JP2003298048A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003298048A
JP2003298048A JP2002102107A JP2002102107A JP2003298048A JP 2003298048 A JP2003298048 A JP 2003298048A JP 2002102107 A JP2002102107 A JP 2002102107A JP 2002102107 A JP2002102107 A JP 2002102107A JP 2003298048 A JP2003298048 A JP 2003298048A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a groove gate type semiconductor device, in which current drive capability is improved without increasing the impurity concentration of an S/D layer. <P>SOLUTION: A semiconductor device 100 comprises a gate insulation film 5 covering an inner wall of a groove 3a formed in a surface layer of a substrate 3, an embedded gate electrode 7 embedded in the groove 3a covered with the gate insulation film 5 at a level which is lower than the top surface of the substrate, and S/D layers (source/drain diffusion layers) 9a and 9b, that are provided on the surface layer of the substrate 3 on both sides of the groove 3a and shallower than the groove 3a. In a state of facing the semiconductor device 100, and insulation film (sidewall 101) constituting a material of a dielectric constant higher than that of silicon nitride is provided on the embedded gate electrode 7 while facing the S/D layers 9a and 9b with the gate insulation film 5 in between. On the surface layer of the embedded gate electrode 7 exposed from the side wall 101, a resistance lowering layer 13 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特には基板表面の溝内に埋込ゲート電極を設けてな
る溝ゲート型の半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a trench gate type semiconductor device in which a buried gate electrode is provided in a trench on the surface of a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化および高機
能化の要求にともない、素子構造の微細化が進んでい
る。このようななか、半導体基板上にゲート絶縁膜を介
して埋込ゲート電極を設けてなる半導体装置(いわゆる
MOSトランジスタンジスタ)においては、微細化によ
って顕著になる短チャネル効果(例えばパンチスルー現
象)を、不純物濃度の増加やゲート絶縁膜の薄膜化によ
って抑制することが限界となってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the demand for higher integration and higher functionality of semiconductor devices, the miniaturization of element structures has been advanced. In such a situation, in a semiconductor device (so-called MOS transistor transistor) in which a buried gate electrode is provided on a semiconductor substrate via a gate insulating film, a short channel effect (for example, punch through phenomenon) which becomes remarkable due to miniaturization is Suppression is becoming the limit due to the increase of the impurity concentration and the thinning of the gate insulating film.

【0003】そこで、特開平7−38095に開示され
ているように、基板の表面層に形成した溝内に埋込ゲー
ト電極を埋め込んで溝ゲート型とする構成の半導体装置
が提案されている。溝ゲート型の半導体装置は、図5に
示すように、基板3の表面層に形成された溝3aの内壁
がゲート絶縁膜5で覆われ、この溝3a内にゲート絶縁
膜5を介して埋込ゲート電極7が設けられている。埋込
ゲート電極7は、基板3の表面よりも低い位置に埋め込
まれており、溝3aの両側における基板3の表面層に
は、ソース/ドレイン拡散層(S/D層)9a,9bが
設けられている。
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-38095, there is proposed a semiconductor device having a trench gate type in which a buried gate electrode is buried in a trench formed in a surface layer of a substrate. In the trench gate type semiconductor device, as shown in FIG. 5, the inner wall of the trench 3a formed in the surface layer of the substrate 3 is covered with the gate insulating film 5, and the trench 3a is buried via the gate insulating film 5. Embedded gate electrode 7 is provided. The buried gate electrode 7 is buried in a position lower than the surface of the substrate 3, and source / drain diffusion layers (S / D layers) 9a and 9b are provided on the surface layers of the substrate 3 on both sides of the groove 3a. Has been.

【0004】また、埋込ゲート電極7上の溝3aの内壁
には、酸化シリコンや窒化シリコンからなる絶縁性のサ
イドウォール11が設けられ、このサイドウォール11
によって、S/D層9a,9bに対して十分に絶縁され
た状態で、埋込ゲート電極7の表面にシリサイド層13
が設けられている。
An insulating side wall 11 made of silicon oxide or silicon nitride is provided on the inner wall of the groove 3a on the buried gate electrode 7, and the side wall 11 is formed.
Of the silicide layer 13 on the surface of the buried gate electrode 7 while being sufficiently insulated from the S / D layers 9a and 9b.
Is provided.

