JP2005142430A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Katsunori Yahashi
勝典 矢橋
Keiichi Takenaka
圭一 竹中
Itsuko Sakai
伊都子 酒井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a semiconductor device having a trench capacitor capable of preventing the occurrence in open failures, even if the trench is made deep. <P>SOLUTION: The trench capacitor is provided on a first trench-side surface 6 and in a region deeper than the first trench-side surface 6 and is provided on a second trench-side surface 7 for communicating with the first trench-side surface 6 and in a region deeper than the second trench side surface 7. The trench capacitor further includes a trench 5, defined by a trench-side surface including a third trench-side surface 8 communicating with the second trench-side surface 7 with the trench 5 of a part defined by the first and second trench-side surfaces 6, 7 tapered in the depth direction, and the first trench-side surface 6 has a relaxed taper than that of the second trench-side surface 7. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、トレンチキャパシタを備えた半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a trench capacitor and a manufacturing method thereof.

図9−図12は、従来のトレンチキャパシタの製造プロセスを示す断面図である。まず、図9に示すように、シリコン基板71上にシリコン酸化膜72、シリコン窒化膜73、シリコン酸化膜74が順次形成される。   9 to 12 are cross-sectional views showing a conventional trench capacitor manufacturing process. First, as shown in FIG. 9, a silicon oxide film 72, a silicon nitride film 73, and a silicon oxide film 74 are sequentially formed on a silicon substrate 71.

次に、図10に示すように、フォトリソグラフィプロセスおよびドライエッチングプロセスを用いて、シリコン酸化膜72、シリコン窒化膜73およびシリコン酸化膜74が加工され、トレンチパターン72−74が形成される。その後、トレンチパターン72−74をマスクにして、RIE(Reactive Ion Etching)プロセスにより、シリコン基板71がエッチングされ、第1のトレンチ側面75および第2のトレンチ側面76で規定されるトレンチ77が形成される。   Next, as shown in FIG. 10, the silicon oxide film 72, the silicon nitride film 73, and the silicon oxide film 74 are processed by using a photolithography process and a dry etching process, thereby forming trench patterns 72-74. Thereafter, with the trench patterns 72-74 as a mask, the silicon substrate 71 is etched by an RIE (Reactive Ion Etching) process, and a trench 77 defined by the first trench side surface 75 and the second trench side surface 76 is formed. The

第1のトレンチ側面75のテーパー角A1は88.9°、第1のトレンチ側面75で規定される部分のトレンチ77の深さは1.3μmである。第2のトレンチ側面76は垂直もしくオーバーハング形状を有する。第2のトレンチ側面76で規定される部分のトレンチ77の深さは、第1のトレンチ側面75で規定される部分のトレンチ77の深さよりも深い。   The taper angle A1 of the first trench side surface 75 is 88.9 °, and the depth of the trench 77 defined by the first trench side surface 75 is 1.3 μm. The second trench side surface 76 has a vertical or overhang shape. The depth of the portion of the trench 77 defined by the second trench side surface 76 is deeper than the depth of the portion of the trench 77 defined by the first trench side surface 75.

以下、第1のトレンチ側面75で規定される部分のトレンチ77を第1のトレンチ、第2のトレンチ側面76で規定される部分のトレンチ77を第2のトレンチという。   Hereinafter, the portion of the trench 77 defined by the first trench side surface 75 is referred to as a first trench, and the portion of the trench 77 defined by the second trench side surface 76 is referred to as a second trench.

次に、図11に示すように、周知の方法によりキャパシタ電極としての不純物拡散領域78が、第2のトレンチの周囲のシリコン基板71内に形成され、その後、シリコン酸化膜74がウエットプロセスにより除去される。次に、トレンチ77の側面表面にキャパシタ絶縁膜79が熱酸化プロセスにより形成され、その後、トレンチ77内が埋め込まれるように第1のアモルファスシリコン膜80が堆積され、続いて、トレンチ77の開口面から下に1.1μm程度までの領域内の第1のアモルファスシリコン膜80およびキャパシタ絶縁膜79がRIEプロセスにより除去される。   Next, as shown in FIG. 11, an impurity diffusion region 78 as a capacitor electrode is formed in the silicon substrate 71 around the second trench by a well-known method, and then the silicon oxide film 74 is removed by a wet process. Is done. Next, a capacitor insulating film 79 is formed on the side surface of the trench 77 by a thermal oxidation process, and then a first amorphous silicon film 80 is deposited so as to fill the trench 77. Subsequently, an opening surface of the trench 77 is formed. The first amorphous silicon film 80 and the capacitor insulating film 79 in the region up to about 1.1 μm are removed by the RIE process.

