JP2008117838A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 FinFET構造を有する半導体装置に完全空乏化SOI技術を適用した場合でも、トランジスタに十分なオン電流を流すことができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 活性領域であるフィン部を形成した後、フィン部を覆う第1ゲート絶縁膜22及びシリコン窒化膜23のチャネル部となる部分に対応する位置に開口を形成する。開口内に露出するシリコン基板21の表面を酸化し酸化膜28を形成し、その酸化膜28を除去する。これにより、フィン部のチャネル部となる部分のみの幅を選択的に狭くする。
【選択図】 図13

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、FinFET構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
従来のFinFET構造を有する半導体装置では、基板の表面側から見たときの活性領域の形状が矩形となっている。即ち、従来のFinFET構造を有する半導体装置では、活性領域のソース・ドレインとなる部分と、その間に位置するチャネル部となる部分とを区別することなく、同一幅に形成している(例えば、特許文献1参照。)。これは、製造の容易性、リソグラフィの限界等の理由によるものであり、また、これらの幅を異ならせる必要性もなかったからである。
特開2005−229101号公報
最近、半導体装置のさらなる高集積化、低消費電力化を実現するための技術として、完全空乏化SOI技術が注目されている。この技術をFinFET構造に適用するには、チャネル領域の幅を30nm程度にまで薄くする必要がある(上記特許文献1では、フィン活性領域の幅は100nm以下、例えば80nmである。)。
従来のFinFET構造を有する半導体装置では、活性領域のチャネル部となる部分とソース・ドレインとなる部分とが同一幅に形成されている。そのため、チャネル部の幅を狭くしようとすると、ソース・ドレインの幅も狭くなってしまう。
ソース・ドレインの上には、配線との電気的接続を取るためのコンタクトプラグが形成される。ソース・ドレイン領域の幅が狭くなると、このコンタクトプラグとの接触面積が減少し、ソース・ドレイン−コンタクトプラグ間のコンタクト抵抗が高くなる。その結果、FinFETに流れるオン電流Ionが制限される。
このように、従来のFinFET構造を有する半導体装置には、完全空乏化SOI技術を適用した場合に、トランジスタに流れるオン電流が制限されるという問題点がある。
そこで本発明は、FinFET構造を有する半導体装置に完全空乏化SOI技術を適用した場合でも、トランジスタに十分なオン電流を流すことができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の要旨によれば、フィン形状の活性領域を有する半導体装置において、前記活性領域のチャネル部となる部分の幅が、ソース・ドレインとなる部分の幅よりも狭いことを特徴とする半導体装置が得られる。
また、本発明の第2の要旨によれば、第1の要旨に係る半導体装置において、前記前記チャネル部が完全空乏化されていることを特徴とする半導体装置が得られる。
また、本発明の第3の要旨によれば、第1または第2の要旨に係る半導体装置において、一つの前記活性領域に二つのチャネル部が形成されていることを特徴とする半導体装置が得られる。
また、本発明の第4の要旨によれば、第1、第2または第3の要旨に係る半導体装置において、前記活性領域を複数有し、当該複数の活性領域が配列形成されていることを特徴とする半導体装置が得られる。
また、本発明の第5の要旨によれば、第4の要旨に係る半導体装置において、前記活性領域がDRAMのセルトランジスタに用いられていることを特徴とする半導体装置が得られる。
また、本発明の第6の要旨によれば、第5の要旨に係る半導体装置において、前記セルトランジスタが、6Fレイアウト構造で配列形成されていることを特徴とする半導体装置が得られる。
さらに、本発明の第7の要旨によれば、フィン形状の活性領域を有する半導体装置の製造方法において、前記活性領域となる一定幅のフィン部を形成するフィン部形成工程と、前記フィン部のうちチャネル部となる部分の幅を部分的に縮小する縮小工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
また、本発明の第8の要旨によれば、第7の要旨に係る半導体装置の製造方法において、前記縮小工程が、前記フィン部を覆う酸化膜及び窒化膜の前記チャネル部に対応する部分に選択的に開口を形成する工程と、前記開口内に露出した前記フィン部の表面を選択的に酸化させて酸化膜を形成する工程と、当該酸化膜を除去することにより、前記フィン部の幅を部分的に縮小する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
また、本発明の第9の要旨によれば、第7の要旨に係る半導体装置の製造方法において、前記縮小工程が、前記フィン部を覆う酸化膜及び窒化膜の、前記チャネル部に対応する部分に選択的に開口を形成する工程と、前記開口内に露出した前記フィン部の表面を選択的にエッチングすることにより、前記フィン部の幅を部分的に縮小する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
本発明によれば、活性領域のチャネル部となる部分の幅を選択的に縮小したことで、ソース・ドレインにおけるコンタクト抵抗を上昇させることなく、チャネル部の完全空乏化を実現することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、図1乃至図24を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置(DRAM)の製造方法について説明する。
