JP2007324489A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置の製造方法及び半導体装置に関し、特に、MISFETとMISキャパシタとを有する半導体装置の製造方法及び製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device having a MISFET and a MIS capacitor and a manufacturing method thereof.
半導体装置では、微細化の要求が進んでおり、昇圧回路等に用いられるMIS(Metal Insulator Semiconductor)キャパシタに対しては、低面積化の要求がある。このような要求に対して、キャパシタ形成領域に凹凸な溝を形成する事で、単位面積あたりの容量を向上させることが知られている。 In semiconductor devices, the demand for miniaturization has progressed, and there is a demand for reduction in area for MIS (Metal Insulator Semiconductor) capacitors used in booster circuits and the like. In response to such a requirement, it is known to improve the capacitance per unit area by forming an uneven groove in the capacitor formation region.
また、半導体装置の微細化に伴ない、閾値の低下とパンチスルー耐圧の低下に対する対策が必要となっている。この対策として、ゲート電極を溝に埋めこんだ溝型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)が知られている。溝型のMISFETとして、例えば特許文献1は、半導体基板に掘った溝の側壁にチャネルが形成され、その溝の底面から半導体装置の拡散層までの距離が、その溝のチャネル方向の平面寸法より長い事を特徴とする半導体装置、を開示している。
In addition, with the miniaturization of semiconductor devices, countermeasures for lowering the threshold and lowering the punch-through breakdown voltage are required. As a countermeasure, a trench type MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) in which a gate electrode is buried in a trench is known. As a trench-type MISFET, for example, in
ところで、半導体装置の微細化に伴ない、製造プロセスが複雑化している。コスト低減、スループットの向上の観点から、製造プロセスは簡略化されている事が望まれる。 By the way, with the miniaturization of semiconductor devices, the manufacturing process has become complicated. From the viewpoint of cost reduction and throughput improvement, it is desirable that the manufacturing process be simplified.
製造プロセスを簡略化させるために、特許文献2は、半導体素子と、その半導体素子間を分離する素子分離溝と、キャパシタ形成溝と、そのキャパシタ形成溝内に誘電体膜を介して形成されたキャパシタ電極とを有する半導体装置の製造方法において、半導体基板にその素子分離溝を形成する工程で、そのキャパシタ形成溝が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法、を開示している。
In order to simplify the manufacturing process,
しかしながら、溝型ゲート電極を有するMISFETと、MISキャパシタとを有する半導体装置において、製造プロセスを簡略にする事のできる技術については、未だ開示されていない。
本発明の目的は、簡略化されたプロセスで製造することのできる、溝型ゲート電極を有するMISFETと溝型のキャパシタとを有する半導体装置及びその製造方法を提供する事にある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a MISFET having a groove-type gate electrode and a groove-type capacitor, and a method for manufacturing the same, which can be manufactured by a simplified process.
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 In the following, means for solving the problem will be described using the numbers used in [Best Mode for Carrying Out the Invention] in parentheses. These numbers are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Best Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in [Claims].
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、溝型のゲート電極(16a)を有するMISFET(30A)と、溝型のキャパシタ(30B)とを有する半導体装置の製造方法である。MISFET(30A)のゲート電極(16a)を埋め込む為のゲート溝(7a)と、キャパシタ(30B)を形成する為のキャパシタ形成溝(7b)と、を同時に形成する溝形成工程(ステップS80)、を具備する。
ゲート溝(7a)と、キャパシタ形成溝(7b)と、を同一工程で形成する事により、製造プロセスを簡略にすることができる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a MISFET (30A) having a groove type gate electrode (16a) and a groove type capacitor (30B). A groove forming step (step S80) for simultaneously forming a gate groove (7a) for embedding the gate electrode (16a) of the MISFET (30A) and a capacitor forming groove (7b) for forming the capacitor (30B); It comprises.
By forming the gate groove (7a) and the capacitor formation groove (7b) in the same process, the manufacturing process can be simplified.
上記の半導体装置の製造方法において、更に、MISFET(30A)のゲート絶縁膜(10a)と、キャパシタ(30B)のキャパシタ誘電膜(10b)と、を同時に形成する絶縁膜形成工程(ステップS110)、を具備することが好ましい。
ゲート絶縁膜(10a)と、キャパシタ誘電膜(10b)とを同時に形成する事で、製造プロセスを更に簡略にすることができる。
In the semiconductor device manufacturing method, an insulating film forming step (step S110) for simultaneously forming a gate insulating film (10a) of the MISFET (30A) and a capacitor dielectric film (10b) of the capacitor (30B); It is preferable to comprise.
By simultaneously forming the gate insulating film (10a) and the capacitor dielectric film (10b), the manufacturing process can be further simplified.
上記の半導体装置の製造方法において、ゲート絶縁膜(10a)及びキャパシタ誘電膜(10b)は、酸化シリコン膜であることが好ましい。
酸化シリコン膜は、ゲート絶縁膜(10a)としてもキャパシタ誘電膜(10b)としても用いることができる。酸化シリコン膜を用いることで、ゲート絶縁膜(10a)とキャパシタ誘電膜(10b)とを同時に形成することができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device, the gate insulating film (10a) and the capacitor dielectric film (10b) are preferably silicon oxide films.