【0005】このような構成の半導体装置1において
は、埋込ゲート電極7の線幅Lgを微細化しつつも、S
/D層9a,9bを溝3aの深さHよりも浅く形成する
ことによってS/D層9a−S/D層9b間の距離、す
なわちチャネル長Laを確保することができる。このた
め、S/D層9a,9bからの空乏層の伸びによる短チ
ャネル効果を抑制しつつ、安定した閾値電圧を保って素
子構造の微細化を図ることが可能になる。このため、D
RAMのセルトランジスタのような微細化が要求される
回路素子として有効に用いられる。
In the semiconductor device 1 having such a structure, the line width Lg of the buried gate electrode 7 is made finer and S
By forming the / D layers 9a and 9b shallower than the depth H of the groove 3a, the distance between the S / D layer 9a and the S / D layer 9b, that is, the channel length La can be secured. For this reason, it is possible to suppress the short channel effect due to the extension of the depletion layer from the S / D layers 9a and 9b, maintain a stable threshold voltage, and miniaturize the element structure. Therefore, D
It is effectively used as a circuit element that requires miniaturization, such as a cell transistor of RAM.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した溝
ゲート型の半導体装置を、DRAMのセルトランジスタ
として用いる場合には、次のような課題が生じる。すな
わち、DRAMのセルトランジスタには、電荷の保持特
性が求められるため、S/D層とチャネル領域との間の
電界を緩和するべく、S/D層の不純物(例えばP)の
濃度を低濃度に抑える必要がある。しかし、S/D層の
不純物濃度を低濃度に抑えた場合、S/D層の寄生抵抗
が大きくなるため、電流駆動能力が得られないといった
問題が生じるのである。したがって、上記構造の溝ゲー
ト型の半導体装置をDRAMのセルトランジスタとして
用いた場合、電荷の保持特性を確保しようとすると、書
き込み不良による歩留まりの低下が引き起こされる。
However, when the groove gate type semiconductor device described above is used as a cell transistor of a DRAM, the following problems occur. That is, since the DRAM cell transistor is required to have charge retention characteristics, the concentration of impurities (for example, P) in the S / D layer should be low to reduce the electric field between the S / D layer and the channel region. Need to be kept to. However, when the impurity concentration of the S / D layer is suppressed to a low concentration, the parasitic resistance of the S / D layer becomes large, which causes a problem that the current driving capability cannot be obtained. Therefore, when the groove gate type semiconductor device having the above structure is used as a cell transistor of a DRAM, an attempt to secure charge retention characteristics causes a decrease in yield due to a write error.

【0007】そこで発明は、S/D層の不純物濃度を上
昇させることなく電流駆動能力の向上を図ることで、D
RAMのセルトランジスタのような電荷の保持特性が求
められる回路素子として好適に用いることが可能な溝ゲ
ート型の半導体装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention improves the current drive capability without increasing the impurity concentration of the S / D layer, and
It is an object of the present invention to provide a groove gate type semiconductor device which can be suitably used as a circuit element such as a cell transistor of a RAM which is required to retain electric charges.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明の半導体装置は、基板の表面層に形成さ
れた溝の内壁を覆うゲート絶縁膜を備えている。そし
て、ゲート絶縁膜で覆われた溝内には、基板の上面より
も低い高さで埋込ゲート電極が設けられている。また、
溝の両側における基板の表面層には、溝よりも浅いソー
ス/ドレイン拡散層が設けられている。そして特に、埋
込ゲート電極上部には、ゲート絶縁膜を介してソース/
ドレイン拡散層と対向させた状態で、窒化シリコンより
も誘電率の高い材料で構成された絶縁膜が設けられてい
ることを特徴としている。
A semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises a gate insulating film for covering an inner wall of a groove formed in a surface layer of a substrate. Then, in the groove covered with the gate insulating film, a buried gate electrode is provided at a height lower than that of the upper surface of the substrate. Also,
Source / drain diffusion layers shallower than the groove are provided on the surface layer of the substrate on both sides of the groove. And, in particular, the source / source is formed above the buried gate electrode via the gate insulating film.
It is characterized in that an insulating film made of a material having a higher dielectric constant than silicon nitride is provided in a state of being opposed to the drain diffusion layer.