図1は、本実施の形態に係るDRAMの1セル(ツインセル)に相当する領域のレイアウト構造を示す平面図である。実際のDRAMでは、多数のセルが規則的(周期的)に配列される。
図1において、複数のゲート電極領域11,12は、所定の間隔で互いに平行に、かつ図の上下方向に伸びるように画定され、活性領域13は、これらゲート電極領域11,12に対して所定の角度を持って画定されている。活性領域13と交差する2本のゲート電極領域11には、活性領域13に形成されるセルトランジスタ(ここでは、FinFET)に用いられるゲート電極(ワード線)が形成される。活性領域13と交差しないゲート電極領域12には、ダミーゲート電極が形成される。
活性領域13のゲート電極領域11と交差する部分は、それぞれFETのチャネル部(パスゲート)となる。また、活性領域13のチャネル部よりも長手方向端部側の部分(図の左右方向端部側)は、ストレージノードコンタクト部(ソース)となる。さらに、活性領域13の2つのチャネル部の間に位置する部分は、ビット線用コンタクト部(ドレイン)となる。図示しないビット線は、例えば、図の左右方向に伸び、ゲート電極と直交するように形成される。
図2乃至図13及び図16乃至図24の各々において、(a)は各工程における図1のA−A’線断面を示す図、(b)は各工程におけるB−B’線断面を示す図、及び(c)は各工程におけるC−C’線断面を示す図である。即ち、図2乃至図13及び図16乃至図24の各々において、(a)は活性領域13の長手方向縦断面図、(b)は活性領域のビット線用コンタクト部分の幅方向縦断面図、及び(c)は活性領域のチャネル部の幅方向縦断面図である。なお、以下の説明において、「幅」は、活性領域13に関する限り、平面図において(基板の表面側から見て、あるいは積層方向上方から見て)、長手方向に直交する方向の長さを意味する。
以下、図2乃至図24を参照して、本実施の形態に係るDRAMの製造方法について説明する。
まず、シリコン基板(図2の21)を用意し、その表面に第1のゲート絶縁膜(図2の22)(例えば、厚み13nm)を堆積させ、あるいは熱酸化により形成する。続いて、第1のゲート絶縁膜22の上にシリコン窒化膜(図2の23)(例えば、厚み120nm)を形成する。さらに、シリコン窒化膜23の上であって、活性領域(図1の13)に対応する位置に、公知のリソグラフィ技術を用いてレジストパターンを形成する。それから、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、シリコン窒化膜23をエッチングし、その後、レジストパターンを除去する。このときの状態を図2(a),(b)及び(c)に示す。
次に、図3(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜23をマスクとして第1ゲート酸化膜22及びシリコン基板21を(例えば300nm)エッチングする。これにより、活性領域となる同一幅を持つフィン部が形成される。
次に、図4(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜24を(例えば350nm)堆積させ、その表面をシリコン窒化膜23の上面が露出するまでCMP(Chemical Mechanical Polish)法により研磨する。さらに、図5(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜24の一部(例えば、200nm厚)を異方性エッチング(エッチバック)する。
次に、例えば燐酸を用いて、図6(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜23を除去する。
次に、図7(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン基板21の露出面を酸化させてシリコン酸化膜25(例えば、13nm厚)を形成する。この後、ウェル(Well)を形成するための不純物導入をイオン注入法により行なう。
次に、図8(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜26(例えば、30nm厚)を全面に堆積させる。
次に、図9(a),(b)及び(c)に示すように、公知のリソグラフィ技術により、FinFETのゲート電極形成領域及びダミーゲート形成領域が開口するように、レジストパターン27を形成する。レジストパターン27間のスペース(即ち、レジストパターン間の間隔)は、例えば45nmとする。
続いて、図10(a),(b)及び(c)に示すように、レジストパターン27をエッチングマスクとして、シリコン窒化膜26をエッチングする。それから、ホトレジスト27を除去し、シリコン窒化膜26をマスクとして第1ゲート絶縁膜22と酸化膜25をエッチングし、図11(a),(b)及び(c)に示す状態とする。こうして、フィン部の表面を覆う第1ゲート絶縁膜22、酸化膜25及び窒化膜26のチャネル部に対応する部分に、選択的に開口が形成される。
次に、熱酸化により、図12(a),(b)及び(c)に示すように、酸化膜22、25及び窒化膜26に形成された開口内に露出する基板21の表面にのみ選択的に熱酸化膜28(例えば、10nm厚)を形成する。この結果、図12(b)に示すように、FinFETのチャネル部となる部分では、上面及び側面が熱酸化膜28で覆われる。一方、ビット線用コンタクト部(及びストレージノードコンタクト)となる領域は、図12(c)に示すようにシリコン窒化膜26で覆われているため、熱酸化膜28は形成されない。