The silicon oxide film can be used as both the gate insulating film (10a) and the capacitor dielectric film (10b). By using the silicon oxide film, the gate insulating film (10a) and the capacitor dielectric film (10b) can be formed simultaneously.
上記の半導体装置の製造方法において、更に、MISFET(30A)のゲート電極(16a)と、キャパシタ(30B)の上部電極(16b)と、を同時に形成する電極形成工程(ステップS120〜S180)、を具備することが好ましい。
ゲート電極(16a)と、キャパシタの上部電極(16b)とを同時に形成することで、製造プロセスを更に簡略にすることができる。
In the semiconductor device manufacturing method, an electrode forming step (steps S120 to S180) for simultaneously forming the gate electrode (16a) of the MISFET (30A) and the upper electrode (16b) of the capacitor (30B) is further performed. It is preferable to comprise.
By simultaneously forming the gate electrode (16a) and the upper electrode (16b) of the capacitor, the manufacturing process can be further simplified.
上記の半導体装置の製造方法において、電極形成工程(ステップS120〜S180)は、ゲート絶縁膜(10a)及びキャパシタ誘電膜(10b)上に、多結晶シリコンを積層する工程(ステップS120)と、その多結晶シリコン上に、タングステンを積層する工程(ステップS130)と、を有することが好ましい。 In the semiconductor device manufacturing method, the electrode forming step (steps S120 to S180) includes a step of stacking polycrystalline silicon on the gate insulating film (10a) and the capacitor dielectric film (10b) (step S120), A step of stacking tungsten on the polycrystalline silicon (step S130).
本発明にかかる半導体装置(100)は、溝型のゲート電極(16a)を有するMISFET(30A)と、溝型のキャパシタ(30B)と、を具備する。ゲート電極(16a)と、キャパシタ(30B)の上部電極(16b)とが、同一材料で形成されている。
ゲート電極(16a)とキャパシタの上部電極(16b)とを同一材料とする事で、ゲート電極(16a)と上部電極(16b)とを同一工程で形成することが可能となる。
The semiconductor device (100) according to the present invention includes a MISFET (30A) having a groove-type gate electrode (16a) and a groove-type capacitor (30B). The gate electrode (16a) and the upper electrode (16b) of the capacitor (30B) are formed of the same material.
By using the same material for the gate electrode (16a) and the upper electrode (16b) of the capacitor, the gate electrode (16a) and the upper electrode (16b) can be formed in the same process.
上記の半導体装置(100)は、更に、MISFET(30A)のゲート絶縁膜(10a)と、キャパシタ(30B)のキャパシタ誘電膜(10b)とが、同一材料で形成されていることが好ましい。
ゲート絶縁膜(10a)とキャパシタ誘電膜(10b)とが同一材料であることにより、ゲート絶縁膜10aとキャパシタ誘電膜(10b)とを同一工程で形成することが可能となる。
In the semiconductor device (100), the gate insulating film (10a) of the MISFET (30A) and the capacitor dielectric film (10b) of the capacitor (30B) are preferably formed of the same material.
Since the gate insulating film (10a) and the capacitor dielectric film (10b) are made of the same material, the
上記の半導体装置(100)において、ゲート絶縁膜(10a)及びキャパシタ誘電膜(10b)は、酸化シリコン膜であることが好ましい。 In the semiconductor device (100), the gate insulating film (10a) and the capacitor dielectric film (10b) are preferably silicon oxide films.
上記の半導体装置(100)において、MISFET(30A)のゲート電極(16a)と、キャパシタ(30B)の上部電極(16b)とが同一材料で形成されていることが好ましい。
ゲート電極(16a)と上部電極(16b)とを同一材料とすることで、ゲート電極(16a)と上部電極(16b)とを同一工程で形成することが可能となる。
In the semiconductor device (100), the gate electrode (16a) of the MISFET (30A) and the upper electrode (16b) of the capacitor (30B) are preferably formed of the same material.
By using the same material for the gate electrode (16a) and the upper electrode (16b), the gate electrode (16a) and the upper electrode (16b) can be formed in the same process.
上記の半導体装置(100)において、ゲート電極(16a)及びキャパシタの上部電極(16b)は、ゲート絶縁膜(10a)及びキャパシタ誘電膜(10b)上に設けられた多結晶シリコン(11)と、多結晶シリコン(11)上に設けられたタングステン(12)と、を有することが好ましい。 In the semiconductor device (100), the gate electrode (16a) and the upper electrode (16b) of the capacitor are formed of polycrystalline silicon (11) provided on the gate insulating film (10a) and the capacitor dielectric film (10b), And tungsten (12) provided on the polycrystalline silicon (11).