【0009】このような構成の半導体装置では、埋込ゲ
ート電極に電圧を印加した場合に、当該埋込ゲート電極
上に設けられた窒化シリコンよりも誘電率の高い材料で
構成された絶縁膜の誘電分極により、当該絶縁膜に対向
する位置のソース/ドレイン拡散層の界面部分のキャリ
ア濃度が十分に高められ、ソース/ドレイン拡散層の溝
側界面の低抵抗化が図られる。したがって、ソース/ド
レイン拡散層の不純物濃度が同程度であれば、この絶縁
膜に窒化シリコンや酸化シリコンを用いた場合よりも、
電流駆動能力を向上させることができる。
In the semiconductor device having such a structure, when a voltage is applied to the buried gate electrode, an insulating film made of a material having a higher dielectric constant than silicon nitride provided on the buried gate electrode is formed. Due to the dielectric polarization, the carrier concentration of the interface portion of the source / drain diffusion layer at the position facing the insulating film is sufficiently increased, and the resistance of the groove-side interface of the source / drain diffusion layer is reduced. Therefore, if the impurity concentration of the source / drain diffusion layers is about the same, compared to the case of using silicon nitride or silicon oxide for this insulating film,
The current drive capability can be improved.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の実施
の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a semiconductor device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0011】図1は、実施形態の半導体装置の構成を示
す断面図である。この図に示す半導体装置100と、図
5を用いて説明した従来の半導体装置との異なるところ
は、埋込ゲート電極7上部における溝3aの側壁を覆う
サイドウォール101が、窒化シリコンよりも誘電率の
高い絶縁性材料で構成されている点にある。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device of the embodiment. The difference between the semiconductor device 100 shown in this figure and the conventional semiconductor device described with reference to FIG. 5 is that the side wall 101 covering the side wall of the groove 3a above the buried gate electrode 7 has a dielectric constant higher than that of silicon nitride. It is composed of a highly insulating material.

【0012】このような絶縁性材料としては、金属酸化
膜を用いることができるが、具体的には、Al,Ti,
Ta,Zr,Hf,In,Sr,Pb,Ba,Pa等の
酸化物やこれらの酸化物の混晶が用いられる。またこの
中でも特に、HfO2、Ta25、Al23、ZrO
2等、さらにはPZT[Pb(Zr,Ti)O3]、BS
T[BaTiO3とSrTiO3との混晶]を用いること
ができる。
As such an insulating material, a metal oxide film can be used. Specifically, Al, Ti,
Oxides such as Ta, Zr, Hf, In, Sr, Pb, Ba and Pa, and mixed crystals of these oxides are used. Among these, especially, HfO 2, Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 and ZrO
2nd grade, PZT [Pb (Zr, Ti) O 3 ], BS
T [mixed crystal of BaTiO 3 and SrTiO 3 ] can be used.

【0013】以下、半導体装置100のさらに詳しい構
成を、図2を用いてその製造手順と共に説明する。
A more detailed structure of the semiconductor device 100 will be described below with reference to FIG. 2 together with its manufacturing procedure.

【0014】先ず、図2(1)に示すように、例えばp
型の単結晶シリコンからなる基板3上に、酸化シリコン
のような絶縁性の保護膜4を成膜する。そして、この保
護膜4上から基板3をパターンエッチングすることによ
って、基板3に溝3aを形成する。この溝3aは、基板
3の表面に対して所定深さHで形成されることとする。
その後、溝3aの内壁に、必要に応じて閾値電圧調整用
の不純物をイオン注入によって導入する。
First, as shown in FIG. 2A, for example, p
An insulative protective film 4 such as silicon oxide is formed on a substrate 3 made of mold single crystal silicon. Then, the substrate 3 is pattern-etched from above the protective film 4 to form the groove 3 a in the substrate 3. The groove 3a is formed with a predetermined depth H on the surface of the substrate 3.
After that, an impurity for adjusting the threshold voltage is introduced into the inner wall of the groove 3a by ion implantation, if necessary.

