JP2005051045A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2005051045A JP2003281490A JP2003281490A JP2005051045A JP 2005051045 A JP2005051045 A JP 2005051045A JP 2003281490 A JP2003281490 A JP 2003281490A JP 2003281490 A JP2003281490 A JP 2003281490A JP 2005051045 A JP2005051045 A JP 2005051045A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device, capable of reducing the resistance ratio when connecting the upper electrode of a trench capacitor to the diffusion layer of a transistor, and to provide a semiconductor device. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing a semiconductor device, there are provided a process for forming an upper electrode film 15a on a capacitor insulating film 14 so that a trench 12 is buried, and for adjusting the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 so that the etching rate becomes lower from an inner-wall side to the center side; a process for etchedly removing the upper electrode film 15a to a trench lower portion 12a to form an upper electrode 15; a process for forming an insulating film on a substrate 11 and the upper electrode 15, so that an inner wall in a trench upper portion 12b is covered before the insulating film is etchedly removed to form a sidewall insulating film 16 on the sidewall of the trench upper portion 12b; and a process for forming an extraction electrode 17 connected to the upper electrode 15 by burying the trench upper portion 12b by a conductive film. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、さらに詳しくは、DRAMのトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a trench capacitor of a DRAM and the semiconductor device.

近年の半導体デバイスの微細化に伴い、特にDRAMセルにおいては、キャパシタの占有面積が縮小される傾向にあり、キャパシタ容量の増加は厳しい状況にある。このような状況下において、キャパシタ構造を工夫することによるキャパシタ容量の増加の検討が行われており、基板にトレンチを形成し、そこにキャパシタを作り込むトレンチ型のキャパシタ構造が検討されている(例えば、非特許文献1参照)。   With recent miniaturization of semiconductor devices, especially in DRAM cells, the area occupied by capacitors tends to be reduced, and the increase in capacitor capacity is severe. Under such circumstances, studies have been made on increasing the capacitance of the capacitor by devising the capacitor structure, and a trench type capacitor structure in which a trench is formed in a substrate and a capacitor is formed therein has been studied ( For example, refer nonpatent literature 1).

「International Electron Devices Meeting」,(米国),1993年,p.627−630“International Electron Devices Meeting” (USA), 1993, p. 627-630

ここで、トレンチキャパシタを備えた半導体装置の従来の製造方法について説明する。まず、図4(a)に示すように、基板11上にマスクパターン(図示省略)を形成して、エッチングを行うことにより、基板11にトレンチ12を形成する。次いで、基板11におけるトレンチ12の下部領域(トレンチ下部12a)の内壁に不純物を導入して拡散層を形成し、下部電極13とする。その後、トレンチ12の内壁を覆うように基板11上にキャパシタ絶縁膜14を形成する。   Here, a conventional manufacturing method of a semiconductor device provided with a trench capacitor will be described. First, as shown in FIG. 4A, a mask pattern (not shown) is formed on the substrate 11, and etching is performed to form a trench 12 in the substrate 11. Next, a diffusion layer is formed by introducing impurities into the inner wall of the lower region (trench lower portion 12 a) of the trench 12 in the substrate 11, thereby forming the lower electrode 13. Thereafter, a capacitor insulating film 14 is formed on the substrate 11 so as to cover the inner wall of the trench 12.

次に、図4(b)に示すように、キャパシタ絶縁膜14が形成されたトレンチ12内を埋め込むように、化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition(以下、CVDと略))法により、例えばポリシリコン膜からなる上部電極膜15aを成膜する。成膜時には、プロセスガス中にヒ素(As)等の不純物を添加することにより、上部電極膜15a中に不純物を導入する。   Next, as shown in FIG. 4B, for example, by chemical vapor deposition (hereinafter abbreviated as CVD) so as to fill the trench 12 in which the capacitor insulating film 14 is formed, for example, An upper electrode film 15a made of a polysilicon film is formed. At the time of film formation, impurities such as arsenic (As) are added to the process gas to introduce impurities into the upper electrode film 15a.

また、トレンチ12内の上部電極膜15aに確実に不純物を導入するために、上部電極膜15aをポリシリコンの多層膜で構成する場合もあり、この場合には、トレンチ12の内壁を覆うようにアンドープのポリシリコン層の薄膜を成膜し、その後、このポリシリコン層の表面にAsなどの不純物を吸着させる、という一連の工程を複数回行った後、トレンチ12の中心側をアンドープのポリシリコン層で埋め込む。   In addition, in order to reliably introduce impurities into the upper electrode film 15a in the trench 12, the upper electrode film 15a may be formed of a multilayer film of polysilicon. In this case, the inner wall of the trench 12 is covered. After a thin film of an undoped polysilicon layer is formed, and then a series of steps of adsorbing impurities such as As on the surface of the polysilicon layer are performed a plurality of times, the center side of the trench 12 is undoped polysilicon. Embed with layers.

この上部電極膜15aの成膜においては、上述したように上部電極膜15aが単層膜または多層膜であっても、トレンチ12内の上部電極膜15aの中心側にはシームA(合わせ目)が発生する。   In the formation of the upper electrode film 15a, as described above, even if the upper electrode film 15a is a single layer film or a multilayer film, a seam A (joint) is formed on the center side of the upper electrode film 15a in the trench 12. Will occur.

次いで、図5(c)に示すように、エッチバックを行うことにより、上部電極膜15a(前記図4(b)参照)を下部電極13が設けられたトレンチ下部12aの深さまで後退させて、上部電極15を形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, by performing an etch back, the upper electrode film 15a (see FIG. 4B) is retracted to the depth of the trench lower portion 12a where the lower electrode 13 is provided, The upper electrode 15 is formed.

その後、トレンチ12の上部領域(トレンチ上部12b)および基板11上に露出されたキャパシタ絶縁膜14を除去する。このようにして、トレンチ12内にトレンチキャパシタが形成される。   Thereafter, the upper region of trench 12 (trench upper portion 12b) and capacitor insulating film 14 exposed on substrate 11 are removed. In this way, a trench capacitor is formed in the trench 12.

次に、図5(d)に示すように、トレンチ上部12bの内壁を覆うように、上部電極15上および基板11上に絶縁膜を成膜した後、上部電極15上および基板11上の絶縁膜をエッチング除去して、トレンチ上部12bの内壁に側壁絶縁膜16を形成する。この側壁絶縁膜16は寄生トランジスタの発生を防止するためのものであり、膜厚を十分にとる必要がある。その後、トレンチ上部12bの最上部の側壁絶縁膜16を除去することで、トレンチ12の最上部の側壁を露出させる。   Next, as shown in FIG. 5D, after an insulating film is formed on the upper electrode 15 and the substrate 11 so as to cover the inner wall of the trench upper portion 12b, the insulation on the upper electrode 15 and the substrate 11 is performed. The film is removed by etching to form a sidewall insulating film 16 on the inner wall of the upper trench portion 12b. This sidewall insulating film 16 is for preventing the generation of parasitic transistors, and it is necessary to have a sufficient film thickness. Thereafter, the uppermost sidewall insulating film 16 of the upper trench portion 12b is removed to expose the uppermost sidewall of the trench 12.

