JP2006344714A - Semiconductor device - Google Patents

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俊次 久保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of suppressing a charge leak of a capacitor provided at a memory cell, and also, capable of increasing the effective area of the capacitor while suppressing a variations in the capacity value of the capacitor. <P>SOLUTION: A separation trench 40 is formed on an SOI layer 3. A separation insulating film 4 is formed in the separation trench 40. An opening 41 for exposing the inner wall of the separation trench 40 is formed at the separation insulating film 4. The opening 41 reaches an insulating layer 2. A lower electrode (an impurity diffused layer 24) and a dielectric layer 21 of a capacitor 102 are extended to the inner wall of the separation trench 40 exposed to the opening 41. At least a part of an upper electrode 22 is embedded into the opening 41. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置に関するものであり、特に、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)など、キャパシタを有する半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a capacitor such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory).

従来の半導体記憶装置として、MOS(Metal-Oxide Semiconductor)トランジスタと、当該MOSトランジスタのソース/ドレイン領域に接続した不純物拡散層を下部電極とするキャパシタとにより構成されるDRAMセルが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1のDRAMセルにおいては、半導体基板の上面に配置された分離絶縁膜(フィールド絶縁膜)の上部には、半導体基板の側壁部分が露出されるリセス(キャビティ)が形成される。そしてDRAMセルのキャパシタを、リセス内に露出した上記側壁部分にまで延在する立体構造にすることによって、キャパシタの有効面積を増やして容量の増大を図っている。   As a conventional semiconductor memory device, a DRAM cell is known which includes a MOS (Metal-Oxide Semiconductor) transistor and a capacitor having an impurity diffusion layer connected to the source / drain region of the MOS transistor as a lower electrode ( For example, Patent Document 1). In the DRAM cell of Patent Document 1, a recess (cavity) in which a side wall portion of the semiconductor substrate is exposed is formed on an upper portion of the isolation insulating film (field insulating film) disposed on the upper surface of the semiconductor substrate. The capacitor of the DRAM cell has a three-dimensional structure that extends to the side wall portion exposed in the recess, thereby increasing the effective area of the capacitor and increasing the capacitance.

特表2004−527901号公報JP-T-2004-527901

上記のようなDRAMセルにおいて、キャパシタが形成されるリセスを深さは、従来、分離トレンチの深さの半分程度であった。即ち、当該リセスの下に所定の厚さ(50〜200nm程度)の分離絶縁膜を残存させていた。リセスを深くするほどキャパシタの有効面積は大きくできるが、それを深くし過ぎると、分離絶縁膜が薄くなるために当該分離絶縁膜の下(すなわち隣接セルとの間)に寄生MOSトランジスタが形成されてしまい、分離機能が損なわれてしまう。隣接するセル間に寄生MOSトランジスタが形成されると、それを介しての電荷リークが生じDRAMセルの信頼性が低下してしまう。そのため、リセスの深さは制限されており、キャパシタの容量増大にも限界があった。   In the DRAM cell as described above, the depth of the recess in which the capacitor is formed is conventionally about half the depth of the isolation trench. That is, an isolation insulating film having a predetermined thickness (about 50 to 200 nm) is left under the recess. The deeper the recess, the larger the effective area of the capacitor. However, if the depth is increased too much, the isolation insulating film becomes thin, and a parasitic MOS transistor is formed under the isolation insulating film (that is, between adjacent cells). As a result, the separation function is impaired. If a parasitic MOS transistor is formed between adjacent cells, a charge leak occurs through the parasitic MOS transistor, and the reliability of the DRAM cell is lowered. For this reason, the depth of the recess is limited, and there is a limit to the increase in capacitance of the capacitor.

また上記のDRAMセル構造では、キャパシタの容量値がリセスの深さに依存するため、リセス形成時にその深さがばらつくとキャパシタの容量値にばらつきが生じ、DRAMセルの信頼性の低下を招いてしまう。   Further, in the above DRAM cell structure, since the capacitance value of the capacitor depends on the depth of the recess, if the depth varies during the formation of the recess, the capacitance value of the capacitor varies, leading to a decrease in the reliability of the DRAM cell. End up.

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、DRAMセルなどキャパシタを備える半導体装置において、キャパシタの電荷リークを抑制し、且つ、キャパシタの有効面積を増大させると共にその容量値のばらつきを抑制することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In a semiconductor device including a capacitor such as a DRAM cell, the present invention suppresses charge leakage of the capacitor and increases the effective area of the capacitor and its capacitance value. It aims at suppressing the dispersion | variation of.

本発明に係る半導体装置は、支持基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された半導体層と、前記半導体層に形成されたトレンチと、前記半導体層において前記トレンチにより規定される活性領域と、前記トレンチ内に形成された分離絶縁膜と、前記活性領域に形成された不純物拡散層である第1電極、前記不純物拡散層の表面に形成された誘電体層、および前記誘電体層上に形成された第2電極から成るキャパシタとを備える半導体装置であって、前記キャパシタの形成領域において、前記トレンチは、前記絶縁層にまで達し、前記第2電極は、前記トレンチ内に埋め込まれ、前記絶縁層にまで達しているものである。   A semiconductor device according to the present invention is defined by an insulating layer formed on a support substrate, a semiconductor layer formed on the insulating layer, a trench formed in the semiconductor layer, and the trench in the semiconductor layer. An active region, an isolation insulating film formed in the trench, a first electrode that is an impurity diffusion layer formed in the active region, a dielectric layer formed on a surface of the impurity diffusion layer, and the dielectric A capacitor comprising a second electrode formed on the body layer, wherein in the capacitor formation region, the trench reaches the insulating layer, and the second electrode is in the trench. It is buried and reaches the insulating layer.

本発明によれば、分離絶縁膜に形成された開口部が絶縁層にまで達し、キャパシタが絶縁層にまで達するように形成されるので、キャパシタの有効面積が大きくなる。つまり、形成面積を大きくすることなくキャパシタの容量を大きくできる。また、開口部の下では半導体層が除去されているので、当該開口部の下に寄生MOSトランジスタが形成されることはない。従って、キャパシタの電荷リークを防止できる。さらに、キャパシタの面積は半導体層の厚さで決まり、開口部の深さには依存しないので、容量値のばらつきが抑制される。例えば当該キャパシタをDRAMセルに適用することにより、セル形成面積の縮小化、並びに信頼性の向上に寄与できる。   According to the present invention, since the opening formed in the isolation insulating film reaches the insulating layer and the capacitor reaches the insulating layer, the effective area of the capacitor is increased. That is, the capacitance of the capacitor can be increased without increasing the formation area. Further, since the semiconductor layer is removed under the opening, a parasitic MOS transistor is not formed under the opening. Therefore, it is possible to prevent charge leakage of the capacitor. Furthermore, since the area of the capacitor is determined by the thickness of the semiconductor layer and does not depend on the depth of the opening, variation in capacitance value is suppressed. For example, by applying the capacitor to a DRAM cell, it is possible to contribute to reduction of the cell formation area and improvement of reliability.