次に、ケミカルドライエッチもしくは希釈したHF溶液により、図13(a),(b)及び(c)に示すように、熱酸化膜28を除去する。上述したように、活性領域のチャネル部となる部分には熱酸化膜28が形成されているが、ビット線用コンタクト部分及びストレージノードコンタクト部分には、熱酸化膜28は形成されていない。したがって、この熱酸化膜28の除去により、活性領域の幅が、チャネル部においてのみ選択的に縮小され、ビット線用コンタクト部分及びストレージノードコンタクト部分の幅よりも狭い構造となる。
図14は、熱酸化膜28を除去した後のフィン部の状態を示す平面図(活性領域が6個配列形成されている)である。図示のように、各活性領域13において、ストレージノードコンタクト部となる部分13−1の幅13−6及びビット線用コンタクト部となる部分13−3の幅13−5が、FinFETのチャネル部となる部分13−2の幅13−4よりも広い。なお、ゲート電極は、後に図15に示すように形成される。
熱酸化膜28を除去した後、図16(a),(b)及び(c)に示すように、イオン注入によりシリコン窒化膜26で覆われていない領域(チャネル部)にのみに不純物29を注入する。この不純物は、例えば、B(ボロン)であって、その濃度は、1E12cm−3とする。
次に、、図17(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜26をケミカルドライエッチもしくは希釈したHF溶液により除去する。
次に、図18(a),(b)及び(c)に示すように、基板21の露出面を酸化することによりゲート酸化膜30(例えば、6nm厚)を形成する。さらに、ゲート酸化膜30に対して、プラズマによる窒化処理を行なってその表面を酸窒化膜(例えば、厚み3nm)とする。なお、ゲート酸化膜30及び酸窒化膜に代えて、HTO(High Temperature Oxide)や高誘電率膜を用いてもよい。
次に、図19(a),(b)及び(c)に示すように、ゲート電極用のポリシリコン31を形成し、その表面を平坦化する(例えば、第1ゲート絶縁膜22上で厚み60nm)。続いて、タングステンシリサイド(WSi)(例えば、5nm厚)、タングステン窒化膜(例えば、10nm厚)及びタングステン(例えば、100nm厚)からなる積層膜32と、シリコン窒化膜33(例えば、100nm厚)とを順次堆積させる。
次に、公知のリソグラフィ技術を用い、図20(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜33の表面であって、ゲート電極領域及びダミーゲート領域に対応する部分にレジストパターン34を形成する。このときレジストパターン34間のスペースは、例えば55nmとする。
次に、レジストパターン34をマスクとして、図21(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜33をエッチングし、その後、レジストパターン34を除去する。
次に、図22(a),(b)及び(c)に示すように、残ったシリコン窒化膜33をマスクとして、タングステン、タングステン窒化膜及びタングステンシリサイドからなる積層膜32をエッチングする。
次に、シリコン窒化膜(例えば、15nm厚)を堆積させ、ドライエッチングによりエッチバックし、図23(a),(b)及び(c)に示すように、サイドウォール35を形成する。
次に、図24(a),(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜33及びサイドウォール35をマスクとして、ポリシリコン31をエッチングする。
この後、公知のDRAMプロセスにより、キャパシタの形成や配線の形成を行なってDRAMが完成する。
以上のようにして、本実施の形態によれば、活性領域において、チャネル部の幅よりもストレージノードコンタクト部分の幅及びビット線用コンタクト部分の幅が広いFinFETを含む半導体装置(DRAM)を製造することができる。これにより、チャネル部を完全空乏化するために必要な幅(例えば30nm)にまで縮小しても、ストレージノードコンタクト部分及びビット線用コンタクト部分においては十分な幅(例えば、50nm)を確保することができ、コンタクト抵抗の上昇を抑えることができる。即ち、本実施の形態により、チャネル部を完全空乏化した上で、十分なオン電流が得られるFinFETを含む半導体装置(ツインセル構造のDRAM)が得られる。
また、本実施の形態によれば、従来に比べて増加する工程がわずかであるので、製造コストをほとんど上昇させることなく、上記構造のDRAMを製造することができる。
次に、図25乃至図39を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。
まず、第1の実施の形態と同様の工程(図2乃至図8)を行い、図8に示す状態とする。
この後、図25(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜51(例えば、100nm厚)を全面に堆積させ、CMP法により例えば20nm研磨して表面を平滑化する。
次に、公知のリソグラフィ技術により、図26(a)、(b)及び(c)に示すように、FinFETのゲート電極領域及びダミーゲート領域上が開口するレジストパターン52を形成する。このときレジストパターン52間のスペースは、例えば45nmとする。
次に、図27(a)、(b)及び(c)に示すように、レジストパターン52をマスクとしてシリコン酸化膜51をエッチングする。その後、図28(a)、(b)及び(c)に示すように、レジストパターン52を除去する。
次に、図29(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜51をエッチングマスクとして、シリコン窒化膜26を異方性エッチングする。