【0015】次に、溝3aの内壁を含む基板3の表面
に、例えば熱酸化によって酸化シリコンからなるゲート
絶縁膜5を形成する。その後、ゲート絶縁膜5で覆われ
た溝3a内に、基板3の表面よりも低い高となるように
ゲート材料を埋め込んでなる埋込ゲート電極7を形成す
る。この埋込ゲート電極7を形成する場合には、例え
ば、溝3a内を埋め込む状態で基板3上にポリシリコン
膜を成膜し、このポリシリコン膜をエッチバックするこ
とで溝3a内のみにポリシリコン膜を残すことによって
得られる。
Next, a gate insulating film 5 made of silicon oxide is formed on the surface of the substrate 3 including the inner wall of the groove 3a by, for example, thermal oxidation. Then, in the groove 3a covered with the gate insulating film 5, a buried gate electrode 7 is formed by burying a gate material so as to have a height lower than that of the surface of the substrate 3. When forming the buried gate electrode 7, for example, a polysilicon film is formed on the substrate 3 in a state of filling the groove 3a, and the polysilicon film is etched back to form a polysilicon film only in the groove 3a. Obtained by leaving a silicon film.

【0016】次に、図2(2)に示すように、イオン注
入によって、基板3の表面層および埋込ゲート電極7に
不純物を導入し、基板3の表面層にS/D層9a,9b
を形成すると共に、埋込ゲート電極7の導電性を確保す
る。この際、例えば、S/D層9a,9bが、溝3aの
深さHよりも浅く、かつ埋込ゲート電極7の高さに対し
て所定の深さとなり、例えば埋込ゲート電極7と高さ方
向に所定の重なりSを持つように、イオン注入の注入エ
ネルギーを設定することが重要である。尚、ここでは、
p型の基板3に対して、P(リン)のようなn型不純物
を導入することとする。また、ここで形成する半導体装
置100が、DRAMのセルトランジスタのような電荷
の保持特性が要求される回路素子として用いられる場
合、S/D層9a,9bの不純物濃度は、できるだけ低
く抑えられることとする。
Next, as shown in FIG. 2 (2), impurities are introduced into the surface layer of the substrate 3 and the buried gate electrode 7 by ion implantation, and the S / D layers 9 a and 9 b are introduced into the surface layer of the substrate 3.
And the conductivity of the buried gate electrode 7 is secured. At this time, for example, the S / D layers 9a and 9b are shallower than the depth H of the groove 3a and have a predetermined depth with respect to the height of the embedded gate electrode 7, and the height is higher than that of the embedded gate electrode 7, for example. It is important to set the implantation energy of ion implantation so as to have a predetermined overlap S in the depth direction. In addition, here
An n-type impurity such as P (phosphorus) is introduced into the p-type substrate 3. Further, when the semiconductor device 100 formed here is used as a circuit element such as a cell transistor of a DRAM that requires charge retention characteristics, the impurity concentration of the S / D layers 9a and 9b should be suppressed as low as possible. And