本発明に依れば、簡略化されたプロセスで製造することのできる溝型ゲート電極を有するMISFETと、キャパシタとを有する半導体装置、及びその製造方法が提供される。 According to the present invention, there are provided a semiconductor device having a MISFET having a trench gate electrode and a capacitor, which can be manufactured by a simplified process, and a manufacturing method thereof.
図面を参照して、本発明の実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法を説明する。図1は、半導体装置100の平面図であり、図2は図1のAA’断面、BB’断面を示す図である。本実施の形態に係る半導体装置100としては、例えばDRAMが挙げられる。半導体装置100は、MISFET、及びキャパシタを有している。これらは、単結晶シリコンの半導体基板1上に形成されている。図1において左側の図は、MISFETを含むメモリセル部分(以下、MISFET形成領域)、右側の図は、キャパシタ形成領域を示している。
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of the
図1に示されるように、MISFET形成領域では、半導体基板1上にワード線(WL)とビット線(BL)が交差するように配置されている。WLは、MISFET30Aのゲート電極16aに、BLはソース・ドレイン領域に、夫々プラグを介して接続されている。なお、図1の図において、ソース・ドレイン領域の図示は省略されている。
As shown in FIG. 1, in the MISFET formation region, the word line (WL) and the bit line (BL) are arranged on the
一方、半導体基板1上のキャパシタ形成領域には、少なくとも一本のキャパシタ溝が形成されている。本実施の形態では、複数のキャパシタ溝が、基板平面上で平行に延びるストライプ状である場合について説明するが、穴状、格子状など、他の形状であってもよく、キャパシタ溝のレイアウトについては限定されない。
On the other hand, at least one capacitor groove is formed in the capacitor formation region on the
図2を参照する。図2において、左側の図は図1のAA’断面を示す図である。即ち、MISFET30A部分の断面構造を示している。説明の便宜上、Nチャネル型のMISFETついてのみ示しているが、別の領域にはPチャネル型のMISFETも形成されている。MISFET30Aは、P型不純物層8と、ソース・ドレイン領域17、19aと、ゲート絶縁膜10aと、ゲート電極16aと、を有している。
Please refer to FIG. In FIG. 2, the diagram on the left side is a diagram showing the AA ′ cross section of FIG. 1. That is, the cross-sectional structure of the
半導体基板1の上側表面部分は、P型の不純物がドープされたP型不純物層8となっている。
The upper surface portion of the
P型不純物層8には、N型の不純物がドープされたソース・ドレイン領域17、19aが設けられている。ソース・ドレイン領域17、19aは、半導体基板1上に設けられたプラグ22b、22aに電気的に接続されている。プラグ22b、aの材質としては、不純物がドープされた多結晶シリコンが例示される。
The P-
半導体基板1上には、更に、素子分離溝が形成されている。素子分離溝には、素子分離酸化膜4が埋め込まれている。この素子分離溝によって、MISFETやキャパシタ等の半導体素子間が分離されている。
An element isolation groove is further formed on the
また、半導体基板1上には、ゲート溝7aが形成されている。ゲート溝7aには、ゲート絶縁膜10aを介してゲート電極16aが埋め込まれている。ゲート絶縁膜10aは、酸化シリコン膜である。このようにして、溝型のゲート電極16aが形成されている。
A
ゲート電極16aは、多結晶シリコン11と、タングステン12とを有している。多結晶シリコン11は、ゲート溝7aに埋め込まれるとともに、ゲート溝7a周囲のゲート絶縁膜10a上にも設けられている。タングステン12は、多結晶シリコン11上に形成されている。
The
ゲート電極16aのタングステン12上には、窒化シリコン膜13が形成されている。尚、ゲート電極16aは、多結晶シリコンとタングステン以外にも、高融点金属、シリサイドなどの合金膜等を用いることができるが、この場合、後述するキャパシタ誘電体も同じ材料である必要がある。
A
タングステン12及び窒化シリコン膜13の側部には、窒化シリコン膜15が設けられている。更に、窒化シリコン膜15の側部と、多結晶シリコンの側部とには、窒化シリコン膜18が形成されている。
A
ゲート電極16aやプラグ22a、22bの周囲には層間絶縁膜20が設けられている。すなわち、ゲート電極16aやプラグ22a、22bは、層間絶縁膜20に埋め込まれるように配置されている。層間絶縁膜20上には、層間絶縁膜23が設けられている。層間絶縁膜23には、配線引き出し用のプラグ24aが、プラグ22aに対応する位置に埋め込まれている。
An interlayer insulating
上述のように構成された溝型のゲート電極を有するMISFET30Aは、溝の側壁をチャネルにする事ができるので、実効的なチャネル長が長くなる。半導体装置の微細化に伴ない問題となる、短チャネル効果を抑制することができる。
Since the
続いて、図2の右側の図を参照して、キャパシタ30Bの構成について説明する。キャパシタ30Bは、MISFET30Aが形成されたものと同じ半導体基板1の上に設けられている。また、キャパシタ30Bは、キャパシタ下部電極9、キャパシタ上部電極16b、キャパシタ誘電膜10b、キャパシタ下部電極引き上げ部拡散層19b、を有している。キャパシタ30bは、2つのプラグ24c、24bによって、周囲の半導体素子に電気的に接続されている。
