JP2009141260A - Semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リセスチャネル型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法及び、この半導体装置の製造方法によって製造した半導体装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a recessed channel transistor, and a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device.
DRAMセル等の半導体装置の微細化に伴い、トランジスタの短チャネル効果を抑制するために、リセスチャネル型トランジスタが考案されている。このリセスチャネル型トランジスタは、半導体基板内に設けられた溝部内にゲート絶縁膜及びゲート電極を有する。そして、このゲート電極を挟んだ両側の半導体基板表面側にソース/ドレイン領域が設けられている。特許文献1及び非特許文献1には、このリセスチャネル型トランジスタが開示されている。
With the miniaturization of semiconductor devices such as DRAM cells, recess channel transistors have been devised to suppress the short channel effect of transistors. This recess channel type transistor has a gate insulating film and a gate electrode in a groove provided in a semiconductor substrate. Source / drain regions are provided on the surface side of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode.
このリセスチャネル型トランジスタを製造する代表的な製造方法を図2〜4に示す。ます、P型Si基板1上にSTI技術により深さ約300nmの素子分離領域2を形成する。この後、熱酸化法によりP型Si基板1の表面に約20nmのパッド酸化膜3を形成した後、CVD法によりパッド酸化膜3上にシリコン窒化膜を約100nm、形成する。この後、リソグラフィー技術を用いてフォトレジスト5をパターニングして、リセス部(溝部)を設ける位置に開口を有するレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンをマスクに用いてドライエッチングによりシリコン窒化膜のマスクパターン4を形成する(図2(a))。
A typical manufacturing method for manufacturing the recess channel transistor is shown in FIGS. First, an
この後、アッシング工程によりレジストパターンを除去する。次に、この状態でシリコン窒化膜のマスクパターン4をマスクに用いて、P型Si基板1をエッチングして、幅約90nm、深さ約150nmのSiリセス部(溝部)6を形成する(図2(b))。
Thereafter, the resist pattern is removed by an ashing process. Next, in this state, the P-
続いて、高温の燐酸を用いてシリコン窒化膜のマスクパターン4を除去した後、フッ酸(HF)を含む溶液で平面部分に存在するパッド酸化膜3を除去する。次に、この状態で熱酸化法を行うことにより、Siリセス部(溝部)6内にゲート絶縁膜7としてシリコン酸化膜を約6nm形成する(図3(a))。
Subsequently, the
次に、DOPOS(Doped Polycrystalline Silicon)法により、Siリセス部(溝部)6内を埋め込むように、導電性ポリシリコン領域(リン濃度:2×1020cm-3)8を、約100nmの高さとなるように成長させる(図3(b))。 Next, a conductive polysilicon region (phosphorus concentration: 2 × 10 20 cm −3 ) 8 is formed with a height of about 100 nm so as to fill the Si recess portion (groove portion) 6 by DOPOS (Doped Polycrystalline Silicon) method. It grows so that it may become (FIG.3 (b)).
続いて、通常のリソグラフィー技術により、リセスチャネル型トランジスタを形成する領域上に開口を有するフォトレジストのレジストマスク(図示していない)を形成する。この状態で、ボロン(B)を注入エネルギー40keV〜70keV、ドーズ量1×1012〜5×1013/cm2の条件で注入し、Siリセス部(溝部)6の底部付近にP型チャネル領域ドープ層9を形成する(図3(c))。
Subsequently, a photoresist resist mask (not shown) having an opening is formed on a region where the recess channel transistor is to be formed by a normal lithography technique. In this state, boron (B) is implanted under conditions of an implantation energy of 40 keV to 70 keV and a dose of 1 × 10 12 to 5 × 10 13 / cm 2 , and a P-type channel region is formed near the bottom of the Si recess portion (groove portion) 6. A doped
次に、通常のCVD法又はスパッタリング法により、全面にタングステン膜10を約50nm、成膜する(図4(a))。この後、低圧CVD法により、窒化シリコン膜(SiN膜)11を約150nm、成膜する。この後、リソグラフィー法により、リセス部(溝部)6内に埋め込まれた導電性ポリシリコン領域8上にマスクを有するようにフォトレジストのマスクパターン(図示していない)を形成する。この状態で、このフォトレジストをマスクに用いて、ドライエッチング技術により、窒化シリコン膜11、タングステン膜10、導電性ポリシリコン領域8を順次、エッチングする。これにより、タングステン膜10及び導電性ポリシリコン領域8からなるゲート電極12が形成される。
Next, a
この状態で先ほどと同様に、リセスチャネル型トランジスタを形成する領域上に開口を有するようにフォトレジストのマスクパターン(図示していない)を形成する。次に、このフォトレジストのマスクパターンをマスクに用いて、リン(P)を注入エネルギー10keV〜40keV、ドーズ量1×1013〜1×1014/cm2の条件で注入し、P型Si基板1の表面にN型拡散層(ソース/ドレイン領域)13を形成する(図4(b))。この後、アッシング工程によりフォトレジストのマスクを除去する。 In this state, a photoresist mask pattern (not shown) is formed so as to have an opening over the region where the recess channel transistor is to be formed, as before. Next, using this photoresist mask pattern as a mask, phosphorus (P) is implanted under conditions of an implantation energy of 10 keV to 40 keV and a dose of 1 × 10 13 to 1 × 10 14 / cm 2 to form a P-type Si substrate. An N-type diffusion layer (source / drain region) 13 is formed on the surface of 1 (FIG. 4B). Thereafter, the photoresist mask is removed by an ashing process.
