型半導体層を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の周囲にダミーゲート絶縁膜およびダミーゲート電極を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の上部に第2導電型半導体層を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の下部の平面状半導体層に形成した第2導電型半導体層に金属と半導体の化合物を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の上部に形成した第2導電型半導体層に金属と半導体の化合物を形成する工程と、
ダミーゲート絶縁膜およびダミーゲート電極を除去する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の周囲にゲート絶縁膜およびメタルゲート電極を形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の下部の平面状半導体層に形成した第2導電型半導体層上にコンタクトを形成する工程と、
メタルゲート電極上にコンタクトを形成する工程と、
柱状の第1導電型半導体層の上部に形成した第2導電型半導体層上にコンタクトを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により、
ソース、ドレイン、ゲートの低抵抗化のための構造と所望のゲート長、ソース、ドレイン形状と柱状半導体の直径が得られるSGTの製造方法を提供する。
【0035】
また、本発明では、
柱状の第1導電型半導体層の中心から平面状半導体層の端までの長さは、
柱状の第1導電型半導体層の中心から側壁までの長さと、
ゲート絶縁膜の厚さと、
ゲート電極の厚さと、
ゲートの側壁にサイドウォール状に形成した絶縁膜の厚さと、
の和より大きいことを特徴とすることにより、
柱状の第1導電型半導体層の下部の平面状半導体層に形成した第2導電型半導体層に金属と半導体の化合物を形成することができ、
柱状の第1導電型半導体層の下部の平面状半導体層に形成した第2導電型半導体層を低抵抗化することができる。
【0036】
また、本発明では、
基板上に形成された酸化膜上に、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層が形成され、
柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層上に、パット酸化膜を成膜する工程と、
パット酸化膜越しに、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層にしきい値調整用の不純物注入を行い、不純物の活性化及び拡散のためにアニールを行い、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層の不純物分布を均一化する工程と、
柱状の第1導電型シリコン層を形成時にマスクとして用いるシリコン窒化膜を成膜する工程を含むことにより、
次工程で成膜するシリコン窒化膜とシリコンとの応力を緩和するために成膜するパッド酸化膜を不純物注入時のスルー酸化膜としても用いることで、製造工程数を削減することができ、製造コストを下げることができる。
【0037】
また、本発明では、
基板上に形成された酸化膜上に、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層が形成され、
柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層上に、パット酸化膜を成膜する工程と
柱状の第1導電型シリコン層を形成時にマスクとして用いるシリコン窒化膜を成膜する工程と、
シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストにより柱状の第1導電型シリコン層を反転したパターンを形成し、柱状の第1導電型シリコン層の形成箇所にシリコン酸化膜を貫通するホールを形成する工程と、
アモルファスシリコン、あるいはポリシリコンをシリコン酸化膜に形成されたホールを埋め込むように成膜する工程と、
化学機械研磨によりシリコン酸化膜のアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンを研磨して除去する工程と、
エッチングにより、シリコン酸化膜を除去することにより、
第2のハードマスクであるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクを形成する工程と、
アモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクを犠牲酸化して、アモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクの寸法を縮小する工程と
アモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスク表面のシリコン酸化膜をエッチングにより除去する工程と
を含むことにより、
後に形成される柱状の第1導電型シリコン層の柱径を小さくできることにより、トランジスタのショートチャネル効果を抑制し、リーク電流を低減できる。
【0038】
また、本発明では、
基板上に形成された酸化膜上に、柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層が形成され、
柱状の第1導電型シリコン層と平面状シリコン層を形成するシリコン層上に、パット酸化膜を成膜する工程と
柱状の第1導電型シリコン層を形成時にマスクとして用いるシリコン窒化膜を成膜する工程と、
シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストにより柱状の第1導電型シリコン層を反転したパターンを形成し、柱状の第1導電型シリコン層の形成箇所にシリコン酸化膜を貫通するホールを形成する工程と、
酸化膜を堆積し、エッチバックを行うことで、前記シリコン酸化膜を貫通するホールの径を小さくする工程と
を含むことにより、
後に形成される柱状の第1導電型シリコン層の柱径を小さくできることにより、トランジスタのショートチャネル効果を抑制し、リーク電流を低減できる。
【0039】
また、本発明では、