Next, the configuration of the
キャパシタ下部電極9は、半導体基板1の表面側に形成されている。キャパシタ下部電極9は、N型の不純物がドープされた半導体層である。
The capacitor
半導体基板1のキャパシタ形成領域には、複数(図では2本)のキャパシタ溝7bが掘られている。キャパシタ溝7bの深さは、ゲート溝7aとほぼ同じである。詳細は後述するが、キャパシタ溝7bは、ゲート溝7aと同一工程で形成される。
A plurality (two in the figure) of
キャパシタ溝17bに追従するように、キャパシタ誘電膜10bが半導体基板1上(キャパシタ下部電極9上)に設けられている。キャパシタ誘電膜10bは、ゲート絶縁膜10aと同じ酸化シリコン膜である。詳細は後述するが、キャパシタ誘電膜10bは、ゲート絶縁膜10aと同一工程で形成される。
A
キャパシタ誘電膜10bを介した半導体基板1上(キャパシタ下部電極9上)には、キャパシタ上部電極16bが設けられている。キャパシタ上部電極16bは、キャパシタ形成領域に対応して配置されている。ここで、キャパシタ上部電極16bは、キャパシタ溝7bを埋めこむように形成されている。
A capacitor
キャパシタ上部電極16b上には、窒化シリコン膜13が形成されている。また、キャパシタ形成領域の端部においては、窒化シリコン膜15が、窒化シリコン膜13及びタングステン12の側部を覆うように設けられている。更に、窒化シリコン膜15と多結晶シリコン11の側部には、窒化シリコン膜18が設けられている。
A
キャパシタ下部電極引き上げ部拡散層19bは、半導体基板1上におけるキャパシタ上部電極16bが形成された領域(キャパシタ形成領域)の外側に設けられている。キャパシタ下部電極引き上げ部拡散層19bは、N型不純物(リン等)のドープされたN型不純物領域である。キャパシタ下部電極引き上げ部拡散層19bは、プラグ24bに接続されている。
The capacitor lower electrode pulling
キャパシタ30Bの形成された半導体基板1上には、2層の層間絶縁膜20、23が形成されている。即ち、窒化シリコン13の上の空間は、層間絶縁膜20で埋められている。層間絶縁膜20上には、層間絶縁膜23が形成されている。
Two layers of interlayer insulating
2つのプラグ24b、24cは、層間絶縁膜20、23に埋めこまれるようにして配置されている。プラグ24bは、キャパシタ下部電極引き上げ部拡散層19b上に形成されたキャパシタ誘電膜10bに接続されている。プラグ24cは、窒化シリコン膜13を貫通して、キャパシタ上部電極16b(タングステン12)に接続されている。プラグ24b、cは、タングステン、Ti、TiNを含んでいる。
The two
上述した構成を有するキャパシタ30Bは、キャパシタ溝7bを設ける事でキャパシタ表面積が増加されており、単位面積あたりの容量を向上させることができる。
In the
続いて、MISFET30Aとキャパシタ30Bとを有する半導体装置の製造方法について説明する。図10は、半導体装置の製造方法のフローチャートを示す図である。半導体装置の製造方法は、図10に示されるステップS10〜230の工程を有している。各工程の詳細について、以下に図3〜図9を参照して説明する。尚、図3〜図9において、左側の図はMISFETを含む構成、右側の図はキャパシタを含む構成を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device having the
ステップS10〜40までの工程について説明する。 Steps from S10 to S40 will be described.
ステップS10;酸化シリコン膜の製膜
まず、P型の単結晶シリコンの半導体基板1を準備する。半導体基板1を熱酸化して、表面に酸化シリコン膜2を形成させる。この時に形成される酸化シリコン膜2の膜厚は、例えば9nmである。
Step S10: Formation of Silicon Oxide Film First, a P-type single crystal
ステップS20;窒化シリコン膜3の形成
続いて、酸化シリコン膜2の上層に窒化シリコン膜3を堆積させる。窒化シリコン膜3は、例えばCVD法により堆積させる事ができる。窒化シリコン膜3の膜厚は、例えば120nmである。
Step S20: Formation of the silicon nitride film 3 Subsequently, the silicon nitride film 3 is deposited on the
ステップS30;素子分離溝の形成
続いて、窒化シリコン膜3の上にレジスト(図示せず)を形成してパターニングする。パターニングされたレジストをマスクとして、窒化シリコン膜3、酸化シリコン膜2、及び半導体基板1を順次ドライエッチングして、半導体基板1に素子分離溝を形成する。
Step S30: Formation of Element Isolation Groove Subsequently, a resist (not shown) is formed on the silicon nitride film 3 and patterned. Using the patterned resist as a mask, the silicon nitride film 3, the
ステップS40;素子分離酸化膜の形成
続いて、酸化シリコン膜を半導体基板1上に堆積させる。酸化シリコン膜は、素子分離溝を埋めこむように堆積される。この時の酸化シリコン膜は、例えばCVD法を用いて堆積させる事ができる。更に、CMP法を用いて、素子分離溝以外に堆積された酸化シリコン膜を研磨することで、素子分離溝内部に埋めこまれた素子分離酸化膜4が形成される。更に、フッ酸を用いて素子分離酸化膜4の膜厚を調整する。素子分離酸化膜4が形成された後の断面図が図3に示される。
Step S40; Formation of Element Isolation Oxide Film Subsequently, a silicon oxide film is deposited on the
ステップS50〜S80の工程について説明する。 Steps S50 to S80 will be described.