続いて、CVD法により、全面に約40nmの窒化シリコン膜(SiN膜)を成膜した後、ドライエッチングでエッチバックを行うことにより、ゲート電極12の側面に側壁膜14を形成する。この後、全面にBPSG膜(B、P含有酸化シリコン膜)の成膜とリフローを行った後、CMPプロセスによる平坦化を行うことにより、層間絶縁膜15を形成する。
Subsequently, a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of about 40 nm is formed on the entire surface by CVD, and then etched back by dry etching to form the
次に、リソグラフィー技術により、N型拡散層13上に開口を有するレジストマスク(図示していない)を設ける。この後、このレジストマスクをマスクに用いてドライエッチング技術により、層間絶縁膜15内を貫通してN型拡散層13にまで到達するようにコンタクトホールを形成する。この後、DOPOS成膜により、コンタクトホール内に導電性ポリシリコンを形成した後、CMP技術で平坦化することによりセルコンタクトプラグ16を形成する。次に、熱処理(800℃,30min程度)を行なうことにより、セルコンタクトプラグ16中のリンをN型拡散層(ソース/ドレイン領域)13中にまで拡散させて、N型拡散層17を形成する(図4(c))。
Next, a resist mask (not shown) having an opening is provided on the N-
以上、説明したように、従来のリセスチャネル型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法では、下記工程でリソグラフィー工程を用いる必要があった。
(A)素子分離領域の形成工程
(B)リセス部形成用のシリコン窒化膜のマスクパターン4を形成する工程(図2(a))
(C)チャネル領域用不純物のドープ工程(図3(c))
(D)ゲート電極の形状への加工工程(図4(a)、4(b))
(E)ソース/ドレイン領域用不純物の注入工程(図4(b))
(F)コンタクトホールの形成工程(5(c))。
As described above, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device including a recess channel type transistor, it is necessary to use a lithography process in the following process.
(A) Element isolation region forming step (B) Silicon nitride
(C) Channel region impurity doping step (FIG. 3C)
(D) Process of processing into shape of gate electrode (FIGS. 4A and 4B)
(E) Source / drain region impurity implantation step (FIG. 4B)
(F) Contact hole forming step (5 (c)).
このように従来の半導体装置の製造方法では多数のリソグラフィー工程を必要としていた。特に、上記工程(C)及び(E)は製造コストを増加させる原因となり、上記工程(C)及び(E)によって全体の製造コストが4%程度、高くなっていた。また、(E)ソース/ドレイン領域用不純物の注入を、(D)ゲート電極のパターニング後に行っていた。このため、リセス部(溝部)とゲート電極との間で位置合わせのずれが生じた場合には、ソース/ドレイン領域を、リセス部(溝部)に対してセルフアラインに形成できないという課題もあった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、予め設けた第1マスクをマスクに用いてソース/ドレイン領域用不純物の注入を行なうことにより、セルフアラインにソース/ドレイン領域(不純物拡散領域)を形成する。また、第1及び第2マスクをマスクに用いてセルフアラインにリセス部(溝部)を形成する。本発明では、これらの工程により、リソグラフィー工程の回数を少なくしてコスト低減を図ると共に、リセス部(溝部)に対してセルフアラインにソース/ドレイン領域を形成できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and by implanting a source / drain region impurity by using a first mask provided in advance as a mask, a source / drain region (impurity diffusion region) is self-aligned. Form. Further, a recess (groove) is formed in self-alignment using the first and second masks as masks. The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the number of lithography steps and reduce the cost by these steps, and can form a source / drain region in a self-aligned manner with respect to a recess portion (groove portion). With the goal.