【0017】次いで、図2(3)に示すように、埋込ゲ
ート電極7上部の溝3aの側壁に、本発明の特徴であ
る、窒化シリコンよりも誘電率の高い材料で構成された
絶縁性材料からなるサイドウォール101を形成する。
このサイドウォール101を形成する場合には、先ず、
上述した絶縁性材料の材料膜(例えば金属酸化膜)を、
MOCVD(metal organic-chemical vapor depositio
n)法、プラズマCVD法、またはスパッタ法などの成
膜方法によって、溝3a内が完全に埋め込まれる状態に
成膜する。その後、この材料膜を全面エッチバックする
ことにより、溝3aの内壁のみに材料膜を残してこれを
サイドウォール101とする。尚、このサイドウォール
101は、基板3aに形成された溝3aの側壁を覆う高
さを有していれば良く、図示したように基板3上の保護
膜4の側壁をも覆う高さで有っても良い。
Next, as shown in FIG. 2C, the insulating property of the material having a higher dielectric constant than silicon nitride, which is a feature of the present invention, is formed on the sidewall of the groove 3a above the buried gate electrode 7. A sidewall 101 made of a material is formed.
When forming the sidewall 101, first,
A material film (for example, a metal oxide film) of the insulating material described above is
MOCVD (metal organic-chemical vapor depositio
n) method, plasma CVD method, or sputtering method is used to form a film in a state where the groove 3a is completely filled. Then, the material film is etched back over the entire surface to leave the material film only on the inner walls of the trenches 3a and form the sidewalls 101. The side wall 101 has only to have a height that covers the side wall of the groove 3a formed in the substrate 3a, and has a height that also covers the side wall of the protective film 4 on the substrate 3 as illustrated. You can

【0018】以上の後、サイドウォール101から露出
している埋込ゲート電極7の表面層をシリサイド化して
低抵抗化層13を形成する。この低抵抗化層13を形成
する場合には、先ず、サイドウォール101および溝3
aの内壁を覆う状態で、金属膜(例えばCo、Ni、T
i、Pt等の高融点金属)を成膜する。次に、熱処理を
行うことにより、埋込ゲート電極7と金属膜との界面で
シリサイド化反応を進める。これにより、サイドウォー
ル101によってS/D層9a,9bと絶縁された金属
シリサイドからなる低抵抗化層13を、埋込ゲート電極
7の表面層に自己整合的に形成する。そして、このシリ
サイド化反応の後には、金属膜の未反応部分を除去する
工程を行う。
After the above, the surface layer of the buried gate electrode 7 exposed from the sidewall 101 is silicidized to form the low resistance layer 13. When forming the low resistance layer 13, first, the sidewall 101 and the groove 3 are formed.
While covering the inner wall of a, a metal film (for example, Co, Ni, T
i, a refractory metal such as Pt) is deposited. Next, heat treatment is performed to advance the silicidation reaction at the interface between the buried gate electrode 7 and the metal film. As a result, the resistance lowering layer 13 made of metal silicide, which is insulated from the S / D layers 9a and 9b by the sidewall 101, is formed in a self-aligned manner on the surface layer of the buried gate electrode 7. Then, after the silicidation reaction, a step of removing the unreacted portion of the metal film is performed.

【0019】以上の後、図1に示したように、低抵抗化
層13及びサイドウォール101上を覆う状態で、絶縁
性のストッパ層15を形成する。このストッパ層15
は、以降の工程で接続孔を形成する場合のエッチングに
おいて、エッチングストッパとなる膜であり、例えば窒
化シリコンで形成する。その後、このストッパ層15上
に、例えば酸化シリコンからなる平坦化絶縁膜17を形
成し、平坦化絶縁膜17、ストッパ層15、および保護
膜4を順次パターンエッチングすることで、S/D層9
bに達する接続孔19を形成する。このパターンエッチ
ングにおいては、ストッパ層15で一端エッチングを停
止させることで、S/D層9bが過剰にエッチングされ
ることを防止する。その後、この接続孔19内に、S/
D層9bに達するプラグ21を埋め込む。尚、この半導
体装置100が、DRAMのセルトランジスタとして設
けられる場合には、このプラグがビットコンタクトとな
る。
After the above, as shown in FIG. 1, an insulating stopper layer 15 is formed in a state of covering the low resistance layer 13 and the side wall 101. This stopper layer 15
Is a film that serves as an etching stopper in the etching for forming the connection hole in the subsequent steps, and is formed of, for example, silicon nitride. After that, a flattening insulating film 17 made of, for example, silicon oxide is formed on the stopper layer 15, and the flattening insulating film 17, the stopper layer 15, and the protective film 4 are sequentially pattern-etched, whereby the S / D layer 9 is formed.
A connection hole 19 reaching b is formed. In this pattern etching, the S / D layer 9b is prevented from being excessively etched by stopping the etching once with the stopper layer 15. Then, in this connection hole 19, S /
The plug 21 reaching the D layer 9b is embedded. When the semiconductor device 100 is provided as a cell transistor of DRAM, this plug serves as a bit contact.