ステップS50;窒化シリコン膜5の堆積
熱燐酸を用いて窒化シリコン膜3を除去する。そして酸化シリコン膜2の上層に窒化シリコン膜5を堆積させる。窒化シリコン膜5は、例えばCVD法で堆積させることができる。窒化シリコン膜5の膜厚は、例えば120nmである。
Step S50: Deposition of the silicon nitride film 5 The silicon nitride film 3 is removed using hot phosphoric acid. Then, a silicon nitride film 5 is deposited on the
ステップS60;窒化シリコン5に開口を形成
続いて、窒化シリコン膜5上にレジスト(図示せず)を形成させてパターニングする。この時、レジストは、ゲート溝及びキャパシタ溝となる位置に開口が設けられるようにパターニングされる。パターニングされたレジストをマスクとして、窒化シリコン膜5をエッチングし、酸化シリコン膜2に達する開口を形成する。
Step S60: Forming an opening in the silicon nitride 5 Subsequently, a resist (not shown) is formed on the silicon nitride film 5 and patterned. At this time, the resist is patterned so that openings are provided at positions to be gate grooves and capacitor grooves. Using the patterned resist as a mask, the silicon nitride film 5 is etched to form an opening reaching the
ステップS70;側壁マスクの形成
続いて、レジストを除去した後に、CVD法を用いて窒化シリコン膜を堆積させる。そして、堆積させた窒化シリコン膜を全面異方性ドライエッチングする。これにより、開口部の側壁にのみ窒化シリコン膜6が残る。
Step S70: Formation of Side Wall Mask Subsequently, after removing the resist, a silicon nitride film is deposited using the CVD method. Then, the deposited silicon nitride film is subjected to anisotropic dry etching on the entire surface. Thereby, the
ステップS80;ゲート溝及びキャパシタ溝の形成
続いて、窒化シリコン膜5、6をマスクとして、酸化シリコン膜2及び半導体基板1をドライエッチングする。この工程により、半導体基板1のMISFET形成領域にはゲート溝7aが、キャパシタ形成領域にはキャパシタ溝7bが、夫々形成される。ゲート溝7a及びキャパシタ溝7bが形成された後の断面図が、図4に示されいている。
Step S80: Formation of Gate Groove and Capacitor Groove Subsequently, the
ステップS90〜110の工程について説明する。 Steps S90 to S110 will be described.
ステップS90;窒化シリコン膜5、6の除去
熱リン酸により、窒化シリコン膜5、6を除去する。更に、基板加工による汚染や損傷除去の為の洗浄や犠牲酸化を行う。
Step S90: Removal of the
ステップS100;不純物の注入
続いて、レジストを形成し、これをマスクとして例えばイオン注入法で不純物注入を行う。メモリセル及びNチャネル型MISFETが形成される領域には、ボロンなどのP型不純物が注入されて、半導体基板1の表面側にP型不純物層8が形成される。一方、キャパシタ形成領域には、リンや砒素などのN型不純物が注入されて、半導体基板1の表面側にN型不純物層が形成される。このN型不純物層が、キャパシタ下部電極9となる。尚、図示していないが、Pチャネル型MISFETが形成される領域には、キャパシタ形成領域と同様にN型不純物が注入されて、N型不純物層が形成される。
Step S100: Impurity Implantation Subsequently, a resist is formed, and using this as a mask, impurity implantation is performed by, for example, ion implantation. A P-type impurity such as boron is implanted into a region where the memory cell and the N-channel MISFET are formed, and a P-
本ステップ(S100)における不純物注入は、MISFETが所望の動作を示し、かつ、キャパシタの下部電極が形成できればよく、不純物注入工程及び不純物プロファイルに関しては変更可能である。即ち、イオン注入法以外の方法で不純物を注入してもよい。P型不純物としてボロン以外のものを用いてもよい。N型不純物として、リン及び砒素以外のものを用いることもできる。 Impurity implantation in this step (S100) is not limited as long as the MISFET exhibits a desired operation and the lower electrode of the capacitor can be formed, and the impurity implantation process and the impurity profile can be changed. That is, the impurity may be implanted by a method other than the ion implantation method. A P-type impurity other than boron may be used. Other than phosphorus and arsenic can be used as the N-type impurity.
