JP2004335553A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体装置に係り、特に、DRAM混載素子やFBC(Floating−Body Cell)メモリ素子のセル構造およびこのセル構造を実現するための製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
近年、半導体メモリの分野においては高集積化を実現するために、セル内に電荷蓄積領域を配置した構造のものが研究されている。
【0003】
かかる半導体装置としては、FBCメモリが知られている。このFBCとは、Floating−Body Cellの略であり、例えば、ISSCC2002(International Solid―State Circuit Conference 2002年:2002年2月3日から7日にわたりサンフランシスコで開催)における講演で紹介された。その詳細は、講演番号9.1の「FBC Cell」によって明らかにされている(非特許文献1参照)。
【0004】
このFBCメモリはSOI(シリコンオンインシュレータ)に形成されたMOSトランジスタからなるセル構造を有し、トランジスタの下に電荷を蓄える電荷蓄積領域を設けている。
【0005】
このようなFBCメモリで、特に電荷蓄積領域境界にPNジャンクションが形成される構造のものにおいては、ジャンクションリークを低減するために、PNジャンクション上のプラグ及び配線としては、ポリシリコンプラグ等を用いることが多く、最終的にはその上に金属プラグが形成される。しかし、微細化を図るものにあっては、面積的な余裕が少なく、コンタクトの合わせずれ余裕を十分に取ることができない。このため、合わせずれを生じた場合にオーバーエッチングに起因して異形状を生じてしまうこともある。
【0006】
図18は、本発明者の知得する半導体装置として例示するFBCメモリの構成を示すものであり、同図(A)は平面図、同図(B)は、同図(A)のA−A線断面図である。
【0007】
各図18(A),(B)において、UCはMOSトランジスタを構成するユニットセルを示す。図18(B)に示すように、支持基板(基板)1の上に、埋め込み酸化膜(絶縁層)2を配置し、その上にシリコン層3を形成することでSOI構造としている。この基板1は、ここでは、P型シリコンの支持基板本体1b上にn型のウェル(1A)を配置したものとして構成される。シリコン層3には、ソース・ドレイン領域(拡散層領域)4,4とそれらに挟まれたチャネル領域5が形成されている。拡散層領域4の上方には、ソース線SLとビット線BLのいずれかが形成されている。チャネル領域5の上には、ゲート絶縁膜7を介してゲート電極6(ワード線WL)が形成されている。拡散層4(D)(ドレイン)とビット線BLはコンタクトプラグCPで相互に接続される。コンタクトプラグCPとソース線SLはポリシリコンで作られている。ソース線SLはグランドに接続される。図中8は層間絶縁膜(BPSG)である。
【0008】
FBCメモリの斜視図は図19(C)に示される(例えば、非特許文献2参照)。
【0009】
例えば、図19において示すように、FBCメモリは、セル内に電荷蓄積用の容量を持たず、フローティングボディ部と呼ばれる電荷蓄積領域に電荷を蓄積することによりメモリ機能を果たすように構成される。
【0010】
このメモリからデータを呼び出す場合、ワード線WLによってこれにつながる複数のセルを選択する。各セル中に蓄積された電荷は、対応するビット線BLからそれにつながるセンス増幅器31を通じてVoutとして読み出す。なお、各センス増幅器31の入力側には負荷容量32が存在する。このため、読み出しに先立ち、リードリセット信号read resetにより動作するリセットトランジスタ33により、この負荷容量32の電荷を放電する。
【0011】
また、データ書き込み時には、基板のVg2端子を通じて書き込みリセット信号write resetを与えて、フローティングボディ部の電荷をリセットし、その後、ビット線BLを通じてデータの書き込みを行う。
【0012】
以上のような構造を持つFBCメモリおいては、例えば、図18(B)を参照して、拡散層領域4(ドレインD)からチャネル領域5を介して拡散層領域(ソースS)へ電流が流れると、チャネル領域5内にホットホールが発生する。このホットホールはこのチャネル領域5内に蓄積される。つまり、チャネル領域5を、データ(ホール)を蓄積するための容量、つまり電荷蓄積領域とすることでメモリ動作を行わせている。つまり電荷蓄積領域はMOS型トランジスタであるユニットセルUCにおけるゲート(ワード線WL)の下に配置されることとなる。FBCメモリには、回路面積を大幅に低減でき、高集積化を図ることができるという利点がある。
【0013】
しかしFBCには、データの蓄積時間が従来のDRAMにおけるキャパシタと比較して短い。この蓄積時間を延ばすためには、拡散層領域4部分のジャンクションリークを低減することが考えられる。同時に、電荷蓄積領域においてはホットホールを発生させる必要があるために、グランドに接続されるソース線SLや、ビット線BLを低抵抗にすることも考えられる。