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有することを特徴とする。
(1)半導体基板上に、所定のパターンを有する第1マスクを設ける工程と、
(2)前記第1マスクをマスクに用いて前記半導体基板内に不純物を注入することにより不純物拡散領域を形成する工程と、
(3)全面に第2マスクを堆積させる工程と、
(4)エッチバックを行うことにより前記第1マスクの側面に第2マスクを残留させると共に、前記不純物拡散領域の一部を露出させる工程と、
(5)前記第1及び第2マスクをマスクに用いて前記半導体基板のエッチングを行うことにより、前記半導体基板内に溝部及び前記溝部を挟んだ両側に前記不純物拡散領域から構成されるソース/ドレイン領域を形成する工程と、
(6)前記第1及び第2マスクをマスクに用いて前記溝部内に不純物を注入した後、前記第1及び第2マスクを除去する工程と、
(7)前記溝部の内壁上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(8)前記溝部内を埋め込むようにゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするリセスチャネル型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
(1) providing a first mask having a predetermined pattern on a semiconductor substrate;
(2) forming an impurity diffusion region by implanting impurities into the semiconductor substrate using the first mask as a mask;
(3) depositing a second mask on the entire surface;
(4) performing a etch back to leave the second mask on the side surface of the first mask and exposing a part of the impurity diffusion region;
(5) By performing etching of the semiconductor substrate using the first and second masks as masks, a source / drain composed of the impurity diffusion regions on both sides of the groove in the semiconductor substrate. Forming a region;
(6) removing the first and second masks after implanting impurities into the groove using the first and second masks as masks;
(7) forming a gate insulating film on the inner wall of the trench,
(8) forming a gate electrode so as to fill the trench,
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a recess channel transistor, comprising:
従来の半導体装置の製造方法と比べてリソグラフィ工程を2工程、削減できるため、全体として製造コストを約4%、削減することができる。また、リセス部に対してソース/ドレイン領域を自己整合的に形成できるため、トランジスタのVt(閾値電圧)、Ion(オン電流)等の特性バラツキを低減することができる。 Compared with the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the number of lithography processes can be reduced by two, so that the manufacturing cost as a whole can be reduced by about 4%. In addition, since the source / drain regions can be formed in a self-aligned manner with respect to the recess portion, variations in characteristics such as V t (threshold voltage) and I on (on current) of the transistor can be reduced.
本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。
(1)半導体基板上に、所定のパターンを有する第1マスクを設ける工程と、
(2)第1マスクをマスクに用いて半導体基板内に不純物を注入することにより不純物拡散領域を形成する工程と、
(3)全面に第2マスクを堆積させる工程と、
(4)エッチバックを行うことにより第1マスクの側面に第2マスクを残留させると共に、不純物拡散領域の一部を露出させる工程と、
(5)第1及び第2マスクをマスクに用いて半導体基板のエッチングを行うことにより、半導体基板内に溝部及び溝部を挟んだ両側に不純物拡散領域から構成されるソース/ドレイン領域を形成する工程と、
(6)第1及び第2マスクをマスクに用いて溝部内に不純物を注入した後、第1及び第2マスクを除去する工程と、
(7)溝部の内壁上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(8)溝部内を埋め込むようにゲート電極を形成する工程。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the following steps.
(1) providing a first mask having a predetermined pattern on a semiconductor substrate;
(2) forming an impurity diffusion region by implanting impurities into the semiconductor substrate using the first mask as a mask;
(3) depositing a second mask on the entire surface;
(4) performing a etch back to leave the second mask on the side surface of the first mask and exposing a part of the impurity diffusion region;
(5) A step of forming a source / drain region composed of impurity diffusion regions on both sides of the groove in the semiconductor substrate by etching the semiconductor substrate using the first and second masks as a mask. When,
(6) removing the first and second masks after implanting impurities into the groove using the first and second masks as masks;
(7) forming a gate insulating film on the inner wall of the trench,
(8) A step of forming a gate electrode so as to fill the trench.
本発明の半導体装置の製造方法では、上記工程(1)及び(8)においてリソグラフィ工程を用いる。また、本発明の製造方法において、STI技術により素子分離領域の形成、セルコンタクトプラグの形成を行なう場合を想定すると)、上記工程(1)及び(8)に加えて更に素子分離領域の形成工程、コンタクトホールの形成においてリソグラフィ工程を用いることとなる。この結果、本発明の製造方法では、素子分離領域及びセルコンタクトプラグの形成工程を考慮しない場合は合計2回のリソグラフィ工程を用い、素子分離領域及びセルコンタクトプラグの形成工程を考慮した場合は合計4回のリソグラフィ工程を用いることとなる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a lithography process is used in the above steps (1) and (8). Further, in the manufacturing method of the present invention, it is assumed that an element isolation region is formed and a cell contact plug is formed by the STI technique), and in addition to the above steps (1) and (8), an element isolation region forming step is further performed. In the formation of the contact hole, a lithography process is used. As a result, in the manufacturing method of the present invention, a total of two lithography processes are used when the element isolation region and the cell contact plug formation process are not considered, and the total when the element isolation region and the cell contact plug formation process is considered. Four lithography processes will be used.