次に、図30(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜53(例えば、10nm厚)を堆積させる。それから、シリコン窒化膜53を異方性エッチングし、図31(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜51の側壁にシリコン窒化膜53からなるサイドウォール54を形成する。このとき、第1ゲート絶縁膜22の一部、シリコン酸化膜25もエッチングされる。こうして、フィン部に形成された、第1ゲート絶縁膜22、シリコン酸化膜25及びシリコン窒化膜53に開口が形成される。
次に、熱酸化により、開口に露出するシリコン基板21の露出面を選択的に酸化し、図32(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜55(例えば、10nm厚)を形成する。
次に、ケミカルドライエッチもしくは希釈したHF溶液により、図33(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜55を除去する。これにより、第1の実施の形態と同様、活性領域のチャネル部の幅を、選択的に、ストレージノードコンタクト部分の幅及びビット線用コンタクト部分の幅よりも狭くすることができる。
次に、図34(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン基板21の露出面を酸化してゲート酸化膜56(例えば、6nm厚)を形成する。それから、プラズマを用いた窒化処理により、ゲート酸化膜56の表面を窒化処理し、酸窒化膜(例えば、3nm厚)を形成する。なお、ゲート酸化膜56及び酸窒化膜に代えて、HTOや高誘電率膜を用いてもよい。
次に、図35(a)、(b)及び(c)に示すように、ゲート電極用のポリシリコン57を、例えば40nm以上(一例として100nm)の厚さとなるよう堆積させる。なお、ポリシリコン57は、ボロンが、例えば、濃度2E20cm−3以上(in-situ)となるようにドープされているものが望ましい。
次に、図36(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜51が露出するまでCMP法によりゲート酸化膜用ポリシリコン57を研磨する。
次に、図37(a)、(b)及び(c)に示すように、タングステンシリサイド(例えば、5nm厚)、タングステン窒化膜(例えば、10nm厚)及びタングステン(例えば、55nm厚)からなる積層膜58を形成する。また、積層膜58の上にシリコン窒化膜59(例えば、100nm厚)を堆積させる。さらに、公知のリソグラフィ技術により、シリコン窒化膜59の上であって、ゲート電極領域及びダミーゲート領域に対応する部分に、レジストパターン60を形成する。
次に、図38(a)、(b)及び(c)に示すように、ホトレジスト60をエッチングマスクとしてシリコン窒化膜59をエッチングし、その後、ホトレジスト60を除去する。
次に、図39(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜59をマスクとして、タングステン、タングステン窒化膜及びタングステンシリサイドからなる積層膜58をドライエッチングする。
この後、公知のDRAMプロセスにより、キャパシタの形成や配線の形成を行なってDRAMが完成する。
以上のようにし、本実施の形態においても第1の実施の形態と同様に、活性領域において、チャネル部の幅よりもストレージノードコンタクト部分の幅及びビット線用コンタクト部分の幅が広いFinFETを含む半導体装置(DRAM)を製造することができる。これにより、チャネル部の幅を縮小し完全空乏化した上で、十分なオン電流が得られるFinFETを含む半導体装置が得られる。また、製造コストの上昇もほとんどない。
次に図40乃至図57を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。
まず、第1の実施の形態と同様の工程(図2乃至図8)を行い、図8に示す状態とする。
この後、図40(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜71(例えば、膜厚200)を形成し、CMP法により表面を研磨(例えば、厚さ20nm)して平滑化する。
次に、図41(a)、(b)及び(c)に示すように、公知のリソグラフィ技術により、FinFETのゲート電極領域及びダミーゲート領域が開口するようにレジストパターン72を形成する。このときのレジストパターン72間のスペースは、例えば、45nmとする。
次に、図42(a)、(b)及び(c)に示すように、レジストパターン72をマスクとしてシリコン酸化膜71をエッチングする。その後、図43(a)、(b)及び(c)に示すように、レジストパターン72を除去する。
次に、図44(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜71をエッチングマスクとしてシリコン窒化膜26を異方性エッチングする。
次に、図45(a)、(b)及び(c)に示すように、全面にシリコン窒化膜73(例えば、10nm厚)を堆積させる。それから、シリコン窒化膜73を異方性エッチングし、図46(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜71の側壁にシリコン窒化膜73からなるサイドウォール74を形成する。このとき、第1ゲート絶縁膜22の一部及びシリコン酸化膜25も除去される。こうして、フィン部の表面を覆う第1ゲート絶縁膜22、酸化膜25及び窒化膜73のチャネル部に対応する部分に、選択的に開口が形成される。
