JP2007157977A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)など、半導体基板に形成された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 having a capacitor formed on a semiconductor substrate, 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1,2)。
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,
例えば特許文献1において、DRAMセルが形成される活性領域は、半導体基板上部のトレンチにより規定され、当該トレンチ内には分離絶縁膜(フィールド絶縁膜)が形成される。その分離絶縁膜の上部にはトレンチの内壁(活性領域の側壁)を露出するリセス(キャビティ)が形成され、DRAMセルのキャパシタを活性領域の上面からリセス内に露出したトレンチの内壁にまで延在するように形成することで、該キャパシタの有効面積を増やし容量の増大を図っている。
For example, in
特許文献1のDRAMセルでは、MOSトランジスタのゲート電極側面およびキャパシタ上部電極側面のそれぞれに形成されるサイドウォールが厚く、キャパシタに繋がるMOSトランジスタのソース/ドレイン領域の上部が、それらのサイドウォールに完全に覆われていた。そのため、当該ソース/ドレイン領域の上面をシリサイド化してMOSトランジスタとキャパシタとの間を低抵抗化することができない。そのことは、半導体記憶装置の高速動作化の妨げとなる。
In the DRAM cell of
一方、特許文献2には、MOSトランジスタのゲート電極側面のサイドウォールとキャパシタ上部電極側面のサイドウォールとが互いに離れたDRAMセル構造が開示されており、MOSトランジスタのソース/ドレイン領域の上部にシリサイド層を形成して低抵抗化する技術が示唆されている。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a DRAM cell structure in which a sidewall on the side surface of the gate electrode of the MOS transistor and a sidewall on the side surface of the capacitor upper electrode are separated from each other, and the silicide is formed above the source / drain region of the MOS transistor. A technique for reducing the resistance by forming a layer has been suggested.
特許文献1,2のようにDRAMセルのキャパシタを活性領域の上面からトレンチの内壁にまで延在させるには、当然それを構成する下部電極および上部電極を、活性領域の上面からトレンチの内壁にかけて延在するように形成する必要がある。以下、それらの形成手法について簡単に説明する。
In order to extend the capacitor of the DRAM cell from the upper surface of the active region to the inner wall of the trench as in
従来のDRAMセルの製造工程においては、下部電極として機能する不純物拡散層(以下「下部拡散層」と称す)は、分離絶縁膜の上部にリセスを形成した際のエッチングマスクをそのままイオン注入マスクとして使用したイオン注入によって形成される。また上部電極は、MOSトランジスタのゲート電極と同じ工程で形成され、ポリシリコン等の電極材をリセス内を含む全面に堆積し、それをパターニングすることによって形成される。従って、上部電極の一部はリセス内に埋め込まれることとなるが、その上部電極におけるリセス内の部分は、リセス外の部分並びにその側面のサイドウォールによって完全に覆われる必要がある。そうしなければ、上部電極におけるリセス内の部分が隣接セル間に露出し、その表面がMOSトランジスタのソース/ドレイン領域の上部と一体的なシリサイド層を形成してしまい、ソース/ドレイン領域と上部電極とが短絡して故障や誤動作の原因となるからである。サイドウォールを厚くすればこの問題は回避できるが、上記のように、サイドウォールを厚くするとMOSトランジスタとキャパシタとの間のシリサイド化による低抵抗化が困難になるので、サイドウォールは適度に薄いことが望ましい。従って、従来のDRAMセルの製造においては、寸法変動や位置合わせずれなどを考慮し、上部電極をリセスよりもある程度幅広に形成していた。 In a conventional DRAM cell manufacturing process, an impurity diffusion layer functioning as a lower electrode (hereinafter referred to as a “lower diffusion layer”) is used as an ion implantation mask as an etching mask when a recess is formed above an isolation insulating film. It is formed by the ion implantation used. The upper electrode is formed in the same process as the gate electrode of the MOS transistor, and is formed by depositing an electrode material such as polysilicon on the entire surface including the inside of the recess and patterning it. Therefore, a part of the upper electrode is embedded in the recess, but the portion in the recess in the upper electrode needs to be completely covered by the portion outside the recess and the side wall of the side. Otherwise, the portion of the upper electrode in the recess is exposed between adjacent cells, and its surface forms a silicide layer that is integral with the upper portion of the source / drain region of the MOS transistor. This is because the electrodes are short-circuited and cause failure or malfunction. This problem can be avoided by increasing the thickness of the sidewall. However, as described above, it is difficult to reduce the resistance due to silicidation between the MOS transistor and the capacitor. Is desirable. Therefore, in manufacturing a conventional DRAM cell, the upper electrode is formed to be somewhat wider than the recess in consideration of dimensional variation and misalignment.
上記のように、キャパシタの下部拡散層を形成するためのイオン注入では、リセスを形成した際のエッチングマスクがマスクとして使用されるので、リセスの幅よりも外側にはイオンは注入されない。またMOSトランジスタのソース/ドレイン領域の形成のためのイオン注入では、ゲート電極と共にキャパシタの上部電極もマスクとなるので、上部電極の下方にはイオンは注入されない。従って、上部電極をリセスよりも幅広に形成した場合、上部電極のエッジ部(リセス幅よりも外側の部分)の下方には、下部拡散層の形成工程でもソース/ドレイン領域形成工程でもイオンが注入されない領域ができ、その部分の抵抗が高くなる。そうなると、MOSトランジスタとキャパシタとの間の接続抵抗が高くなり、DRAMセルの読み出し/書き込みマージンが小さくなって動作信頼性が低下したり、半導体記憶装置の高速動作化の妨げられるなどの問題が生じる。 As described above, in the ion implantation for forming the lower diffusion layer of the capacitor, the etching mask at the time of forming the recess is used as a mask, so that ions are not implanted outside the width of the recess. In the ion implantation for forming the source / drain regions of the MOS transistor, the upper electrode of the capacitor is also used as a mask together with the gate electrode, so that ions are not implanted below the upper electrode. Therefore, when the upper electrode is formed wider than the recess, ions are implanted below the edge portion of the upper electrode (the portion outside the recess width) in both the lower diffusion layer forming process and the source / drain region forming process. A region that is not formed is formed, and the resistance of the portion becomes high. As a result, the connection resistance between the MOS transistor and the capacitor becomes high, the read / write margin of the DRAM cell becomes small, the operation reliability is lowered, and the high-speed operation of the semiconductor memory device is hindered. .
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、キャパシタを有する半導体装置において、ショートによる故障や誤動作を抑制しつつ配線抵抗を小さくすることができる半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a semiconductor device having a capacitor that can reduce wiring resistance while suppressing failure and malfunction due to a short circuit. Objective.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の上部に形成されたトレンチと、前記半導体基板において前記トレンチにより規定された活性領域と、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するよう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一部が前記トレンチ内に埋め込まれた第2電極とから成るキャパシタとを備え、前記第2電極は、前記活性領域上において側面に凹み部を有しているものである。 A semiconductor device according to the present invention is formed so as to extend from an upper surface of the active region to an inner wall of the trench, a trench formed in an upper portion of a semiconductor substrate, an active region defined by the trench in the semiconductor substrate. A first electrode which is a doped impurity diffusion layer, a dielectric layer formed on the surface of the impurity diffusion layer, and a second electrode formed on the dielectric layer and partially embedded in the trench A capacitor, and the second electrode has a recess on a side surface on the active region.