特に、本発明では、従来の製造方法よりも、工程(1)において、リソグラフィ工程を1回分、余分に必要とする。この一方、本発明では、予め設けた第1マスクをマスクに用いてソース/ドレイン領域用不純物の注入を行なうことにより、セルフアラインにソース/ドレイン領域(不純物拡散領域)を形成できる。また、工程(5)では、第1マスク及び第2マスクをマスクに用いて、不純物拡散領域の中央部分をその厚み方向にエッチングして、セルフアラインにリセス部(溝部)の形成を行なうことができる。この際、この溝部を挟んだ両側に、不純物拡散領域(すなわち、ソース/ドレイン領域)が形成されることとなる。 In particular, the present invention requires one extra lithography step in step (1) than the conventional manufacturing method. On the other hand, according to the present invention, source / drain regions (impurity diffusion regions) can be formed in self-alignment by implanting source / drain region impurities using a first mask provided in advance as a mask. Further, in the step (5), using the first mask and the second mask as a mask, the central portion of the impurity diffusion region is etched in the thickness direction to form a recess portion (groove portion) in self-alignment. it can. At this time, impurity diffusion regions (that is, source / drain regions) are formed on both sides of the groove.
更に、工程(6)では、第1マスク及び第2マスクをマスクに用いてセルフアラインにリセス部(溝部)の形成とチャネル領域用不純物の注入を行なうことができる。この結果、従来の製造方法の工程(B)、(C)、(E)のリソグラフィ工程が不要となり、製造方法全体としては、従来の製造方法よりもリソグラフィ工程を2回、削減することが可能となる。そして、全体として製造コストを約4%、削減することができる。また、リセス部に対してソース/ドレイン領域を自己整合的に形成できるため、トランジスタのVt(閾値電圧)、Ion(オン電流)等の特性バラツキを低減することができる。 Further, in the step (6), the recess (groove) can be formed and the impurity for the channel region can be implanted in self-alignment using the first mask and the second mask as masks. As a result, the steps (B), (C), and (E) of the conventional manufacturing method are not required, and the entire manufacturing method can reduce the number of lithography steps twice compared to the conventional manufacturing method. It becomes. As a whole, the manufacturing cost can be reduced by about 4%. In addition, since the source / drain regions can be formed in a self-aligned manner with respect to the recess portion, variations in characteristics such as V t (threshold voltage) and I on (on current) of the transistor can be reduced.
また、工程(5)では、深さ50〜200nmの溝部を形成することが好ましい。深さ50〜200nmの溝部を形成することによって、安定して高い駆動特性を有するリセスチャネル型トランジスタを得ることができる。 In the step (5), it is preferable to form a groove having a depth of 50 to 200 nm. By forming the groove having a depth of 50 to 200 nm, a recessed channel transistor having stable and high driving characteristics can be obtained.
本発明の半導体装置は、素子分離領域により区画された半導体基板の部分にリセス部(溝部)構造を有する。そして、このリセス部(溝部)の内壁上にゲート絶縁膜を有し、リセス部(溝部)の内部にゲート電極を有する。また、半導体基板の表面部分のリセス部(溝部)を挟んだ両側にはソース/ドレイン領域が設けられている。そして、このゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース/ドレイン領域、及びリセス部(溝部)近傍の半導体領域とからリセスチャネル型トランジスタが構成される。このリセスチャネル型トランジスタでは、ゲート電極に電圧を印加すると電界効果により、リセス部(溝部)近傍の半導体領域を介してソース/ドレイン領域間にチャネル電流が流れることとなる。このリセスチャネル型トランジスタはN型のトランジスタであっても、P型のトランジスタであっても良い。 The semiconductor device of the present invention has a recess (groove) structure in a portion of a semiconductor substrate partitioned by an element isolation region. A gate insulating film is provided on the inner wall of the recess (groove), and a gate electrode is provided inside the recess (groove). In addition, source / drain regions are provided on both sides of the recess portion (groove portion) of the surface portion of the semiconductor substrate. A recess channel type transistor is constituted by the gate electrode, the gate insulating film, the source / drain region, and the semiconductor region in the vicinity of the recess (groove). In this recess channel type transistor, when a voltage is applied to the gate electrode, a channel current flows between the source / drain regions via the semiconductor region near the recess (groove) due to the electric field effect. The recess channel type transistor may be an N-type transistor or a P-type transistor.
また、本発明の半導体装置は、1つのリセスチャネル型トランジスタを有していても、複数のリセスチャネル型トランジスタを有していても良い。図1は、複数のリセスチャネル型トランジスタを有する本発明の半導体装置の一例を表す上面図である。図1には楕円で囲まれた3つのソース/ドレイン領域13が示されている。そして、各ソース/ドレイン領域上には2つのゲート電極(ワード線)12が設けられて、2つのリセスチャネル型トランジスタが構成されている。また、楕円で囲まれた各ソース/ドレイン領域13の中央部分は、2つのリセスチャネル型トランジスタの間で共通化されている。更に、楕円で囲まれた各ソース/ドレイン領域13の中央部分はビットコンタクトプラグ21を介してビット線に電気接続されている。
In addition, the semiconductor device of the present invention may have one recess channel type transistor or a plurality of recess channel type transistors. FIG. 1 is a top view illustrating an example of a semiconductor device of the present invention having a plurality of recessed channel transistors. FIG. 1 shows three source /
このゲート絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO2)、シリコン窒化膜(Si3N4)、シリコンオキシナイトライド膜やこれらの膜の積層体、ハフニウム(Hf)を含んだ酸化物等を挙げることができる。また、ゲート絶縁膜としてはこの他に例えば、金属酸化物、金属シリケート、金属酸化物又は金属シリケートに窒素が導入された高誘電率絶縁膜などを用いることができる。 Examples of the gate insulating film include a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a silicon oxynitride film, a laminate of these films, and an oxide containing hafnium (Hf). Can be mentioned. As the gate insulating film, for example, a metal oxide, a metal silicate, a metal oxide, or a high dielectric constant insulating film in which nitrogen is introduced into a metal silicate can be used.