次に、熱酸化により、図47(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン基板21の露出面に熱酸化膜75(例えば、10nm厚)を形成する。
次に、ケミカルドライエッチもしくは希釈したHF溶液により、図48(a)、(b)及び(c)に示すように、熱酸化膜75を除去する。これにより、活性領域のチャネル部の幅を、選択的に、ストレージノードコンタクト部分の幅及びビット線用コンタクト部分の幅よりも狭くすることができる。
次に、図49(a)、(b)及び(c)に示すように、開口内に露出したシリコン基板21の露出面を酸化することによりゲート酸化膜76(例えば、6nm厚)を形成し、その表面をプラズマによる窒素処理により酸窒化膜(例えば、3nm厚)とする。なお、ゲート酸化膜76及び酸窒化膜に代えて、HTOや高誘電率膜を用いてもよい。
次に、図50(a)、(b)及び(c)に示すように、ゲート電極用のポリシリコン77(例えば、100nm厚)を堆積させる。ここで、ポリシリコン77としては、例えば、ボロン(B)が、濃度2E20cm−3以上(in-situ)となるようにドープされているものが望ましい。
次に、ゲート電極形成領域上のポリシリコン77が所定の厚さ、例えば50nm、となるようにドライエッチバックする。それから、図51(a)、(b)及び(c)に示すように、タングステンシリサイド(例えば、5nm厚)、タングステン窒化膜(例えば、10nm厚)及びタングステン(例えば、55nm厚)からなる積層膜78を形成する。
次に、図52(a)、(b)及び(c)に示すように、ゲート電極形成領域において厚さが、例えば60nmとなるように、積層膜78をドライエッチバックする。
次に、図53(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜79(例えば、100nm厚)を堆積させる。それから、図54(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜71が露出するまで、CMP法によりシリコン窒化膜79を研磨する。
次に、公知のリソグラフィ技術により、図55(a)、(b)及び(c)に示すように基板コンタクトに対応する部分(即ち、ストレージノードコンタクト部分及びビット線用コンタクト部分、図69参照。)が開口するように、レジストパターン80を形成する。
次に、図56(a)、(b)及び(c)に示すように、レジストパターン80をマスクとしてシリコン酸化膜71を異方性ドライエッチングする。このとき、シリコン酸化膜71をエッチングする際のシリコン窒化膜に対する選択比は15以上が望ましい。レジストパターン80の開口内のシリコン酸化膜71を除去した後、異方性ドライエッチングを引き続き行うことにより、シリコン窒化膜26及び第1ゲート絶縁膜22を除去してシリコン基板21の表面を露出させる。
次に、ホトレジスト80を除去した後、図57(a)、(b)及び(c)に示すように、ポリシリコン81を例えば200nm堆積させ、エッチバックしてシリコン窒化膜79を露出させる。なお、ポリシリコン81は、例えばリン(P)を1E20cm−3の濃度(in-situ)でドープしたものである。
この後、公知のDRAMプロセスにより、キャパシタの形成や配線の形成を行なってDRAMが完成する。
以上のようにし、本実施の形態においても第1、第2の実施の形態と同様に、活性領域において、チャネル部の幅よりもストレージノードコンタクト部分の幅及びビット線用コンタクト部分の幅が広いFinFETを含む半導体装置(DRAM)を製造することができる。これにより、チャネル部の幅を縮小し完全空乏化した上で、十分なオン電流が得られるFinFETを含む半導体装置が得られる。また、製造コストの上昇もほとんどない。
次に、図58乃至図68を参照して、本発明の第4の実施の形態について説明する。
まず、第2の実施の形態と同様の工程(図2乃至図8、図25及び図26)を行い、図26示す状態とする。
この後、RELACS(Resist Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink)法により、図58(a)、(b)及び(c)に示すに示すように、レジストパターン52の側壁にサイドウォール91(例えば、10nm厚)を形成する。なお、サイドウォール91は、後に形成されるチャネルの長さ(図58(a)の左右方向長さ)を短くするためのものである。このサイドウォール91の形成に代えて、レジストパターン52をマスクとしてシリコン酸化膜51をエッチングし、ホトレジスト52を除去した後、シリコン酸化膜51の側壁に酸化膜やシリコン窒化膜によるサイドウォールを形成しても同様の効果が得られる。
次に、ホトレジスト52及びサイドウォール91をマスクとして、図59(a)、(b)及び(c)に示すに示すように、シリコン酸化膜51を異方性エッチングする。それから、図60(a)、(b)及び(c)に示すに示すように、ホトレジスト52及びサイドウォール91を除去する。
次に、熱燐酸等を用い、図61(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜26を、例えば30nm以上、等方性エッチングする。それから、図62(a)、(b)及び(c)に示すように、開口内の第1ゲート酸化膜22およびシリコン酸化膜25を除去する。こうして、フィン部の表面を覆う第1ゲート絶縁膜22、酸化膜25及び窒化膜26のチャネル部に対応する部分に、選択的に開口が形成される。さらに、開口内に露出した基板シリコン21を、例えば10nm、等方性エッチングする。これにより活性領域におけるチャネル部の幅がストレージノードコンタクト部分及びビット専用コンタクト部分の幅よりも狭い構造となる。