本発明に係る半導体装置の製造方法の第1の局面は、(a)半導体基板の上部にトレンチを形成することにより、当該半導体基板における活性領域を規定する工程と、
(b)前記トレンチ内に分離絶縁膜を形成する工程と、(c)キャパシタの形成領域が開口された第1レジストマスクをマスクにするエッチングにより、前記分離絶縁膜の上部にリセスを形成する工程と、(d)前記第1レジストマスクをマスクにする第1イオン注入により、前記活性領域上および前記リセスの内壁に前記キャパシタの第1電極となる不純物拡散層を形成する工程と、(e)前記不純物拡散層上に誘電体層を形成した後、前記リセス内を含む全面に電極材を形成する工程と、(f)前記キャパシタの形成領域を覆う第2レジストマスクをマスクにするエッチングにより、前記電極材をパターニングして前記キャパシタの第2電極を形成する工程と、(g)前記第2電極に対して自己整合的に行う第2イオン注入により、前記活性領域に前記第1イオン注入と同じ導電型のイオンを注入する工程とを備え、前記第2レジストマスクは、前記活性領域上において側面に凹み部を有しているものである。
A first aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes (a) a step of defining an active region in the semiconductor substrate by forming a trench in the upper portion of the semiconductor substrate;
(B) a step of forming an isolation insulating film in the trench; and (c) a step of forming a recess on the upper side of the isolation insulating film by etching using a first resist mask in which a capacitor formation region is opened as a mask. (D) forming an impurity diffusion layer serving as a first electrode of the capacitor on the active region and on the inner wall of the recess by first ion implantation using the first resist mask as a mask; and (e) Forming a dielectric layer on the impurity diffusion layer, then forming an electrode material on the entire surface including the inside of the recess, and (f) etching using a second resist mask covering the capacitor formation region as a mask, Patterning the electrode material to form a second electrode of the capacitor; and (g) second ion implantation performed in a self-aligned manner with respect to the second electrode, And a step of implanting ions of the same conductivity type as the first ion implantation sexual region, the second resist mask is one that has a recessed portion on a side surface on the active region.
本発明に係る半導体装置の製造方法の第2の局面は、(a)半導体基板の上部にトレンチを形成することにより、当該半導体基板における活性領域を規定する工程と、(b)前記トレンチ内に分離絶縁膜を形成する工程と、(c)キャパシタの形成領域が開口された第1レジストマスクをマスクにするエッチングにより、前記分離絶縁膜の上部にリセスを形成する工程と、(d)前記第1レジストマスクをマスクにする第1イオン注入により、前記活性領域上および前記リセスの内壁に前記キャパシタの第1電極となる不純物拡散層を形成する工程と、(e)前記不純物拡散層上に誘電体層を形成した後、前記リセス内を含む全面に電極材を形成する工程と、(f)前記キャパシタの形成領域を覆う第2レジストマスクをマスクにするエッチングにより、前記電極材をパターニングして前記キャパシタの第2電極を形成する工程と、(g)前記第2電極に対して自己整合的に行う第2イオン注入により、前記活性領域に前記第1イオン注入と同じ導電型のイオンを注入する工程とを備え、前記第1レジストマスクは、前記活性領域上において側面に凹み部を有しているものである。 A second aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of defining an active region in the semiconductor substrate by forming a trench in the upper portion of the semiconductor substrate; and (b) in the trench. A step of forming an isolation insulating film; and (c) a step of forming a recess in the upper portion of the isolation insulating film by etching using the first resist mask in which the capacitor formation region is opened as a mask; A step of forming an impurity diffusion layer serving as a first electrode of the capacitor on the active region and on the inner wall of the recess by first ion implantation using one resist mask as a mask; and (e) a dielectric on the impurity diffusion layer. Forming a body layer, and then forming an electrode material on the entire surface including the inside of the recess; and (f) etching using a second resist mask covering the capacitor formation region as a mask. Forming a second electrode of the capacitor by patterning the electrode material by (g), and (g) second ion implantation performed in a self-aligned manner with respect to the second electrode to form the first electrode in the active region. And a step of implanting ions of the same conductivity type as the ion implantation, and the first resist mask has a recess on a side surface on the active region.
本発明に係る半導体装置の製造方法の第3の局面は、(a)半導体基板の活性領域にキャパシタの電極となる不純物拡散層を形成するためのイオン注入工程と、(b)前記活性領域に形成されるMOSトランジスタのしきい値調整用のチャネルドープのためのイオン注入工程とを備え、前記工程(a)と(b)とで注入するイオンの導電型が異なる場合、前記工程(b)が、少なくとも前記キャパシタの形成領域を覆うレジストマスクをマスクにして実行されるものである。 A third aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) an ion implantation step for forming an impurity diffusion layer serving as an electrode of a capacitor in the active region of the semiconductor substrate; and (b) in the active region. An ion implantation process for channel doping for threshold adjustment of the MOS transistor to be formed, and when the conductivity types of ions to be implanted are different between the processes (a) and (b), the process (b) However, this is performed using at least a resist mask covering the capacitor formation region as a mask.
本発明に係る半導体装置によれば、キャパシタの第2電極が、活性領域上において側面に凹み部を有しているので、第2電極の形成後においても、当該第2電極全体の幅よりも内側の活性領域へのイオン注入を行うことができる。従って、第2電極のエッジ部に不純物濃度の低い高抵抗な領域ができにくく、例えばDRAMなどキャパシタを備える半導体装置における配線抵抗を小さくすることができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the second electrode of the capacitor has a recessed portion on the side surface on the active region, the width of the second electrode is larger than that of the entire second electrode even after the second electrode is formed. Ion implantation into the inner active region can be performed. Therefore, it is difficult to form a high-resistance region with a low impurity concentration at the edge portion of the second electrode, and the wiring resistance in a semiconductor device including a capacitor such as a DRAM can be reduced.
本発明に係る半導体装置の製造方法の第1の局面によれば、第2イオン注入のマスクとなる第2電極をパターニングするための第2レジストマスクが、活性領域上において側面に凹み部を有しているので、第2電極が活性領域上において側面に凹み部を有するように形成される。よって、第2イオン注入において、第2電極全体の幅よりも内側の活性領域へのイオン注入を行うことができる。従って、第2電極のエッジ部に不純物濃度の低い高抵抗な領域ができにくく、例えばDRAMなどキャパシタを備える半導体装置における配線抵抗を小さくすることができる。 According to the first aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the second resist mask for patterning the second electrode serving as the mask for the second ion implantation has a recess on the side surface on the active region. Therefore, the second electrode is formed so as to have a recess on the side surface on the active region. Therefore, in the second ion implantation, ion implantation into the active region inside the width of the entire second electrode can be performed. Therefore, it is difficult to form a high-resistance region with a low impurity concentration at the edge portion of the second electrode, and the wiring resistance in a semiconductor device including a capacitor such as a DRAM can be reduced.