次に、図12に示すように、第1のアモルファスシリコン膜80およびキャパシタ絶縁膜79が除去された生じたトレンチ77の内面(側面および底面)上にシリコン酸化膜81が堆積され、その後、第1のトレンチの底面上のシリコン酸化膜81がRIEプロセスにより除去され、そして、トレンチ77内が第2のアモルファスシリコン膜82により埋め込まれて、トレンチキャパシタが得られる。   Next, as shown in FIG. 12, a silicon oxide film 81 is deposited on the inner surface (side surface and bottom surface) of the resulting trench 77 from which the first amorphous silicon film 80 and the capacitor insulating film 79 have been removed. The silicon oxide film 81 on the bottom surface of one trench is removed by the RIE process, and the inside of the trench 77 is filled with the second amorphous silicon film 82 to obtain a trench capacitor.

しかしながら、上述した従来のトレンチキャパシタプロセスには以下のような問題がある。半導体素子の微細化に伴い、第1のトレンチの口径が小さくなるため、第2のトレンチの深さを深くすることが困難になる。その結果、必要な電荷量を確保できる程度の深さのトレンチ77を有するトレンチキャパシタの実現が困難になる。   However, the conventional trench capacitor process described above has the following problems. As the semiconductor element is miniaturized, the diameter of the first trench is reduced, so that it is difficult to increase the depth of the second trench. As a result, it becomes difficult to realize a trench capacitor having a trench 77 deep enough to secure a necessary charge amount.

第2のトレンチの深さを深くする方法の一つとして、第1のトレンチのテーパー角A1を大きくすることが考えられる(例えば特許文献1)。テーパー角A1を大きくすると、図13に示すように、第1のトレンチ内の第1のアモルファスシリコン膜80中にボイド83が生じる。そのため、図11の工程後の第1のアモルファスシリコン膜80の表面には、図14に示すように、V字形状の溝84が生じる。   One method for increasing the depth of the second trench is to increase the taper angle A1 of the first trench (for example, Patent Document 1). When the taper angle A1 is increased, as shown in FIG. 13, a void 83 is generated in the first amorphous silicon film 80 in the first trench. Therefore, a V-shaped groove 84 is formed on the surface of the first amorphous silicon film 80 after the step of FIG. 11, as shown in FIG.

このようなV字形状の溝84が生じると、図12の工程で、第1のトレンチ底面上のシリコン酸化膜81がRIEプロセスにより除去されず、V字形状の溝84内にシリコン酸化膜81が残る。その結果、図15に示すように、第1のアモルファスシリコン膜80と第2のアモルファスシリコン膜82との間にシリコン酸化膜81が残存し、オープン不良が生じる。
米国特許4,784,720号明細書
When such a V-shaped groove 84 is generated, the silicon oxide film 81 on the bottom surface of the first trench is not removed by the RIE process in the step of FIG. 12, and the silicon oxide film 81 is formed in the V-shaped groove 84. Remains. As a result, as shown in FIG. 15, the silicon oxide film 81 remains between the first amorphous silicon film 80 and the second amorphous silicon film 82, and an open defect occurs.
U.S. Pat. No. 4,784,720