なお、「高誘電率絶縁膜」とは半導体装置においてゲート絶縁膜として広く利用されているSiO2よりも比誘電率(SiO2の場合は約3.6)が大きな絶縁膜のことを表す。典型的には、高誘電率絶縁膜の比誘電率としては数十〜数千のものを挙げることができる。高誘電率絶縁膜としては例えば、HfSiO,HfSiON,HfZrSiO,HfZrSiON,ZrSiO,ZrSiON,HfAlO,HfAlON,HfZrAlO,HfZrAlON,ZrAlO,ZrAlONなどを用いることができる。 The “high dielectric constant insulating film” refers to an insulating film having a relative dielectric constant (about 3.6 in the case of SiO 2 ) larger than that of SiO 2 widely used as a gate insulating film in a semiconductor device. Typically, the dielectric constant of the high dielectric constant insulating film can be several tens to thousands. As the high dielectric constant insulating film, for example, HfSiO, HfSiON, HfZrSiO, HfZrSiON, ZrSiO, ZrSiON, HfAlO, HfAlON, HfZrAlO, HfZrAlON, ZrAlO, ZrAlON, or the like can be used.
ゲート電極としては、例えば、導電性ポリシリコン、金属、シリサイドやこれらの積層体等から構成することができる。導電性ポリシリコンは例えば、ポリシリコン中にN型不純物を含有させることによって得ることができる。この際、N型不純物の濃度は、1.0×1020〜1.0×1021/cm3の範囲であることが好ましい。また、このN型不純物としては、例えば、リン、ヒ素等を挙げることができる。 The gate electrode can be composed of, for example, conductive polysilicon, metal, silicide, or a laminate thereof. The conductive polysilicon can be obtained, for example, by including N-type impurities in the polysilicon. At this time, the concentration of the N-type impurity is preferably in the range of 1.0 × 10 20 to 1.0 × 10 21 / cm 3 . Examples of the N-type impurity include phosphorus and arsenic.
また、シリサイドとしては具体的には、NiSi,Ni2Si,Ni3Si,NiSi2,WSi,TiSi2,VSi2,CrSi2,ZrSi2,NbSi2,MoSi2,TaSi2,CoSi,CoSi2,PtSi,Pt2Si,Pd2Siなどを挙げることができるが、導電性及び加工性等の点からWSiを用いることが好ましい。 Specific examples of the silicide include NiSi, Ni 2 Si, Ni 3 Si, NiSi 2 , WSi, TiSi 2 , VSi 2 , CrSi 2 , ZrSi 2 , NbSi 2 , MoSi 2 , TaSi 2 , CoSi, CoSi 2. , PtSi, Pt 2 Si, Pd 2 Si, and the like, but WSi is preferably used from the viewpoint of conductivity and workability.
また、本発明の半導体装置は例えば、リセスチャネル型トランジスタの周りにプレナー型電界効果型トランジスタやフィン型電界効果型トランジスタを有していても良い。 The semiconductor device of the present invention may have, for example, a planar field effect transistor or a fin field effect transistor around the recess channel transistor.
更に、セルコンタクトプラグを介してリセスチャネル型トランジスタのソース/ドレイン領域とキャパシタを電気的に接続することにより、メモリセルを構成することができる。この場合、1つのリセスチャネル型トランジスタ及び1つのキャパシタから1つのメモリセルを構成することとなる。このようにして複数のメモリセルを設けると共に、各リセスチャネル型トランジスタのゲート電極を電気的に接続してワード線とすることにより、DRAM(Dynamic Random Access Memory)を構成することができる。 Furthermore, the memory cell can be configured by electrically connecting the source / drain region of the recess channel transistor and the capacitor via the cell contact plug. In this case, one memory cell is composed of one recess channel transistor and one capacitor. A DRAM (Dynamic Random Access Memory) can be configured by providing a plurality of memory cells and electrically connecting the gate electrodes of the recess channel transistors to form word lines.