【0020】以上のような、製造手順にしたがって得ら
れた構成の半導体装置100では、埋込ゲート電極7上
部の溝3a側壁を覆うサイドウォール101が、窒化シ
リコンよりも誘電率の高い材料で構成されている。この
ため、埋込ゲート電極7にゲート電圧を印加した場合に
は、サイドウォール101の誘電分極により、サイドウ
ォール101に対向する位置におけるS/D層9a,9
bの界面部分のキャリア濃度を十分に高めることができ
る。すなわち、ゲート電圧を印加した際のフリンジ電界
を有効的に利用して、S/D層9a,9bの溝側界面の
低抵抗化が図られ、電流駆動能力の向上を図ることが可
能になる。
In the semiconductor device 100 having the structure obtained according to the manufacturing procedure as described above, the side wall 101 covering the side wall of the groove 3a above the buried gate electrode 7 is made of a material having a higher dielectric constant than silicon nitride. Has been done. Therefore, when a gate voltage is applied to the buried gate electrode 7, the S / D layers 9a and 9a at the positions facing the sidewall 101 due to the dielectric polarization of the sidewall 101.
The carrier concentration in the interface portion of b can be sufficiently increased. That is, by effectively utilizing the fringe electric field when the gate voltage is applied, the resistance of the groove-side interface of the S / D layers 9a and 9b can be reduced, and the current driving capability can be improved. .

【0021】さらに、ゲート長を短縮させることなく、
すなわち閾値電圧を確保して短チャンチャネル効果を抑
制した状態で電流駆動能力の向上が図られるため、半導
体装置の動作マージンを確保することが可能になり、ゲ
ート幅を縮小して素子構造のさらなる微細化を図ること
も可能になる。
Further, without shortening the gate length,
That is, since the current driving capability can be improved in the state where the threshold voltage is secured and the short channel effect is suppressed, it is possible to secure the operation margin of the semiconductor device and reduce the gate width to further increase the device structure. It also becomes possible to miniaturize.

【0022】そして、S/D層9a,9bの不純物濃度
を上昇させることなく、すなわち電荷の保持特性を確保
した状態で電流駆動能力の向上が図られるため、例えば
DRAMのセルトランジスタとしてこの半導体装置10
0を用いた場合には、書き込み不良を抑えることが可能
になる。しかも、電流駆動能力を一定とすれば、S/D
層9a,9bの不純物濃度を低下させることができるの
で、電荷の保持特性の向上を図ることが可能になる。し
たがって、DRAMのセルトランジスタのような回路素
子として、溝ゲート型の半導体装置を好適に用いること
が可能になる。
Since the current driving capability can be improved without increasing the impurity concentration of the S / D layers 9a and 9b, that is, in the state where the charge retention characteristics are secured, this semiconductor device is used as a cell transistor of a DRAM, for example. 10
When 0 is used, it becomes possible to suppress writing defects. Moreover, if the current drive capacity is constant, S / D
Since the impurity concentration of the layers 9a and 9b can be reduced, it is possible to improve the charge retention characteristics. Therefore, a groove gate type semiconductor device can be preferably used as a circuit element such as a cell transistor of a DRAM.

【0023】図3には、サイドウォールの誘電率に対す
る電流駆動能力のシミュレーション結果を示す。また、
図4には、サイドウォールの誘電率に対する閾値電圧の
シミュレーション結果を示す。尚、各シミュレーション
においては、各構造部分の設計値を以下のように設定し
た。 ゲート長Lg :0.14μm ゲート酸化膜の膜厚 :5nm 基板のp型不純物濃度 :5×1016個/cm3 S/D層のn型不純物(P)濃度 :1018個/cm3
FIG. 3 shows a simulation result of the current driving ability with respect to the dielectric constant of the sidewall. Also,
FIG. 4 shows the simulation result of the threshold voltage with respect to the sidewall dielectric constant. In each simulation, the design value of each structural portion was set as follows. Gate length Lg: 0.14 μm Gate oxide film thickness: 5 nm Substrate p-type impurity concentration: 5 × 10 16 / cm 3 S / D layer n-type impurity (P) concentration: 10 18 / cm 3