次に、図63(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン基板21の露出面に、熱酸化によりゲート酸化膜92(例えば、6nm厚)を形成する。この後、ゲート酸化膜92に対してプラズマによる窒素処理を行って酸窒化膜(例えば、3nm厚)を形成する。なお、ゲート酸化膜92及び酸窒化膜に代えて、HTOや高誘電率膜を用いてもよい。
次に、図64(a)、(b)及び(c)に示すように、ゲート電極用のポリシリコン93(例えば、100nm厚)堆積させる。ポリシリコン93としては、例えば、ボロン(B)が濃度2E20cm−3以上(in-situ)でドープされているものが望ましい。
次に、CMP法により、図65(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン酸化膜51が露出するまで、ポリシリコン93を研磨する。
次に、図66(a)、(b)及び(c)に示すように、タングステンシリサイド(例えば、5nm厚)、タングステン窒化膜(例えば、10nm厚)及びタングステン(例えば、55nm)からなる積層膜94と、シリコン窒化膜95(例えば、100nm厚)とを堆積させる。さらに、シリコン窒化膜95上であって、ゲート電極領域及びダミーゲート領域に対応する部分に、公知のリソグラフィ技術により、レジストパターン96を形成する。
次に、図67(a)、(b)及び(c)に示すように、レジストパターン96をマスクとしてシリコン窒化膜95をエッチングし、その後、ホトレジスト96を除去する。
次に、図68(a)、(b)及び(c)に示すように、シリコン窒化膜95をマスクとして、タングステン、タングステン窒化膜およびタングステンシリサイドからなる積層膜94をエッチングする。
この後、公知のDRAMプロセスにより、キャパシタの形成や配線の形成を行なってDRAMが完成する。
以上のようにし、本実施の形態においても第1乃至第3の実施の形態と同様に、活性領域において、チャネル部の幅よりもストレージノードコンタクト部分の幅及びビット線用コンタクト部分の幅が広いFinFETを含む半導体装置(DRAM)を製造することができる。これにより、チャネル部の幅を縮小し完全空乏化した上で、十分なオン電流が得られるFinFETを含む半導体装置が得られる。また、製造コストの上昇もほとんどない。
上述した第1乃至第4の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、全て、6Fメモリセル構造のDRAMに適用することができる。6Fメモリセル構造の平面レイアウトを図69に示す。
図69において、トランスファーゲート101は、所定の周期(ピッチ=2F、F:Feature size)で互いに平行かつ上下方向に伸びるように配置されている。トラスファーゲート101の両側壁にはLDDサイドウォール102が形成されている。活性領域103は、互いに隣り合う2本のトランスファーゲート101が横切るように配列形成される。また、活性領域103は、トランスファーゲートと直交する方向に関しては、一本のダミーゲートを挟んで隣り合うように配列形成されている。活性領域103の上方(図の表面側)には、ストレージノードコンタクト部及びビット線用コンタクト部に接続される基板コンタクト104が形成されている。ビット線105は、概ね、トランスファーゲート101と直交する方向に沿って、所定の間隔(ピッチ=2F)で形成されている。具体的には、ビット線105は、ビット線用コンタクト部の上を通過し、ストレージノードコンタクト部の上を避けるように形成されている。トランスファーゲート101、活性領域103及びビット線105の配置は、図に破線で示す2F×3F=6Fの基本領域の構造パターンを繰り返すパターンとなるようになされている。
以上、本発明についていくつかの実施の形態に即して説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、本願発明の主旨から逸脱することなく種々の変形が可能である。例えば、DRAMのみならず、他の半導体装置にも適用できる。
本発明の第1の実施の形態に係るDRAMの1セルに相当する領域のレイアウト構造を示す平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係るDRAMの製造工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図2の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図3の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図4の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図5の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図6の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図7の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図8の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図9の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図10の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図11の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図12の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図13の工程後の配列形成された6個のフィン部の状態を示す平面図である。 