【0014】
このため、それぞれポリシリコンからなる、ソース線SLと、ビット線BLコンタクトプラグCPとを、それぞれサリサイドを介して支持基板に接続することにより、低配線抵抗としたものの、本発明者の知得する一例が図20(A)、(B)に示される。これらの2つの図は1つの半導体装置のそれぞれ異なる部分の断面図である。特に、図20(A)はFBCセル部分、(B)はFBC周辺回路部分を示す。これらの図において示すように、ポリシリコンで構成される電極に対してサリサイドプロセスを適用し、サリサイド部11を形成し、配線の低抵抗化を実現している。図中、12,13,14はゲート側壁である。
【0015】
しかし、このような構成によれば、図20(A)からも明らかなように、シリコン層3の表面が直接的にサリサイド化されてしまう。このため、接合部分に界面反応や結晶欠陥部分が発生してしまい、結局ジャンクションリークの多い構造となってしまう。その結果、メモリ動作に重要な電荷の蓄積能力に問題を生じてしまう。
【0016】
また、バルクシリコンを用いた半導体装置について考えてみる。例えば、特開平3−171768号公報にはバルクシリコンを用いたメモリセルが開示されている。この場合も、ジャンクションリークの低減に関連して、同様の問題点を内包しているのがわかる。
【0017】
【非特許文献1】
ISSCC 2002 / SESSION 9 / DRAM AND FERROELECTRIC MEMORIES / 9.1 Memory Design Using One Transistor Gain Cell on SOI / TAKASHI Ohsawa et al.
【非特許文献2】
IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES、VOL.37、MAY、1990、p1373−1382
【特許文献1】
特開平3−171768号公報
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来は、FBC等のように電荷蓄積領域にPNジャンクションを用いたメモリ構成において、適切な構造およびプロセスのものが無かった。
【0019】
従って、本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的は、例えば、混載DRAMやFBCセルにおいて、メモリセル内コンタクト部のジャンクションリークについて対策した半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、複数のメモリトランジスタが並べられたセルアレイを有するメモリセルアレイ部と、複数の周辺トランジスタを有する周辺トランジスタ部と、を備え、前記メモリセルアレイ部における前記各メモリトランジスタは、半導体基板中に形成された一対のソース・ドレイン拡散層と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたワードラインとしてのゲート電極と、前記半導体基板の表面を被う絶縁膜と、この絶縁膜を貫通して前記各ソース・ドレイン拡散層とコンタクトするコンタクトと、を備え、前記半導体基板の表面のうち前記コンタクト以外の面は前記絶縁膜で被われていることを特徴とする半導体装置を提供するものである。
【0021】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、半導体基板上の、メモリセルアレイ部形成領域と周辺トランジスタ部形成領域とのそれぞれに、ゲート絶縁膜を介して、ポリシリコンのゲート電極を形成すると共に、前記ゲート電極を挟んだ両側に一対のソース・ドレイン領域を形成する第1工程と、少なくとも絶縁膜と窒化膜を、前記各ゲート電極の上面及び側壁と、前記半導体基板上と、に堆積する第2工程と、全体に層間絶縁膜材料を埋設し、これを前記各ゲート電極の頂部の前記窒化膜が露出するまで研磨し、続いて前記周辺トランジスタ部形成領域の前記層間絶縁膜材料のみを除去する第3工程と、前記層間絶縁膜材料をマスクとして前記絶縁膜が露出するまで前記窒化膜を除去する第4工程と、前記メモリセルアレイ部形成領域の前記一対のソース・ドレイン領域上方の絶縁膜と前記窒化膜に、これらを貫通して前記半導体基板の表面に達する開孔を形成して、この開孔にポリシリコンプラグを形成する第5工程と、前記メモリセルアレイ部形成領域のゲートの頂部の前記絶縁膜、前記周辺トランジスタ部形成領域の前記ゲートの頂部および前記ソース・ドレイン領域の前記絶縁膜を除去する第6の工程と、前記メモリセルアレイ部形成領域の前記ゲート電極の頂部および前記ポリシリコンプラグの頂部、前記周辺トランジスタ部形成領域の前記ゲート電極の頂部および前記ソース・ドレイン領域をサリサイド化する第7工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【0023】
実施形態1.