本発明に係る半導体装置の製造方法の第2の局面によれば、リセス形成のためのエッチングおよび第1イオン注入のマスクとなる第1レジストマスクが、活性領域上において側面に凹み部を有しているので、第1イオン注入において、リセス全体の幅よりも外側の活性領域へのイオン注入を行うことができる。従って、第2電極のエッジ部に不純物濃度の低い高抵抗な領域ができにくく、例えばDRAMなどキャパシタを備える半導体装置における配線抵抗を小さくすることができる。 According to the second aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first resist mask serving as a mask for etching for forming the recess and the first ion implantation has a recess on the side surface on the active region. Therefore, in the first ion implantation, ion implantation into the active region outside the width of the entire recess can be performed. Therefore, it is difficult to form a high-resistance region with a low impurity concentration at the edge portion of the second electrode, and the wiring resistance in a semiconductor device including a capacitor such as a DRAM can be reduced.
本発明に係る半導体装置の製造方法の第3の局面によれば、キャパシタの電極となる不純物拡散層を形成工程と、MOSトランジスタのチャネルドープ工程とで注入するイオンの導電型が異なる場合に、チャネルドープが、キャパシタの形成領域を覆うレジストマスクをマスクにして実行されるので、当該チャネルドープによって上記不純物拡散層の不純物濃度が低下することが防止できる。従って、第2電極のエッジ部に不純物濃度の低い高抵抗な領域ができにくく、例えばDRAMなどキャパシタを備える半導体装置における配線抵抗を小さくすることができる。 According to the third aspect of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, when the conductivity type of ions to be implanted is different between the step of forming the impurity diffusion layer to be the capacitor electrode and the channel doping step of the MOS transistor, Since channel doping is performed using a resist mask covering the capacitor formation region as a mask, the impurity concentration of the impurity diffusion layer can be prevented from being lowered by the channel doping. Therefore, it is difficult to form a high-resistance region with a low impurity concentration at the edge portion of the second electrode, and the wiring resistance in a semiconductor device including a capacitor such as a DRAM can be reduced.
<実施の形態1>
まず、本発明と従来技術との違いを明確にするために、本発明の説明に先立って、そのベースとなる従来の半導体装置の構造並びに製造方法について説明する。
<
First, in order to clarify the difference between the present invention and the prior art, the structure and manufacturing method of a conventional semiconductor device serving as a base will be described prior to the description of the present invention.
図1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、読み出し等を行うアクセストランジスタであるPMOS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。PMOSトランジスタ101において、ゲート端子はワード線WLに接続し、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。
FIG. 1 is a circuit diagram of a general DRAM cell. The
図2(a)は、従来のDRAMセルの断面図である。同図では、ビット線BLの延在方向に隣接する2つのDRAMセル100を示している。即ち図2(a)中の左右それぞれに、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102とから成るDRAMセル100が示されている。
FIG. 2A is a cross-sectional view of a conventional DRAM cell. In the figure, two
DRAMセル100はシリコン基板1に形成され、シリコン基板1における各DRAMセル100の間には活性領域を規定する分離トレンチ40が形成される。分離トレンチ40内にはSTI(shallow trench isolation)である分離絶縁膜4が形成されている。分離絶縁膜4は高密度プラズマ酸化膜であり、当該分離絶縁膜4とシリコン基板1との境界には、薄い熱酸化膜である内壁酸化膜5が介在している。なお、シリコン基板1はP型基板であり、図示は省略しているが、DRAMセル100の形成領域にはNウェルが形成され、当該Nウェル内における分離絶縁膜4底部の深さ近傍の一帯にはチャネルカット層が形成されている。
The
PMOSトランジスタ101の各々は、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、シリコン基板1の表面部におけるゲート電極12に対して自己整合的に形成されたソース/ドレイン領域14,15により構成される。ゲート電極12およびソース/ドレイン領域14,15の上部には、それぞれシリサイド層121,141,151が形成される。ビット線BLは、DRAMセル100を覆う層間絶縁膜6上に形成され、当該ビット線BLは、コンタクト16およびシリサイド層141を介してソース/ドレイン領域14に接続する。またこの例では、ソース/ドレイン領域15の上部にシリサイド層151が形成されることにより、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間の低抵抗化が図られる。
Each of the
キャパシタ102のそれぞれは、下部電極(第1電極)として機能するP型の不純物拡散層24(以下「下部拡散層24」)と、上部電極22(第2電極)と、上部電極22と下部拡散層24との間の誘電体層である絶縁膜21(以下「誘電体層21」)とにより構成される。図2(a)の如く、上部電極22はその両脇に形成されるキャパシタ102により共有されている。上部電極22の上部にはシリサイド層221が形成される。
Each of the
キャパシタ102が有するP型の下部拡散層24は、PMOSトランジスタ101が備える同じくP型のソース/ドレイン領域15に接続している。つまり下部拡散層24は、ソース/ドレイン領域15に電気的に接続しており、図1の回路のキャパシタ102における、PMOSトランジスタ101のソース/ドレイン端子に接続する側の電極に相当するものである。
The P-type
分離絶縁膜4において、キャパシタ102の形成領域(上部電極22の形成領域)には、分離トレンチ40の内壁(即ち活性領域の側壁)を露出するリセス41が形成される。そのため図2(a)の断面では、分離絶縁膜4は分離トレンチ40の底部のみに残存する。下部拡散層24および誘電体層21は、活性領域の上面から分離トレンチ40の内壁(リセス41の内壁)にかけて延在し、上部電極22の一部はリセス41内に埋め込まれる。この構成により、活性領域の上面だけでなく分離トレンチ40の内壁も、キャパシタ102の有効面積として寄与することができ、キャパシタ102の容量は増加する。
In the
DRAMセルアレイにおいて、DRAMセル100は、ワード線WLの延在方向にも並べて配設される。ゲート電極12はワード線WLとして機能しており、ビット線BLに対して直角方向に延在する。図3に従来のDRAMセル100の上面図を示す。図3のように、シリコン基板1においてDRAMセル100が形成される活性領域7は、分離絶縁膜4(即ち分離トレンチ40)により規定されている。図2(a)は、図3のA−A線に沿った断面に対応しており、分離トレンチ40(分離絶縁膜4)により規定される活性領域7に沿った断面を示していることが分かる。
In the DRAM cell array, the
図2(b)は、図3のB−B線に沿った断面図であり、ワード線WL(ゲート電極12)の延在方向に隣接するDRAMセル100間の分離領域に沿った断面を示している。
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3 and shows a cross section along the isolation region between the
図2(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の間の分離領域においても、上部電極22の形成領域には、分離トレンチ40の内壁(図2(b)では不図示、図3において符号71で示す)を露出するリセス41が形成される。下部拡散層24および誘電体層21はその内壁71にも形成される。それにより、分離トレンチ40の内壁71もキャパシタ102の有効面積に寄与することができ、キャパシタ102の容量をさらに増加させている。
As shown in FIG. 2B, in the isolation region between the
先に述べたように、リセス41は、上部電極22におけるリセス41外の部分およびその側面のサイドウォール23によって、完全に覆われる必要がある。そうしなければ、上部電極22におけるリセス41内の部分の上面がDRAMセル100間の分離領域に露出し、その上面にソース/ドレイン領域15上部のシリサイド層151と一体的なシリサイド層が形成され、ソース/ドレイン領域15と上部電極22との短絡を招いてしまうからである。
As described above, the
よって図3に示すように、リセス41の幅をWR、上部電極22の幅をWU、サイドウォール13,23の幅をWSと定義すると、
WU/2+WS−WR/2≧0 …(1)
である必要がある。
Therefore, as shown in FIG. 3, if the width of the
W U / 2 + W S −W R / 2 ≧ 0 (1)
Need to be.