次に、トレンチ上部12bに導電性膜を埋め込んで、上部電極15と接続させた引き出し電極17を形成した後、基板11にトランジスタを形成し、このトランジスタの拡散層(図示省略)とトレンチキャパシタの上部電極15とを引き出し電極17を介して接続させる。   Next, after burying a conductive film in the trench upper part 12b and forming the lead electrode 17 connected to the upper electrode 15, a transistor is formed on the substrate 11, and a diffusion layer (not shown) of this transistor and the trench capacitor are formed. The upper electrode 15 is connected via the extraction electrode 17.

しかし、上述したような半導体装置の製造方法では、図5(c)に示したように、上部電極膜15a(図4(b)参照)をエッチバックして上部電極15を形成する際に、下部電極13が形成されたトレンチ下部12aの深さまで上部電極膜15aを後退させる。これにより、上部電極膜15aのシームA上部からもエッチャントが侵入し、上部電極15表面の中央部分が過剰に除去され、上部電極15表面に深い窪みBが形成される。   However, in the semiconductor device manufacturing method as described above, as shown in FIG. 5C, when the upper electrode film 15a (see FIG. 4B) is etched back to form the upper electrode 15, The upper electrode film 15a is retracted to the depth of the trench lower part 12a where the lower electrode 13 is formed. As a result, the etchant also enters from above the seam A of the upper electrode film 15a, the central portion of the surface of the upper electrode 15 is excessively removed, and a deep recess B is formed on the surface of the upper electrode 15.

また、上部電極膜15aを多層膜で形成する場合には、成膜工程と不純物吸着工程を繰り返すことから、トレンチ12内における上部電極膜15aの膜厚方向には、複数の不純物吸着層が形成される。ここで、この不純物吸着層近傍の不純物濃度は局所的に高く、一般的に不純物濃度が高いほうがエッチングレートは高くなる。このため、上部電極膜15aをエッチバックして上部電極15を形成する際に、上部電極15の表面における複数の不純物吸着層の近傍が過剰に除去されることで、上部電極15の表面が凹凸状(図示省略)になり易い傾向があった。   Further, when the upper electrode film 15a is formed of a multilayer film, the film forming process and the impurity adsorption process are repeated, so that a plurality of impurity adsorption layers are formed in the film thickness direction of the upper electrode film 15a in the trench 12. Is done. Here, the impurity concentration in the vicinity of the impurity adsorption layer is locally high, and generally the higher the impurity concentration, the higher the etching rate. Therefore, when the upper electrode 15 is formed by etching back the upper electrode film 15a, the vicinity of the plurality of impurity adsorption layers on the surface of the upper electrode 15 is excessively removed, so that the surface of the upper electrode 15 is uneven. There was a tendency to become a shape (not shown).

このように、上部電極15の表面に窪みBが生じ、また、表面が凹凸状になることで、図5(d)に示すように、トレンチ上部12aの内壁に膜厚の厚い側壁絶縁膜16を形成する際、トレンチ上部12aの内壁を覆うように絶縁膜を上部電極15上に成膜した後、上部電極15上の絶縁膜をエッチング除去すると、上部電極15表面の窪みBや凹部に絶縁膜が残留し易い。   In this way, the depression B is formed on the surface of the upper electrode 15 and the surface is uneven, so that the thick sidewall insulating film 16 is formed on the inner wall of the trench upper portion 12a as shown in FIG. When the insulating film is formed on the upper electrode 15 so as to cover the inner wall of the upper portion 12a of the trench, the insulating film on the upper electrode 15 is removed by etching to insulate the recess B or the recess on the surface of the upper electrode 15. The film tends to remain.

このため、上部電極15上に引き出し電極17を形成して接続させる場合の抵抗が高くなる傾向があった。これにより、基板11に形成するトランジスタの拡散層とトレンチキャパシタの上部電極15とを引き出し電極17を介して接続させる場合の抵抗が高くなり、導通不良が発生して歩留りを低下させる、といった問題が生じていた。   For this reason, there is a tendency that the resistance when the lead electrode 17 is formed on the upper electrode 15 and connected is increased. This increases the resistance when connecting the diffusion layer of the transistor formed on the substrate 11 and the upper electrode 15 of the trench capacitor via the lead electrode 17, resulting in a problem that conduction failure occurs and yield is reduced. It was happening.

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板に形成されたトレンチの内壁に、少なくともキャパシタ絶縁膜および上部電極を下層から順に積層してなるトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造方法であって、トレンチを埋め込むようにキャパシタ絶縁膜上に上部電極膜を成膜するとともに、トレンチ内における上部電極膜のエッチングレートを内壁側から中心側に向かって低くなるように調整する第1工程と、上部電極膜をトレンチの下部領域までエッチング除去して、上部電極を形成する第2工程と、上部電極が形成されたトレンチの内壁を覆うように、基板上および上部電極上に絶縁膜を成膜した後、基板上および上部電極上の絶縁膜をエッチング除去して、トレンチの上部領域の内壁に側壁絶縁膜を形成する第3工程と、側壁絶縁膜が形成されたトレンチの上部領域を導電性膜で埋め込むことで、上部電極に接続された引き出し電極を形成する第4工程とを有することを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, a semiconductor device manufacturing method of the present invention includes a trench capacitor in which at least a capacitor insulating film and an upper electrode are sequentially stacked from the lower layer on an inner wall of a trench formed in a substrate. The upper electrode film is formed on the capacitor insulating film so as to fill the trench, and the etching rate of the upper electrode film in the trench is adjusted so as to decrease from the inner wall side toward the center side. A first step, a second step of forming the upper electrode by etching and removing the upper electrode film to the lower region of the trench, and the substrate and the upper electrode so as to cover the inner wall of the trench in which the upper electrode is formed After the insulation film is formed, the insulation film on the substrate and the upper electrode is removed by etching to form a sidewall insulation film on the inner wall of the upper region of the trench. A third step that, by embedding the upper region of the trench sidewall insulating film is formed of a conductive film, is characterized by a fourth step of forming a lead-out electrode connected to the upper electrode.

このような半導体装置の製造方法によれば、トレンチ内における上部電極膜のエッチングレートが内壁側から中心側に向かって低くなるように調整される。これにより、上部電極膜をエッチング除去して上部電極を形成する際には、上記エッチングレートに依存した状態で上部電極膜が除去されるため、トレンチの中心側、特にシーム近傍部の上部電極膜はエッチングされにくい状態となる。このため、上部電極膜のシームからエッチャントが浸入しても、従来の技術で説明した半導体装置のように、上部電極表面の中央部分が過剰に除去されることなく、深い窪みが生じるのを防ぐことができる。   According to such a method for manufacturing a semiconductor device, the etching rate of the upper electrode film in the trench is adjusted so as to decrease from the inner wall side toward the center side. As a result, when the upper electrode film is formed by removing the upper electrode film by etching, the upper electrode film is removed in a state depending on the etching rate, so that the upper electrode film on the center side of the trench, particularly in the vicinity of the seam. Becomes difficult to be etched. For this reason, even if an etchant enters from the seam of the upper electrode film, the central portion of the upper electrode surface is not excessively removed and the formation of a deep depression is prevented as in the semiconductor device described in the prior art. be able to.