図1は、本発明の実施形態1の半導体装置として例示するFBCメモリの構成を示すものであり、同図(A)はメモリ部分(メモリセルアレイ部)、同図(B)は周辺回路部分(周辺トランジスタ部)をそれぞれ示すものである。図1(A),(B)において示すものの、図20(A),(B)に示したものと同等の要素には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。これは、以下の他の図においても同様である。
【0024】
メモリ部においては、図1(A)に示すように、シリコン基板上は、ゲート側壁12,13が被っており、サリサイド化されていない。一方、ソース・ドレイン領域4(S),4(D)とポリシリコンプラグ21とがコンタクトしている。これらのポリシリコンプラグの上部をサリサイド化されている。しかし、ここは、多結晶部分(ポリシリコンプラグ21)をサリサイドしたものであるため、シリコン基板に直接影響してジャンクションリークを増加させることは無い。
【0025】
従って、図1(A),(B)の構成によれば、周辺回路部のロジックトランジスタの構造と、メモリ部のセル内リーク対策と、ゲート上のサリサイド化を同時に実現することが可能となる。
【0026】
実施形態2.
図2は、本発明の実施形態2の半導体装置として例示するバルクシリコンを用いたメモリの構成を示すものであり、同図(A)はメモリ部分、同図(B)は周辺回路部分をそれぞれ示すものである。
【0027】
図2が図1と異なる点は、図1の構成が、基板として支持基板1、埋め込み酸化膜層2、シリコン単結晶層3の3層のSOI構造を持つのに対して、図2の構成は、バルクのシリコン層3による1層構造となっている事であり、その他の構造は同様である。
【0028】
本実施形態2の場合も、実施形態1と同様、周辺回路部のロジックトランジスタの構造と、メモリ部のセル内リーク対策と、ゲート上のサリサイド化を同時に実現することが可能となる。
【0029】
実施形態3.
図3は、本発明の実施形態3の半導体装置として例示するトレンチDRAMの構成を示すものであり、同図(A)はメモリ部分、同図(B)は周辺回路部分をそれぞれ示すものである。
【0030】
図3が図1と異なる点は、ソース線SLは、X‘ferコンタクト25及びトレンチキャパシタ26に接続されている点にあり、その他の構成は同じである。
【0031】
つまり、図3(A)の構成においても、周辺回路部のロジックトランジスタの構造と、メモリ部のセル内リーク対策と、ゲート上のサリサイド化を同時に実現することが可能となる。
【0032】
実施形態4.