【0024】これらのシミュレーション結果から、サイ
ドウォールに、酸化シリコン(SiO2:誘電率3.
9)や窒化シリコン(Si34:誘電率7)を用いた場
合と比較して、上述した実施形態のように酸化ハフニウ
ム(HfO2:誘電率25)や酸化タンタル(Ta
25:誘電率30)のような窒化シリコンよりも誘電率
の高い材料を用いることで、閾値電圧を変化させること
なく、電流駆動能力の向上が図られていることが分か
る。具体的には、サイドウォールを、酸化シリコンから
酸化ハフニウム(HfO2)に変えることで、電流駆動
能力を3%上昇させることが可能である。
From the results of these simulations, it was found that the sidewalls were made of silicon oxide (SiO 2 : dielectric constant 3.
9) or silicon nitride (Si 3 N 4 : dielectric constant 7) is used, hafnium oxide (HfO 2 : dielectric constant 25) or tantalum oxide (Ta) as in the above embodiment is used.
It can be seen that by using a material having a higher dielectric constant than silicon nitride such as 2 O 5 : dielectric constant 30), the current driving capability can be improved without changing the threshold voltage. Specifically, the current driving capability can be increased by 3% by changing the sidewall from silicon oxide to hafnium oxide (HfO 2 ).

【0025】尚、上述した実施形態においては、埋込ゲ
ート電極7の上部における溝3aの側壁にサイドウォー
ル101を設け、このサイドウォール101が窒化シリ
コンよりも誘電率の高い材料からなる構成を説明した。
しかし、本発明はこのような構成に限定されることはな
い。例えば、埋込ゲート電極7の上部の溝3a内に、サ
イドウォールを形成せずに絶縁膜が埋め込まれる場合、
この溝3a内に埋め込まれる絶縁膜部分を、窒化シリコ
ンよりも誘電率の高い材料とする構成としても良い。こ
のような構成では、S/D層9a,9bが配置された溝
3aの側壁部分に、ゲート絶縁膜5を介して窒化シリコ
ンよりも誘電率の高い絶縁膜部分が配置されることにな
るため、上述した実施形態と同様の効果を得ることがで
きる。ただし、このような絶縁膜は、ゲート絶縁膜5を
介してS/D層9a,9bに近い位置に配置されること
が好ましく、より高い効果を得ることが可能になる。
In the above-described embodiment, the sidewall 101 is provided on the sidewall of the groove 3a above the buried gate electrode 7, and the sidewall 101 is made of a material having a higher dielectric constant than silicon nitride. did.
However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, when the insulating film is buried in the trench 3a above the buried gate electrode 7 without forming a sidewall,
The insulating film portion embedded in the groove 3a may be made of a material having a higher dielectric constant than silicon nitride. In such a configuration, the insulating film portion having a higher dielectric constant than silicon nitride is arranged via the gate insulating film 5 on the side wall portion of the groove 3a in which the S / D layers 9a and 9b are arranged. The same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. However, such an insulating film is preferably arranged at a position close to the S / D layers 9a and 9b with the gate insulating film 5 interposed therebetween, and a higher effect can be obtained.