第2のハードマスクであるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクをマスクとして、ドライエッチングによりシリコン窒化膜及びパット酸化膜をエッチングし、第1のハードマスクであるシリコン窒化膜マスクを形成する工程と、
第1のハードマスク及び第2のハードマスクをマスクとして、柱状の第1導電型シリコン層をドライエッチングにより形成する工程により、
第2のハードマスクであるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクが全てエッチングされ、ドライエッチング装置において検出することが可能なプラズマ発光強度が変化し、このプラズマ発光強度の変化を検出することにより、ドライエッチングの終点検出を行い、柱状の第1導電型シリコン層の高さを制御することができる。
【0040】
また、本発明では、
第2のハードマスクであるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンマスクの厚さは、柱状の第1導電型シリコン層の高さより小さいことを特徴とすることにより、ドライエッチングの終点検出を行うことができる。
【0041】
また、本発明では、
チャネル部となる柱状の第1導電型シリコン層の側壁の凹凸の緩和や、ドライエッチング中にカーボンなどが打ち込まれたシリコン表面の除去と、次工程のドライエッチング時に生じる副生成物等の汚染から柱状の第1導電型シリコン層を保護するため、形成された柱状の第1導電型シリコン層を犠牲酸化する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストにより柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成する第2導電型シリコン層のパターンを形成する工程と、
平面状シリコン層をドライエッチングし、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層を形成し、レジストを除去する工程を含むことにより、
犠牲酸化により形成された酸化膜を第1導電型シリコン層保護膜として使用するため、製造工程数を削減することができ、製造コストを下げることができる。
【0042】
また、本発明では、
第1導電型シリコン層犠牲酸化時に形成された犠牲酸化膜をスルー酸化膜として不純物注入等により平面状シリコン層表面に第2導電型の不純物を導入し、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成する第2導電型シリコン層を形成することにより、
犠牲酸化により形成された酸化膜を第1導電型シリコン層保護膜として使用し、さらに不純物注入時のスルー酸化膜として使用するため、製造工程数を削減することができ、製造コストを下げることができる。
【0043】
また、本発明では、
柱状の第1導電型シリコン層の柱径は、
第1のハードマスクであるシリコン窒化膜マスクの柱径より小さいことを特徴とすることにより、
注入時に第1導電型シリコン層の側壁から不純物が打ち込まれることを防ぐことができる。
【0044】
また、本発明では、
柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成する第2導電型シリコン層形成に用いる不純物注入の注入角は、0度〜6度であることを特徴とすることにより、
注入時に柱状の第1導電型シリコン層の側壁から不純物が打ち込まれることを防ぐことができる。
【0045】
また、本発明では、
柱状の第1導電型半導体層の上部に不純物を注入せず、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成する第2導電型シリコン層を形成することにより、
柱状の第1導電型シリコン層上部と、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層の注入条件を容易に最適化できるため、ショートチャネル効果を抑制しリーク電流を抑制することができる。
【0046】
また、本発明では、
犠牲酸化膜をエッチングで除去し、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜といったゲート絶縁膜を形成し、ダミーゲート電極としてアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンを、柱状の第1導電型シリコン層を埋め込むように成膜する工程と、
化学機械研磨によりアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンを研磨し、ダミーゲート電極の上面を平坦化する工程により、
化学機械研磨において、第1のハードマスクであるシリコン窒化膜を化学機械研磨のストッパーとして使用することにより、
再現性よく化学機械研磨研磨量を抑制することができる。
【0047】
また、本発明では、
ゲート電極であるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコン表面を酸化し、アモルファスシリコン、あるいはポリシリコン表面にシリコン酸化膜を形成する工程により、
このシリコン酸化膜により、後工程において行われるシリサイド化の工程で、ダミーゲート導電膜のシリサイド化を防ぐことができる。その結果ダミーゲート導電膜の除去を容易に行うことができる。
【0048】
また、本発明では、
反射防止膜層(BARC層)及びレジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストによりダミーゲート配線パターンを形成し、
レジストをマスクとして、反射防止膜層(BARC層)、及びダミーゲート電極であるアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンをエッチングして、ダミーゲート電極及びゲート配線パターンを形成する工程と、
柱状の第1導電型シリコン層上部のシリコン窒化膜をドライエッチングもしくはウェットエッチングにより除去する工程と、
シリコン窒化膜を成膜し、
シリコン窒化膜をエッチバックして、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層及び柱状の第1導電型シリコン層の上部を露出し、ゲート電極の側壁にシリコン窒化膜サイドウォール、すなわち絶縁膜サイドウォールを形成する工程と、