図4〜図17は本発明の実施形態4としての、半導体装置の製造方法のプロセスを説明するための工程断面図であり、これらの図における(1A)〜(14A)はメモリ部の製造プロセス、(1B)〜(14B)は周辺回路部の製造プロセスをそれぞれ示すものである。
【0033】
図4(1A),(1B)からわかるように、支持基板1、埋め込み酸化膜層2、シリコン層3からなるSOI基板に、素子分離膜25により、STI(シャロートレンチアイソレーション)を行った後、ポリシリコンによりゲート電極6(ワード線WL)を形成する。この後、このゲート電極6をマスクとしてのイオン打ち込みをした後、拡散させてソース・ドレイン領域(拡散層領域)4を形成する。
【0034】
続けて、図5(2A),(2B)からわかるように、ゲート側壁12の外側にさらにゲート電極13,14を形成するべく、平坦化絶縁材料であるTEOSを200Åと、SiN膜を700Åとをそれぞれ堆積する。これにより、ゲート側壁(酸化膜)12を介して、ゲート側壁13,14が形成される。併せて、メモリ部のソースおよびドレイン領域に、ゲート6とゲート側壁12,13,14をマスクとして、深い領域までイオンを打ち込む。
【0035】
その後に、図6(3A),(3B)からわかるように、ゲート段差を層間絶縁膜(BPSG)8により埋める。続いて、BPSG8をゲート側壁(SiN膜)14をストッパーとしてCMP(ケミカルメカニカルポリッシング)法にて、SiN膜14が顔を出すまで削る。この場合、SiN膜14は、CMPのストッパーとして十分な厚さに設定する必要があることは言うまでもない。
【0036】
続いて、図7(4A),(4B)からわかるように、(4A)のメモリ部のみをレジストで保護して、(4B)の周辺回路部のBPSGをウェットエッチング法により除去する。この場合も、(4B)のSiN膜14はエッチングのストッパーとして十分に機能する程度の厚さに設定されており、ピンホール等の不具合の無いことが求められる。
【0037】
次に、図8(5A),(5B)からわかるように、(5A)のメモリ部のSiN膜14と、(5B)の周辺回路部のSiN膜14を、RIE(反応性イオンエッチング)法にてエッチングする。この時、SiN膜のエッチング条件を、SiO2が削れない条件に設定する。これにより、図8(5A),(5B)に示すように、TEOS13の表面が露出した部分はそこでエッチングがストップする。これにより、図8(5B)のように、周辺回路部では、ゲート6上も、シリコン層3上も、共にSiN膜14が除去される。これに対して、メモリ部では、図8(5A)のように、ゲート6の上の部分のみSiN膜14が除去された形となる。
【0038】
続いて、図9(6A),(6B)からわかるように、不純物の打ち込み、拡散により、高濃度のソース・ドレイン領域4(D),4(S)が形成される。
【0039】
次に、図10(7A),(7B)からわかるように、(7A)のメモリ部において、ソース線コンタクト用のコンタクト孔26を開孔する。
【0040】
次に、図11(8A),(8B)からわかるように、ビット線コンタクト用のコンタクト孔27を開孔する。
【0041】
続いて、図12(9A),(9B)からわかるように、それぞれのコンタクト孔26,27にポリシリコン21(S),21(D)を埋め込む。
【0042】
これに続いて、図13(10A),(10B)からわかるように、(10A)のゲート6上と(10B)のゲート6上とシリコン層3(基板)上のそれぞれにおいてゲート側壁12,13をRIE法およびウェットエッチング法により除去する。この後、サリサイド法によりCoによるサリサイド部11を形成する。この場合、サリサイド11が形成されるのは、(10A)のメモリ部ではゲート6の上部とポリシリコン21(S),21(D)の上部となり、(10B)の周辺回路部では、ゲート6の上部とシリコン層(基板)3上となる。つまり、(10A)のメモリ部ではシリコン基板の上にはサリサイドは形成されない。
【0043】
次に、図14(11A),(11B)からわかるように、装置の全体にBPSG8を堆積し、CMP法により平坦化する。
【0044】
続けて、図15(12A),(12B)からわかるように、(12A)のメモリ部では、サリサイド11(D)に開口する孔(8A)をRIE法により開口する。
【0045】
次に、図16(13A),(13B)からわかるように、(13B)の周辺回路部のサリサイド11に開口する孔(8B)を形成する。
【0046】
次に、図17(14A),(14B)に示すように、以上のようにして形成された孔(8A),(8B)にW(タングステン)を埋め込み、CMPすることにより、コンタクトプラグCP,CPが形成される。
【0047】
以上述べたようなプロセスを経て、周辺回路部の論理トランジスタ構造においては、ゲート上と、基板のコンタクト部分と、にサリサイド11が形成され、他方、メモリ部においてはゲート上と、基板上に植立したポリシリコンの上にサリサイド11が形成され、シリコン基板上にはサリサイド化されない構造が実現できる。これにより、メモリ部では低抵抗のゲート配線とジャンクションリーク低減を同時に達成でき、周辺回路部では、通常のサリサイド構造による論理回路の構成が可能となる。
【0048】
なお、図4に示した実施形態4では、実施形態1に示した構造を対象とした製造方法を例示したが、この工程は、実施形態2および実施形態3の製造にも同様に適用可能であり、同様効果を得ることができるものである。
【0049】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、例えば混載DRAMやFBCセルにおいて、メモリセル内ではジャンクションリークを低減して電荷蓄積性能を向上させながら、メモリセルのワード線の低抵抗化を同時に実現でき、他方、混載される論理回路には通常のサリサイド構造のトランジスタを配置できるので、高機能な半導体装置を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の半導体装置のメモリセル部分(メモリセルアレイ部)(A)と周辺回路部分(周辺トランジスタ部)(B)の断面図である。
【図2】本発明の実施形態2の半導体装置のメモリセル部分(A)と周辺回路部分(B)の断面図である。
【図3】本発明の実施形態3の半導体装置のメモリセル部分(A)と周辺回路部分(B)の断面図である。
【図4】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図5】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図6】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図7】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図8】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図9】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図10】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図11】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図12】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図13】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図14】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図15】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図16】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図17】本発明の実施形態4として示される半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図の一部である。