また、トレンチ内の上部電極膜における膜厚方向の中央部には、エッチングレートが局所的に高くなる部分がないことから、上部電極膜をエッチング除去して上部電極を形成する際に、上部電極膜が局所的に過剰に除去されるのを防止することができ、上部電極の表面が凹凸状になるのを抑制することができる。   In addition, since there is no portion where the etching rate locally increases at the central portion in the film thickness direction of the upper electrode film in the trench, the upper electrode is formed when the upper electrode film is removed by etching. It is possible to prevent the film from being locally removed excessively, and to suppress the surface of the upper electrode from becoming uneven.

したがって、この後の膜厚の厚い側壁絶縁膜を形成する工程で、トレンチの上部領域の内壁を覆うように基板上および上部電極上に絶縁膜を成膜し、上部電極上の絶縁膜を除去する際に、上部電極表面に絶縁膜が残留するのを防止できる。   Therefore, in the subsequent step of forming a thick sidewall insulating film, an insulating film is formed on the substrate and the upper electrode so as to cover the inner wall of the upper region of the trench, and the insulating film on the upper electrode is removed. In this case, the insulating film can be prevented from remaining on the surface of the upper electrode.

また、上記製造方法によって得られる半導体装置としては、基板に形成されたトレンチの内壁に、少なくともキャパシタ絶縁膜および上部電極を下層から順に積層してなるトレンチキャパシタを備えた半導体装置であって、トレンチ内の上部電極は内壁側から中心側に向かってエッチングレートが低くなるように形成されていることを特徴としている。   Further, the semiconductor device obtained by the above manufacturing method is a semiconductor device including a trench capacitor in which at least a capacitor insulating film and an upper electrode are sequentially laminated from the lower layer on the inner wall of a trench formed in a substrate, The inner upper electrode is formed such that the etching rate decreases from the inner wall side toward the center side.

このような半導体装置によれば、トレンチ内における上部電極が内壁側から中心側に向かってエッチングレートが低くなるように形成されることで、上部電極の表面はエッチングによる深い窪みや凹凸が抑制された状態となり、窪みや凹部内への絶縁膜の残留が防止される。このため、この上部電極と上部電極上に設けられる引き出し電極とを接続する場合の抵抗を低くすることができる。したがって、トレンチキャパシタの上部電極と基板に設けられるトランジスタの拡散層とを、引き出し電極を介して接続する際の低抵抗化を図ることができ、導通を確実にとることができる。   According to such a semiconductor device, the upper electrode in the trench is formed so that the etching rate decreases from the inner wall side toward the center side, so that the surface of the upper electrode is suppressed from being deeply depressed or uneven due to etching. Thus, the insulating film is prevented from remaining in the recesses or recesses. For this reason, the resistance in the case of connecting this upper electrode and the extraction electrode provided on the upper electrode can be lowered. Therefore, it is possible to reduce the resistance when connecting the upper electrode of the trench capacitor and the diffusion layer of the transistor provided on the substrate via the extraction electrode, and conduction can be ensured.

以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法およびこれによって得られる半導体装置によれば、トレンチ内における上部電極膜のエッチングレートは内壁側から中心側に向かって低くなるように調整される。これにより、エッチングレートに依存した状態で、上部電極膜のエッチバックを行い、上部電極を形成する際に、上部電極膜のシームからエッチャントが浸入しても、トレンチの中心側の上部電極膜のエッチングが抑制される。このため、上部電極表面の中央部分が過剰に除去されることなく、上部電極表面に深い窪みが生じるのを防ぐことができる。また、トレンチ内の上部電極膜における膜厚方向の中央部には、エッチングレートが局所的に高くなる部分がないことから、上部電極膜をエッチング除去して上部電極を形成する際に、上部電極膜が局所的に過剰に除去されることがなく、上部電極の表面が凹凸状になるのを抑制することができる。   As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention and the semiconductor device obtained thereby, the etching rate of the upper electrode film in the trench is adjusted so as to decrease from the inner wall side toward the center side. . Thus, when the upper electrode film is etched back in a state depending on the etching rate and the upper electrode is formed, even if the etchant enters from the seam of the upper electrode film, the upper electrode film on the center side of the trench is Etching is suppressed. For this reason, it is possible to prevent a deep depression from occurring on the upper electrode surface without excessively removing the central portion of the upper electrode surface. In addition, since there is no portion where the etching rate locally increases at the central portion in the film thickness direction of the upper electrode film in the trench, the upper electrode is formed when the upper electrode film is removed by etching. The film is not locally removed excessively, and the surface of the upper electrode can be prevented from being uneven.

したがって、トレンチの上部領域の内壁に側壁絶縁膜を形成する工程で、上部電極表面に絶縁膜が残留するのを防止することができる。このため、上部電極上に引き出し電極を形成して接続させた場合の抵抗を低くすることができる。したがって、トレンチキャパシタの上部電極と、基板に設けられるトランジスタの拡散層とを引き出し電極を介して接続する際の、低抵抗化が図れるとともに、導通を確実にとることができ、歩留りを向上させることが可能である。   Therefore, it is possible to prevent the insulating film from remaining on the surface of the upper electrode in the step of forming the sidewall insulating film on the inner wall of the upper region of the trench. For this reason, it is possible to reduce the resistance when the lead electrode is formed and connected on the upper electrode. Therefore, when the upper electrode of the trench capacitor and the diffusion layer of the transistor provided on the substrate are connected via the extraction electrode, the resistance can be reduced, and conduction can be ensured and the yield can be improved. Is possible.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の形態の一例を、図1〜図3の製造工程断面図によって説明する。本実施形態においては、半導体装置の構成を製造工程順に説明する。なお、従来の技術で説明したものと同様の構成には同一の番号を付して説明する。
(First embodiment)
An example of an embodiment relating to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the manufacturing process sectional views of FIGS. In the present embodiment, the configuration of the semiconductor device will be described in the order of manufacturing steps. In addition, the same number is attached | subjected and demonstrated to the structure similar to what was demonstrated by the prior art.

まず、図1(a)に示すように、通常のトレンチを形成する技術と同様に、例えばシリコン基板からなる基板11上に、マスクパターン(図示省略)を形成し、エッチングを行うことにより、基板11にトレンチ12を形成する。   First, as shown in FIG. 1A, a mask pattern (not shown) is formed on a substrate 11 made of a silicon substrate, for example, and etching is performed in the same manner as in a technique for forming a normal trench. A trench 12 is formed in 11.