ここで、リセス41の寸法ばらつきをσR、リセス41のマスクパターンの位置合わせ精度をσAR、上部電極22の寸法ばらつきをσU、上部電極22のマスクパターンの位置合わせ精度をσAU、サイドウォール13の幅WSの寸法ばらつきをσSとする。その場合、上記式(1)を満たすようにするためには、寸法WR、WU、WSそれぞれの設計値(例えば、フォトマスク上における寸法)WR0、WU0、WS0を、
WU0/2+WS0−WR0/2≧√(σR 2+σAR 2+σU 2+σAU 2+σS 2) …(2)
の関係を満たすように決定するとよい。
Here, the dimensional variation of the
W U0 / 2 + W S0 −W R0 / 2 ≧ √ (σ R 2 + σ AR 2 + σ U 2 + σ AU 2 + σ S 2 ) (2)
It is good to decide to satisfy the relationship.
但し、サイドウォール23の厚さ(幅WS)を大きくすると、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間のシリサイド層151の形成が困難になるので、サイドウォール23の厚さは適度に薄いことが望ましい。従って、従来のDRAMセルの製造においては、寸法変動や位置合わせずれ量などを考慮し、図3に示すように上部電極22の幅WUをリセス41の幅WRよりもある程度大きく形成していた(即ち、WR<WU)。
However, if the thickness (width W S ) of the
また図4は、従来のDRAMセルアレイの上面図である。図2(a),(b)は、それぞれ図4におけるA−A線、B−B線に沿った断面に対応しており、図3は、図4における領域Hに対応している。なお図4においては説明の便宜上、分離絶縁膜4、活性領域7、リセス41、ゲート電極12、上部電極22のみを示しており、サイドウォール13,23やコンタクト16などは省略している。同図に示すように、従来のDRAMセルアレイにおいては、上部電極22はリセス41よりも広い一定の幅を有するように形成されていた。
FIG. 4 is a top view of a conventional DRAM cell array. 2A and 2B correspond to the cross sections along the lines AA and BB in FIG. 4, respectively, and FIG. 3 corresponds to the region H in FIG. In FIG. 4, only the
続いて、従来のDRAMセルの製造方法について説明する。図5〜図20は、当該製造方法を説明するための図である。なお、図5,図8,図11,図12,図13,図14,図17,図18,図19,図20の各々における(a),(b)の図は、それぞれ図2の(a),(b)に示した断面に対応している。 Next, a conventional DRAM cell manufacturing method will be described. 5-20 is a figure for demonstrating the said manufacturing method. 5, 8, 11, 12, 13, 14, 17, 18, 19, and 20, the diagrams (a) and (b) in FIG. It corresponds to the cross section shown in a) and (b).
まず、シリコン基板1の上面を熱酸化してパッド酸化膜51を形成し、その上にフォトリソグラフィ技術を用いてシリコン窒化膜により活性領域7のマスクパターンを形成する。そして、それをマスクにするエッチングによりシリコン基板1に分離トレンチ40を形成する。それによって、シリコン基板1上に活性領域7が規定される。
First, the upper surface of the
その後、熱酸化により分離トレンチ40の内壁に内壁酸化膜5を形成し、高密度プラズマ酸化膜により分離トレンチ40内を埋める。そしてCMPによりシリコン基板1上面上の余剰な高密度プラズマ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が形成される。その後活性領域7のマスクパターンであるシリコン窒化膜を除去すると図5(a),(b)の構成が得られる。また図6は、フォトマスクにおける活性領域7のパターン201を示しており、図7は分離絶縁膜4の形成直後のシリコン基板1の上面図を示している。図5(a),(b)は、それぞれ図7のA−A線、B−B線に沿った断面に対応している。
Thereafter, the inner
次いでフォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン基板1上にリセス41のパターンに開口が形成されたレジストマスク52(第1レジストマスク)を形成する(図8(a),(b))。このときセル間分離のためのチャネルカット層(不図示)の注入を行う。図9は、フォトマスクにおけるレジストマスク52のパターン202を示しており、図10はレジストマスク52を形成したときのシリコン基板1の上面図である。図8(a),(b)は、それぞれ図10に示すA−A線、B−B線に沿った断面に対応している。図10に示すように、従来の製造方法においては、レジストマスク52は一定の幅で形成されていた。即ち、レジストマスク52は、その開口部の幅が活性領域7上でも分離絶縁膜4上でもリセス41の幅WRとなるように形成されていた。
Next, using a photolithography technique, a resist mask 52 (first resist mask) in which an opening is formed in the pattern of the
そして、レジストマスク52をマスクにするエッチングにより分離絶縁膜4および内壁酸化膜5の上部を除去することで、図11(a),(b)のようにリセス41を形成する。
Then, the
続いて、レジストマスク52をマスクにして、P型イオン(例えばボロンイオン)をシリコン基板1に注入することにより、図12(a),(b)の如くレジストマスク52が開口した活性領域7上およびリセス41の内壁(分離トレンチ40の内壁)に下部拡散層24を形成する。そしてレジストマスク52およびパッド酸化膜51を除去した後、再度パッド酸化膜56を形成し、PMOSトランジスタ101のしきい値を調整するためのチャネルドープのためのイオン注入を行う(図13(a),(b))。
Subsequently, by using the resist
その後、パッド酸化膜56を除去し、シリコン基板1の全面に酸化膜53を形成し、その上に電極材としてのポリシリコン膜54を形成する。そしてポリシリコン膜54上に、フォトリソグラフィ技術により、図14(a),(b)の如くゲート電極12および上部電極22のパターンのレジストマスク55を形成する(以下説明の便宜上、ゲート電極12に対応するものを「レジストマスク55a」称し、上部電極22に対応するものを「レジストマスク55b」と称す)。図15は、フォトマスクにおけるレジストマスク55a,55bのパターン203a,203bを示している。また、図16はレジストマスク55a,55bを形成したときのシリコン基板1の上面図である。図14(a),(b)は、それぞれ図16のA−A線、B−B線に沿った断面に対応している。図16に示すように、従来の手法においては、上部電極22を形成するためのレジストマスク55bは、一定の幅で形成されていた。即ち、レジストマスク55bは、図14(a),(b)のように活性領域7上でも分離絶縁膜4上でも、上部電極22の幅WUとなるように形成されていた。
Thereafter, the pad oxide film 56 is removed, an
その後、レジストマスク55a,55bをマスクにするエッチングによりポリシリコン膜54をパターニングして、ゲート電極12および上部電極22を形成する(図17(a),(b))。
Thereafter, the
そしてイオン注入を行うことにより、ゲート電極12および上部電極22に対して自己整合的にPMOSトランジスタ101のソース/ドレイン領域14,15を形成する。この例では、ソース/ドレイン領域14,15の形成は2つのイオン注入ステップにより行われる。即ち、シリコン基板1の比較的浅い位置に低濃度領域14a,15aを形成するステップ(図18(a),(b))と、その後にゲート電極12および上部電極22にサイドウォール13,23を形成してから比較的深い位置に高濃度領域14b,15bを形成するステップ(図19(a),(b))とが行われることによって、ソース/ドレイン領域14,15が形成される。
By performing ion implantation, the source /