ステップS110;ゲート絶縁膜及びキャパシタ誘電膜の形成
続いて、半導体基板1を熱酸化する。この熱酸化により、表面に酸化シリコン膜が形成される。この酸化シリコン膜は、ゲート溝7a及びキャパシタ溝7bに追従して形成される。MISFET形成領域に形成された酸化シリコン膜がゲート絶縁膜10aとなり、キャパシタ形成領域に形成された酸化シリコン膜がキャパシタ誘電膜10bとなる。ゲート絶縁膜10a及びキャパシタ誘電膜10bが形成された後の断面図が、図5に示される。
Step S110: Formation of Gate Insulating Film and Capacitor Dielectric Film Subsequently, the
尚、半導体装置100が、ゲート絶縁膜の厚みの異なる複数のMISFETを有する場合には、複数のキャパシタ溝に形成されるキャパシタ誘電膜の各々を、いずれのMISFETのゲート絶縁膜形成工程において形成させるかを考慮することで、キャパシタ誘電膜厚を異ならせることができる。即ち、キャパシタ誘電膜の容量及び耐圧を所望のものに調整することができる。
When the
また、ゲート絶縁膜10aとキャパシタ誘電膜10bの膜厚を異なるものにする場合は、いずれか一方をマスクした状態で、他方をエッチングすればよい。
When the
ステップS120〜S140の工程について説明する。 Steps S120 to S140 will be described.
ステップS120;多結晶シリコン膜の堆積
ゲート絶縁膜10a及びキャパシタ誘電膜10b上に、多結晶シリコン膜11を堆積させる。多結晶シリコン膜11は、ゲート溝7a及びキャパシタ溝7bを埋めこむように堆積される。多結晶シリコン膜11は、例えばCVD法で堆積させることができる。
Step S120: Deposition of Polycrystalline Silicon Film
ステップS130;タングステン膜12の堆積
続いて、多結晶シリコン膜11上にタングステン膜12を堆積させる。タングステン膜12は、例えば、スパッタ法により堆積させることができる。
Step S130: Deposition of
ステップS140;窒化シリコン膜13、酸化シリコン膜14の堆積
続いて、タングステン膜12上に、窒化シリコン膜13及び酸化シリコン膜14をこの順で堆積させる。窒化シリコン膜13、酸化シリコン膜14は、例えばCVD法で堆積させることができる。酸化シリコン膜14までが堆積された後の半導体装置の断面構造が、図6に示される。
Step S140: Deposition of the
ステップS150〜S180までの工程について説明する。 The steps from S150 to S180 will be described.
ステップS150;窒化シリコン膜13、酸化シリコン膜14のパターニング
酸化シリコン膜14上にレジスト(図示せず)を形成してパターニングする。パターニングされたレジストをマスクとして、酸化シリコン膜14及び窒化シリコン膜13を順次ドライエッチングする。この時、除去されなかった酸化シリコン膜14及び窒化シリコン膜13が、ゲート電極及びキャパシタ上部電極加工時におけるマスクとなる。
Step S150: Patterning of
ステップS160;タングステンに開口を形成
続いて、酸化シリコン膜14をマスクとして、タングステン膜12をエッチングする。このエッチングにより、タングステン膜12を貫通し、多結晶シリコン膜11の上面に達する開口部を形成する。
Step S160: Opening in Tungsten Subsequently, the
ステップS170;タングステン側部に窒化シリコン堆積
続いて、全面に酸化シリコン膜14上に窒化シリコン膜を堆積させ、異方性エッチングすることで、タングステン膜12側部に窒化シリコン膜15を形成させる。
Step S170: Silicon nitride deposition on the tungsten side Next, a silicon nitride film is deposited on the
ステップS180;多結晶シリコンのエッチング
続いて、窒化シリコン膜13、15をマスクとして多結晶シリコン膜11をエッチングする。エッチングで除去されなかった部分の多結晶シリコン膜11、タングステン膜12が、ゲート電極16a及びキャパシタ上部電極16bである。ゲート電極16a及びキャパシタ上部電極16bまでが形成された後の半導体装置の断面構造が、図7に示される。
Step S180; Etching of Polycrystalline Silicon Subsequently, the
ステップS190;ソース・ドレイン領域の形成
キャパシタ形成領域をレジスト(図示せず)で被覆する。そして、MISFET形成領域に、砒素等のN型不純物をイオン打ち込み法で注入する。これにより、MISFETのソース・ドレイン領域17となるN型不純物層が自己整合的に形成される。
Step S190: Formation of Source / Drain Region The capacitor formation region is covered with a resist (not shown). Then, an N-type impurity such as arsenic is implanted into the MISFET formation region by ion implantation. Thereby, an N-type impurity layer that becomes the source /
続いて、MISFET形成領域及びキャパシタ形成領域の全面に、CVD法によって窒化シリコン膜を堆積し、これを全面エッチングすることで、ゲート電極16a及びキャパシタ上部電極16bの側部に、窒化シリコン膜18を形成させる。そして、MISFET形成領域及びキャパシタ形成領域にリン等のN型不純物をイオン打ち込み法で注入する。これにより、MISFETのソース・ドレイン領域19aとなるN型不純物層と、キャパシタ下部電極引き上げ部拡散層19bとなるN型不純物層が自己整合的に形成される。この後の断面図が図8に示されている。
Subsequently, a silicon nitride film is deposited on the entire surface of the MISFET formation region and the capacitor formation region by a CVD method, and the entire surface is etched to form a
ステップS200〜210の工程について説明する。 Steps S200 to S210 will be described.