図14の6個のフィン部とゲート電極との位置関係を示す平面図である。 図13の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図16の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図17の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図18の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図19の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図20の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図21の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図22の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図23の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 本発明の第2の実施の形態に係るDRAMの製造工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図25の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図26の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図27の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図28の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図29の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図30の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図31の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図32の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図33の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図34の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図35の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図36の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図37の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図38の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 本発明の第3の実施の形態に係るDRAMの製造工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図40の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図41の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図42の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図43の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図44の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図45の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図46の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図47の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図48の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図49の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図50の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図51の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図52の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図53の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図54の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図55の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図56の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 本発明の第4の実施の形態に係るDRAMの製造工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図58の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図59の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図60の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図61の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図62の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図63の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図64の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図65の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図66の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 図67の工程に続く工程を説明するための図であって、(a)は図1におけるA−A’線断面図に相当する図、(b)は図1におけるB−B’線断面図に相当する図、及び(c)は図1におけるC−C’線断面図に相当する図である。 6Fメモリセル構造を説明するための平面レイアウト図である。
符号の説明
11,12 ゲート電極領域
13 活性領域
13−1 ストレージノードコンタクト部となる部分
13−2 FinFETのチャネル部となる部分
13−3 ビット線用コンタクト部となる部分
13−4 FinFETのチャネル部となる部分の幅
13−5 ビット線用コンタクト部となる部分の幅
13−6 ストレージノードコンタクト部となる部分の幅
21 シリコン基板
22 第1のゲート絶縁膜
23 シリコン窒化膜
24 シリコン酸化膜
25 シリコン酸化膜
26 シリコン窒化膜
27 レジストパターン
28 熱酸化膜
29 不純物
30 ゲート酸化膜
31 ポリシリコン
32 積層膜
33 シリコン窒化膜
34 レジストパターン
35 サイドウォール
51 シリコン酸化膜
52 レジストパターン
53 シリコン窒化膜
54 サイドウォール
55 シリコン酸化膜
56 ゲート酸化膜
57 ポリシリコン
58 積層膜
59 シリコン窒化膜
60 レジストパターン
71 シリコン酸化膜
72 レジストパターン
73 シリコン窒化膜
74 サイドウォール
75 熱酸化膜
76 ゲート酸化膜
77 ポリシリコン
78 積層膜
79 シリコン窒化膜
80 レジストパターン
81 ポリシリコン
91 サイドウォール
92 ゲート酸化膜
93 ポリシリコン
94 積層膜
95 シリコン窒化膜
96 レジストパターン
101 トランスファーゲート
102 LDDサイドウォール
103 活性領域
104 基板コンタクト
105 ビット線

Claims (9)

  1. フィン形状の活性領域を有する半導体装置において、
    前記活性領域のチャネル部となる部分の幅が、ソース・ドレインとなる部分の幅よりも狭いことを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載された半導体装置において、
    前記チャネル部が完全空乏化されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1または2に記載された半導体装置において、
    一つの前記活性領域に二つのチャネル部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1,2または3に記載された半導体装置において、
    前記活性領域を複数有し、当該複数の活性領域が配列形成されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項4に記載された半導体装置において、
    前記活性領域がDRAMのセルトランジスタに用いられていることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項5に記載された半導体装置において、
    前記セルトランジスタが、6Fレイアウト構造で配列形成されていることを特徴とする半導体装置。
  7. フィン形状の活性領域を有する半導体装置の製造方法において、
    前記活性領域となる一定幅のフィン部を形成するフィン部形成工程と、
    前記フィン部のうちチャネル部となる部分の幅を部分的に縮小する縮小工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項7に記載された半導体装置の製造方法において、
    前記縮小工程が、
    前記フィン部を覆う酸化膜及び窒化膜の前記チャネル部に対応する部分に選択的に開口を形成する工程と、
    前記開口内に露出した前記フィン部の表面を選択的に酸化させて酸化膜を形成する工程と、
    当該酸化膜を除去することにより、前記フィン部の幅を部分的に縮小する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 請求項7に記載された半導体装置の製造方法において、
    前記縮小工程が、
    前記フィン部を覆う酸化膜及び窒化膜の、前記チャネル部に対応する部分に選択的に開口を形成する工程と、
    前記開口内に露出した前記フィン部の表面を選択的にエッチングすることにより、前記フィン部の幅を部分的に縮小する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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