上述の如く、従来の深いトレンチを有するトレンチキャパシタの製造プロセスでは、テーパー形状の第1のトレンチとその下の垂直もしくはオーバーハング形状の第2のトレンチとの間にシリコン酸化膜が残存し、オープン不良が生じるという問題があった。   As described above, in the conventional manufacturing process of a trench capacitor having a deep trench, a silicon oxide film remains between the tapered first trench and the vertical or overhanging second trench below the first trench. There was a problem that defects occurred.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、トレンチの深さを深くしても、オープン不良の発生を防止できるトレンチキャパシタを備え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。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device including a trench capacitor capable of preventing occurrence of an open defect even if the depth of the trench is increased, and a method for manufacturing the same. Is to provide.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。   Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板内に設けられたトレンチキャパシタとを具備してなる半導体装置であって、前記トレンチキャパシタは、第1のトレンチ側面、該第1のトレンチ側面よりも深い領域に設けられ、かつ、前記第1のトレンチ側面と連通する第2のトレンチ側面、および前記第2のトレンチ側面よりも深い領域に設けられ、かつ、前記第2のトレンチ側面と連通する第3のトレンチ側面を含むトレンチ側面によって規定されるトレンチを含み、前記第1および第2のトレンチ側面によって規定される部分の前記トレンチは深さ方向に先細りとなり、かつ、前記第1のトレンチ側面は前記第2のトレンチ側面よりも緩やかなテーパー角を有することを特徴とする。   In other words, in order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device comprising a semiconductor substrate and a trench capacitor provided in the semiconductor substrate, wherein the trench capacitor comprises: 1 trench side surface, provided in a region deeper than the first trench side surface, and provided in a region deeper than the second trench side surface and the second trench side surface communicating with the first trench side surface. And a trench defined by a trench side including a third trench side communicating with the second trench side, wherein the trench in a portion defined by the first and second trench sides is in the depth direction Further, the first trench side surface has a taper angle that is gentler than that of the second trench side surface.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板を用意する工程と、前記半導体基板内にトレンチキャパシタを形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記トレンチキャパシタを形成する工程は、第1のトレンチ側面、該第1のトレンチ側面よりも深い領域に設けられ、かつ、前記第1のトレンチ側面と連通する第2のトレンチ側面、および前記第2のトレンチ側面よりも深い領域に設けられ、かつ、前記第2のトレンチ側面と連通する第3のトレンチ側面を含むトレンチ側面によって規定されるトレンチを形成する工程を含み、かつ、前記第1および第2のトレンチ側面によって規定される部分の前記トレンチが深さ方向に先細りとなり、かつ、前記第1のトレンチ側面が前記第2のトレンチ側面よりも緩やかなテーパー角を有するように、前記トレンチを形成することを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of preparing a semiconductor substrate; and a step of forming a trench capacitor in the semiconductor substrate, wherein the step of forming the trench capacitor includes , A first trench side surface, a second trench side surface provided in a region deeper than the first trench side surface and communicating with the first trench side surface, and a region deeper than the second trench side surface. Forming a trench defined by a trench side including and having a third trench side in communication with the second trench side and defined by the first and second trench sides A portion of the trench tapers in the depth direction, and the side surface of the first trench is tapered more gently than the side surface of the second trench. So as to have an angle, and forming the trench.

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本発明によれば、トレンチの深さを深くしても、オープン不良の発生を防止できるトレンチキャパシタを備えた半導体装置およびその製造方法を実現できるようになる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the depth of a trench is made deep, the semiconductor device provided with the trench capacitor which can prevent generation | occurrence | production of an open defect, and its manufacturing method can be implement | achieved.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1−図8は、本発明の一実施形態に係るトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造プロセスを示す断面図である。上記トレンチキャパシタは、例えばDRAMのメモリセルを構成するものである。   1 to 8 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device including a trench capacitor according to an embodiment of the present invention. The trench capacitor constitutes, for example, a DRAM memory cell.

まず、図1に示すように、シリコン基板1上にシリコン酸化膜(SiO2 膜)2、シリコン窒化膜(Si3 N4 膜)3、シリコン酸化膜(SiO2 膜)4が順次形成される。シリコン酸化膜2は例えば熱酸化法により形成される。シリコン酸化膜2の膜厚は例えば6nmである。シリコン窒化膜3およびシリコン酸化膜4は例えばCVDプロセスにより形成される。シリコン窒化膜3の膜厚は例えば220nm、シリコン酸化膜4の膜厚は例えば1.4μmである。 First, as shown in FIG. 1, a silicon oxide film (SiO 2 film) 2, a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) 3, and a silicon oxide film (SiO 2 film) 4 are sequentially formed on a silicon substrate 1. . The silicon oxide film 2 is formed by, for example, a thermal oxidation method. The film thickness of the silicon oxide film 2 is, for example, 6 nm. The silicon nitride film 3 and the silicon oxide film 4 are formed by, for example, a CVD process. The film thickness of the silicon nitride film 3 is, for example, 220 nm, and the film thickness of the silicon oxide film 4 is, for example, 1.4 μm.

次に、図2に示すように、フォトリソグラフィプロセスおよびドライエッチングプロセスを用いて、シリコン酸化膜2、シリコン窒化膜3およびシリコン酸化膜4が加工され、トレンチパターン2−4が形成される。このとき、トレンチ形成領域のシリコン基板1の表面が露出される。   Next, as shown in FIG. 2, the silicon oxide film 2, the silicon nitride film 3, and the silicon oxide film 4 are processed using a photolithography process and a dry etching process to form a trench pattern 2-4. At this time, the surface of the silicon substrate 1 in the trench formation region is exposed.

次に、図3に示すように、トレンチパターン2−4をマスクにして、RIEプロセスにより、シリコン基板1がエッチングされ、トレンチ側面のテーパー角が2段階に変化する順テーパー形状を有するトレンチ5が形成される。   Next, as shown in FIG. 3, using the trench pattern 2-4 as a mask, the silicon substrate 1 is etched by an RIE process, and the trench 5 having a forward taper shape in which the taper angle on the side surface of the trench changes in two stages. It is formed.