次いで、例えば固相拡散法により、基板11におけるトレンチ12の下部(トレンチ下部12a)の内壁に、例えばヒ素(As)をドーピングして拡散層を形成し、この拡散層を下部電極13とする。その後、トレンチ12の内壁を覆うように基板11上に、例えば酸窒化シリコンからなるキャパシタ絶縁膜14を成膜する。   Next, a diffusion layer is formed by doping, for example, arsenic (As) on the inner wall of the lower portion of the trench 12 (the trench lower portion 12 a) in the substrate 11 by, for example, a solid phase diffusion method, and this diffusion layer is used as the lower electrode 13. Thereafter, a capacitor insulating film 14 made of, for example, silicon oxynitride is formed on the substrate 11 so as to cover the inner wall of the trench 12.

次に、図1(b)に示すように、例えば原料ガスとしてシランガス(SiH4)を用いたCVD法により、キャパシタ絶縁膜14が形成されたトレンチ12を埋め込むように、ポリシリコンからなる上部電極膜15aを成膜する。ここで、成膜時には、プロセスガス中に例えばAsからなる不純物を添加し、トレンチ12内を埋め込むまでの間、プロセスガス中への不純物の添加量を経時的に徐々に低減させる。   Next, as shown in FIG. 1B, the upper electrode film made of polysilicon so as to fill the trench 12 in which the capacitor insulating film 14 is formed by, for example, a CVD method using silane gas (SiH 4) as a source gas. 15a is formed. Here, at the time of film formation, an impurity such as As is added to the process gas, and the amount of the impurity added to the process gas is gradually reduced over time until the trench 12 is filled.

このように上部電極膜15aを成膜することで、トレンチ12内の上部電極膜15aは内壁側から中心側に向かって徐々に低濃度となるような連続的な不純物の濃度勾配を有して形成される。一般的に、膜中の不純物は低濃度である方がエッチングレートが低いため、トレンチ12内の上部電極膜15aのエッチングレートは内壁側から中心側に向かって連続的に低くなるように形成される。   By forming the upper electrode film 15a in this manner, the upper electrode film 15a in the trench 12 has a continuous impurity concentration gradient that gradually decreases in concentration from the inner wall side toward the center side. It is formed. In general, the lower the impurity concentration in the film, the lower the etching rate. Therefore, the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 is formed so as to continuously decrease from the inner wall side toward the center side. The

ここで、上部電極膜15aを成膜する際のプロセスガス中への不純物の添加量は、後工程でこの上部電極膜15aをエッチバックする際のエッチング条件により調整し、また、トレンチキャパシタの上部電極として十分に導電性がとれる範囲で調整することとする。   Here, the amount of impurities added to the process gas when forming the upper electrode film 15a is adjusted according to the etching conditions for etching back the upper electrode film 15a in a later step, Adjustment is made within a range where sufficient conductivity can be obtained as an electrode.

また、本実施形態では、トレンチ12内の上部電極膜15aのエッチングレートを、内壁側から中心側に向かって連続的に低くなるように調整することで、トレンチ12内における上部電極膜15aの内壁側と中心側とのエッチングレートの差を少なくしている。この場合、後工程で上部電極膜15aをエッチング除去して上部電極を形成する際に、トレンチ12内の上部電極表面の中央部分が顕著に突出した凸状となることがなく、好ましい。   Further, in the present embodiment, the inner wall of the upper electrode film 15a in the trench 12 is adjusted by adjusting the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 so as to continuously decrease from the inner wall side toward the center side. The difference in etching rate between the side and the center is reduced. In this case, when the upper electrode film 15a is removed by etching in a later step to form the upper electrode, the central portion of the surface of the upper electrode in the trench 12 does not become a projecting protrusion, which is preferable.

次に、図2(c)に示すように、エッチングガスとして例えば六フッ化イオウ(SF6)を用いたドライエッチング法により、上記エッチングレートに依存した状態でエッチバックを行い、下部電極13が形成されたトレンチ下部12aまで、上部電極膜15a(前記図1(b)参照)を除去して、上部電極15を形成する。 Next, as shown in FIG. 2C, etch back is performed in a state depending on the etching rate by a dry etching method using, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) as an etching gas. The upper electrode film 15a (see FIG. 1B) is removed up to the formed trench lower portion 12a to form the upper electrode 15.

なお、ここではエッチングガスとしてSF6を用いたが、例えば臭化水素(HBr)を用いてもよく、この場合には上部電極膜15aを成膜する際のプロセスガス中への不純物の添加量を適宜調整して、エッチングレートを調整することとする。 Although SF 6 is used as the etching gas here, for example, hydrogen bromide (HBr) may be used. In this case, the amount of impurities added to the process gas when forming the upper electrode film 15a Is adjusted as appropriate to adjust the etching rate.

この際、トレンチ12内の上部電極膜15aのエッチングレートは内壁側から中心側に向かって低くなるように調整されているため、中心側がエッチングされにくい状態となる。これにより、上部電極膜15aのシームA上部からエッチャントが侵入しても、上部電極15表面の中央部分が過剰にエッチングされて深い窪みを形成することがなく、上部電極15表面は中央部が盛り上がった形状となる。   At this time, since the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 is adjusted so as to decrease from the inner wall side toward the center side, the center side is not easily etched. Thus, even if an etchant enters from the upper part of the seam A of the upper electrode film 15a, the central portion of the upper electrode 15 surface is not excessively etched to form a deep depression, and the central portion of the upper electrode 15 surface is raised. Shape.

その後、トレンチ12の上部領域(トレンチ上部12b)に露出されたキャパシタ絶縁膜14を除去することで、トレンチ12内にトレンチキャパシタを形成する。   Thereafter, the capacitor insulating film 14 exposed in the upper region of the trench 12 (the trench upper portion 12 b) is removed, thereby forming a trench capacitor in the trench 12.

次に、図2(d)に示すように、トレンチ上部12bの内壁を覆うように、基板11上および上部電極15上に、例えばテトラエトキシシラン(TEOS)からなる、膜厚の厚い絶縁膜を成膜する。次いで、エッチバック工程を行って、基板11上および上部電極15上の絶縁膜を除去し、トレンチ上部12bの側壁に絶縁膜を残存させることで、側壁絶縁膜(カラー酸化膜)16を形成する。その後、通常のリソグラフィーおよびエッチングを行うことにより、トレンチ上部12bの最上部の側壁絶縁膜16を除去し、側壁を露出させる。   Next, as shown in FIG. 2D, a thick insulating film made of, for example, tetraethoxysilane (TEOS) is formed on the substrate 11 and the upper electrode 15 so as to cover the inner wall of the upper portion 12b of the trench. Form a film. Next, an etch back process is performed to remove the insulating film on the substrate 11 and the upper electrode 15 and leave the insulating film on the side wall of the trench upper portion 12b, thereby forming a side wall insulating film (color oxide film) 16. . Thereafter, by performing normal lithography and etching, the uppermost sidewall insulating film 16 of the trench upper portion 12b is removed, and the sidewall is exposed.