<実施の形態1>
図1(a)は一般的なDRAMセルの回路図である。DRAMセル100は、データの書き込み、リフレッシュ、読み出し等を行うトランスファゲートであるPチャネル型のMOSトランジスタ101と、データに応じた電荷を蓄積するキャパシタ102とにより構成される。MOSトランジスタ101のゲート端子はワード線WLに接続し、またソース/ドレイン端子の一方はビット線BLに接続し他方はキャパシタ102の片方の端子に接続する。キャパシタ102のもう片方の端子は所定の電源に接続される。
<Embodiment 1>
FIG. 1A is a circuit diagram of a general DRAM cell. The DRAM cell 100 includes a P-channel MOS transistor 101 that is a transfer gate for writing, refreshing, and reading data, and a capacitor 102 that accumulates charges corresponding to data. The gate terminal of the MOS transistor 101 is connected to the word line WL, one of the source / drain terminals is connected to the bit line BL, and the other is connected to one terminal of the capacitor 102. The other terminal of the capacitor 102 is connected to a predetermined power source.

また近年、DRAMセルとして、1ビット当たりに2つのDRAMセル100が使用されるツインセル方式のDRAMセル(以下単に「ツインセル」と称することもある)が注目されている(図1(b))。図1(b)の如く、1つのツインセル200は、ワード線WLを共通にする2つのDRAMセル100により構成される。そしてそれら2つのDRAMセル100は、互いに相補的なデータ信号の読み出しおよび書き込みを行うよう動作する。即ち、ツインセル200が接続する一対のビット線BL0,BL1には、互いに相補的なデータ信号が入出力される。ツインセル200によれば、読み出し信号の振幅を図1(a)の通常のDRAMセル100(以下「シングルセル」と称することもある)の2倍にできると共に、2つのDRAMセル100が相補的な動作を行うことによってノイズがキャンセルされるので、高速動作が可能になる。   In recent years, as a DRAM cell, a twin-cell type DRAM cell (hereinafter sometimes simply referred to as “twin cell”) in which two DRAM cells 100 are used per bit has been attracting attention (FIG. 1B). As shown in FIG. 1B, one twin cell 200 is composed of two DRAM cells 100 sharing a word line WL. The two DRAM cells 100 operate so as to read and write data signals complementary to each other. That is, complementary data signals are input / output to / from the pair of bit lines BL0 and BL1 to which the twin cell 200 is connected. According to the twin cell 200, the amplitude of the read signal can be doubled that of the normal DRAM cell 100 (hereinafter also referred to as “single cell”) in FIG. 1A, and the two DRAM cells 100 are complementary. Since the noise is canceled by performing the operation, high-speed operation becomes possible.

ツインセルを構成する2つのシングルセルとしては汎用のものを用いればよいため、ツインセルのDRAMは、シングルセルのDRAMと同様の製造プロセスで形成可能である。またツインセルのDRAMは、SRAMよりも高い集積度を達成できるため、高いコストパフォーマンスが期待できる。以下に説明する本発明は、シングルセルおよびツインセルのいずれのDRAMにも適応可能であるが、説明の簡単のため、以下の説明では主にシングルセルのDRAMとして説明する。   Since two general cells may be used as the two single cells constituting the twin cell, the twin cell DRAM can be formed by a manufacturing process similar to that of the single cell DRAM. A twin-cell DRAM can achieve a higher degree of integration than an SRAM, and therefore can be expected to have high cost performance. The present invention described below can be applied to both single-cell and twin-cell DRAMs. However, for the sake of simplicity, the following description will be mainly given as a single-cell DRAM.

図2および図3(a),(b)は、実施の形態1に係る半導体記憶装置の構成を示す図である。より具体的には、図2は当該半導体記憶装置が有するDRAMセルアレイの上面図であり、図3(a),(b)は、それぞれ図2のA−A線、B−B線に沿った断面図である。これらの図において同一の要素には同一符号を付している。   2 and FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment. More specifically, FIG. 2 is a top view of a DRAM cell array included in the semiconductor memory device, and FIGS. 3A and 3B are taken along lines AA and BB in FIG. 2, respectively. It is sectional drawing. In these drawings, the same symbols are attached to the same elements.

図3(a)は、ビット線BLの延在方向(図2のA−A線方向)に隣接する2つのDRAMセルの断面を示している。即ち図3(a)には、MOSトランジスタ101とキャパシタ102とから成るDRAMセル100が2つ示されている。また 図3(b)は、ワード線WL(後述するゲート電極12に相当)の延在方向に隣接するDRAMセルの間の素子分離領域の断面を示している。   FIG. 3A shows a cross section of two DRAM cells adjacent in the extending direction of the bit line BL (the AA line direction in FIG. 2). That is, FIG. 3A shows two DRAM cells 100 each composed of a MOS transistor 101 and a capacitor 102. FIG. 3B shows a cross section of an element isolation region between DRAM cells adjacent to each other in the extending direction of a word line WL (corresponding to a gate electrode 12 described later).

なお、ツインセルの場合は、ペアとなるDRAMセル100に対応するワード線に同一の信号を供給する必要があるので、例えば図2のレイアウトであれば、ワード線WL(ゲート電極12)の延在方向に隣接するDRAMセル同士をペアにするとよい。   In the case of a twin cell, since it is necessary to supply the same signal to the word line corresponding to the paired DRAM cell 100, for example, in the layout of FIG. 2, the extension of the word line WL (gate electrode 12) The DRAM cells adjacent in the direction may be paired.

図3(a)の如く、本実施の形態に係るDRAMセル100は、シリコン製の支持基板1、絶縁層2、SOI(Silicon-On-Insulator)層3から成るいわゆるSOI基板に形成される。SOI層3には分離トレンチ40が形成され、分離トレンチ40内には分離絶縁膜4が形成される。この分離トレンチ40(分離絶縁膜4)は、DRAMセル領域以外の周辺回路領域(不図示)にも形成され、各半導体素子が形成される活性領域5を規定している。分離絶縁膜4は例えば高密度プラズマ(HDP:High Density Plasma)酸化膜が用いられる。   As shown in FIG. 3A, the DRAM cell 100 according to the present embodiment is formed on a so-called SOI substrate including a silicon support substrate 1, an insulating layer 2, and an SOI (Silicon-On-Insulator) layer 3. An isolation trench 40 is formed in the SOI layer 3, and an isolation insulating film 4 is formed in the isolation trench 40. This isolation trench 40 (isolation insulating film 4) is also formed in a peripheral circuit region (not shown) other than the DRAM cell region, and defines an active region 5 in which each semiconductor element is formed. For example, a high density plasma (HDP: High Density Plasma) oxide film is used for the isolation insulating film 4.

DRAMセル100のMOSトランジスタ101は、N型のSOI層3上面に形成されたゲート酸化膜11、その上に形成されたポリシリコンのゲート電極12、該ゲート電極12の側面に形成されたサイドウォール13、SOI層3の上面部のゲート電極12両脇に形成されたP型の不純物拡散層であるソース/ドレイン領域14,15により構成される。ソース/ドレイン領域14は、ビット線BLへ接続するコンタクト16(以下「ビット線コンタクト16」)に接続する。図3(a)のように、ビット線コンタクト16は、その両サイドのDRAMセル100により共有されている。必要に応じて、ゲート電極12、ソース/ドレイン領域14,15の上部には、それぞれシリサイド層を形成してもよい。   The MOS transistor 101 of the DRAM cell 100 includes a gate oxide film 11 formed on the upper surface of the N-type SOI layer 3, a polysilicon gate electrode 12 formed thereon, and a sidewall formed on the side surface of the gate electrode 12. 13, source / drain regions 14 and 15 which are P-type impurity diffusion layers formed on both sides of the gate electrode 12 on the upper surface of the SOI layer 3. The source / drain region 14 is connected to a contact 16 (hereinafter referred to as “bit line contact 16”) connected to the bit line BL. As shown in FIG. 3A, the bit line contact 16 is shared by the DRAM cells 100 on both sides. If necessary, silicide layers may be formed on the gate electrode 12 and the source / drain regions 14 and 15, respectively.