この段階では、トレンチ5は、第1のトレンチ側面6と第2のトレンチ側面7とで規定される。図3に示すように、第1のトレンチ側面6のテーパー角をA1、第1のトレンチ側面6で規定される部分のトレンチ5の深さをD1、第2のトレンチ側面7のテーパー角をA2(<A1)、第2のトレンチ側面7で規定される部分のトレンチ5の深さをD2と表記する。   At this stage, the trench 5 is defined by the first trench side surface 6 and the second trench side surface 7. As shown in FIG. 3, the taper angle of the first trench side surface 6 is A1, the depth of the trench 5 in the portion defined by the first trench side surface D is D1, and the taper angle of the second trench side surface 7 is A2. (<A1), the depth of the portion of the trench 5 defined by the second trench side surface 7 is denoted as D2.

このようなトレンチ5は、第1のトレンチ側面6を形成する時のエッチング条件と、第2のトレンチ側面7を形成する時のエッチング条件とを変えることで実現できる。   Such a trench 5 can be realized by changing the etching conditions for forming the first trench side surface 6 and the etching conditions for forming the second trench side surface 7.

例えば、第2のトレンチ側面7の形成時の圧力を第1のトレンチ側面6の形成時の圧力よりも高くする、または第2のトレンチ側面7の形成時の総流量を第1のトレンチ側面6の形成時の総流量よりも少なくすることなどがあげられる。また、エッチングガスとして、O(酸素)とF(フッ素)を含む混合ガスを使用した場合、第2のトレンチ側面7の形成時のO/F比を、第1のトレンチ側面6の形成時のO/F比よりも大きくすることがあげられる。   For example, the pressure at the time of forming the second trench side surface 7 is set higher than the pressure at the time of forming the first trench side surface 6, or the total flow rate at the time of forming the second trench side surface 7 is set to the first trench side surface 6. For example, it may be less than the total flow rate at the time of formation. Further, when a mixed gas containing O (oxygen) and F (fluorine) is used as an etching gas, the O / F ratio at the time of forming the second trench side surface 7 is the same as that at the time of forming the first trench side surface 6. Increasing the O / F ratio may be mentioned.

具体的には、エッチングガスがHBr/NF3 /O2 の混合ガスの場合、第1のトレンチ側面6は、125mT、HBr/NF3 /O2 =230/35/12
700Wh/450Wl、27sec.のエッチング条件で形成され、第2のトレンチ側面7は、125mT、HBr/NF3 /O2 =230/35/20、700Wh/450Wl、36sec.のエッチング条件で形成される。
Specifically, when the etching gas is a mixed gas of HBr / NF 3 / O 2 , the first trench side surface 6 has 125 mT, HBr / NF 3 / O 2 = 230/35/12.
700 Wh / 450 Wl, 27 sec. The second trench side surface 7 is formed with the following etching conditions: 125 mT, HBr / NF 3 / O 2 = 230/35/20, 700 Wh / 450 Wl, 36 sec. The etching conditions are as follows.

また、エッチングガスがHBr/SF6 /O2 の混合ガスの場合、第1のトレンチ側面6は、125mT、HBr/SF6 /O2 =230/15/12、700Wh/450Wl、27sec.のエッチング条件で形成され、第2のトレンチ側面7は、125mT、HBr/SF6 /O2 =230/15/20、700Wh/450Wl、36sec.のエッチング条件で形成される。 When the etching gas is a mixed gas of HBr / SF 6 / O 2 , the first trench side surface 6 has 125 mT, HBr / SF 6 / O 2 = 230/15/12, 700 Wh / 450 Wl, 27 sec. The second trench side surface 7 is formed with the following etching conditions: 125 mT, HBr / SF 6 / O 2 = 230/15/20, 700 Wh / 450 Wl, 36 sec. The etching conditions are as follows.

また、エッチングガスが、HBr/Cl2 /O2 の混合ガスの場合、第1のトレンチ側面6は、125mT、HBr/Cl2 /O2 =230/35/3、700Wh/450Wl、27sec.のエッチング条件で形成され、第2のトレンチ側面7は、125mT、HBr/Cl2 /O2 =230/35/5、700Wh/450Wl、36sec.のエッチング条件で形成される。 When the etching gas is a mixed gas of HBr / Cl 2 / O 2 , the first trench side surface 6 has 125 mT, HBr / Cl 2 / O 2 = 230/35/3, 700 Wh / 450 Wl, 27 sec. The second trench side surface 7 is formed under the following etching conditions: 125 mT, HBr / Cl 2 / O 2 = 230/35/5, 700 Wh / 450 Wl, 36 sec. The etching conditions are as follows.