次に、図3(e)に示すように、トレンチ上部12bに例えばAsが導入されたポリシリコンからなる導電性膜を埋め込んで、上部電極15上に引き出し電極17を形成する。   Next, as shown in FIG. 3E, a conductive film made of, for example, polysilicon into which As is introduced is buried in the trench upper part 12 b, and the lead electrode 17 is formed on the upper electrode 15.

以下、通常のDRAMプロセスを経てDRAMを形成する。基板11にトランジスタを形成し、このトランジスタの拡散層(図示省略)とトレンチキャパシタの上部電極15とを引き出し電極17を介して接続させる。   Thereafter, a DRAM is formed through a normal DRAM process. A transistor is formed on the substrate 11, and a diffusion layer (not shown) of the transistor is connected to the upper electrode 15 of the trench capacitor via an extraction electrode 17.

このような半導体装置の製造方法および半導体装置によれば、トレンチ12内における上部電極膜15aのエッチングレートは内壁側から中心側に向かって低くなるように調整される。これにより、上部電極膜15aをエッチング除去して上部電極15を形成する際には、上記エッチングレートに依存した状態で上部電極膜15aが除去され、トレンチ12の中心側の上部電極膜15aはエッチングされにくい状態となる。このため、上部電極膜15aのシームAからエッチャントが浸入しても、従来の技術で図5(c)を用いて説明したように、上部電極15表面の中央部分が過剰に除去されることなく、上部電極15表面に深い窪みが生じるのを防ぐことができる。   According to such a semiconductor device manufacturing method and semiconductor device, the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 is adjusted so as to decrease from the inner wall side toward the center side. As a result, when the upper electrode film 15a is removed by etching to form the upper electrode 15, the upper electrode film 15a is removed depending on the etching rate, and the upper electrode film 15a on the center side of the trench 12 is etched. It becomes difficult to be done. For this reason, even if an etchant enters from the seam A of the upper electrode film 15a, the central portion of the surface of the upper electrode 15 is not excessively removed as described with reference to FIG. Further, it is possible to prevent a deep depression from occurring on the surface of the upper electrode 15.

また、トレンチ12内の上部電極膜15aには不純物が偏在する部分がなく、トレンチ12における上部電極膜15aの膜厚方向の中央部には、エッチングレートが局所的に高くなる部分がないことから、上部電極膜15aをエッチング除去して上部電極15を形成する際に、上部電極膜15aが局所的に過剰に除去されるの防止することができる。このため、上部電極15の表面が凹凸状になるのを抑制することができる。   Further, the upper electrode film 15a in the trench 12 does not have a portion where impurities are unevenly distributed, and the central portion in the film thickness direction of the upper electrode film 15a in the trench 12 has no portion where the etching rate is locally increased. When the upper electrode film 15a is removed by etching to form the upper electrode 15, the upper electrode film 15a can be prevented from being excessively removed locally. For this reason, it can suppress that the surface of the upper electrode 15 becomes uneven | corrugated.

したがって、この後のトレンチ上部12bの内壁に側壁絶縁膜16を形成する工程で、トレンチ12bの内壁を覆うように上部電極15上に膜厚の厚い絶縁膜を成膜し、上部電極15上の絶縁膜をエッチング除去する際に、上部電極15表面に絶縁膜が残留しにくくなる。   Therefore, in the subsequent step of forming the sidewall insulating film 16 on the inner wall of the trench upper portion 12b, a thick insulating film is formed on the upper electrode 15 so as to cover the inner wall of the trench 12b. When the insulating film is removed by etching, the insulating film hardly remains on the surface of the upper electrode 15.

このため、上部電極15上に引き出し電極17を形成して接続させた場合の抵抗を低くすることができる。したがって、この引き出し電極17を介してトレンチキャパシタの上部電極15と、基板11に形成されたトランジスタの拡散層とを接続する場合の低抵抗化を図ることができ、導通を確実にとることができるため、歩留りを向上させることができる。   For this reason, it is possible to reduce the resistance when the lead electrode 17 is formed and connected on the upper electrode 15. Therefore, it is possible to reduce the resistance when the upper electrode 15 of the trench capacitor and the diffusion layer of the transistor formed on the substrate 11 are connected via the lead electrode 17, and conduction can be ensured. Therefore, the yield can be improved.

さらに、本実施形態では、トレンチ12内に上部電極膜15aを埋め込むまでの間、プロセスガス中の不純物の添加量を徐々に少なくし、トレンチ12内における上部電極膜15aの不純物濃度を内壁側から中心側に向かって連続的に低くなるように調整することで、内壁側から中心側に向かってエッチングレートが連続的に低くなるように調整した。これにより、トレンチ12内における上部電極膜15aの内壁側と中心側とで、エッチングレートの差が少ないことから、上部電極15表面の中央部が顕著に突出した凸状となるのを防ぎ、上部電極15表面をより平坦に形成することができる。   Further, in the present embodiment, the amount of impurities added in the process gas is gradually reduced until the upper electrode film 15a is embedded in the trench 12, and the impurity concentration of the upper electrode film 15a in the trench 12 is increased from the inner wall side. By adjusting so as to continuously decrease toward the center side, the etching rate was adjusted to continuously decrease from the inner wall side toward the center side. Thereby, since there is little difference in the etching rate between the inner wall side and the center side of the upper electrode film 15a in the trench 12, it is possible to prevent the central portion of the surface of the upper electrode 15 from protruding significantly, The surface of the electrode 15 can be formed more flat.

また、上部電極膜15aの成膜時におけるプロセスガス中の不純物の添加量を調整することにより、上部電極膜15aのエッチングレートを変化させることができるため、上部電極15の表面形状を再現性よく制御することができる。   Further, the etching rate of the upper electrode film 15a can be changed by adjusting the amount of impurities added in the process gas during the formation of the upper electrode film 15a, so that the surface shape of the upper electrode 15 can be reproduced with high reproducibility. Can be controlled.

(第2実施形態)
また、本発明の半導体装置は、次のような方法によっても製造することができる。ここで、第2実施形態の製造方法について図1〜図2を用いて説明する。なお、トレンチ12内に上部電極膜15aを成膜する工程以外は、第1実施形態と同様の工程で行うことする。
(Second Embodiment)
The semiconductor device of the present invention can also be manufactured by the following method. Here, the manufacturing method of 2nd Embodiment is demonstrated using FIGS. In addition, it carries out by the process similar to 1st Embodiment except the process of forming the upper electrode film 15a in the trench 12. FIG.