一方、DRAMセル100のキャパシタ102は、SOI層3に形成されたP型の不純物拡散層24である下部電極(以下「下部拡散層24」と称す)と、当該下部拡散層24の表面に形成された誘電体層21、および誘電体層21上に形成された上部電極22から構成される。必要に応じて、上部電極22の上部にはシリサイド層を形成してもよい。下部拡散層24は、MOSトランジスタ101のソース/ドレイン領域15に接続している。つまり、下部拡散層24は、図1の回路のキャパシタ102におけるMOSトランジスタ101に接続する側の電極(ストレージノード)として機能している。なお、図示は省略しているが、図3(a)の外側にも同図と同様のDRAMセル100が形成されており、上部電極22はその両サイドのDRAMセル100により共有されている。   On the other hand, the capacitor 102 of the DRAM cell 100 is formed on a lower electrode (hereinafter referred to as “lower diffusion layer 24”) which is a P-type impurity diffusion layer 24 formed in the SOI layer 3 and on the surface of the lower diffusion layer 24. And the upper electrode 22 formed on the dielectric layer 21. If necessary, a silicide layer may be formed on the upper electrode 22. The lower diffusion layer 24 is connected to the source / drain region 15 of the MOS transistor 101. That is, the lower diffusion layer 24 functions as an electrode (storage node) on the side connected to the MOS transistor 101 in the capacitor 102 of the circuit of FIG. Although not shown, a DRAM cell 100 similar to that shown in FIG. 3A is formed on the outside of FIG. 3A, and the upper electrode 22 is shared by the DRAM cells 100 on both sides.

本実施の形態では図3(a),(b)に示すように、分離絶縁膜4における上部電極22の下に開口部41が設けられる。この開口部41は、分離トレンチ40の内壁(活性領域5の側壁)を露出すると共に、SOI層3を貫通してその下の絶縁層2にまで達している。なお、図3(a)の断面においては、分離トレンチ40の全体が開口部41に相当するため、分離絶縁膜4は完全に除去されている。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, an opening 41 is provided below the upper electrode 22 in the isolation insulating film 4. The opening 41 exposes the inner wall of the isolation trench 40 (side wall of the active region 5) and penetrates the SOI layer 3 to reach the insulating layer 2 therebelow. In the cross section of FIG. 3A, the entire isolation trench 40 corresponds to the opening 41, so that the isolation insulating film 4 is completely removed.

各DRAMセル100において、キャパシタ102の誘電体層21および下部拡散層24は、SOI層3の上面から分離トレンチ40の内壁(開口部41の内壁)にかけて延在し、上部電極22の一部は開口部41内に埋め込まれる。この構成により、SOI層3の上面と共に分離トレンチ40の側壁もキャパシタ102の有効面積として寄与するようになり、その容量値は増加する。   In each DRAM cell 100, the dielectric layer 21 and the lower diffusion layer 24 of the capacitor 102 extend from the upper surface of the SOI layer 3 to the inner wall of the isolation trench 40 (the inner wall of the opening 41), and a part of the upper electrode 22 is formed. It is embedded in the opening 41. With this configuration, the sidewall of the isolation trench 40 together with the upper surface of the SOI layer 3 also contributes as the effective area of the capacitor 102, and the capacitance value increases.

また開口部41は、図3(b)のようにゲート電極12の延在方向に隣接するDRAMセル100の間においても上部電極22の下に形成され、分離トレンチ40の内壁(図3(b)では不図示、図2において符号50で示す)を露出している。また図3(a)に示した下部拡散層24および誘電体層21は当該内壁50側にも形成される。従って、キャパシタ102の有効面積に内壁50も寄与することとなり、キャパシタ102の容量はさらに増加する。   Further, as shown in FIG. 3B, the opening 41 is also formed below the upper electrode 22 between the DRAM cells 100 adjacent to each other in the extending direction of the gate electrode 12, and the inner wall of the isolation trench 40 (FIG. 3B). (Not shown in FIG. 2 and indicated by reference numeral 50 in FIG. 2). The lower diffusion layer 24 and the dielectric layer 21 shown in FIG. 3A are also formed on the inner wall 50 side. Therefore, the inner wall 50 also contributes to the effective area of the capacitor 102, and the capacitance of the capacitor 102 further increases.

特に本実施の形態では、開口部41はSOI層3の下の絶縁層2にまで達しているので、図3(a)のように、誘電体層21、下部拡散層24および上部電極22(即ちキャパシタ102)を、絶縁層2にまで達するように形成でき、キャパシタ102の有効面積を大きくすることができる。つまり、形成面積を大きくすることなく、キャパシタ102の容量を大きくできるため、結果としてDRAMセルの縮小化に寄与できる。   In particular, in the present embodiment, the opening 41 reaches the insulating layer 2 below the SOI layer 3, and therefore, as shown in FIG. 3A, the dielectric layer 21, the lower diffusion layer 24, and the upper electrode 22 ( That is, the capacitor 102) can be formed to reach the insulating layer 2, and the effective area of the capacitor 102 can be increased. That is, the capacitance of the capacitor 102 can be increased without increasing the formation area, and as a result, it can contribute to the reduction of the DRAM cell.

また上部電極22の底が絶縁層2に達していることにより、当該上部電極22の下(即ち上部電極22を挟んで隣接するセル間)に寄生MOSトランジスタが形成されることはない。従って、隣接セル間での電荷リークを防止でき、セル間の良好な分離特性を得ることができ、DRAMセル100の信頼性が向上される。   Further, since the bottom of the upper electrode 22 reaches the insulating layer 2, no parasitic MOS transistor is formed below the upper electrode 22 (that is, between adjacent cells across the upper electrode 22). Therefore, charge leakage between adjacent cells can be prevented, good separation characteristics between cells can be obtained, and the reliability of the DRAM cell 100 is improved.

開口部41はSOI層3を貫通しているため、当該開口部41内に露出する分離トレンチ40の内壁(即ち活性領域5の側面)の面積はSOI層3の厚さで決まり、開口部41の深さには依存しない。従って、SOI層3の厚さが均一であれば、キャパシタ102の有効面積はほぼ一定になり、その容量値のばらつきが抑制される。   Since the opening 41 penetrates the SOI layer 3, the area of the inner wall (that is, the side surface of the active region 5) of the isolation trench 40 exposed in the opening 41 is determined by the thickness of the SOI layer 3. It does not depend on the depth. Therefore, when the thickness of the SOI layer 3 is uniform, the effective area of the capacitor 102 is substantially constant, and variation in the capacitance value is suppressed.

このように本実施の形態によれば、形成面積を抑えつつ、大容量且つ安定した容量値を有するDRAMを得ることができる。先に述べたように、本発明はツインセル方式のDRAMに対しても適用可能である。ツインセル方式のDRAMは、1ビットあたり2個のシングルセルが必要であるため比較的大きな形成面積を要するが、本発明の適用により形成面積の増大が抑制できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain a DRAM having a large capacity and a stable capacitance value while suppressing a formation area. As described above, the present invention can also be applied to a twin-cell DRAM. A twin-cell DRAM requires two single cells per bit and requires a relatively large formation area. However, application of the present invention can suppress an increase in formation area.