(第1実施例)
まず、P型Si基板1内に、STI(shallow trench isolation)法により、深さ約300nmの素子分離領域2を形成した。この後、熱酸化法により、P型Si基板1の表面に約10nmのパッド酸化膜3を形成した。この後、CVD法により、全面にシリコン窒化膜を約100nm、成膜した。この後、リソグラフィー技術によりレジストマスクを形成した後、このレジストマスクをマスクに用いてドライエッチングによりシリコン窒化膜を加工して、所望のパターンを有する第1マスク18を形成した(図5(a);工程(1))。
(First embodiment)
First, an
次に、第1マスク18をマスクに用いて、P型Si基板1内にリン(P)を注入エネルギー10keV〜50keV、ドーズ量1×1013〜5×1014/cm2の条件でイオン注入することにより、不純物拡散領域13を形成した(図5(b);工程(2))。この工程(2)では、上記のように、既にP型Si基板1上に第1マスク18が存在しているため、これが不純物拡散領域用の不純物注入時のマスクとなり、新たにリソグラフィー工程を追加すること無しに、所望の箇所にセルフアラインでリンを注入することができる。
Next, using the
次に、CVD法により、全面にシリコン窒化膜を約30nm成膜して第2マスク19を形成した(図5(c);工程(3))。次に、全面エッチバックによりシリコン窒化膜を第1マスクの側面に残留させることにより、第2マスク20を形成した。また、この際、半導体基板内の不純物拡散領域上のパッド酸化膜3を露出させた(工程(4))。
Next, a silicon nitride film having a thickness of about 30 nm was formed on the entire surface by CVD to form a second mask 19 (FIG. 5C; step (3)). Next, the
この状態で、第1及び第2マスクをマスクに用いてP型Si基板1をエッチングすることにより、P型Si基板1内にSiリセス部(溝部)6を形成した。この際、予め形成した不純物拡散領域はSiリセス部(溝部)6を挟んだ両側に残留することとなり、このSiリセス部(溝部)6の両側に残留した不純物拡散領域がソース/ドレイン領域13となる(図6(a);工程(5))。
In this state, the Si recess portion (groove portion) 6 was formed in the P-
次に、全面に、ボロン(B)を注入エネルギー5keV〜15keV、ドーズ量1×1012〜5×1013/cm2の条件で注入するか、又はBF2を注入エネルギー10〜50keV、ドーズ量1×1012〜5×1013/cm2の条件で注入した。これにより、P型チャネル領域ドープ層9を形成した(図6(b);工程(6))。この工程(5)及び(6)では、工程(2)の不純物の注入工程と同様、第1マスク、第2マスク及び素子分離領域2がマスクとして働くため、新たなリソグラフィー工程を不要とすることができる。また、この際、ボロン又はBF2は、Siリセス部(溝部)6の底部にのみドープされた。
Next, boron (B) is implanted on the entire surface under conditions of an implantation energy of 5 keV to 15 keV and a dosage of 1 × 10 12 to 5 × 10 13 / cm 2 , or BF 2 is implanted with an implantation energy of 10 to 50 keV and a dosage. The injection was performed under the condition of 1 × 10 12 to 5 × 10 13 / cm 2 . As a result, a P-type channel region doped
次に、高温の燐酸を用いてシリコン窒化膜の第1及び第2マスクを除去した。この後、この状態で熱酸化法を行うことにより、Siリセス部(溝部)6内にゲート絶縁膜7としてシリコン酸化膜を約6nm、形成した(工程(7))。次に、DOPOS(Doped Polycrystalline Silicon)法により、Siリセス部(溝部)6内を埋め込むように、導電性ポリシリコン領域(リン濃度:2×1020cm-3)8を、約100nmの高さとなるように成長させた。 Next, the first and second masks of the silicon nitride film were removed using high temperature phosphoric acid. Thereafter, a thermal oxidation method was performed in this state to form a silicon oxide film having a thickness of about 6 nm as the gate insulating film 7 in the Si recess portion (groove portion) 6 (step (7)). Next, a conductive polysilicon region (phosphorus concentration: 2 × 10 20 cm −3 ) 8 is formed with a height of about 100 nm so as to fill the Si recess portion (groove portion) 6 by DOPOS (Doped Polycrystalline Silicon) method. Grown to be.