【図18】従来の半導体装置の平面図(A)、断面図(B)である。
【図19】従来の半導体装置の斜視図である。
【図20】従来の半導体装置のメモリセル部分(A)と周辺回路部分(B)の断面図である。
【符号の説明】
1 支持基板
2 埋め込み酸化膜
3 シリコン層
4 ソース・ドレイン拡散層
6 ゲート電極
11 サリサイド
21 ポリシリコンプラグ
13,14 ゲート側壁
25 X‘ferコンタクト
26 トレンチキャパシタ
UC ユニットセル
WL ワード線
SL ソース線
BL ビット線[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a cell structure of a DRAM embedded element and an FBC (Floating-Body Cell) memory element and a manufacturing method for realizing the cell structure.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of semiconductor memory, a structure having a charge accumulation region arranged in a cell has been studied in order to achieve high integration.
[0003]
An FBC memory is known as such a semiconductor device. The FBC is an abbreviation of Floating-Body Cell, and was introduced in, for example, a lecture at ISSCC2002 (International Solid-State Circuit Conference 2002: Held in San Francisco from February 3 to 7, 2002). The details are disclosed by the lecture number 9.1 “FBC Cell” (see Non-Patent Document 1).
[0004]
This FBC memory has a cell structure composed of MOS transistors formed in SOI (silicon-on-insulator), and has a charge storage region for storing charges below the transistors.
[0005]
In such an FBC memory, particularly in a structure in which a PN junction is formed at the boundary of a charge storage region, a polysilicon plug or the like should be used as a plug and a wiring on the PN junction in order to reduce junction leakage. And finally a metal plug is formed thereon. However, in the case of miniaturization, a margin in area is small and a margin for contact misalignment cannot be sufficiently secured. For this reason, when misalignment occurs, an irregular shape may occur due to over-etching.
[0006]
FIGS. 18A and 18B show a configuration of an FBC memory exemplified as a semiconductor device known by the present inventor. FIG. 18A is a plan view, and FIG. 18B is a view AA of FIG. It is a line sectional view.
[0007]
In each of FIGS. 18A and 18B, UC indicates a unit cell constituting a MOS transistor. As shown in FIG. 18B, a buried oxide film (insulating layer) 2 is disposed on a supporting substrate (substrate) 1 and a
[0008]
A perspective view of the FBC memory is shown in FIG. 19C (for example, see Non-Patent Document 2).
[0009]
For example, as shown in FIG. 19, the FBC memory does not have a charge storage capacity in a cell, and is configured to perform a memory function by storing charges in a charge storage region called a floating body portion.
[0010]
When data is called from this memory, a plurality of cells connected to the memory are selected by a word line WL. The electric charge stored in each cell is read out as Vout from the corresponding bit line BL through the
[0011]
At the time of data writing, a write reset signal write reset is given through the Vg2 terminal of the substrate to reset the charge of the floating body portion, and thereafter, data writing is performed through the bit line BL.