次に、本実施の形態に係る半導記憶体装置の製造方法について説明する。図4〜図12は、当該製造方法を説明するための工程図である。各図(a)は、図3(a)に示した断面に対応し、各図(b)は図3(b)に示した断面に対応する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described. 4 to 12 are process diagrams for explaining the manufacturing method. Each figure (a) corresponds to the cross section shown in FIG. 3 (a), and each figure (b) corresponds to the cross section shown in FIG. 3 (b).

まず、支持基板1、絶縁層2およびSOI層3から成るSOI基板を用意し、SOI層3上にシリコン酸化膜51、シリコン窒化膜52を順次形成する。さらにその上に、分離トレンチ40のパターンに開口されたレジストパターン53を形成する(図4(a),(b))。そしてレジストパターン53をマスクにしてシリコン窒化膜52、シリコン酸化膜51並びにSOI層3をエッチングして、絶縁層2にまで達する分離トレンチ40を形成する(図5(a),(b))。つまり、このとき形成する分離トレンチ40の深さは、SOI層3の厚さ以上である(例えば200nm〜400nm程度)。   First, an SOI substrate including a support substrate 1, an insulating layer 2, and an SOI layer 3 is prepared, and a silicon oxide film 51 and a silicon nitride film 52 are sequentially formed on the SOI layer 3. Further thereon, a resist pattern 53 opened in the pattern of the isolation trench 40 is formed (FIGS. 4A and 4B). Then, the silicon nitride film 52, the silicon oxide film 51, and the SOI layer 3 are etched using the resist pattern 53 as a mask to form an isolation trench 40 that reaches the insulating layer 2 (FIGS. 5A and 5B). That is, the depth of the isolation trench 40 formed at this time is not less than the thickness of the SOI layer 3 (for example, about 200 nm to 400 nm).

その後、分離トレンチ40の内壁を酸化して20nm程度のシリコン酸化膜を形成した後に、HDP酸化膜を全面に堆積して分離トレンチ40を埋め、CMPにより余剰なHDP酸化膜を除去することで分離トレンチ40内に分離絶縁膜4を形成する(図6(a),(b))。その後、ウェットエッチングによりシリコン窒化膜52、シリコン酸化膜51も除去する。   Thereafter, the inner wall of the isolation trench 40 is oxidized to form a silicon oxide film having a thickness of about 20 nm, and then an HDP oxide film is deposited on the entire surface to fill the isolation trench 40, and the excess HDP oxide film is removed by CMP. An isolation insulating film 4 is formed in the trench 40 (FIGS. 6A and 6B). Thereafter, the silicon nitride film 52 and the silicon oxide film 51 are also removed by wet etching.

次いで、開口部41のパターンに開口されたレジストパターン54を形成する。そして当該レジストパターン54をマスクにする異方性ドライエッチングにより、分離絶縁膜4を選択的に除去することで、絶縁層2にまで達する開口部41を形成する(図7(a),(b))。なお、図7(a)の断面ではレジストパターン54の開口の幅が分離トレンチ40の幅よりも広いが、このエッチング工程では、分離絶縁膜4とSOI層3との間での高い選択性が得られるエッチング手法を用いることにより、分離絶縁膜4のみが選択的に除去され、SOI層3の上面は殆ど除去されないようにしている。   Next, a resist pattern 54 opened in the pattern of the opening 41 is formed. Then, by selectively removing the isolation insulating film 4 by anisotropic dry etching using the resist pattern 54 as a mask, an opening 41 reaching the insulating layer 2 is formed (FIGS. 7A and 7B). )). Although the width of the opening of the resist pattern 54 is wider than the width of the isolation trench 40 in the cross section of FIG. 7A, this etching process has high selectivity between the isolation insulating film 4 and the SOI layer 3. By using the obtained etching technique, only the isolation insulating film 4 is selectively removed, and the upper surface of the SOI layer 3 is hardly removed.

続いて上記のレジストパターン54をマスクにして硼素イオン等のP型イオンを注入することで、下部拡散層24を形成する(図8(a),(b))。このときP型イオンが開口部41に露出した分離トレンチ40の内壁部分にも注入されるようにする。   Subsequently, P-type ions such as boron ions are implanted using the resist pattern 54 as a mask to form the lower diffusion layer 24 (FIGS. 8A and 8B). At this time, P-type ions are also implanted into the inner wall portion of the isolation trench 40 exposed at the opening 41.

レジストパターン54を除去した後、開口部41内を含むSOI層3の表面を酸化して2nm程度のシリコン酸化膜55を形成し、さらに全面に100nm〜200nm程度のポリシリコン膜56を形成する(図9(a),(b))。次いでポリシリコン膜56上に電極パターンのレジストパターン57を形成し(図10(a),(b))、それをマスクにするドライエッチングによりシリコン酸化膜55およびポリシリコン膜56をパターニングする。それにより、ゲート酸化膜11およびゲート電極12、並びに、誘電体層21および上部電極22が形成される(図11(a),(b))。   After removing the resist pattern 54, the surface of the SOI layer 3 including the inside of the opening 41 is oxidized to form a silicon oxide film 55 of about 2 nm, and a polysilicon film 56 of about 100 nm to 200 nm is further formed on the entire surface ( FIG. 9 (a), (b)). Next, a resist pattern 57 of an electrode pattern is formed on the polysilicon film 56 (FIGS. 10A and 10B), and the silicon oxide film 55 and the polysilicon film 56 are patterned by dry etching using the resist pattern 57 as a mask. Thereby, the gate oxide film 11 and the gate electrode 12, and the dielectric layer 21 and the upper electrode 22 are formed (FIGS. 11A and 11B).

そして、イオン注入によりゲート電極12の両脇にLDD(Lightly Doped Drain)層を形成し、全面にシリコン窒化膜を堆積してエッチバックすることでゲート電極12および上部電極22の側面にそれぞれサイドウォール13,23を形成した後、さらにイオン注入を行いソース/ドレイン領域14,15形成する(図12(a),(b))。それにより、MOSトランジスタ101およびキャパシタ102から成るDRAMセル100が形成される。このとき必要に応じて、ゲート電極12、ソース/ドレイン領域14,15、上部電極22の上面にシリサイド層を形成してもよい。   Then, an LDD (Lightly Doped Drain) layer is formed on both sides of the gate electrode 12 by ion implantation, and a silicon nitride film is deposited on the entire surface and etched back to form sidewalls on the side surfaces of the gate electrode 12 and the upper electrode 22, respectively. After forming 13 and 23, further ion implantation is performed to form source / drain regions 14 and 15 (FIGS. 12A and 12B). Thereby, DRAM cell 100 including MOS transistor 101 and capacitor 102 is formed. At this time, a silicide layer may be formed on the upper surfaces of the gate electrode 12, the source / drain regions 14, 15 and the upper electrode 22 as necessary.

その後は常法により、シリコン酸化膜を堆積して層間絶縁膜6を形成し、その中にビット線コンタクト16を形成し、当該層間絶縁膜6の上にビット線BLを配設する。またこのとき同時に、ゲート電極12をメタルのワード線WLに接続するためのワード線コンタクトや、上部電極22上に接続するコンタクト(セルプレートコンタクト)等も形成する。以上の工程により、図3(a),(b)に示した半導体記憶装置が形成される。   Thereafter, a silicon oxide film is deposited by an ordinary method to form an interlayer insulating film 6, a bit line contact 16 is formed therein, and a bit line BL is disposed on the interlayer insulating film 6. At the same time, a word line contact for connecting the gate electrode 12 to the metal word line WL, a contact (cell plate contact) for connecting the upper electrode 22 and the like are also formed. Through the above steps, the semiconductor memory device shown in FIGS. 3A and 3B is formed.