次に、通常のCVD法又はスパッタリング法により、全面にタングステン膜10を約50nm成膜した。この後、低圧CVD法により、窒化シリコン膜(SiN膜)11を約150nm、成膜した。この後、リソグラフィー法により、リセス部(溝部)上にマスクを有するようにフォトレジストのレジストマスク(図示していない)を形成した。この状態で、レジストマスクをマスクに用いて、ドライエッチング技術により、窒化シリコン膜11、タングステン膜10、導電性ポリシリコン領域8を順次、エッチングした。これにより、タングステン膜10及び導電性ポリシリコン領域8からなるゲート電極12を形成した(図6(c);工程(8))。
Next, a
続いて、CVD法により、全面に約40nmの窒化シリコン膜(SiN膜)を成膜した後、ドライエッチングでエッチバックを行うことにより、ゲート電極の側面に側壁膜14を形成した。この後、全面にBPSG膜(B、P含有酸化シリコン膜)の成膜とリフローを行った後、CMPプロセスによる平坦化を行うことにより、層間絶縁膜15を形成した。
Subsequently, a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of about 40 nm was formed on the entire surface by CVD, and then etched back by dry etching to form a
次に、リソグラフィー技術により、N型拡散層13上に開口を有するレジストマスク(図示していない)を設けた。この後、このレジストマスクをマスクに用いてドライエッチング技術により、層間絶縁膜15内を貫通してN型拡散層13にまで到達するようにコンタクトホールを形成した。この後、DOPOS成膜により、コンタクトホール内に導電性ポリシリコンを形成した後、CMP技術で平坦化することによりセルコンタクトプラグ16を形成した。次に、熱処理(800℃,30min程度)を行なうことにより、セルコンタクトプラグ16中のリンをN型拡散層(ソース/ドレイン領域)13にまで拡散させて、N型拡散層17を形成した(図7)。
Next, a resist mask (not shown) having an opening was provided on the N-
本実施例で示した製造方法では、従来の製造方法と比べて、全体としてリソグラフィー工程が2工程、少なくなっているため、製造コストの低減を図ることができる。また、不純物拡散領域を予め設け、この不純物拡散領域の中央部分にSiリセス部(溝部)6を形成し、このSiリセス部(溝部)6内にゲート電極及びゲート絶縁膜を形成する。このため、Siリセス部(溝部)6に対してセルフアラインにソース/ドレイン領域を形成することができる。 In the manufacturing method shown in this embodiment, the number of lithography processes is reduced by two as a whole compared with the conventional manufacturing method, so that the manufacturing cost can be reduced. Further, an impurity diffusion region is provided in advance, a Si recess portion (groove portion) 6 is formed in the central portion of the impurity diffusion region, and a gate electrode and a gate insulating film are formed in the Si recess portion (groove portion) 6. Therefore, the source / drain regions can be formed in a self-aligned manner with respect to the Si recess portion (groove portion) 6.
(第2実施例)
本実施例は、第1実施例において図7のセルコンタクトプラグに電気的に接続されるようにキャパシタ(図示していない)が設けられており、リセスチャネル型トランジスタとキャパシタがメモリセルを構成する半導体装置に関するものである。
(Second embodiment)
In this embodiment, a capacitor (not shown) is provided so as to be electrically connected to the cell contact plug of FIG. 7 in the first embodiment, and the recess channel transistor and the capacitor constitute a memory cell. The present invention relates to a semiconductor device.
この半導体装置は、図5〜7までは第1実施例と同様にして半導体装置を製造することができる。また、キャパシタの製造工程としては公知の方法を用いることができる。 The semiconductor device can be manufactured in the same manner as in the first embodiment up to FIGS. A known method can be used as a capacitor manufacturing process.
(第3実施例)
本実施例では、リセスチャネル型トランジスタのゲート電極がシリサイドから構成されている点が、第1実施例の半導体装置と異なる。このゲート電極を形成する際には例えば、図6(b)〜図6(c)の工程において、Siリセス部(溝部)6内にポリシリコン層を充填させた後、このポリシリコン層上に金属層を堆積させる。そして、熱処理を行なうことによってシリサイドを形成することができる。なお、所望のシリサイドに応じて、このポリシリコン層の厚さ、金属の種類及び金属層の厚さ、熱処理時の温度及び時間を適宜、調製すれば良い。このシリサイドとしては例えば、NiSi,Ni2Si,Ni3Si,NiSi2,WSi,TiSi2,VSi2,CrSi2,ZrSi2,NbSi2,MoSi2,TaSi2,CoSi,CoSi2,PtSi,Pt2Si,Pd2Siなどを挙げることができるが、導電性及び加工性等の点からWSiを用いることが好ましい。
(Third embodiment)
This embodiment differs from the semiconductor device of the first embodiment in that the gate electrode of the recess channel transistor is made of silicide. When forming the gate electrode, for example, in the steps of FIGS. 6B to 6C, after filling the Si recess portion (groove portion) 6 with a polysilicon layer, the gate electrode is formed on the polysilicon layer. Deposit a metal layer. Then, silicide can be formed by heat treatment. Note that the thickness of the polysilicon layer, the type of metal and the thickness of the metal layer, and the temperature and time during the heat treatment may be appropriately adjusted according to the desired silicide. Examples of the silicide include NiSi, Ni 2 Si, Ni 3 Si, NiSi 2 , WSi, TiSi 2 , VSi 2 , CrSi 2 , ZrSi 2 , NbSi 2 , MoSi 2 , TaSi 2 , CoSi, CoSi 2 , PtSi, Pt. 2 Si, Pd 2 Si and the like can be mentioned, but WSi is preferably used from the viewpoint of conductivity and workability.