本実施形態では、図1(b)に示す上部電極膜15aが、例えばシリコンゲルマニウム(SiGe)から構成されることとする。ここでは、例えばシリコンの原料ガスとしてシランガス(SiH4)、ゲルマニウムの原料ガスとしてゲルマンガス(GeH4)を用いたCVD法により、トレンチ12内にSiGe膜を埋め込む際に、プロセス雰囲気中のGeH4の添加量を徐々に低減する。このようにして、トレンチ12の内壁側から中心側に向かってGeの含有率が徐々に低くなるように膜組成を連続的に変化させたSiGe膜を成膜する。一般的に、SiGe膜はGe含有率の低い方がエッチングレートが低いことから、トレンチ12内の上部電極膜15aのエッチングレートは内壁側から中心側に向かって連続的に低くなるように調整される。 In the present embodiment, the upper electrode film 15a shown in FIG. 1B is made of, for example, silicon germanium (SiGe). Here, for example, silane gas (SiH 4) as a source gas for silicon, by CVD using germane gas (GeH 4) as a source gas for germanium, when embedding the SiGe film in the trench 12, GeH 4 in the process atmosphere Gradually reduce the amount of addition. In this manner, the SiGe film having the film composition continuously changed so that the Ge content gradually decreases from the inner wall side to the center side of the trench 12 is formed. In general, since the SiGe film has a lower etching rate when the Ge content is lower, the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 is adjusted so as to continuously decrease from the inner wall side toward the center side. The

ここではSiGe膜のGeの含有率を徐々に低減することとしたが、トレンチ12の中心側をGeを含有しないポリシリコン膜とすることで、トレンチ12内における上部電極膜15aの中心側のエッチングレートが低くなるように調整してもよい。   Here, the Ge content of the SiGe film is gradually reduced. However, the center side of the upper electrode film 15a in the trench 12 is etched by making the center side of the trench 12 a polysilicon film not containing Ge. You may adjust so that a rate may become low.

また、SiGe膜のGeの含有率を徐々に低減することで、トレンチ12内の上部電極膜15aのエッチングレートが内壁側から中心側に向かって連続的に低くなるように調整されることとしたが、トレンチ12の内壁側から中心側に向かってSiGe膜中のGeの含有率を段階的に低減させることで、エッチングレートが段階的に低くなるように調整してもよい。この場合にはプロセスガス中のGeの添加量を段階的に低くなるように調整することとする。   Further, by gradually reducing the Ge content of the SiGe film, the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 is adjusted so as to continuously decrease from the inner wall side toward the center side. However, the etching rate may be adjusted to be lowered stepwise by reducing the Ge content in the SiGe film stepwise from the inner wall side to the center side of the trench 12. In this case, the addition amount of Ge in the process gas is adjusted so as to decrease stepwise.

なお、上部電極膜15aの成膜時には、プロセスガス中に例えばAsからなる不純物を一定量添加して、上部電極膜15aに不純物を導入することとする。この後の工程は第1実施形態と同様であり、図2(c)に示すように、エッチングガスとして例えば六フッ化イオウ(SF6)を用いたドライエッチング法により、上記エッチングレートに依存した状態でエッチバックを行い、上部電極膜15a(前記図1(b)参照)をトレンチ下部12aまで除去して、上部電極15を形成する。 When forming the upper electrode film 15a, a certain amount of an impurity such as As is added to the process gas to introduce the impurity into the upper electrode film 15a. The subsequent steps are the same as those in the first embodiment, and depend on the etching rate by a dry etching method using, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) as an etching gas, as shown in FIG. Etchback is performed in this state, and the upper electrode film 15a (see FIG. 1B) is removed to the trench lower portion 12a to form the upper electrode 15.

このような半導体装置の製造方法およびこれにより得られる半導体装置によっても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   The same effects as those of the first embodiment can also be obtained by such a semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device obtained thereby.

なお、本実施形態では、SiGeからなる上部電極膜15aを成膜する際に、Asからなる不純物を一定量添加する例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、プロセスガス中のGeH4の添加量を徐々に低減するとともに、第1実施形態と同様に、不純物の添加量を徐々に低減させてもよい。 In the present embodiment, an example in which a certain amount of impurities made of As is added when the upper electrode film 15a made of SiGe is formed has been described. However, the present invention is not limited to this and is not limited to this. The GeH 4 addition amount may be gradually reduced, and the impurity addition amount may be gradually reduced as in the first embodiment.

これにより、トレンチ12内の内壁側から中心側に向かって、上部電極膜15aのGe含有率を低減させるとともに、不純物濃度も低くなるように調整することが可能である。この場合には、上部電極膜15a中のGe含有率の差だけでなく、不純物濃度の差によっても上部電極膜15aのエッチングレートを調整することができるため、上部電極膜15aのエッチングレートをより細かく制御することが可能である。   As a result, the Ge content of the upper electrode film 15a can be reduced from the inner wall side to the center side in the trench 12, and the impurity concentration can be adjusted to be lower. In this case, the etching rate of the upper electrode film 15a can be adjusted not only by the difference in Ge content in the upper electrode film 15a but also by the difference in impurity concentration. Fine control is possible.

(第3実施形態)
また、本発明の半導体装置は、次のような方法によっても製造することができる。ここで、第3実施形態の製造方法について図1〜図2を用いて説明する。なお、トレンチ12内に上部電極膜15aを成膜する工程以外は、第1実施形態と同様の工程で行うことする。
(Third embodiment)
The semiconductor device of the present invention can also be manufactured by the following method. Here, the manufacturing method of 3rd Embodiment is demonstrated using FIGS. 1-2. In addition, it carries out by the process similar to 1st Embodiment except the process of forming the upper electrode film 15a in the trench 12. FIG.

本実施形態では、トレンチ12内における上部電極膜15aのエッチングレートが段階的に低くなるように調整した例について説明する。ここでは、上部電極膜15aがポリシリコンの多層膜で構成されることとする。   In the present embodiment, an example in which the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 is adjusted in a stepwise manner will be described. Here, it is assumed that the upper electrode film 15a is composed of a multilayer film of polysilicon.

まず、図1(b)に示すように、キャパシタ絶縁膜14が形成されたトレンチ12の内壁を覆うように、上部電極膜15aを構成するポリシリコン層の薄膜を形成する成膜工程を行う。その後、例えばAsからなる不純物を上記ポリシリコン層の表面に吸着させる不純物吸着工程を行い、上記成膜工程と不純物吸着工程とを複数回繰り返して行うこととする。   First, as shown in FIG. 1B, a film forming process for forming a thin film of a polysilicon layer constituting the upper electrode film 15a is performed so as to cover the inner wall of the trench 12 in which the capacitor insulating film 14 is formed. Thereafter, for example, an impurity adsorption process for adsorbing impurities made of As on the surface of the polysilicon layer is performed, and the film formation process and the impurity adsorption process are repeated a plurality of times.