<実施の形態2>
図13(a),(b)は、実施の形態2に係る半導体記憶装置の構成を示す図であり、それぞれ図2に示したDRAMセルアレイのA−A線、B−B線に沿った断面に対応している。また図13(a),(b)においては、図3(a),(b)と同様の機能を有するの要素には同一符号を付してあるので、それらの詳細な説明は省略する。
<Embodiment 2>
13A and 13B are diagrams showing the configuration of the semiconductor memory device according to the second embodiment, and are cross sections taken along lines AA and BB of the DRAM cell array shown in FIG. 2, respectively. It corresponds to. In FIGS. 13A and 13B, elements having the same functions as those in FIGS. 3A and 3B are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

実施の形態2に係る半導体記憶装置では、図13(a),(b)の如く、開口部41はSOI層3を貫通し、絶縁層2の内部まで入り込んでいる。当該開口部41は図13(a)の断面において、絶縁層2の内部で横方向に幅が広くなっており、SOI層3の底面の一部(図13(a)において符号58で示す)を露出している。そして、下部拡散層24および誘電体層21は、当該底面58にも延在するように形成されている。   In the semiconductor memory device according to the second embodiment, as shown in FIGS. 13A and 13B, the opening 41 penetrates the SOI layer 3 and penetrates into the insulating layer 2. The opening 41 is wide in the lateral direction inside the insulating layer 2 in the cross section of FIG. 13A, and part of the bottom surface of the SOI layer 3 (indicated by reference numeral 58 in FIG. 13A). Is exposed. The lower diffusion layer 24 and the dielectric layer 21 are formed so as to extend also to the bottom surface 58.

本実施の形態によれば、開口部41がSOI層3の底面58を露出するように絶縁層2内に入り込んでおり、誘電体層21、下部拡散層24および上部電極22(即ちキャパシタ102)が底面58にまで延在するため、底面58もキャパシタ102の有効面積に寄与することとなり、実施の形態1よりもさらにキャパシタ102の容量が増大するという効果が得られる。従って、DRAMセル100の形成面積をさらに縮小することができるようになる。   According to the present embodiment, the opening 41 enters the insulating layer 2 so as to expose the bottom surface 58 of the SOI layer 3, and the dielectric layer 21, the lower diffusion layer 24, and the upper electrode 22 (that is, the capacitor 102). Therefore, the bottom surface 58 also contributes to the effective area of the capacitor 102, so that the capacitance of the capacitor 102 can be further increased as compared with the first embodiment. Therefore, the formation area of the DRAM cell 100 can be further reduced.

また、上部電極22の底が絶縁層2の内に入り込んでいるので、当該上部電極22の下(隣接するセルとの間)に寄生MOSトランジスタが形成されることはない。よって実施の形態1と同様に、隣接セル間での電荷リークを防止でき、セル間の良好な分離特性を得ることができる。さらに実施の形態1と同様に、キャパシタ102の有効面積は開口部41の深さには依存しないので、容量値のばらつきが抑制される。従って、DRAMセル100の信頼性が向上される。   Further, since the bottom of the upper electrode 22 enters the insulating layer 2, no parasitic MOS transistor is formed under the upper electrode 22 (between adjacent cells). Therefore, as in the first embodiment, charge leakage between adjacent cells can be prevented, and good separation characteristics between cells can be obtained. Further, as in the first embodiment, the effective area of the capacitor 102 does not depend on the depth of the opening 41, so that variation in capacitance value is suppressed. Therefore, the reliability of the DRAM cell 100 is improved.

なお、図13(a),(b)の例では、開口部41は絶縁層2をも貫通して支持基板1にまで達している。そのため、開口部41に埋め込まれる上部電極22もまた支持基板1に達する。上部電極22がシリコンの支持基板1に電気的に接続してしまうと、支持基板1を通してのリーク電流などの不具合が懸念されるが、支持基板1における上部電極22との境界部分に酸化膜61が形成されているため、両者は電気的に分離されている。但し、本実施の形態において開口部41は必ずしも支持基板1にまで達する必要はなく、当然その場合は酸化膜61は無くてもよい。   In the example of FIGS. 13A and 13B, the opening 41 penetrates through the insulating layer 2 and reaches the support substrate 1. Therefore, the upper electrode 22 embedded in the opening 41 also reaches the support substrate 1. If the upper electrode 22 is electrically connected to the silicon support substrate 1, there is a concern about problems such as leakage current through the support substrate 1, but the oxide film 61 is formed at the boundary portion of the support substrate 1 with the upper electrode 22. Since these are formed, both are electrically separated. However, in the present embodiment, the opening 41 does not necessarily reach the support substrate 1, and in that case, the oxide film 61 may be omitted.

本実施の形態に係る半導記憶体装置の製造方法について説明する。図14〜図19は、当該製造方法を説明するための工程図である。これらにおいて、各図(a)は図13(a)に示した断面に対応し、各図(b)は図13(b)に示した断面に対応する。   A method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described. 14 to 19 are process diagrams for explaining the manufacturing method. In these figures, each figure (a) corresponds to the cross section shown in FIG. 13 (a), and each figure (b) corresponds to the cross section shown in FIG. 13 (b).

まず、実施の形態1と同様にして、SOI層3に絶縁層2にまで達する分離トレンチ40を形成し、その中に分離絶縁膜4を形成する(図6(a),(b))。そして開口部41のパターンに開口されたレジストパターン54を形成し、当該レジストパターン54をマスクにする異方性ドライエッチングにより、分離絶縁膜4に、絶縁層2にまで達する開口部41を形成する(図7(a),(b))。   First, in the same manner as in the first embodiment, the isolation trench 40 reaching the insulating layer 2 is formed in the SOI layer 3, and the isolation insulating film 4 is formed therein (FIGS. 6A and 6B). Then, a resist pattern 54 opened in the pattern of the opening 41 is formed, and the opening 41 reaching the insulating layer 2 is formed in the isolation insulating film 4 by anisotropic dry etching using the resist pattern 54 as a mask. (FIGS. 7A and 7B).

本実施の形態では、その後さらに絶縁層2をエッチングして、開口部41をさらに深くする。但しこの工程では、SOI層3に対して分離絶縁膜4のみを選択的に除去できる等方性ウェットエッチングを用いる。従って、当該エッチング工程では、開口部41に露出したSOI層3の側面(活性領域5の側面)はエッチングされず、且つ、開口部41は底が掘り下げられるだけでなく横方向にも広がる。その結果、図14(a)のようにSOI層3が開口部41内にオーバーハングするようになる。即ち、開口部41内に絶縁層2の底面58が露出するようになる。またこの例では、開口部41の底には支持基板1の上面が露出してしまう。   In the present embodiment, the insulating layer 2 is further etched thereafter to further deepen the opening 41. However, in this step, isotropic wet etching that can selectively remove only the isolation insulating film 4 from the SOI layer 3 is used. Therefore, in the etching process, the side surface (side surface of the active region 5) of the SOI layer 3 exposed to the opening 41 is not etched, and the opening 41 not only digs down at the bottom but also spreads in the lateral direction. As a result, the SOI layer 3 overhangs in the opening 41 as shown in FIG. That is, the bottom surface 58 of the insulating layer 2 is exposed in the opening 41. In this example, the upper surface of the support substrate 1 is exposed at the bottom of the opening 41.