[0012]
In the FBC memory having the above-described structure, for example, referring to FIG. 18B, a current flows from the diffusion layer region 4 (drain D) to the diffusion layer region (source S) via the
[0013]
However, the data storage time of the FBC is shorter than that of a capacitor in a conventional DRAM. In order to extend the accumulation time, it is conceivable to reduce the junction leak in the
[0014]
For this reason, although the source line SL and the bit line BL contact plug CP, each made of polysilicon, are connected to the supporting substrate via salicide, respectively, the wiring resistance is reduced, but an example known by the present inventors is provided. Are shown in FIGS. 20A and 20B. These two figures are cross-sectional views of different portions of one semiconductor device. In particular, FIG. 20A shows an FBC cell portion, and FIG. 20B shows an FBC peripheral circuit portion. As shown in these figures, a salicide process is applied to an electrode made of polysilicon to form a
[0015]
However, according to such a configuration, as is clear from FIG. 20A, the surface of the
[0016]
Also, consider a semiconductor device using bulk silicon. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-171768 discloses a memory cell using bulk silicon. Also in this case, it can be seen that similar problems are involved in reducing the junction leak.
[0017]
[Non-patent document 1]
ISSCC 2002 / SESSION 9 / DRAM AND FERROELECTRIC MEMORIES / 9.1 Memory Design Using One Transistor Gain Cell on SOI / TAKASHIO Ohsawa et al.
[Non-patent document 2]
IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES, VOL. 37, MAY, 1990, p1373-1382
[Patent Document 1]
JP-A-3-171768
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, there has been no memory structure using a PN junction in a charge storage region, such as FBC, having an appropriate structure and process.
[0019]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same in which, for example, in an embedded DRAM or FBC cell, a junction leak in a contact portion in a memory cell is prevented. is there.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention includes: a memory cell array unit having a cell array in which a plurality of memory transistors are arranged; and a peripheral transistor unit having a plurality of peripheral transistors. Each of the memory transistors includes a pair of source / drain diffusion layers formed in a semiconductor substrate, a gate electrode as a word line formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film, and a surface of the semiconductor substrate. An insulating film to cover, and a contact penetrating through the insulating film and contacting each of the source / drain diffusion layers, and a surface of the surface of the semiconductor substrate other than the contact is covered with the insulating film. A semiconductor device is provided.
[0021]
In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a polysilicon gate electrode is formed via a gate insulating film on each of a memory cell array portion forming region and a peripheral transistor portion forming region on a semiconductor substrate. A first step of forming a pair of source / drain regions on both sides of the gate electrode, and forming at least an insulating film and a nitride film on an upper surface and side walls of each of the gate electrodes and on the semiconductor substrate. A second step of depositing, and burying an interlayer insulating film material entirely, polishing this until the nitride film on the top of each of the gate electrodes is exposed, and subsequently polishing the interlayer insulating film material in the peripheral transistor portion forming region A third step of removing only the nitride film using the interlayer insulating film material as a mask until the insulating film is exposed; and Forming a hole through the insulating film and the nitride film above the pair of source / drain regions and reaching the surface of the semiconductor substrate, and forming a polysilicon plug in the hole. A sixth step of removing the insulating film at the top of the gate in the memory cell array part forming region, the top of the gate in the peripheral transistor part forming region, and the insulating film in the source / drain region; And a seventh step of saliciding the top of the gate electrode and the top of the polysilicon plug in the portion forming region, the top of the gate electrode and the source / drain region in the peripheral transistor portion forming region. To provide a method for manufacturing a semiconductor device.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
1A and 1B show a configuration of an FBC memory exemplified as a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a memory portion (memory cell array portion), and FIG. 1B shows a peripheral circuit portion ( (Peripheral transistor section). Although shown in FIGS. 1A and 1B, the same elements as those shown in FIGS. 20A and 20B are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. This is the same in other drawings described below.
[0024]
In the memory section, as shown in FIG. 1A, the
[0025]
Therefore, according to the configurations shown in FIGS. 1A and 1B, it is possible to simultaneously realize the structure of the logic transistor in the peripheral circuit portion, the countermeasure against the leak in the cell in the memory portion, and the salicide on the gate. .