そして、例えばコバルトなどの金属膜を堆積して熱処理を施し、未反応の金属膜を除去することにより、自己整合的にシリサイド層121,141,151,221が形成される(図20(a),(b))。それにより、PMOS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。
Then, for example, a metal film such as cobalt is deposited and subjected to heat treatment, and the unreacted metal film is removed, whereby silicide layers 121, 141, 151, and 221 are formed in a self-aligned manner (FIG. 20A). , (B)). Thereby, the
そして、DRAMセル100の上にシリコン酸化膜の層間絶縁膜6を形成し、その中にコンタクト16、35を形成して、当該層間絶縁膜6の上にビット線BLを形成することによって、図2(a),(b)に示したDRAMセル100の構造が完成する。
Then, an interlayer insulating film 6 of silicon oxide film is formed on the
ここで、以上に説明した従来のDRAMセル100の製造方法の問題点を説明する。図11および図12を用いて説明したように、キャパシタ102の下部拡散層24を形成するためのイオン注入(第1イオン注入)は、リセス41の形成の際にエッチングマスクとして用いられたレジストマスク52をマスクにして実行される。一方、図18並びに図19に示したように、PMOSトランジスタ101のソース/ドレイン領域15を形成するためのイオン注入(第2イオン注入)においては、上部電極22がマスクとなる。従来、レジストマスク52の開口部分の幅(リセス41の幅WR)は上部電極22の幅WUよりも小さく形成されていたので、上部電極22のエッジ部(リセス41の幅よりも外側の部分)の下方(図20(a)に示す領域Eの部分)には、上記の第1イオン注入でも第2イオン注入でもイオンが注入されないこととなる。シリコン基板1に注入されたイオンが当該シリコン基板1内である程度拡散するとしても、領域Eの部分の不純物濃度は他の部分よりも低くなり、その部分は高抵抗になる。それによってPMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間の配線抵抗が高くなり、DRAMセル100の書き込み/読み出しマージンの低下を招いていた。
Here, problems of the method for manufacturing the
以下、本発明の実施の形態1に係るDRAMセルの構造および製造方法について説明する。図21(a),(b)は、本実施の形態に係るDRAMセル100の構造を示す断面図であり、図22はその上面図である。図21(a),(b)はそれぞれ、図22のA−A線、B−B線に沿った断面に対応している。これら図21(a),(b)および図22は、従来構造として先に示した図2(a),(b)および図3にそれぞれ対応している。また以下に示す各図においては、図2〜図21に示したものと同様の機能を有する要素には同一の符号を付してあるので、それらについての詳細な説明は省略する。
The structure and manufacturing method of the DRAM cell according to the first embodiment of the present invention will be described below. 21A and 21B are sectional views showing the structure of the
図22に示すように本実施の形態に係るDRAMセル100おいては、キャパシタ102の上部電極22が、活性領域7上において側面に入り江状の凹み部10を有している。従って、活性領域に沿った断面である図21(a)における上部電極22の幅は、分離領域に沿った断面である図21(b)における上部電極22の幅よりも狭くなっている。
As shown in FIG. 22, in the
次に、本実施の形態に係るDRAMセル100の製造方法について説明する。本実施の形態においても、分離絶縁膜4およびリセス41の形成、キャパシタ102の下部拡散層24を形成するイオン注入(第1イオン注入)およびPMOSトランジスタ101のしきい値を調整するためのチャネルドープの各工程を、上で図5〜図13を用いて説明した従来の手法と同様の手順で行う(ここでの詳細な説明は省略する)。
Next, a method for manufacturing
そしてシリコン基板1の表面に酸化膜53およびポリシリコン膜54を形成し、その上にフォトリソグラフィ技術により、ゲート電極12および上部電極22のパターンのレジストマスク55a,55bを形成する。本実施の形態では、レジストマスク55a,55bの形成の際に、フォトマスクにおけるレジストマスク55bのパターン203bを、図23のように両側に凹み部を有する形状にする。それにより、レジストマスク55bが、活性領域7上において側面に凹み部を有する形状にする(図24)。つまりレジストマスク55bの幅は一定ではなく、分離領域上よりも活性領域7上の方が狭くなる(図25(a),(b))。
Then, an
そしてレジストマスク55a,55bをマスクにするエッチングによりポリシリコン膜54をパターニングして、ゲート電極12および上部電極22を形成する(図26(a),(b))。その結果、上部電極22は、図22に示したように活性領域7上において側面に凹み部10を有する形状となる。即ち、上部電極22はその幅が一定ではなく、活性領域7上での幅(図22および図26(a)に示す幅WU1)が分離領域上での幅(図22および図26(b)に示す幅WU2)よりも狭くなる。
Then, the
その後は従来の手法と同様にして、PMOSトランジスタ101のソース/ドレイン領域14,15を形成するイオン注入(第2イオン注入)を行う。即ち、まずシリコン基板1の比較的浅い位置に低濃度領域14a,15aを形成し(図27(a),(b))、その後サイドウォール13,23を形成してからシリコン基板1の比較的深い位置に高濃度領域14b,15bを形成する(図28(a),(b))。
Thereafter, ion implantation (second ion implantation) for forming the source /
そして最後に従来の手法と同様にして、自己整合的にシリサイド層121,141,151,221が形成し、層間絶縁膜6、コンタクト16、35を形成し、層間絶縁膜6の上にビット線BLを形成することによって、図21,図22に示した本実施の形態に係るDRAMセル100の構造が完成する。
Finally, silicide layers 121, 141, 151, and 221 are formed in a self-aligned manner, the interlayer insulating film 6 and
〓請求項1,請求項3,請求項5
本実施の形態では、ソース/ドレイン領域15の形成のための第2イオン注入の際に、上部電極22に設けられた凹み部10内にもイオンが注入される。従って、上部電極22全体の幅(幅WU2)の内側の活性領域7にも第2イオン注入によりイオンが注入される。よって、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間における、下部拡散層24形成のための第1イオン注入工程でもソース/ドレイン領域14,15形成のための第2イオン注入工程でもイオンが注入されない高抵抗な領域(図20(a)に示す領域E)が小さくなる。従って、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間の抵抗を低くできるので、DRAMセル100の書き込み/読み出しマージンを大きくでき、動作の高速化に寄与できる。特に、上部電極22における活性領域7上での幅WU1を、リセス41の幅WRよりも狭くすれば、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間において第1イオン注入工程でも第2イオン注入工程でもイオンが注入されない高抵抗な領域を殆ど無くすことができ、効果的である。
In the present embodiment, ions are also implanted into the
〓請求項2
なお、本実施の形態においても、リセス41は上部電極22およびその側面のサイドウォール23によって完全に覆われるようにする必要がある。従って図22の如く、上部電極22の凹み部10の幅をWC、活性領域7の幅をWA、サイドウォール23の幅をWSと定義すると、
WA/2+WS−WC/2≧0 …(3)
である必要がある。
〓 Claim 2
Also in this embodiment, the
W A / 2 + W S −W C / 2 ≧ 0 (3)
Need to be.