続いて上記のレジストパターン54をマスクにして硼素イオン等のP型イオンを注入することで、下部拡散層24を形成する(図15(a),(b))。このとき、下部拡散層24が開口部41に露出した分離トレンチ40の内壁部分だけでなく底面58にまで延在するように深く形成する。   Subsequently, the lower diffusion layer 24 is formed by implanting P-type ions such as boron ions using the resist pattern 54 as a mask (FIGS. 15A and 15B). At this time, the lower diffusion layer 24 is formed deep so as to extend not only to the inner wall portion of the isolation trench 40 exposed to the opening 41 but also to the bottom surface 58.

レジストパターン54を除去した後、底面58を含むSOI層3の表面を酸化してシリコン酸化膜55を形成する。このとき、開口部41の底に露出した支持基板1の表面も酸化し、酸化膜61が形成される。その後、開口部41内を含む全面にポリシリコン膜56を形成する(図16(a),(b))。このとき、開口部41内にはSOI層3がオーバーハングしているため、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法などカバレッジ性に優れた手法を用いることにより、ポリシリコン膜56内の底面58近傍におけるボイドの発生を防ぐことが望ましい。   After removing the resist pattern 54, the surface of the SOI layer 3 including the bottom surface 58 is oxidized to form a silicon oxide film 55. At this time, the surface of the support substrate 1 exposed at the bottom of the opening 41 is also oxidized, and an oxide film 61 is formed. Thereafter, a polysilicon film 56 is formed on the entire surface including the inside of the opening 41 (FIGS. 16A and 16B). At this time, since the SOI layer 3 is overhanging in the opening 41, for example, by using a technique having excellent coverage such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, the area near the bottom surface 58 in the polysilicon film 56 is used. It is desirable to prevent the generation of voids.

そして電極パターンのレジストパターン57を形成し(図17(a),(b))、それをマスクにするドライエッチングにより、シリコン酸化膜55およびポリシリコン膜56をパターニングして、ゲート酸化膜11およびゲート電極12、並びに、誘電体層21および上部電極22を形成する(図18(a),(b))。   Then, a resist pattern 57 of an electrode pattern is formed (FIGS. 17A and 17B), and the silicon oxide film 55 and the polysilicon film 56 are patterned by dry etching using the resist pattern 57 as a mask, and the gate oxide film 11 and The gate electrode 12, and the dielectric layer 21 and the upper electrode 22 are formed (FIGS. 18A and 18B).

その後は、実施の形態1と同様に、サイドウォール13,23およびソース/ドレイン領域14,15形成することで、MOSトランジスタ101およびキャパシタ102から成るDRAMセル100が形成される(図19(a),(b))。そして、層間絶縁膜6、ビット線コンタクト16、ビット線BL等を形成することにより、図13(a),(b)に示した本実施の形態に係る半導体記憶装置が形成される。   Thereafter, as in the first embodiment, sidewalls 13 and 23 and source / drain regions 14 and 15 are formed, thereby forming DRAM cell 100 including MOS transistor 101 and capacitor 102 (FIG. 19A). , (B)). Then, by forming the interlayer insulating film 6, the bit line contact 16, the bit line BL, etc., the semiconductor memory device according to the present embodiment shown in FIGS. 13A and 13B is formed.

<実施の形態3>
図20(a),(b)は、実施の形態3に係る半導体記憶装置の構成を示す図であり、それぞれ図2のA−A線、B−B線に沿った断面に対応している。また、図20(a),(b)においても、図3(a),(b)と同様の機能を有するの要素には同一符号を付してあるので、それらの詳細な説明は省略する。
<Embodiment 3>
20A and 20B are diagrams showing a configuration of the semiconductor memory device according to the third embodiment, and correspond to cross sections taken along the lines AA and BB in FIG. 2, respectively. . 20 (a) and 20 (b), elements having the same functions as those in FIGS. 3 (a) and 3 (b) are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. .

図20(a),(b)の如く、実施の形態3に係る半導体記憶装置では、実施の形態1と同様に開口部41はSOI層3を貫通し、絶縁層2に達している。但し図20(b)の如く、開口部41が形成された領域以外では分離絶縁膜4は絶縁層2にまで達しておらず、分離絶縁膜4と絶縁層2との間にSOI層3が残存している。即ち、本実施の形態では、ワード線WL(ゲート電極12)の延在方向に隣接するセル同士の間の分離絶縁膜4は、いわゆる「部分分離(PTI:Partial Trench Isolation)」となっている。   As shown in FIGS. 20A and 20B, in the semiconductor memory device according to the third embodiment, the opening 41 penetrates the SOI layer 3 and reaches the insulating layer 2 as in the first embodiment. However, as shown in FIG. 20B, the isolation insulating film 4 does not reach the insulating layer 2 except in the region where the opening 41 is formed, and the SOI layer 3 is not between the isolation insulating film 4 and the insulating layer 2. Remains. That is, in the present embodiment, the isolation insulating film 4 between cells adjacent in the extending direction of the word line WL (gate electrode 12) is a so-called “partial isolation (PTI: Partial Trench Isolation)”. .

本実施の形態によれば、隣接するセル間の分離絶縁膜4が部分分離であるため、分離絶縁膜4の下に残存するSOI層3を介してセルの電位(ボディ電位)を設定することが可能になる。そのため、セルレイアウトの自由度が増し、デバイスの電気的特性をより良好にすることができるようになる。   According to the present embodiment, since the isolation insulating film 4 between adjacent cells is partial isolation, the cell potential (body potential) is set via the SOI layer 3 remaining under the isolation insulating film 4. Is possible. Therefore, the degree of freedom of cell layout is increased, and the electrical characteristics of the device can be improved.

また本実施の形態においても、キャパシタ102が形成される開口部41がSOI層3の下の絶縁層2にまで達しているので、実施の形態1と同様の効果が得られる。即ち、キャパシタ102の形成面積を大きくせずに容量を増加できるため、DRAMセルの縮小化に寄与できる。また上部電極22の下に寄生MOSトランジスタが形成されることが無く、電荷リークを防止できる。さらにキャパシタ102の有効面積が開口部41の深さに依存しないため、容量値のばらつきが抑制される。   Also in the present embodiment, since the opening 41 where the capacitor 102 is formed reaches the insulating layer 2 below the SOI layer 3, the same effect as in the first embodiment can be obtained. That is, since the capacitance can be increased without increasing the formation area of the capacitor 102, it can contribute to the reduction of the DRAM cell. Further, no parasitic MOS transistor is formed under the upper electrode 22, and charge leakage can be prevented. Furthermore, since the effective area of the capacitor 102 does not depend on the depth of the opening 41, variation in capacitance value is suppressed.

つまり本実施の形態によれば、実施の形態1と同様の効果に加え、さらに電気的特性に優れたDRAMセルを得ることができるという効果が得られる。   That is, according to the present embodiment, in addition to the same effect as that of the first embodiment, an effect that a DRAM cell having further excellent electrical characteristics can be obtained.

なお本実施の形態では、図20(b)のように上部電極22が分離絶縁膜4の下のSOI層3に接する構造となるが、SOI層3における上部電極22との境界部分には誘電体層21が延在するため、両者は電気的に分離される。また開口部41は、絶縁層2にまで達しているため、いわゆる「完全分離(FTI:Full Trench Isolation)」として機能している。即ち、本実施の形態に係るDRAMセルは、分離トレンチ40が部分分離となる領域と完全分離となる領域との両方を備える「ハイブリッドトレンチ分離(HTI:Hybrid trench isolation)構造」を有している。   In the present embodiment, the upper electrode 22 is in contact with the SOI layer 3 below the isolation insulating film 4 as shown in FIG. 20B. However, a dielectric portion is formed at the boundary between the SOI layer 3 and the upper electrode 22. Since the body layer 21 extends, both are electrically separated. Further, since the opening 41 reaches the insulating layer 2, it functions as a so-called “Full Trench Isolation (FTI)”. That is, the DRAM cell according to the present embodiment has a “hybrid trench isolation (HTI) structure” in which the isolation trench 40 includes both a partial isolation region and a complete isolation region. .