不純物注入等により柱状の第1導電型シリコン層の上部に第2導電型の不純物を導入し、柱状の第1導電型シリコン層の上部に第2導電型シリコン層を形成する工程と、
ニッケル(Ni)もしくはコバルト(Co)等の金属膜をスパッタし、熱処理を加えることで、
柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層と、
柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層の表面を金属と半導体の化合物化し、未反応の金属膜を除去することによって
柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層と、柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層上に金属と半導体の化合物を形成する工程により、
シリコン窒化膜サイドウォールとダミーゲート上のシリコン酸化膜により
ダミーゲート電極に金属と半導体の化合物を形成することを防ぐことができる。
また、ダミーゲート電極とシリコン窒化膜サイドウォールにより柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層の上部と柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層の上部のみに金属と半導体の化合物を形成することができるため、
金属と半導体の化合物によるゲート電極と柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層及び柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層の短絡を防止でき、
柱状の第1導電型シリコン層上部の側壁をダミーゲート電極とダミーゲート絶縁膜で覆うことにより、柱状の第1導電型シリコン層の側壁からの金属と半導体の化合物化を制御することができる。
【0049】
また、本発明では、
シリコン窒化膜等を成膜する工程と、
シリコン酸化膜とアモルファスシリコン、あるいはポリシリコン層を成膜する工程と
アモルファスシリコン、あるいはポリシリコン層をCMPにより平坦化し、かつアモルファスシリコン、あるいはポリシリコン層とシリコン酸化膜と同じ高さに制御する工程と、シリコン酸化膜をドライエッチングする工程と、
を含み、
シリコン酸化膜が全てエッチングされ、シリコン窒化膜をエッチングの終点検出として使用することにより、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の高さを同じに制御する工程と、
シリコン窒化膜をドライエッチングする工程と、
を含み、
シリコン窒化膜が全てエッチングされ、ダミーゲート電極をエッチングの終点検出として使用することにより、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の高さをダミーゲートの高さと同じに制御する工程と、
ダミーゲート電極とポリシリコン層をドライエッチングする工程と、
シリコン酸化膜をウェットエッチングにより除去する工程と、
high-kゲート酸化膜を成膜する工程と、
メタルゲート層を成膜する工程と、
メタルゲート層をドライエッチングする工程と、
を含み、
メタルゲート層が全てエッチングされ、シリコン酸化膜をエッチングの終点検出として使用することにより、シリコン酸化膜とメタルゲート層の高さを同じに制御する工程により、
メタルゲートのゲート長を変動ばらつきも小さく、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の膜厚の和がゲート長になるように制御できる。
【0050】
また、本発明では、
コンタクトストッパーとしてシリコン窒化膜等を成膜する工程と、
層間膜としてシリコン酸化膜を成膜後、化学機械研磨により平坦化する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストによりパターンを形成し、ゲート電極上、柱状の第1導電型シリコン層の上部に形成した第2導電型シリコン層上に、エッチングによりコンタクト孔を形成する工程と、
レジストを塗布し、リソグラフィーを用いてレジストによりパターンを形成し、柱状の第1導電型シリコン層の下部の平面状シリコン層に形成した第2導電型シリコン層上に、エッチングによりコンタクト孔を形成する工程と、
コンタクト孔にタンタル(Ta)や窒化タンタル(TaN)や、チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)といったバリアメタルを成膜後、タングステン(W)や銅(Cu)及び銅を含む合金などのメタルをスパッタやめっきにより成膜して、化学機械研磨によってコンタクトプラグを形成する工程と、
炭化ケイ素(SiC)などの第1層配線のエッチングストッパーを成膜し、続いて第1配線層の層間膜である低誘電率膜を成膜する工程と、
第1層配線をパターニングして、第1配線層の溝パターンを形成し、
タンタル(Ta)や窒化タンタル(TaN)や、チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)といったバリアメタルを成膜後、タングステン(W)や銅(Cu)及び銅を含む合金などのメタルをスパッタやめっきにより成膜して、化学機械研磨によって第1層配線を形成する工程とを含むことにより、
コンタクトの低抵抗化ができる。
【0051】
また、本発明では、
柱状シリコン層上部のコンタクト孔とゲート配線上のコンタクト孔と柱状シリコン層下部の平面状シリコン層上のコンタクト孔の層間膜のエッチングとコンタクトストッパーのエッチングを同時に行うことができる。
【0052】
また、本発明では、
柱状シリコン層下部の平面状シリコン層上のコンタクト孔とゲート配線上のコンタクト孔のエッチングを行い、
レジストをマスクにして、柱状シリコン層上部のコンタクト孔の層間膜のエッチングを行い、層間膜のエッチング後、コンタクトストッパーをエッチングしてもよい。
柱状シリコン層上部のコンタクト孔の層間膜のエッチングと、
ゲート配線上のコンタクト孔と柱状シリコン層下部の平面状シリコン層上のコンタクト孔の層間膜のエッチングを別々に行うことで、
柱状シリコン層上部のコンタクト孔のエッチング条件の最適化と、
ゲート配線上のコンタクト孔と柱状シリコン層下部の平面状シリコン層上のコンタクト孔のエッチング条件の最適化を行うことができる。