加えて、サイドウォール23を含めた上部電極22の凹み部10の位置が、活性領域7上から外れないようにする必要がある。例えば、位置合わせずれにより図29のように凹み部10が活性領域7上から外れた場合を考える。図30は、図29のC−C線に沿った断面図である。凹み部10が活性領域7上から外れると、図30のように、上部電極22におけるリセス41内に埋め込まれた部分の上面が凹み部10内に露出し、その部分にソース/ドレイン領域15の上面のシリサイド層151と一体的なシリサイド層が形成され、ソース/ドレイン領域15と上部電極22とが短絡してしまう。
In addition, it is necessary to prevent the position of the recessed
従って、活性領域7の寸法ばらつきσA、上部電極22の寸法ばらつきσU、活性領域7と上部電極22との位置合わせ精度σUA、サイドウォール13の幅の寸法ばらつきσSを考慮し、上記の寸法WC、WA、WSそれぞれの設計値(例えば、フォトマスク上における寸法)WC0、WA0、WS0を、
WA0/2+WS0−WC0/2≧√(σA 2+σU 2+σUA 2+σS 2) …(4)
の関係を満たすように決定するとよい。
Therefore, taking into account the dimensional variation σ A of the
W A0 / 2 + W S0 −W C0 / 2 ≧ √ (σ A 2 + σ U 2 + σ UA 2 + σ S 2 ) (4)
It is good to decide to satisfy the relationship.
<実施の形態2>
実施の形態2に係るDRAMセルの製造方法について説明する。まず、従来の手法と同様にして、シリコン基板1に分離トレンチ40を形成することで、シリコン基板1上に活性領域7を規定する(図5)。
<Embodiment 2>
A method for manufacturing a DRAM cell according to the second embodiment will be described. First, the
そして、フォトリソグラフィ技術を用いてシリコン基板1上にリセス41のパターンに開口が形成されたレジストマスク52を形成する。但し本実施の形態では、このとき図31の如く両側に凹み部を有するフォトマスクのパターン202を用いることにより、レジストマスク52が、活性領域7上において側面に凹み部50を有するようにする。そのためレジストマスク52の幅は一定ではなく、分離領域上の幅よりも活性領域7上の幅の方が狭くなる(図32)。言い換えれば、レジストマスク52の開口は、図33(a),(b)に示すように、活性領域7に沿った断面での幅WR1よりも分離領域に沿った断面での幅WR2よりも広くなる。
Then, a resist
続いて、そのレジストマスク52をマスクにするエッチングによりリセス41を形成する(図34(a),(b))。次いで、レジストマスク52をマスクにして、P型イオン(例えばボロンイオン)をシリコン基板1に注入する工程(第1イオン注入)を行うことにより、リセス41の内壁(分離トレンチ40の内壁)に下部拡散層24を形成する(図35(a),(b))。このとき活性領域7には、当該活性領域7に沿った断面におけるレジストマスク52の開口幅(幅WR1)でイオンが注入される。即ち、本実施の形態における第1イオン注入では、リセス41の幅(幅WR2)よりも外側の活性領域7にもイオンが注入され、結果として形成される下部拡散層24の幅はリセス41の幅よりも広くなる。
Subsequently, a
そしてレジストマスク52およびパッド酸化膜51を除去した後、再度パッド酸化膜56を形成し、PMOSトランジスタ101のしきい値を調整するためのチャネルドープを行う。
Then, after removing the resist
その後は従来の手法同様にして、シリコン基板1の表面に酸化膜53およびポリシリコン膜54を形成し、その上にゲート電極12および上部電極22のパターンのレジストマスク55a,55bを形成する(図36(a),(b))。次いでレジストマスク55a,55bをマスクにするエッチングによりポリシリコン膜54をパターニングして、ゲート電極12および上部電極22を形成する(図37(a),(b))。
Thereafter, in the same manner as in the conventional method, an
そしてPMOSトランジスタ101のソース/ドレイン領域14,15を形成するイオン注入(第2イオン注入)を行う。即ち、まずゲート電極12および上部電極22に対して自己整合的に行うイオン注入により、シリコン基板1の比較的浅い位置に低濃度領域14a,15aを形成し(図38(a),(b))、その後ゲート電極12および上部電極22にサイドウォール13,23を形成してからシリコン基板1の比較的深い位置に高濃度領域14b,15bを形成する(図39(a),(b))。
Then, ion implantation (second ion implantation) for forming the source /
そして最後に、従来の手法と同様に、自己整合的にシリサイド層121,141,151,221が形成し、層間絶縁膜6、コンタクト16、35を形成し、層間絶縁膜6の上にビット線BLを形成することによって、本実施の形態に係るDRAMセル100の構造が完成する。なお、本実施の形態に係るDRAMセル100の完成構造は、外観上、図2(a),(b)および図3に示したものと同じである(但し、上記のとおり上部電極22のエッジ部の下方において、第1イオン注入工程でも第2イオン注入工程でもイオンが注入されない領域は小さくなっている)。
Finally, as in the conventional method, silicide layers 121, 141, 151, and 221 are formed in a self-aligned manner, the interlayer insulating film 6 and the
〓請求項4,請求項7,請求項8
本実施の形態では、下部拡散層24を形成するための第1イオン注入の際にマスクとなるレジストマスク52が、活性領域7上において側面に凹み部50を有しているので、第1イオン注入により、リセス41の幅よりも外側の活性領域7にもイオンが注入されることとなる。よって、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間における、第1イオン注入工程でも第2イオン注入工程でもイオンが注入されない高抵抗な領域(図20(a)に示す領域E)を小さくすることができる。従って、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間の抵抗を低くでき、DRAMセル100の書き込み/読み出しマージンを大きくでき、動作の高速化に寄与できる。特に、活性領域7に沿った断面におけるレジストマスク52の開口幅WR1を、その後に形成する上部電極22の幅WUよりも狭くすれば、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間において第1イオン注入工程でも第2イオン注入工程でもイオンが注入されない高抵抗な領域を殆ど無くすことができ、効果的である。
In the present embodiment, since the resist
なお、本実施の形態においては、レジストマスク52の凹み部50は、活性領域7上から外れないようにする必要がある。即ち、活性領域7の幅WAと凹み部50の幅WMとの関係は、
WA−WM≧0 …(5)
である必要がある。
In the present embodiment, it is necessary to prevent the
W A −W M ≧ 0 (5)
Need to be.
加えて、レジストマスク52の凹み部50の位置が、位置合わせずれにより活性領域7上から外れないようにする必要がある。例えば位置合わせずれにより、図40のように凹み部50が活性領域7上から外れた場合を考える。図41および図42は、それぞれ図40のD−D線、F−F線に沿った断面図である。レジストマスク52はリセス41を形成するためのエッチングマスクとしても使用されるので、凹み部50が活性領域7上から外れるとその踏み外し部分でリセス41の幅が広がり、図41のように、上部電極22よりもリセス41が広くなる。そうなると図42のように、上部電極22におけるリセス41内に埋め込まれた部分の上面が露出して、その部分にソース/ドレイン領域15の上面のシリサイド層151と一体的なシリサイド層が形成され、ソース/ドレイン領域15と上部電極22とが短絡してしまう。
In addition, it is necessary to prevent the position of the
従って、活性領域7の寸法ばらつきをσA、レジストマスク52の寸法ばらつきをσM、活性領域7とレジストマスク52の位置合わせ精度をσMAを考慮し、寸法WM、WAそれぞれの設計値(例えば、フォトマスク上における寸法)WM0、WA0を、
WA0/2−WM0/2≧√(σA 2+σM 2+σMA 2) …(6)
の関係を満たすように決定するとよい。
Accordingly, the dimensional variation of the
W A0 / 2-W M0 / 2 ≧ √ (σ A 2 + σ M 2 + σ MA 2 ) (6)
It is good to decide to satisfy the relationship.