本実施の形態に係る半導記憶体装置の製造方法について説明する。図21〜図30は、当該製造方法を説明するための工程図である。これらにおいて、各図(a)は図20(a)に示した断面に対応し、各図(b)は図20(b)に示した断面に対応する。   A method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described. 21 to 30 are process diagrams for explaining the manufacturing method. In these figures, each figure (a) corresponds to the cross section shown in FIG. 20 (a), and each figure (b) corresponds to the cross section shown in FIG. 20 (b).

まず、実施の形態1と同様にSOI層3上にシリコン酸化膜51、シリコン窒化膜52を順次形成し、その上に分離トレンチ40のパターンに開口されたレジストパターン53を形成する(図4(a),(b))。そしてレジストパターン53をマスクにしてシリコン窒化膜52、シリコン酸化膜51並びにSOI層3をエッチングすることで分離トレンチ40を形成する。但しこの工程では、分離トレンチ40が絶縁層2に達する前にエッチングを停止させ、図21(a),(b)のように分離トレンチ40の底部にSOI層3を残存させる。つまり、このとき形成する分離トレンチ40の深さは、SOI層3の厚さ未満である(例えば、SOI層3が200nm〜400nm程度であれば、この工程後の分離トレンチ40の深さは50〜150nm程度とする)。   First, similarly to the first embodiment, a silicon oxide film 51 and a silicon nitride film 52 are sequentially formed on the SOI layer 3, and a resist pattern 53 having an opening in the pattern of the isolation trench 40 is formed thereon (FIG. 4 ( a), (b)). Then, the isolation trench 40 is formed by etching the silicon nitride film 52, the silicon oxide film 51, and the SOI layer 3 using the resist pattern 53 as a mask. However, in this step, the etching is stopped before the isolation trench 40 reaches the insulating layer 2, and the SOI layer 3 is left at the bottom of the isolation trench 40 as shown in FIGS. That is, the depth of the isolation trench 40 formed at this time is less than the thickness of the SOI layer 3 (for example, if the SOI layer 3 is about 200 nm to 400 nm, the depth of the isolation trench 40 after this step is 50 About 150 nm).

そして、分離トレンチ40内における部分分離とする領域に、レジストパターン63を埋め込む。本実施の形態のDRAMセルにおいては、図20(a),(b)に示したように、キャパシタ102が形成される開口部41の領域が完全分離となり、それ以外の領域が部分分離となるので、図22(a),(b)のように、開口部41の形成領域が開口されたレジストパターン63を分離トレンチ40内に形成する。   Then, a resist pattern 63 is embedded in a region to be partially separated in the isolation trench 40. In the DRAM cell of the present embodiment, as shown in FIGS. 20A and 20B, the region of the opening 41 where the capacitor 102 is formed is completely separated, and the other region is partially separated. Therefore, as shown in FIGS. 22A and 22B, a resist pattern 63 in which the formation region of the opening 41 is opened is formed in the isolation trench 40.

その後、シリコン窒化膜52およびレジストパターン63をマスクにして再びSOI層3をエッチングすることで、分離トレンチ40をさらに掘り下げて絶縁層2に到達させる(図23(a),(b))。   Thereafter, the SOI layer 3 is etched again using the silicon nitride film 52 and the resist pattern 63 as a mask, so that the isolation trench 40 is further dug down to reach the insulating layer 2 (FIGS. 23A and 23B).

レジストパターン63を除去し、分離トレンチ40の内壁を酸化して20nm程度のシリコン酸化膜を形成した後に、HDP酸化膜を全面に堆積して分離トレンチ40を埋め、CMPにより余剰なHDP酸化膜を除去することで分離トレンチ40内に分離絶縁膜4を形成する(図24(a),(b))。その後、ウェットエッチングによりシリコン窒化膜52、シリコン酸化膜51も除去する。   After removing the resist pattern 63 and oxidizing the inner wall of the isolation trench 40 to form a silicon oxide film having a thickness of about 20 nm, an HDP oxide film is deposited on the entire surface to fill the isolation trench 40, and an excess HDP oxide film is formed by CMP. By removing, the isolation insulating film 4 is formed in the isolation trench 40 (FIGS. 24A and 24B). Thereafter, the silicon nitride film 52 and the silicon oxide film 51 are also removed by wet etching.

そしてSOI層3上に開口部41のパターンに開口されたレジストパターン54を形成し、当該レジストパターン54をマスクにする異方性ドライエッチングにより、絶縁層2にまで達する開口部41を形成する(図25(a),(b))。続いて、当該レジストパターン54をマスクにして硼素イオン等のP型イオンを注入することで、下部拡散層24を形成する(図26(a),(b))。   Then, a resist pattern 54 opened in the pattern of the opening 41 is formed on the SOI layer 3, and the opening 41 reaching the insulating layer 2 is formed by anisotropic dry etching using the resist pattern 54 as a mask ( FIG. 25 (a), (b)). Subsequently, the lower diffusion layer 24 is formed by implanting P-type ions such as boron ions using the resist pattern 54 as a mask (FIGS. 26A and 26B).

レジストパターン54を除去した後、開口部41内壁を含むSOI層3の表面を酸化してシリコン酸化膜55を形成する。その後、全面にポリシリコン膜56を形成し(図27(a),(b))、その上に電極パターンのレジストパターン57を形成する(図28(a),(b))。そして当該レジストパターン57をマスクにするドライエッチングにより、シリコン酸化膜55およびポリシリコン膜56をパターニングし、ゲート酸化膜11およびゲート電極12、並びに、誘電体層21および上部電極22を形成する(図29(a),(b))。   After removing the resist pattern 54, the surface of the SOI layer 3 including the inner wall of the opening 41 is oxidized to form a silicon oxide film 55. Thereafter, a polysilicon film 56 is formed on the entire surface (FIGS. 27A and 27B), and an electrode pattern 57 is formed thereon (FIGS. 28A and 28B). Then, the silicon oxide film 55 and the polysilicon film 56 are patterned by dry etching using the resist pattern 57 as a mask to form the gate oxide film 11 and the gate electrode 12, and the dielectric layer 21 and the upper electrode 22 (FIG. 29 (a), (b)).

その後は、実施の形態1と同様に、サイドウォール13,23およびソース/ドレイン領域14,15形成することで、MOSトランジスタ101およびキャパシタ102から成るDRAMセル100が形成される(図30(a),(b))。そして、層間絶縁膜6、ビット線コンタクト16、ビット線BL等を形成することにより、図20(a),(b)に示した本実施の形態に係る半導体記憶装置が形成される。   Thereafter, as in the first embodiment, sidewalls 13 and 23 and source / drain regions 14 and 15 are formed, thereby forming DRAM cell 100 including MOS transistor 101 and capacitor 102 (FIG. 30A). , (B)). Then, by forming the interlayer insulating film 6, the bit line contact 16, the bit line BL, etc., the semiconductor memory device according to the present embodiment shown in FIGS. 20A and 20B is formed.