本発明の半導体装置は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)用のメモリセル等として使用することができる。 The semiconductor device of the present invention can be used as a memory cell for DRAM (Dynamic Random Access Memory) or the like.
1 P型Si基板
2 素子分離領域
3 パッド酸化膜
4 シリコン窒化膜のマスクパターン
5 レジストパターン
6 リセス部(溝部)
7 ゲート絶縁膜
8 導電性ポリシリコン領域
9 P型チャネル領域ドープ領域
10 タングステン膜
11 シリコン窒化膜
12 ゲート電極
13 ソース/ドレイン領域
14 側壁膜
15 層間絶縁膜
16 セルコンタクトプラグ
17 N型拡散層
18 第1マスク
19、20 第2マスク
21 ビットコンタクトプラグ
22 ビット線
1 P-
7
Claims (8)
(2)前記第1マスクをマスクに用いて前記半導体基板内に不純物を注入することにより不純物拡散領域を形成する工程と、
(3)全面に第2マスクを堆積させる工程と、
(4)エッチバックを行うことにより前記第1マスクの側面に第2マスクを残留させると共に、前記不純物拡散領域の一部を露出させる工程と、
(5)前記第1及び第2マスクをマスクに用いて前記半導体基板のエッチングを行うことにより、前記半導体基板内に溝部及び前記溝部を挟んだ両側に前記不純物拡散領域から構成されるソース/ドレイン領域を形成する工程と、
(6)前記第1及び第2マスクをマスクに用いて前記溝部内に不純物を注入した後、前記第1及び第2マスクを除去する工程と、
(7)前記溝部の内壁上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(8)前記溝部内を埋め込むようにゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするリセスチャネル型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法。 (1) providing a first mask having a predetermined pattern on a semiconductor substrate;
(2) forming an impurity diffusion region by implanting impurities into the semiconductor substrate using the first mask as a mask;
(3) depositing a second mask on the entire surface;
(4) performing a etch back to leave the second mask on the side surface of the first mask and exposing a part of the impurity diffusion region;
(5) By performing etching of the semiconductor substrate using the first and second masks as masks, a source / drain composed of the impurity diffusion regions on both sides of the groove in the semiconductor substrate. Forming a region;
(6) removing the first and second masks after implanting impurities into the groove using the first and second masks as masks;
(7) forming a gate insulating film on the inner wall of the trench,
(8) forming a gate electrode so as to fill the trench,
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a recess channel transistor, comprising:
深さ50〜200nmの前記溝部を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the step (5),
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the groove portion having a depth of 50 to 200 nm is formed.
前記不純物としてBを注入エネルギー5〜15keV、ドーズ量1×1012〜5×1013/cm2の条件、又は前記不純物としてBF2を注入エネルギー10〜50keV、ドーズ量1×1012〜5×1013/cm2の条件で注入することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 In the step (6),
B as the impurity has an implantation energy of 5 to 15 keV and a dose of 1 × 10 12 to 5 × 10 13 / cm 2 , or BF 2 as the impurity has an implantation energy of 10 to 50 keV and a dose of 1 × 10 12 to 5 ×. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the implantation is performed under a condition of 10 13 / cm 2 .
(9)前記溝部内を埋め込むように導電性ポリシリコン領域を形成する工程と、
(10)前記導電性ポリシリコン領域上に金属層を形成する工程と、
を有し、
前記ゲート電極として、前記導電性ポリシリコン領域及び金属層からなるゲート電極を形成することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The step (8)
(9) forming a conductive polysilicon region so as to fill the groove portion;
(10) forming a metal layer on the conductive polysilicon region;
Have
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a gate electrode made of the conductive polysilicon region and a metal layer is formed as the gate electrode.
DOPOS(Doped Polycrystalline Silicon)法により前記導電性ポリシリコン領域を形成することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 In the step (9),
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the conductive polysilicon region is formed by a DOPOS (Doped Polycrystalline Silicon) method.
(11)全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
(12)前記層間絶縁膜内を、前記ソース/ドレイン領域まで貫通するようにコンタクトプラグを形成する工程と、
(13)前記コンタクトプラグに電気的に接続するようにキャパシタを形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。 After the step (8),
(11) forming an interlayer insulating film on the entire surface;
(12) forming a contact plug so as to penetrate through the interlayer insulating film to the source / drain region;
(13) forming a capacitor so as to be electrically connected to the contact plug;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記工程(12)の後に更に、
(14)熱処理を行うことにより、前記導電性ポリシリコン中の不純物を前記ソース/ドレイン領域中まで拡散させる工程を有することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 In the step (12), a contact plug composed of conductive polysilicon containing impurities is formed as the contact plug,
After the step (12),
(14) The method according to claim 6, further comprising the step of diffusing impurities in the conductive polysilicon into the source / drain regions by performing a heat treatment.
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