ステップS200;層間絶縁膜20の形成
MISFET形成領域、及びキャパシタ形成領域の全面に、酸化シリコン膜をCVD法を用いて堆積する。そして、CMP法によって表面を平坦化して層間絶縁膜20を形成させる。
Step S200: Formation of Interlayer Insulating Film 20 A silicon oxide film is deposited on the entire surface of the MISFET formation region and the capacitor formation region by the CVD method. Then, the
ステップS210;接続孔の形成
続いて、層間絶縁膜20上にレジストを形成しこれをパターニングする。パターニングされたレジストをマスクとして層間絶縁膜20をドライエッチングする。これにより、層間絶縁膜20を貫通し、MISFETのソースドレイン領域19aに達する接続孔が形成される。更に、この接続孔内を含む層間絶縁膜20上に、CVD法によって窒化シリコン膜を堆積し、異方性の全面エッチングを行うことで接続孔の側壁に窒化シリコン膜21を形成させる。更に、接続孔を含む層間絶縁膜20上に、CVD法を用いて不純物を含んだ多結晶シリコン膜を堆積させる。次いで、層間絶縁膜20上の多結晶シリコン膜をCMP法によって除去し、接続孔内にのみ多結晶シリコンを残す。この接続孔内に残った多結晶シリコン膜がプラグ22a、22bとなる。プラグ22a、22bが形成された後の断面構造が、図9に示される。
Step S210: Formation of Connection Hole Subsequently, a resist is formed on the
ステップS220〜S230の工程について説明する。 Steps S220 to S230 will be described.
ステップS220;層間絶縁膜23の形成
層間絶縁膜20及びプラグ22a、22b上に、酸化シリコン膜をCVD法を用いて堆積し、層間絶縁膜23を形成する。
Step S220: Formation of Interlayer Insulating Film 23 A silicon oxide film is deposited on the
ステップS230;プラグ24a、24b、24cの形成
続いて、層間絶縁膜23上にレジストを形成してパターニングする。パターニングされたレジストをマスクとして、層間絶縁膜23をエッチングし、プラグ22aの引き出し配線用の孔と、キャパシタ下部電極引き上げ部19bの拡散層となるN型不純物領域20bに達する孔と、を形成する。更に、パターニングされたレジストをマスクとして、層間絶縁膜23、層間絶縁膜20、及び窒化シリコン膜13を順次ドライエッチングし、キャパシタ上部電極16bのタングステン膜12に達する接続孔を形成する。そして、層間絶縁膜23上にスパッタリング法を用いてTiN膜、Ti膜を堆積させる。更に、CVD法を用いてTi膜上にタングステン膜を堆積させる。これにより、層間絶縁膜23に設けられた各孔に、タングステン膜、Ti膜、及びTiN膜からなるプラグ24a、24b、及び24cが形成される。
Step S230: Formation of
尚、上述のステップS230においては、プラグ24a用の孔と24b用の孔とが同一工程であり、プラグ24c用の孔は別工程となっているが、これはDRAMの周辺回路のMISFET接続工程において、キャパシタ上部電極と接続することを想定している為であり、必ずしも別工程で行われる必要はない。プラグ24a,24b,24c用の孔の形成を同一工程で行うことも可能である。
In step S230 described above, the hole for the
以上説明したようにステップS10〜230の動作により、図2に示される構造の半導体装置100が形成される。本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法に依れば、S80の処理において、ゲート溝7aとキャパシタ溝7bとが別々の工程で形成されるのではなく、同一工程で形成されるので、製造プロセスが簡略化されている。
As described above, the
また、ゲート絶縁膜10aとキャパシタ誘電膜10bとが同一材料であることにより、S110の処理においてゲート絶縁膜10aとキャパシタ誘電膜10bとを同一工程で形成することができる。
Further, since the
更に、ゲート電極16aとキャパシタ上部電極16bとが同一材料であることで、S120〜S180の処理において、ゲート電極16aとキャパシタ上部電極16bとを同一工程で形成することができる。
Further, since the
尚、引用文献2に示される従来例のように、キャパシタ形成溝を素子分離溝形成とを同一工程とした場合には、素子分離溝中に酸化膜を埋めこむ工程において、キャパシタ溝中にも酸化シリコン膜が埋め込まれることになる。従って、キャパシタ形成溝に埋めこまれた酸化シリコン膜を除去して新たにキャパシタ誘電体膜を製膜するか、キャパシタ形成溝に埋めこまれた酸化シリコン膜をキャパシタ形成溝に追従する形に加工する必要がある。一方、本実施の形態においては、ゲート溝とキャパシタ溝とを同一工程で形成するので、このような工程の追加は必要無く、製造プロセス簡略化の観点から有利である。
In the case where the capacitor forming groove and the element isolation groove are formed in the same process as in the conventional example shown in the cited
1 半導体基板
2 酸化シリコン膜
3 窒化シリコン膜
4 素子分離酸化膜
5 窒化シリコン膜
6 窒化シリコン膜
7a ゲート溝
7b キャパシタ溝
8 P型不純物層
9 キャパシタ下部電極
10a ゲート絶縁膜
10b キャパシタ誘電膜
11 多結晶シリコン膜
12 タングステン膜
13 窒化シリコン膜
14 酸化シリコン膜
15 窒化シリコン膜
16a ゲート電極
16b キャパシタ上部電極
17 ソース・ドレイン領域
18 窒化シリコン膜
19a ソース・ドレイン領域
19b キャパシタ下部電極引き上げ部拡散層
20 層間絶縁膜
21 窒化シリコン膜
22a プラグ
22b プラグ
23 層間絶縁膜
24a プラグ
24b プラグ
24c プラグ
30A MISFET
30B キャパシタ
100 半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記MISFETのゲート電極を埋め込む為のゲート溝と、前記キャパシタを形成する為のキャパシタ形成溝と、を同時に形成する溝形成工程、
を具備する
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having a MISFET having a trench-type gate electrode and a trench-type capacitor,
A groove forming step of simultaneously forming a gate groove for embedding the gate electrode of the MISFET and a capacitor forming groove for forming the capacitor;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