テーパー角A1は89.5°以上、深さD1は0.4μm以上とする。その理由は、第一のトレンチのテーパー角を立て、第二のトレンチのテーパー角を従来通りとしているため第一のトレンチのテーパー角、深さがこの値より小さい値であると第一のトレンチのテーパー角を立てた部分のメリットが小さくトレンチ深さを深くできないためである。   The taper angle A1 is 89.5 ° or more, and the depth D1 is 0.4 μm or more. The reason is that the taper angle of the first trench is raised, and the taper angle of the first trench is the same as the conventional taper angle and the depth of the first trench is smaller than this value. This is because the merit of the portion with the increased taper angle is small and the trench depth cannot be increased.

テーパー角A2は89.2°以下、深さD2は0.5μm以上とする。その理由は、第一のトレンチ部分の埋め込み性悪化起因によるV字を改善するために第二のトレンチにおいて埋め込み性が良好な部分がこの値以上ない場合、V字を改善することができなくなりデバイス上の不良が発生するためである。   The taper angle A2 is 89.2 ° or less, and the depth D2 is 0.5 μm or more. The reason is that the V-shape cannot be improved if there is no portion with good embeddability in the second trench in order to improve the V-shape due to the deterioration of the embedment in the first trench portion. This is because the above defect occurs.

次に、図4に示すように、トレンチパターン2−4をマスクにしてシリコン基板1がさらにエッチングされ、トレンチ5の底(底面)がさらに深くなる。このときのエッチングで形成された第3のトレンチ側面8は垂直もしくはオーバーハング形状を有する。第3のトレンチ側面8で規定される部分のトレンチ5の深さD3は、第1および第2のトレンチ側面6,7で規定される部分のトレンチ5の深さ(D1+D2)よりも深い。   Next, as shown in FIG. 4, the silicon substrate 1 is further etched using the trench pattern 2-4 as a mask, and the bottom (bottom surface) of the trench 5 becomes deeper. The third trench side surface 8 formed by the etching at this time has a vertical or overhang shape. The depth D3 of the portion of the trench 5 defined by the third trench side surface 8 is deeper than the depth (D1 + D2) of the portion of the trench 5 defined by the first and second trench side surfaces 6 and 7.

次に、図5に示すように、周知の方法により、第1のキャパシタ電極としての不純物拡散領域9が、第3のトレンチ側面の周囲のシリコン基板1内に形成される。D1+D2が1.4μmの場合、トレンチ5の開口面から2.0μm下の第3のトレンチ側面8の周辺に不純物拡散領域9が形成される。   Next, as shown in FIG. 5, an impurity diffusion region 9 as a first capacitor electrode is formed in the silicon substrate 1 around the side surface of the third trench by a known method. When D1 + D2 is 1.4 μm, an impurity diffusion region 9 is formed around the third trench side surface 8 that is 2.0 μm below the opening surface of the trench 5.

次に、図5に示すように、シリコン酸化膜4が除去され、その後、トレンチ5の内面表面にキャパシタ絶縁膜10が形成され、続いて、トレンチ5内に第2のキャパシタ電極としてのドーパントを含む第1のアモルファスシリコン膜11が埋め込まれる。   Next, as shown in FIG. 5, the silicon oxide film 4 is removed, and then a capacitor insulating film 10 is formed on the inner surface of the trench 5. Subsequently, a dopant as a second capacitor electrode is added into the trench 5. The first amorphous silicon film 11 is embedded.

このとき、第1のトレンチ側面6で規定される部分のトレンチ5内の第1のアモルファスシリコン膜11内にはシーム12が生じる。シーム12は、第2のトレンチ側面7で規定される部分のトレンチ5内には生じない。その理由は、上記のようにA1,D1,A2,D2が選ばれているからである。   At this time, a seam 12 is generated in the first amorphous silicon film 11 in the trench 5 at a portion defined by the first trench side surface 6. The seam 12 does not occur in the portion of the trench 5 defined by the second trench side surface 7. The reason is that A1, D1, A2, and D2 are selected as described above.

次に、図6および図7に示すように、トレンチ5の開口面から、第1のトレンチ側面6を越えて、第2のトレンチ側面7の途中までまたがる領域内の第1のアモルファスシリコン膜11およびキャパシタ絶縁膜10が除去される。   Next, as shown in FIGS. 6 and 7, the first amorphous silicon film 11 in a region extending from the opening surface of the trench 5 to the middle of the second trench side surface 7 beyond the first trench side surface 6. Then, the capacitor insulating film 10 is removed.