本実施の形態では分離トレンチ40において、部分分離と完全分離との使い分けが可能である。先に述べたように、分離トレンチ40はDRAMセル領域以外の周辺回路領域(不図示)にも形成されるが、本実施の形態によればその周辺回路領域の分離トレンチ40においても、完全分離および部分分離を使い分けることができる。即ち、図22(a),(b)で説明した工程において、周辺回路領域における部分分離としたい領域にもレジストパターン63を形成すればよい。   In the present embodiment, in the isolation trench 40, it is possible to selectively use partial isolation and complete isolation. As described above, the isolation trench 40 is also formed in a peripheral circuit region (not shown) other than the DRAM cell region. However, according to the present embodiment, the isolation trench 40 in the peripheral circuit region is also completely isolated. And partial separation can be used properly. That is, in the steps described with reference to FIGS. 22A and 22B, the resist pattern 63 may be formed in a region to be partially separated in the peripheral circuit region.

つまり本実施の形態によれば、周辺回路領域においても、ボディ電位を部分分離の下のSOI層3を介して設定することが可能になるので、回路のレイアウトの自由度が増すと共に、デバイスの電気的特性をより良好にすることができるようになるという効果が得られる。   In other words, according to the present embodiment, the body potential can be set through the SOI layer 3 under partial isolation also in the peripheral circuit region, so that the degree of freedom in circuit layout increases and the device The effect that the electrical characteristics can be improved can be obtained.

なお、本実施の形態においては、図20(a),(b)に示したように、開口部41が絶縁層2の上面にまで達した構造を示したが、実施の形態2を適用することも可能である。即ち、開口部41内にSOI層3の底面の一部を露出するように、開口部41を絶縁層2の内部に入り込むように形成し、キャパシタ102を当該底面にまで延在させてもよい。それにより、実施の形態3に係るキャパシタ102の有効面積をさらに大きくすることができる。その場合は、上述した本実施の形態の製造方法における図25(a),(b)で説明した工程の後に、開口部41の底の絶縁層2を等方性ウェットエッチングにより除去すればよい。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 20A and 20B, the structure in which the opening 41 reaches the upper surface of the insulating layer 2 is shown, but the second embodiment is applied. It is also possible. That is, the opening 41 may be formed so as to enter the inside of the insulating layer 2 so that a part of the bottom surface of the SOI layer 3 is exposed in the opening 41, and the capacitor 102 may be extended to the bottom surface. . Thereby, the effective area of capacitor 102 according to the third embodiment can be further increased. In that case, the insulating layer 2 at the bottom of the opening 41 may be removed by isotropic wet etching after the steps described with reference to FIGS. 25A and 25B in the manufacturing method of the present embodiment described above. .

一般的なDRAMセルの回路図である。It is a circuit diagram of a general DRAM cell. 実施の形態1に係るDRAMセルアレイの上面図である。2 is a top view of the DRAM cell array according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体記憶装置が備えるDRAMセルの断面図である。1 is a cross-sectional view of a DRAM cell included in a semiconductor memory device according to a first embodiment. 実施の形態1に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the DRAM cell according to the first embodiment. 実施の形態2に係る半導体記憶装置が備えるDRAMセルの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a DRAM cell included in a semiconductor memory device according to a second embodiment. 実施の形態2に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a second embodiment. 実施の形態2に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a second embodiment. 実施の形態2に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a second embodiment. 実施の形態2に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a second embodiment. 実施の形態2に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a second embodiment. 実施の形態2に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a second embodiment. 実施の形態3に係る半導体記憶装置が備えるDRAMセルの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a DRAM cell included in a semiconductor memory device according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment. 実施の形態3に係るDRAMセルの製造方法を示す工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to a third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 支持基板、2 絶縁層、3 SOI層、4 分離絶縁膜、5 活性領域、6 層間絶縁膜、11 ゲート酸化膜、12 ゲート電極、13 サイドウォール、14,15 ソース/ドレイン領域、16 ビット線コンタクト16、21 誘電体層、22 上部電極、23 サイドウォール、24 下部拡散層、40 分離トレンチ、41 開口部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support substrate, 2 Insulating layer, 3 SOI layer, 4 Isolation insulating film, 5 Active region, 6 Interlayer insulating film, 11 Gate oxide film, 12 Gate electrode, 13 Side wall, 14, 15 Source / drain region, 16 Bit line Contacts 16, 21 Dielectric layer, 22 Upper electrode, 23 Side wall, 24 Lower diffusion layer, 40 Isolation trench, 41 Opening.

Claims (5)

支持基板上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された半導体層と、
前記半導体層に形成されたトレンチと、
前記半導体層において前記トレンチにより規定される活性領域と、
前記トレンチ内に形成された分離絶縁膜と、
前記活性領域に形成された不純物拡散層である第1電極、前記不純物拡散層の表面に形成された誘電体層、および前記誘電体層上に形成された第2電極から成るキャパシタと
を備える半導体装置であって、
前記キャパシタの形成領域において、前記トレンチは、前記絶縁層にまで達し、
前記第2電極は、前記トレンチ内に埋め込まれ、前記絶縁層にまで達している
ことを特徴とする半導体装置。
An insulating layer formed on the support substrate;
A semiconductor layer formed on the insulating layer;
A trench formed in the semiconductor layer;
An active region defined by the trench in the semiconductor layer;
An isolation insulating film formed in the trench;
A semiconductor comprising: a first electrode that is an impurity diffusion layer formed in the active region; a dielectric layer formed on a surface of the impurity diffusion layer; and a capacitor comprising a second electrode formed on the dielectric layer A device,
In the capacitor formation region, the trench reaches the insulating layer,
The semiconductor device, wherein the second electrode is embedded in the trench and reaches the insulating layer.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記不純物拡散層および前記誘電体層は、前記活性領域の上面から前記トレンチの内壁にかけて延在し、
前記第2電極の一部が、前記活性領域上の前記誘電体層上に延在する
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The impurity diffusion layer and the dielectric layer extend from the upper surface of the active region to the inner wall of the trench,
A part of said 2nd electrode is extended on the said dielectric material layer on the said active region, The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
請求項1または請求項2記載の半導体装置であって、
前記第2電極の一部は、前記半導体層の底面の一部の下に入り込んでおり、
前記不純物拡散層および前記誘電体層は、前記半導体層の底面の一部にも延在している
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein
A portion of the second electrode penetrates under a portion of the bottom surface of the semiconductor layer;
The semiconductor device, wherein the impurity diffusion layer and the dielectric layer also extend to part of the bottom surface of the semiconductor layer.
請求項1から請求項3のいずれか記載の半導体装置であって、
前記分離絶縁膜と前記絶縁層との間に、前記半導体層を有している
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A semiconductor device comprising the semiconductor layer between the isolation insulating film and the insulating layer.
請求項1から請求項4のいずれか記載の半導体装置であって、
前記活性領域に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両脇に形成された第1導電型の不純物拡散層とを有するMOSトランジスタをさらに備え、
前記MOSトランジスタの前記第1導電型の前記不純物拡散層は、前記第1電極である前記第1導電型の前記不純物拡散層に電気的に接続し、
前記MOSトランジスタは、前記キャパシタと共にメモリセルを構成している
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
A gate insulating film formed in the active region;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A MOS transistor having a first conductivity type impurity diffusion layer formed on both sides of the gate electrode;
The impurity diffusion layer of the first conductivity type of the MOS transistor is electrically connected to the impurity diffusion layer of the first conductivity type that is the first electrode;
The semiconductor device, wherein the MOS transistor constitutes a memory cell together with the capacitor.
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