【0026】また、本発明は、溝ゲート構造の半導体装
置に広く適用可能である。例えば、溝の構造は、図示し
たような底部に角部を有する構成に限定されることはな
く、角部のない曲面状の底部を有する構成であっても同
様の効果を得ることができる。
Further, the present invention is widely applicable to semiconductor devices having a trench gate structure. For example, the structure of the groove is not limited to the configuration having the corner portion at the bottom as illustrated, and the same effect can be obtained even if the configuration has the curved bottom portion without the corner portion.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように本発明の溝ゲート型
の半導体装置によれば、埋込ゲート電極上の溝側壁に、
ゲート絶縁膜を介してS/Dに対向させた状態で、窒化
シリコンよりも誘電率の高い材料からなる絶縁膜を設け
たことで、埋込ゲート電極にゲート電圧を印加した場合
に、絶縁膜の誘電分極によりS/D層の界面部分のキャ
リア濃度を十分に高めて低抵抗化を図ることが可能にな
る。したがって、ゲート長およびS/D層の不純物濃度
を上昇させることなく、すなわち閾値電圧および電荷の
保持特性を確保しつつ、電流駆動能力の向上を図ること
ができる。この結果、溝ゲート型の半導体装置を、DR
AMのような微細でかつ電荷の保持特性が要求される素
子として用いることが可能になる。
As described above, according to the trench gate type semiconductor device of the present invention, the trench side wall on the buried gate electrode is
By providing an insulating film made of a material having a higher dielectric constant than silicon nitride in a state of facing the S / D via the gate insulating film, the insulating film can be formed when a gate voltage is applied to the embedded gate electrode. It is possible to sufficiently increase the carrier concentration in the interface portion of the S / D layer and reduce the resistance by the dielectric polarization. Therefore, the current driving capability can be improved without increasing the gate length and the impurity concentration of the S / D layer, that is, while ensuring the threshold voltage and charge retention characteristics. As a result, the trench gate type semiconductor device is
It can be used as an element such as AM that requires a fine and charge retention characteristic.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体装置の一構成例を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor device of the present invention.

【図2】図1の半導体装置の製造方法を示す断面工程図
である。
2A to 2D are cross-sectional process diagrams showing a method of manufacturing the semiconductor device of FIG.

【図3】半導体装置におけるサイドウォールの誘電率に
対する電流駆動能力のシミュレーション結果を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of a current driving capability with respect to a sidewall dielectric constant in a semiconductor device.

【図4】半導体装置におけるサイドウォールの誘電率に
対する閾値電圧のシミュレーション結果を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of a threshold voltage with respect to a sidewall dielectric constant in a semiconductor device.

【図5】従来の溝ゲート型の半導体装置の構成を示す断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional trench gate type semiconductor device.

【符号の説明】 100…半導体装置、3…基板、3a…溝、5…ゲート
絶縁膜、7…埋込ゲート電極、9a,9b…S/D層
(ソース/ドレイン拡散層)、13…低抵抗化層、10
1…サイドウォール(絶縁膜)
[Description of Reference Signs] 100 ... Semiconductor device, 3 ... Substrate, 3a ... Trench, 5 ... Gate insulating film, 7 ... Buried gate electrode, 9a, 9b ... S / D layer (source / drain diffusion layer), 13 ... Low Resistance layer, 10
1 ... Sidewall (insulating film)

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Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の表面層に形成された溝の内壁を覆
うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜で覆われた溝内に
前記基板の上面よりも低い高さで埋め込まれた埋込ゲー
ト電極と、前記溝の両側における前記基板の表面層に設
けられた前記溝よりも浅いソース/ドレイン拡散層とを
備えた半導体装置において、 前記埋込ゲート電極上には、前記ゲート絶縁膜を介して
前記ソース/ドレイン拡散層と対向させた状態で、窒化
シリコンよりも誘電率の高い材料で構成された絶縁膜が
設けられていることを特徴とする半導体装置。
1. A gate insulating film covering an inner wall of a groove formed in a surface layer of a substrate, and a buried gate embedded in the groove covered with the gate insulating film at a height lower than an upper surface of the substrate. In a semiconductor device comprising an electrode and a source / drain diffusion layer provided on the surface layer of the substrate on both sides of the groove, the source / drain diffusion layer being shallower than the groove, the buried gate electrode is provided with the gate insulating film interposed therebetween. And a source / drain diffusion layer facing each other, an insulating film made of a material having a higher dielectric constant than silicon nitride is provided.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記絶縁膜は、前記溝の側壁を覆うサイドウォールとし
て設けられ、 前記サイドウォールから露出している埋込ゲート電極の
表面層には、低抵抗化層が形成されていることを特徴と
する半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is provided as a sidewall that covers a sidewall of the trench, and a surface layer of the buried gate electrode exposed from the sidewall has a low resistance. A semiconductor device having a resistance layer.
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