[0026]
FIG. 2 shows a configuration of a memory using bulk silicon exemplified as a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2A shows a memory portion, and FIG. 2B shows a peripheral circuit portion. It is shown.
[0027]
FIG. 2 differs from FIG. 1 in that the configuration of FIG. 1 has a three-layer SOI structure of a
[0028]
Also in the case of the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to simultaneously realize the structure of the logic transistor in the peripheral circuit portion, the countermeasure for leak in the cell of the memory portion, and the salicide on the gate.
[0029]
3A and 3B show a configuration of a trench DRAM exemplified as a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 3A shows a memory portion, and FIG. 3B shows a peripheral circuit portion. .
[0030]
FIG. 3 differs from FIG. 1 in that the source line SL is connected to the
[0031]
That is, also in the configuration of FIG. 3A, it is possible to simultaneously realize the structure of the logic transistor in the peripheral circuit portion, the countermeasure for leak in the cell in the memory portion, and the salicide on the gate.
[0032]
4 to 17 are process cross-sectional views for explaining a process of a method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. In these drawings, (1A) to (14A) denote manufacturing processes of a memory unit. , (1B) to (14B) respectively show the manufacturing process of the peripheral circuit portion.
[0033]
As can be seen from FIGS. 4A and 4B, after performing STI (Shallow Trench Isolation) on the SOI substrate including the
[0034]
Subsequently, as can be seen from FIGS. 5 (2A) and (2B), in order to further form the
[0035]
Thereafter, as can be seen from FIGS. 6 (3A) and (3B), the gate step is filled with the interlayer insulating film (BPSG) 8. Subsequently, the
[0036]
Subsequently, as can be seen from FIGS. 7 (4A) and 7 (4B), only the memory portion of (4A) is protected with a resist, and the BPSG of the peripheral circuit portion of (4B) is removed by wet etching. Also in this case, the thickness of the
[0037]
Next, as can be seen from FIGS. 8 (5A) and (5B), the
[0038]
Subsequently, as can be seen from FIGS. 9 (6A) and (6B), high concentration source / drain regions 4 (D) and 4 (S) are formed by implantation and diffusion of impurities.
[0039]
Next, as can be seen from FIGS. 10 (7A) and (7B), a
[0040]
Next, as can be seen from FIGS. 11 (8A) and (8B), contact holes 27 for bit line contacts are formed.
[0041]
Subsequently, as can be seen from FIGS. 12 (9A) and (9B), polysilicons 21 (S) and 21 (D) are buried in the respective contact holes 26 and 27.
[0042]
Subsequently, as can be seen from FIGS. 13A and 13B, the gate sidewalls 12 and 13 are formed on the
[0043]
Next, as can be seen from FIGS. 14 (11A) and (11B),
[0044]
Subsequently, as can be seen from FIGS. 15 (12A) and (12B), in the memory section of (12A), a hole (8A) opening in the salicide 11 (D) is opened by RIE.
[0045]
Next, as can be seen from FIGS. 16 (13A) and (13B), a hole (8B) opening in the
[0046]
Next, as shown in FIGS. 17 (14A) and (14B), W (tungsten) is buried in the holes (8A) and (8B) formed as described above, and the contact plugs CP and CP are formed by CMP. A CP is formed.
[0047]
Through the processes described above, in the logic transistor structure of the peripheral circuit portion, salicide 11 is formed on the gate and on the contact portion of the substrate, while, in the memory portion, salicide 11 is formed on the gate and on the substrate. The
[0048]
In the fourth embodiment shown in FIG. 4, the manufacturing method for the structure shown in the first embodiment has been exemplified. However, this step can be similarly applied to the manufacturing of the second and third embodiments. Yes, the same effect can be obtained.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, for example, in an embedded DRAM or FBC cell, the resistance of the word line of the memory cell is simultaneously reduced while reducing the junction leak in the memory cell and improving the charge storage performance. On the other hand, a transistor having a normal salicide structure can be arranged in a mixed logic circuit, so that there is an effect that a high-performance semiconductor device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a memory cell portion (memory cell array portion) (A) and a peripheral circuit portion (peripheral transistor portion) (B) of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a memory cell portion (A) and a peripheral circuit portion (B) of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a memory cell portion (A) and a peripheral circuit portion (B) of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a part of a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a part of a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a part of a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a part of a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a part of a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a part of a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a part of a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a part of a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a part of a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a part of a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a part of a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a part of a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a part of a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a part of a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown as the fourth embodiment of the present invention.