<実施の形態3>
上で説明した実施の形態1と実施の形態2とは互いに組み合わせることが可能である。即ち、下部拡散層24を形成する第1イオン注入のマスクとなるレジストマスク52に凹み部50を設け、なお且つ、その後に形成する上部電極22に凹み部10を設けてもよい。そうすることにより、第1イオン注入によってリセス41の幅よりも外側の活性領域7にもイオンが注入され、且つ、第2イオン注入によって上部電極22の幅よりも内側の活性領域7にもイオンが注入されることとなる。従って、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間の活性領域7において、第1イオン注入でも第2イオン注入でもイオンが注入されない領域を効果的に減らすことができる。従って、PMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間の低抵抗化の効果はさらに大きくなる。
<Embodiment 3>
The first embodiment and the second embodiment described above can be combined with each other. In other words, the
また本発明は、レジストマスク52の凹み部50および上部電極22の凹み部10の寸法を大きくできればその効果は高くなる。しかし半導体装置の微細化が進むと、寸法ばらつきや位置合わせずれの影響が大きくなるため、レジストマスク52の凹み部50や上部電極22の凹み部10の寸法を充分に大きくすることが困難になると考えられる。実施の形態1と実施の形態2とを組み合わせれば、レジストマスク52の凹み部50および上部電極22の凹み部10それぞれの寸法が小さくても高い効果が期待でき、半導体装置の高集積化に寄与できる。
The effect of the present invention is enhanced if the size of the
<実施の形態4>
上で説明した従来のDRAMセル100の製造方法では、図13(a),(b)に示した工程において、PMOSトランジスタ101のしきい値を調整するためのチャネルドープが行われる。図13(a),(b)から分かるように従来の手法では、チャネルドープの際には、PMOSトランジスタ101の形成領域と共に、キャパシタ102の形成領域にもチャネルドープのためのイオンが注入されていた。
<
In the conventional method for manufacturing the
そのため、チャネルドープで注入するイオンが、下部拡散層24を形成する第1イオン注入で注入されるイオン(ここではドナー)とは逆の導電型のイオン(ここではアクセプタ)である場合、それによって下部拡散層24の不純物濃度(ドナー濃度)が低下する。特に、従来の手法においては、上部電極22のエッジ部の下方(図20(a)に示す領域Eの部分)には、第1イオン注入でも第2イオン注入でもイオン注入されないので、その部分の不純物濃度が低下して更に高抵抗化するという問題が生じる。
Therefore, if the ions implanted by channel doping are ions (acceptors here) of the opposite conductivity type to the ions (donors here) implanted by the first ion implantation that forms the
〓請求項6,請求項9,請求項10
そこで、本実施の形態ではPMOSトランジスタ101のチャネルドープがアクセプタの注入である場合には、図43および図44(a),(b)のようにキャパシタ102の形成領域をレジストマスク60で覆ってから行う。それにより、チャネルドープのためのアクセプタがキャパシタ102の形成領域に導入されることを防止し、チャネルドープに起因して上記の問題を回避することができる。
〓Claim 6, Claim 9, and
Therefore, in this embodiment, when channel doping of the
チャネルドープのマスクとなるレジストマスク60は、キャパシタ102の形成領域を完全に覆うことが望ましいので、キャパシタ102の形成領域よりもある程度大きめに形成するとよい。しかし、レジストマスク60がPMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間のソース/ドレイン領域15まで覆ってしまうと、正常にPMOSトランジスタ101のチャネルドープを行えないので、レジストマスク60が少なくともソース/ドレイン領域15の全部を覆ってしまわないようにする必要がある。
The resist
従って、後に形成されるPMOSトランジスタ101のゲート電極12とキャパシタ102の上部電極22との間の距離が充分長い場合には、レジストマスク60の端が両者の中間近傍になるようにすればよい。但し、DRAMセル100の微細化が進み、ゲート電極12と上部電極22との間の寸法ばらつきや、レジストマスク60の寸法ばらつき、およびゲート電極12および上部電極22のパターンとレジストマスク60のパターンの位置合わせずれが無視できない場合には、レジストマスク60の端を、より上部電極22側に近づけるようにすべきである。
Therefore, when the distance between the
より具体的には、ゲート電極12と上部電極22との間の設計寸法をL、ゲート電極12と上部電極22との間の寸法ばらつきをσL、レジストマスク60の寸法ばらつきをσT、およびゲート電極12および上部電極22のパターンとレジストマスク60のパターンの位置合わせ精度をσTLとしたとき、
L/2<√(σL 2+σT 2+σTL 2) …(7)
である場合には、レジストマスク60の端がゲート電極12と上部電極22との間の両者の中間よりも上部電極22側に近づけるようにするべきである。
More specifically, the design dimension between the
L / 2 <√ (σ L 2 + σ T 2 + σ TL 2 ) (7)
In this case, the end of the resist
なお、本実施の形態は、実施の形態1および実施の形態2とも組み合わせることが可能である。即ち、実施の形態1および実施の形態2におけるPMOSトランジスタ101のチャネルドープ工程においても、チャネルドープで注入するイオンが下部拡散層24を形成するための第1イオン注入で注入するイオンと逆の導電型である場合に、キャパシタ102の形成領域をレジストマスク60で覆ってから行うようにすればよい。それにより、実施の形態1および実施の形態2においても、チャネルドープに起因してPMOSトランジスタ101とキャパシタ102との間が高抵抗化することを回避することができる。
Note that this embodiment mode can be combined with
1 シリコン基板、4 分離絶縁膜、5 酸化膜、6 層間絶縁膜、7 活性領域、11 ゲート酸化膜、12 ゲート電極、13,23 サイドウォール、14 ソース/ドレイン領域、15 ソース/ドレイン領域、16 コンタクト、21 誘電体層、22 上部電極、24 下部拡散層、40 分離トレンチ、41 リセス、52,55,60 レジストマスク、121,141,151,221 シリサイド層、100 DRAMセル、101 PMOSトランジスタ、102 キャパシタ。
1 silicon substrate, 4 isolation insulating film, 5 oxide film, 6 interlayer insulating film, 7 active region, 11 gate oxide film, 12 gate electrode, 13, 23 sidewall, 14 source / drain region, 15 source / drain region, 16 Contact, 21 Dielectric layer, 22 Upper electrode, 24 Lower diffusion layer, 40 Isolation trench, 41 Recess, 52, 55, 60 Resist mask, 121, 141, 151, 221 Silicide layer, 100 DRAM cell, 101 PMOS transistor, 102 Capacitor.
Claims (10)
前記半導体基板において前記トレンチにより規定された活性領域と、
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するよう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一部が前記トレンチ内に埋め込まれた第2電極とから成るキャパシタと
を備え、
前記第2電極は、前記活性領域上において側面に凹み部を有している
ことを特徴とする半導体装置。 A trench formed in the upper portion of the semiconductor substrate;
An active region defined by the trench in the semiconductor substrate;
A first electrode which is an impurity diffusion layer formed so as to extend from the upper surface of the active region to the inner wall of the trench, a dielectric layer formed on the surface of the impurity diffusion layer, and formed on the dielectric layer And a capacitor comprising a second electrode partially embedded in the trench,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second electrode has a recess on a side surface on the active region.