このとき、図6に示すように、第1のトレンチ側面6で規定される部分のトレンチ5内の第1のアモルファスシリコン膜11のエッチング工程中には、第1のアモルファスシリコン膜11の表面には、V字形状の溝13が生じる。   At this time, as shown in FIG. 6, during the etching process of the first amorphous silicon film 11 in the trench 5 in the portion defined by the first trench side surface 6, the surface of the first amorphous silicon film 11 is formed. Produces a V-shaped groove 13.

しかし、第2のトレンチ側面7で規定される部分のトレンチ5内の第1のアモルファスシリコン膜11のエッチング工程中においては、第1のアモルファスシリコン膜11の表面が平坦化され、V字形状の溝13は消滅する。   However, during the etching process of the first amorphous silicon film 11 in the trench 5 at the portion defined by the second trench side surface 7, the surface of the first amorphous silicon film 11 is flattened and has a V-shape. The groove 13 disappears.

次に、図8に示すように、第1のアモルファスシリコン膜11およびキャパシタ絶縁膜10が除去されて生じたトレンチ5の開口部の側面および底面上にシリコン酸化膜等の絶縁膜14が形成され、その後、トレンチ5の開口部の底面上の絶縁膜14がRIEプロセスにより除去され、そして、トレンチ5内の開口部内が絶縁膜14を介してドーパントを含む第2のアモルファスシリコン膜15により埋め込まれる。   Next, as shown in FIG. 8, an insulating film 14 such as a silicon oxide film is formed on the side and bottom surfaces of the opening of the trench 5 generated by removing the first amorphous silicon film 11 and the capacitor insulating film 10. Thereafter, the insulating film 14 on the bottom surface of the opening of the trench 5 is removed by the RIE process, and the opening in the trench 5 is filled with the second amorphous silicon film 15 containing the dopant through the insulating film 14. .

このとき、第1のアモルファスシリコン膜11の表面には、V字形状の溝がないので、第1のアモルファスシリコン膜11と第2のアモルファスシリコン膜152との界面に絶縁膜14は残らない。したがって、オープン不良は生じない。   At this time, since there is no V-shaped groove on the surface of the first amorphous silicon film 11, the insulating film 14 does not remain at the interface between the first amorphous silicon film 11 and the second amorphous silicon film 152. Therefore, no open failure occurs.

以上の工程を経て、第1のトレンチ側面6、第1のトレンチ側面6よりも深い領域に設けられ、かつ、第1のトレンチ側面6と連通する第2のトレンチ側面7および第2のトレンチ側面7よりも深い領域に設けられ、かつ、第2のトレンチ側面7と連通する第3のトレンチ側面8を含むトレンチ側面によって規定されるトレンチ5を含み、第1および第2のトレンチ側面6,7によって規定される部分のトレンチ5が深さ方向に先細りとなり、かつ、第1のトレンチ側面6が第2のトレンチ側面7よりも緩やかなテーパ角を有するトレンチキャパシタが得られる。なお、第1および第2のアモルファスシリコン膜11,15は、周知の後工程の熱処理により、多結晶シリコン膜となる。   Through the above steps, the first trench side face 6 and the second trench side face 7 and the second trench side face provided in a region deeper than the first trench side face 6 and communicating with the first trench side face 6 are provided. 7 and includes a trench 5 defined by a trench side including a third trench side 8 that communicates with the second trench side 7 and is provided in a deeper region than the first trench side 6. As a result, a trench capacitor in which the portion of the trench 5 is tapered in the depth direction and the first trench side surface 6 has a gentler taper angle than the second trench side surface 7 is obtained. The first and second amorphous silicon films 11 and 15 become polycrystalline silicon films by a well-known heat treatment in a later process.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、半導体基板として、シリコン基板を使用した場合について説明したが、SOI基板、歪みシリコン領域を含む基板、シリコンゲルマニウム領域を含む基板などの半導体基板を使用することが可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment. For example, although the case where a silicon substrate is used as the semiconductor substrate has been described in the above embodiment, a semiconductor substrate such as an SOI substrate, a substrate including a strained silicon region, or a substrate including a silicon germanium region can be used. .

さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。   In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の一実施形態に係るトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device provided with the trench capacitor which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に続く同実施形態に係るトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device provided with the trench capacitor which concerns on the same embodiment following the same FIG. 図2に続く同実施形態に係るトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device provided with the trench capacitor based on the same embodiment following FIG. 図3に続く同実施形態に係るトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造プロセスを示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device including the trench capacitor according to the embodiment following FIG. 3. 図4に続く同実施形態に係るトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造プロセスを示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device including the trench capacitor according to the embodiment following FIG. 4. 図5に続く同実施形態に係るトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造プロセスを示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device including the trench capacitor according to the embodiment following FIG. 5. 図6に続く同実施形態に係るトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device provided with the trench capacitor which concerns on the same embodiment following FIG. 図7に続く同実施形態に係るトレンチキャパシタを備えた半導体装置の製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device provided with the trench capacitor based on the same embodiment following FIG. 従来のトレンチキャパシタの製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the conventional trench capacitor. 図9に続く従来のトレンチキャパシタの製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the conventional trench capacitor following FIG. 図10に続く従来のトレンチキャパシタの製造プロセスを示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional trench capacitor manufacturing process following FIG. 10. 図11に続く従来のトレンチキャパシタの製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the conventional trench capacitor following FIG. 従来の他のトレンチキャパシタの製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the other conventional trench capacitor. 図13に続く従来の他のトレンチキャパシタの製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the other conventional trench capacitor following FIG. 図14に続く従来の他のトレンチキャパシタの製造プロセスを示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the other conventional trench capacitor following FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン基板、2…シリコン酸化膜、3…シリコン窒化膜、4…シリコン酸化膜、5…トレンチ、6…第1のトレンチ側面、7…第2のトレンチ側面、8…第3のトレンチ側面、9…不純物拡散領域、10…キャパシタ絶縁膜、11…ドーパントを含む第1のアモルファスシリコン膜(第1の導電膜)、12…シーム、13…V字形状の溝、14…絶縁膜、15…ドーパントを含む第2のアモルファスシリコン膜(第2の導電膜)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Silicon oxide film, 3 ... Silicon nitride film, 4 ... Silicon oxide film, 5 ... Trench, 6 ... 1st trench side surface, 7 ... 2nd trench side surface, 8 ... 3rd trench side surface , 9 ... Impurity diffusion region, 10 ... Capacitor insulating film, 11 ... First amorphous silicon film (first conductive film) containing dopant, 12 ... Seam, 13 ... V-shaped groove, 14 ... Insulating film, 15 ... A second amorphous silicon film (second conductive film) containing a dopant.

Claims (10)