18A and 18B are a plan view and a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.
FIG. 19 is a perspective view of a conventional semiconductor device.
FIG. 20 is a cross-sectional view of a memory cell portion (A) and a peripheral circuit portion (B) of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記メモリセルアレイ部における前記各メモリトランジスタは、半導体基板中に形成された一対のソース・ドレイン拡散層と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたワードラインとしてのゲート電極と、前記半導体基板の表面を被う絶縁膜と、この絶縁膜を貫通して前記各ソース・ドレイン拡散層とコンタクトするコンタクトと、を備え、前記半導体基板の表面のうち前記コンタクト以外の面は前記絶縁膜で被われていることを特徴とする半導体装置。A memory cell array portion having a cell array in which a plurality of memory transistors are arranged, and a peripheral transistor portion having a plurality of peripheral transistors,
Each of the memory transistors in the memory cell array section has a pair of source / drain diffusion layers formed in a semiconductor substrate, a gate electrode as a word line formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film, and An insulating film covering the surface of the semiconductor substrate; and a contact penetrating the insulating film and contacting each of the source / drain diffusion layers. A surface of the semiconductor substrate other than the contact is an insulating film. A semiconductor device characterized by being covered with:
少なくとも絶縁膜と窒化膜を、前記各ゲート電極の上面及び側壁と、前記半導体基板上と、に堆積する第2工程と、
全体に層間絶縁膜材料を埋設し、これを前記各ゲート電極の頂部の前記窒化膜が露出するまで研磨し、続いて前記周辺トランジスタ部形成領域の前記層間絶縁膜材料のみを除去する第3工程と、
前記層間絶縁膜材料をマスクとして前記絶縁膜が露出するまで前記窒化膜を除去する第4工程と、
前記メモリセルアレイ部形成領域の前記一対のソース・ドレイン領域上方の絶縁膜と前記窒化膜に、これらを貫通して前記半導体基板の表面に達する開孔を形成して、この開孔にポリシリコンプラグを形成する第5工程と、
前記メモリセルアレイ部形成領域のゲートの頂部の前記絶縁膜、前記周辺トランジスタ部形成領域の前記ゲートの頂部および前記ソース・ドレイン領域の前記絶縁膜を除去する第6の工程と、
前記メモリセルアレイ部形成領域の前記ゲート電極の頂部および前記ポリシリコンプラグの頂部、前記周辺トランジスタ部形成領域の前記ゲート電極の頂部および前記ソース・ドレイン領域をサリサイド化する第7工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。A polysilicon gate electrode is formed in each of the memory cell array portion forming region and the peripheral transistor portion forming region of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and a pair of source / drain is formed on both sides of the gate electrode. A first step of forming a region;
A second step of depositing at least an insulating film and a nitride film on the upper surface and side walls of each of the gate electrodes and on the semiconductor substrate;
A third step of burying an interlayer insulating film material entirely and polishing it until the nitride film at the top of each gate electrode is exposed, and subsequently removing only the interlayer insulating film material in the peripheral transistor portion forming region When,
A fourth step of removing the nitride film using the interlayer insulating film material as a mask until the insulating film is exposed;
An opening is formed in the insulating film and the nitride film above the pair of source / drain regions in the memory cell array portion forming region to penetrate them and reach the surface of the semiconductor substrate, and a polysilicon plug is formed in the opening. A fifth step of forming
A sixth step of removing the insulating film at the top of the gate in the memory cell array portion forming region, the top of the gate in the peripheral transistor portion forming region, and the insulating film in the source / drain region;
A seventh step of saliciding the top of the gate electrode and the top of the polysilicon plug in the memory cell array formation region, the top of the gate electrode and the source / drain region in the peripheral transistor formation region,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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