前記第2電極の側面に形成されたサイドウォールをさらに備え、
前記第2電極における前記トレンチ内に埋め込まれた第1の部分は、前記トレンチの外側の第2の部分および前記サイドウォールによって完全に覆われている
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A side wall formed on a side surface of the second electrode;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first portion embedded in the trench in the second electrode is completely covered by the second portion outside the trench and the sidewall.
(b)前記トレンチ内に分離絶縁膜を形成する工程と、
(c)キャパシタの形成領域が開口された第1レジストマスクをマスクにするエッチングにより、前記分離絶縁膜の上部にリセスを形成する工程と、
(d)前記第1レジストマスクをマスクにする第1イオン注入により、前記活性領域上および前記リセスの内壁に前記キャパシタの第1電極となる不純物拡散層を形成する工程と、
(e)前記不純物拡散層上に誘電体層を形成した後、前記リセス内を含む全面に電極材を形成する工程と、
(f)前記キャパシタの形成領域を覆う第2レジストマスクをマスクにするエッチングにより、前記電極材をパターニングして前記キャパシタの第2電極を形成する工程と、
(g)前記第2電極に対して自己整合的に行う第2イオン注入により、前記活性領域に前記第1イオン注入と同じ導電型のイオンを注入する工程と
を備え、
前記第2レジストマスクは、前記活性領域上において側面に凹み部を有している
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) a step of defining an active region in the semiconductor substrate by forming a trench above the semiconductor substrate;
(B) forming an isolation insulating film in the trench;
(C) forming a recess in the upper portion of the isolation insulating film by etching using the first resist mask in which the capacitor formation region is opened as a mask;
(D) forming an impurity diffusion layer serving as a first electrode of the capacitor on the active region and on the inner wall of the recess by first ion implantation using the first resist mask as a mask;
(E) after forming a dielectric layer on the impurity diffusion layer, forming an electrode material on the entire surface including the inside of the recess;
(F) patterning the electrode material by etching using a second resist mask covering the capacitor formation region as a mask to form the second electrode of the capacitor;
(G) implanting ions of the same conductivity type as the first ion implantation into the active region by second ion implantation performed in a self-aligned manner with respect to the second electrode,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second resist mask has a recessed portion on a side surface on the active region.
前記第1レジストマスクは、前記活性領域上において側面に凹み部を有している
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 according to claim 3,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first resist mask has a recessed portion on a side surface on the active region.
前記第2イオン注入は、前記活性領域に形成されるMOSトランジスタのソース/ドレイン領域を形成するためのものである
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 according to claim 3 or 4,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second ion implantation is for forming a source / drain region of a MOS transistor formed in the active region.
(h)前記MOSトランジスタのしきい値調整用のチャネルドープのための第3イオン注入を行う工程をさらに備え、
前記第1イオン注入と前記第3イオン注入とで注入するイオンの導電型が異なる場合、前記工程(h)は、少なくとも前記キャパシタの形成領域を覆う第3レジストマスクをマスクにして実行される
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 according to claim 5,
(H) further comprising performing a third ion implantation for channel doping for threshold adjustment of the MOS transistor;
When the conductivity types of ions to be implanted are different between the first ion implantation and the third ion implantation, the step (h) is performed with a third resist mask covering at least the capacitor formation region as a mask. A method of manufacturing a semiconductor device.
(b)前記トレンチ内に分離絶縁膜を形成する工程と、
(c)キャパシタの形成領域が開口された第1レジストマスクをマスクにするエッチングにより、前記分離絶縁膜の上部にリセスを形成する工程と、
(d)前記第1レジストマスクをマスクにする第1イオン注入により、前記活性領域上および前記リセスの内壁に前記キャパシタの第1電極となる不純物拡散層を形成する工程と、
(e)前記不純物拡散層上に誘電体層を形成した後、前記リセス内を含む全面に電極材を形成する工程と、
(f)前記キャパシタの形成領域を覆う第2レジストマスクをマスクにするエッチングにより、前記電極材をパターニングして前記キャパシタの第2電極を形成する工程と、
(g)前記第2電極に対して自己整合的に行う第2イオン注入により、前記活性領域に前記第1イオン注入と同じ導電型のイオンを注入する工程とを備え、
前記第1レジストマスクは、前記活性領域上において側面に凹み部を有している
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) a step of defining an active region in the semiconductor substrate by forming a trench above the semiconductor substrate;
(B) forming an isolation insulating film in the trench;
(C) forming a recess in the upper portion of the isolation insulating film by etching using the first resist mask in which the capacitor formation region is opened as a mask;
(D) forming an impurity diffusion layer serving as a first electrode of the capacitor on the active region and on the inner wall of the recess by first ion implantation using the first resist mask as a mask;
(E) after forming a dielectric layer on the impurity diffusion layer, forming an electrode material on the entire surface including the inside of the recess;
(F) patterning the electrode material by etching using a second resist mask covering the capacitor formation region as a mask to form the second electrode of the capacitor;
(G) implanting ions of the same conductivity type as the first ion implantation into the active region by second ion implantation performed in a self-aligned manner with respect to the second electrode,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first resist mask has a recessed portion on a side surface on the active region.
前記第2イオン注入は、前記活性領域に形成されるMOSトランジスタのソース/ドレイン領域を形成するためのものである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, comprising:
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second ion implantation is for forming a source / drain region of a MOS transistor formed in the active region.
(h)前記MOSトランジスタのしきい値調整用のチャネルドープのための第3イオン注入を行う工程をさらに備え、
前記第1イオン注入と前記第3イオン注入とで注入するイオンの導電型が異なる場合、前記工程(h)は、少なくとも前記キャパシタの形成領域を覆う第3レジストマスクをマスクにして実行される
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, comprising:
(H) further comprising performing a third ion implantation for channel doping for threshold adjustment of the MOS transistor;
When the conductivity types of ions to be implanted are different between the first ion implantation and the third ion implantation, the step (h) is performed with a third resist mask covering at least the capacitor formation region as a mask. A method of manufacturing a semiconductor device.
(b)前記活性領域に形成されるMOSトランジスタのしきい値調整用のチャネルドープのためのイオン注入工程とを備え、
前記工程(a)と(b)とで注入するイオンの導電型が異なる場合、前記工程(b)は、少なくとも前記キャパシタの形成領域を覆うレジストマスクをマスクにして実行されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) an ion implantation step for forming an impurity diffusion layer serving as an electrode of a capacitor in the active region of the semiconductor substrate;
(B) an ion implantation step for channel doping for adjusting a threshold value of the MOS transistor formed in the active region,
When the conductivity types of ions to be implanted are different between the steps (a) and (b), the step (b) is performed with a resist mask covering at least the capacitor formation region as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005350445A JP2007157977A (en) | 2005-12-05 | 2005-12-05 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
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JP2005350445A JP2007157977A (en) | 2005-12-05 | 2005-12-05 | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2919112A1 (en) * | 2007-07-16 | 2009-01-23 | St Microelectronics Crolles 2 | Integrated circuit e.g. Dynamic RAM cell, has bit line located under structure that acts as gate to control channel, and capacitor includes electrode that comprises common layer with part of source and/or drain region of transistor |
JP2013030562A (en) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Rohm Co Ltd | Semiconductor device |
CN113588741A (en) * | 2020-05-01 | 2021-11-02 | 爱科来株式会社 | Method for manufacturing electrochemical sensor and electrochemical sensor |
-
2005
- 2005-12-05 JP JP2005350445A patent/JP2007157977A/en active Pending
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