更に、
前記MISFETのゲート絶縁膜と、前記キャパシタのキャパシタ誘電膜と、を同時に形成する絶縁膜形成工程
を具備する
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
Furthermore,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an insulating film forming step of simultaneously forming a gate insulating film of the MISFET and a capacitor dielectric film of the capacitor.
前記ゲート絶縁膜及び前記キャパシタ誘電膜は、酸化シリコン膜である
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gate insulating film and the capacitor dielectric film are silicon oxide films.
更に、
前記MISFETのゲート電極と、前記キャパシタの上部電極と、を同時に形成する電極形成工程
を具備する
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
Furthermore,
A method of manufacturing a semiconductor device comprising an electrode forming step of simultaneously forming a gate electrode of the MISFET and an upper electrode of the capacitor.
前記電極形成工程は、
前記ゲート絶縁膜及び前記キャパシタ誘電膜上に、多結晶シリコンを積層する工程と、
前記多結晶シリコン上に、タングステンを積層する工程と、
を有する
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4,
The electrode forming step includes
Stacking polycrystalline silicon on the gate insulating film and the capacitor dielectric film;
Stacking tungsten on the polycrystalline silicon;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
溝型のキャパシタと、
を具備し、
前記ゲート電極と、前記キャパシタの上部電極とが、同一材料で形成されている
半導体装置。 A MISFET having a trench-type gate electrode;
A groove-type capacitor;
Comprising
A semiconductor device in which the gate electrode and the upper electrode of the capacitor are formed of the same material.
更に、
前記MISFETのゲート絶縁膜と、前記キャパシタのキャパシタ誘電膜とが、同一材料で形成されている
半導体装置。 A semiconductor device according to claim 6,
Furthermore,
A semiconductor device in which a gate insulating film of the MISFET and a capacitor dielectric film of the capacitor are formed of the same material.
前記ゲート絶縁膜及び前記キャパシタ誘電膜は、酸化シリコン膜である
半導体装置。 A semiconductor device according to claim 7,
The semiconductor device, wherein the gate insulating film and the capacitor dielectric film are silicon oxide films.
前記MISFETのゲート電極と、前記キャパシタの上部電極とが同一材料で形成されている
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 6 to 8,
A semiconductor device in which a gate electrode of the MISFET and an upper electrode of the capacitor are formed of the same material.
前記ゲート電極及び前記キャパシタの上部電極は、
前記ゲート絶縁膜及び前記キャパシタ誘電膜上に設けられた多結晶シリコンと、
前記多結晶シリコン上に設けられたタングステンと、
を有する
半導体装置。 A semiconductor device according to claim 9, wherein
The gate electrode and the upper electrode of the capacitor are:
Polycrystalline silicon provided on the gate insulating film and the capacitor dielectric film;
Tungsten provided on the polycrystalline silicon;
A semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006155405A JP2007324489A (en) | 2006-06-02 | 2006-06-02 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8502341B2 (en) | 2010-02-26 | 2013-08-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Trench-type capacitor, semiconductor device having the same, and semiconductor module having the semiconductor device |
-
2006
- 2006-06-02 JP JP2006155405A patent/JP2007324489A/en not_active Withdrawn
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US8502341B2 (en) | 2010-02-26 | 2013-08-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Trench-type capacitor, semiconductor device having the same, and semiconductor module having the semiconductor device |
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