この際、トレンチ12の埋め込みが完了する前に、熱処理を行い堆積されたポリシリコン層中に不純物を均一に拡散させる。その後、アンドープのポリシリコン層でトレンチ12の中心側を埋め込むことで、トレンチ12の内壁側を不純物が拡散されたポリシリコン層、中心側をアンドープのポリシリコン層とし、2段階に不純物濃度が変化するように調整する。このように、トレンチ12の中心側のポリシリコン層に不純物を導入しないで形成したとしても、上部電極形成後の工程で、例えば基板11にトランジスタの拡散層を形成する際の熱処理により、不純物は内壁側のポリシリコン層から中心側に拡散される。   At this time, before the filling of the trench 12 is completed, heat treatment is performed to uniformly diffuse the impurities in the deposited polysilicon layer. After that, by embedding the center side of the trench 12 with an undoped polysilicon layer, the impurity concentration is changed in two steps, with the inner wall side of the trench 12 being a diffused polysilicon layer and the center side being an undoped polysilicon layer. Adjust to As described above, even if the polysilicon layer on the center side of the trench 12 is formed without introducing impurities, the impurities are not removed by the heat treatment when forming the diffusion layer of the transistor on the substrate 11 in the process after the formation of the upper electrode. It diffuses from the polysilicon layer on the inner wall side to the center side.

なお、ここでは、トレンチ12の中心側をアンドープのポリシリコン層で埋め込むこととしたが、トレンチ12の中心側のポリシリコン層に、トレンチ12の内壁側のポリシリコン層よりも低濃度となるように不純物が導入されていてもよい。   Here, the center side of the trench 12 is filled with an undoped polysilicon layer. However, the polysilicon layer on the center side of the trench 12 has a lower concentration than the polysilicon layer on the inner wall side of the trench 12. Impurities may be introduced into the.

ここで、第1実施形態で説明したように、一般的に、膜中の不純物が低濃度である方がエッチングレートが低いことから、トレンチ12内の上部電極膜15aのエッチングレートは内壁側から中心側に向かって段階的に低くなるように調整される。   Here, as described in the first embodiment, since the etching rate is generally lower when the impurity concentration in the film is lower, the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 is increased from the inner wall side. It is adjusted so as to decrease stepwise toward the center side.

この後の工程は第1実施形態と同様であり、図2(c)に示すように、エッチングガスとして例えば六フッ化イオウ(SF6)を用いたドライエッチング法により、上記エッチングレートに依存した状態でエッチバックを行い、上部電極膜15a(前記図1(b)参照)をトレンチ下部12aまで除去して、上部電極15を形成する。 The subsequent steps are the same as those in the first embodiment, and depend on the etching rate by a dry etching method using, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) as an etching gas, as shown in FIG. Etchback is performed in this state, and the upper electrode film 15a (see FIG. 1B) is removed to the trench lower portion 12a to form the upper electrode 15.

このような半導体装置の製造方法およびこれにより得られる半導体装置によっても第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第1実施形態では、上部電極膜15aがトレンチ12の内壁側から中心側に向かって徐々に低くなるような連続的な不純物の濃度勾配を有するように調整したが、本実施形態では、トレンチ12を上部電極膜15aで埋め込む際に、成膜工程と不純物吸着工程とを繰り返した後、不純物の拡散工程を行うことで、より確実に内壁側のポリシリコン層に不純物を導入し、上部電極膜15aが段階的な不純物の濃度勾配を有するように調整することが可能である。   The same effects as those of the first embodiment can also be achieved by such a semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device obtained thereby. In the first embodiment, the upper electrode film 15a is adjusted to have a continuous impurity concentration gradient that gradually decreases from the inner wall side to the center side of the trench 12, but in the present embodiment, When the trench 12 is embedded with the upper electrode film 15a, the impurity diffusion process is performed after repeating the film formation process and the impurity adsorption process, thereby more reliably introducing impurities into the polysilicon layer on the inner wall side. The electrode film 15a can be adjusted to have a stepwise impurity concentration gradient.

なお、本実施形態では、トレンチ12内の上部電極膜15aを2段階に不純物濃度が変化するように調整したが、アンドープのポリシリコン層成膜工程、不純物吸着工程、拡散工程の一連の工程を複数回行うことで、より精密な濃度制御を行ってもよい。   In the present embodiment, the upper electrode film 15a in the trench 12 is adjusted so that the impurity concentration changes in two stages. However, a series of processes including an undoped polysilicon layer forming process, an impurity adsorption process, and a diffusion process are performed. More precise concentration control may be performed by performing multiple times.

この場合には、トレンチ12を上部電極膜15aで埋め込む際に、不純物吸着工程におけるポリシリコン層の表面に吸着させる不純物の量を、トレンチ12の内壁側から中心側に向かって層ごとに低減させる。また、不純物吸着工程の後には、各層ごとに熱処理を行うことで、下層のポリシリコン層に不純物を拡散させる。これにより、トレンチ12内の上部電極膜15aの不純物濃度が内壁側から中心側に向かって層ごとに段階的に低くなるように調整され、エッチングレートが内壁側から中心側に向かって層ごとに段階的に低くなるように調整される。この際、トレンチ12内の中心側をアンドープのポリシリコン層で埋め込むことで、中心側のエッチングレートが低くなるように調整してもよい。   In this case, when the trench 12 is filled with the upper electrode film 15a, the amount of impurities adsorbed on the surface of the polysilicon layer in the impurity adsorption step is reduced for each layer from the inner wall side of the trench 12 toward the center side. . In addition, after the impurity adsorption step, each layer is subjected to heat treatment to diffuse the impurities into the underlying polysilicon layer. As a result, the impurity concentration of the upper electrode film 15a in the trench 12 is adjusted so as to decrease step by step from the inner wall side toward the center side, and the etching rate is adjusted from layer to layer from the inner wall side toward the center side. It is adjusted so as to be lowered step by step. At this time, the center side in the trench 12 may be filled with an undoped polysilicon layer so that the etching rate on the center side may be adjusted to be low.

また、ここでは、アンドープのポリシリコン層の成膜工程と、不純物吸着工程と、拡散工程の一連の工程を複数回繰り返すことで、上部電極膜15aが段階的な不純物の濃度勾配を有するように形成したが、成膜工程と、不純物吸着工程とをトレンチ12の内壁側から中心側に向かって吸着させる不純物の量を層ごとに低減させた状態で繰り返すことにより、トレンチ12内を上部電極膜15aで埋め込んだ後、熱処理を行うことで、段階的な不純物の濃度勾配を有するように形成してもよい。   Further, here, the upper electrode film 15a has a stepwise impurity concentration gradient by repeating a series of steps of forming the undoped polysilicon layer, the impurity adsorption step, and the diffusion step a plurality of times. Although formed, the film formation step and the impurity adsorption step are repeated in a state where the amount of impurities to be adsorbed from the inner wall side to the center side of the trench 12 is reduced for each layer, whereby the inside of the trench 12 is formed in the upper electrode film. After the filling with 15a, heat treatment may be performed to form a stepwise impurity concentration gradient.