半導体基板と、
前記半導体基板内に設けられたトレンチキャパシタとを具備してなる半導体装置であって、前記トレンチキャパシタは、第1のトレンチ側面、該第1のトレンチ側面よりも深い領域に設けられ、かつ、前記第1のトレンチ側面と連通する第2のトレンチ側面、および前記第2のトレンチ側面よりも深い領域に設けられ、かつ、前記第2のトレンチ側面と連通する第3のトレンチ側面を含むトレンチ側面によって規定されるトレンチを含み、前記第1および第2のトレンチ側面によって規定される部分の前記トレンチは深さ方向に先細りとなり、かつ、前記第1のトレンチ側面は前記第2のトレンチ側面よりも緩やかなテーパー角を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A trench capacitor provided in the semiconductor substrate, wherein the trench capacitor is provided in a first trench side surface, in a region deeper than the first trench side surface, and A second trench side surface that communicates with the first trench side surface, and a trench side surface that is provided in a region deeper than the second trench side surface and includes a third trench side surface that communicates with the second trench side surface. Including a defined trench, wherein the trench defined by the first and second trench side surfaces is tapered in the depth direction, and the first trench side surface is slower than the second trench side surface. A semiconductor device characterized by having a tapered angle.
前記第1のトレンチ側面のテーパー角は89.5°以上、前記第1のトレンチ側面で規定される部分の前記トレンチの深さは0.4μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The taper angle of the first trench side surface is 89.5 ° or more, and the depth of the trench in a portion defined by the first trench side surface is 0.4 μm or more. Semiconductor device. 前記第2のトレンチ側面のテーパー角は89.2°以下、前記第2のトレンチ側面で規定される部分の前記トレンチの深さは0.5μm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The taper angle of the second trench side surface is 89.2 [deg.] Or less, and the depth of the trench at a portion defined by the second trench side surface is 0.5 [mu] m or more. A semiconductor device according to 1. 前記第3のトレンチ側面で規定される部分の前記トレンチの深さは、前記第1および第2のトレンチ側面で規定される部分の前記トレンチの深さよりも深いことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体装置。 The depth of the trench defined by the third trench side surface is deeper than the depth of the trench defined by the first and second trench side surfaces. 4. The semiconductor device according to any one of items 3. 前記第3のトレンチ側面は、垂直もしくはオーバーハング形状を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a side surface of the third trench has a vertical or overhang shape. 6. 前記トレンチの開口面から、前記第1のトレンチ側面を越えて、前記第2のトレンチ側面の途中までまたがるトレンチ側面上に設けられた絶縁膜と、該トレンチ側面で規定される部分の前記トレンチ内を前記絶縁膜を介して埋め込む導電膜とをさらに備えていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の半導体装置。 An insulating film provided on the trench side surface extending from the opening surface of the trench to the middle of the second trench side surface beyond the first trench side surface; and a portion defined in the trench side surface in the trench 6. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a conductive film that is embedded through the insulating film. 半導体基板を用意する工程と、
前記半導体基板内にトレンチキャパシタを形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記トレンチキャパシタを形成する工程は、第1のトレンチ側面、該第1のトレンチ側面よりも深い領域に設けられ、かつ、前記第1のトレンチ側面と連通する第2のトレンチ側面、および前記第2のトレンチ側面よりも深い領域に設けられ、かつ、前記第2のトレンチ側面と連通する第3のトレンチ側面を含むトレンチ側面によって規定されるトレンチを形成する工程を含み、
かつ、前記第1および第2のトレンチ側面によって規定される部分の前記トレンチが深さ方向に先細りとなり、かつ、前記第1のトレンチ側面が前記第2のトレンチ側面よりも緩やかなテーパ角を有するように、前記トレンチを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Preparing a semiconductor substrate; and
Forming a trench capacitor in the semiconductor substrate, comprising the steps of:
The step of forming the trench capacitor includes a first trench side surface, a second trench side surface provided in a region deeper than the first trench side surface and communicating with the first trench side surface, and the second trench side. Forming a trench defined by a trench side surface provided in a region deeper than the trench side surface and including a third trench side surface communicating with the second trench side surface,
In addition, a portion of the trench defined by the first and second trench side surfaces is tapered in the depth direction, and the first trench side surface has a gentler taper angle than the second trench side surface. Thus, the method of manufacturing a semiconductor device, wherein the trench is formed.
前記第1および第2のトレンチ側面を形成する工程は、HBrとNF3 とO2 の混合ガス、HBrとSF6 とO2 の混合ガス、またはHBrとCl2 とO2 の混合ガスを用いて、前記半導体基板の表面をエッチングする工程を有し、かつ、前記第1および第2のトレンチ側面を形成する工程で、エッチング条件を変えることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the first and second trench side surfaces uses a mixed gas of HBr, NF 3 and O 2, a mixed gas of HBr, SF 6 and O 2 , or a mixed gas of HBr, Cl 2 and O 2. The semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of etching a surface of the semiconductor substrate, and the etching condition is changed in the step of forming the first and second trench side surfaces. Production method. 前記第1および第2のトレンチ側面を形成する工程において、前記第2のトレンチ側面の形成時の圧力を前記第1のトレンチ側面の形成時の圧力よりも高くする、前記第2のトレンチ側面7の形成時の総流量を前記第1のトレンチ側面の形成時の総流量よりも少なくする、または前記第2のトレンチ側面の形成時の前記混合ガス中のO/F比を、前記第1のトレンチ側面の形成時のO/F比よりも大きくすることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法 In the step of forming the first and second trench side surfaces, the pressure at the time of forming the second trench side surface is made higher than the pressure at the time of forming the first trench side surface. The total flow rate at the time of forming the first trench side surface is made smaller than the total flow rate at the time of forming the first trench side surface, or the O / F ratio in the mixed gas at the time of forming the second trench side surface is 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the O / F ratio is larger than that at the time of forming the trench side surface. 前記トレンチキャパシタを形成する工程は、
前記トレンチ内を第1の導電膜で埋め込む工程と、
前記トレンチの開口面から、前記第1のトレンチ側面を越えて、前記第2のトレンチ側面の途中までまたがる領域内の前記第1の導電膜を除去する工程と、
前記第1の導電膜を除去して生じた前記トレンチの開口部の側面上に絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の導電膜を除去して生じた前記トレンチの開口部内を前記絶縁膜を介して第2の導電膜で埋め込む工程と
を有することを特徴する請求項7ないし9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the trench capacitor includes:
Filling the trench with a first conductive film;
Removing the first conductive film in a region extending from the opening surface of the trench to the middle of the second trench side surface beyond the first trench side surface;
Forming an insulating film on a side surface of the opening of the trench generated by removing the first conductive film;
10. The method according to claim 7, further comprising: filling the opening of the trench generated by removing the first conductive film with the second conductive film through the insulating film. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
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