さらには、上部電極膜15aをポリシリコンからなる単層膜で成膜し、成膜する際のプロセスガス中への不純物の添加量を、経時的に段階的に低減させることで、段階的な不純物の濃度勾配を有するように形成してもよい。   Furthermore, the upper electrode film 15a is formed as a single-layer film made of polysilicon, and the amount of impurities added to the process gas when forming the film is reduced stepwise over time. It may be formed so as to have a concentration gradient of impurities.

また、本実施形態では上部電極膜15aの不純物濃度をトレンチ12の内壁側から中心側に向かって段階的に低くすることで、エッチングレートが段階的に低くなるように調整する例について説明したが、上部電極膜15aの結晶状態を変化させることで、エッチングレートを調整してもよい。   In the present embodiment, the example in which the impurity concentration of the upper electrode film 15a is gradually decreased from the inner wall side to the center side of the trench 12 to adjust the etching rate to be gradually decreased has been described. The etching rate may be adjusted by changing the crystal state of the upper electrode film 15a.

例えば、トレンチ12内における上部電極膜15aの内壁側を覆うように、アモルファスシリコンを成膜し、その後中心側を埋め込むようにポリシリコンを成膜する。一般的に、アモルファスシリコンよりもポリシリコンの方がエッチングレートが低いことから、トレンチ12における上部電極膜15aのエッチングレートを内壁側から中心側に向かって段階的に低くすることができる。この際、成膜時のプロセスガスに一定量の例えばAsからなる不純物を添加して、上部電極膜15aに不純物を導入する。   For example, amorphous silicon is formed so as to cover the inner wall side of the upper electrode film 15a in the trench 12, and then polysilicon is formed so as to fill the center side. In general, since the etching rate of polysilicon is lower than that of amorphous silicon, the etching rate of the upper electrode film 15a in the trench 12 can be lowered stepwise from the inner wall side toward the center side. At this time, a certain amount of impurity such as As is added to the process gas during film formation, and the impurity is introduced into the upper electrode film 15a.

なお、ここでは、成膜時の不純物の添加量を一定としたが、トレンチ12を埋め込むまでの間、経時的に不純物の添加量を低減することで、連続的な不純物の濃度勾配を有するように形成してもよい。この場合には、上部電極膜15a中の結晶状態による差だけでなく、不純物濃度の差によっても上部電極膜15aのエッチングレートを調整することができるため、上部電極膜15aのエッチングレートをより細かく制御することが可能である。   Note that, here, the amount of impurities added during film formation is constant, but a continuous impurity concentration gradient is obtained by reducing the amount of impurities added over time until the trench 12 is buried. You may form in. In this case, since the etching rate of the upper electrode film 15a can be adjusted not only by the difference in crystal state in the upper electrode film 15a but also by the difference in impurity concentration, the etching rate of the upper electrode film 15a can be made finer. It is possible to control.

本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施形態を説明するための製造工程断面図(その1)である。FIG. 6 is a manufacturing process cross-sectional view (No. 1) for describing the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method of the present invention; 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施形態を説明するための製造工程断面図(その2)である。FIG. 6 is a manufacturing process sectional view (No. 2) for describing the first embodiment of the manufacturing method of the semiconductor device of the invention; 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施形態を説明するための製造工程断面図(その3)である。It is manufacturing process sectional drawing (the 3) for demonstrating 1st Embodiment which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 従来の技術における半導体装置の製造方法を説明するための製造工程断面図(その1)である。It is manufacturing process sectional drawing (the 1) for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device in a prior art. 従来の技術における半導体装置の製造方法を説明するための製造工程断面図(その2)である。It is manufacturing process sectional drawing (the 2) for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

11…基板、12…トレンチ、12a…トレンチ下部、12b…トレンチ上部、14…キャパシタ絶縁膜、15…上部電極、15a…上部電極膜、16…側壁絶縁膜、17…引き出し電極   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Board | substrate, 12 ... Trench, 12a ... Trench lower part, 12b ... Trench upper part, 14 ... Capacitor insulating film, 15 ... Upper electrode, 15a ... Upper electrode film, 16 ... Side wall insulating film, 17 ... Extraction electrode

Claims (4)

基板に形成されたトレンチの内壁に、少なくともキャパシタ絶縁膜および上部電極を下層から順に積層してなるトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造方法であって、
トレンチを埋め込むようにキャパシタ絶縁膜上に上部電極膜を成膜するとともに、当該トレンチ内における当該上部電極膜のエッチングレートを内壁側から中心側に向かって低くなるように調整する第1工程と、
前記上部電極膜を前記トレンチの下部領域までエッチング除去して、上部電極を形成する第2工程と、
前記上部電極が形成された前記トレンチの内壁を覆うように、基板上および上部電極上に絶縁膜を成膜した後、基板上および上部電極上の絶縁膜をエッチング除去して、前記トレンチの上部領域の内壁に側壁絶縁膜を形成する第3工程と、
前記側壁絶縁膜が形成された前記トレンチの上部領域を導電性膜で埋め込むことで、前記上部電極に接続された引き出し電極を形成する第4工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including a trench capacitor formed by laminating at least a capacitor insulating film and an upper electrode in order from a lower layer on an inner wall of a trench formed in a substrate,
A first step of forming an upper electrode film on the capacitor insulating film so as to fill the trench, and adjusting an etching rate of the upper electrode film in the trench so as to decrease from the inner wall side toward the center side;
Etching away the upper electrode film to the lower region of the trench to form an upper electrode;
An insulating film is formed on the substrate and the upper electrode so as to cover the inner wall of the trench in which the upper electrode is formed, and then the insulating film on the substrate and the upper electrode is removed by etching to form an upper portion of the trench. A third step of forming a sidewall insulating film on the inner wall of the region;
And a fourth step of forming an extraction electrode connected to the upper electrode by embedding an upper region of the trench in which the side wall insulating film is formed with a conductive film. .
前記第1工程では、前記エッチングレートを前記トレンチの内壁側から中心側に向かって連続的に低くなるように調整する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the first step, the etching rate is adjusted so as to continuously decrease from an inner wall side to a center side of the trench.
前記第1工程では、前記エッチングレートを前記トレンチの内壁側から中心側に向かって段階的に低くなるように調整する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the first step, the etching rate is adjusted so as to decrease stepwise from an inner wall side to a center side of the trench.
基板に形成されたトレンチの内壁に、少なくともキャパシタ絶縁膜および上部電極を下層から順に積層してなるトレンチキャパシタを備えた半導体装置であって、
トレンチ内の上部電極は内壁側から中心側に向かってエッチングレートが低くなるように形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising a trench capacitor formed by laminating at least a capacitor insulating film and an upper electrode in order from the lower layer on the inner wall of a trench formed in a substrate,
The upper electrode in the trench is formed so that the etching rate decreases from the inner wall side toward the center side.
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US11637123B2 (en) 2019-09-13 2023-04-25 Kioxia Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof

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