JP2008227524A - Manufacturing method of semiconductor device and production method of dram - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は一般に半導体装置に関し、特に微細化した半導体記憶装置およびその製造方法に関する。 The present invention generally relates to semiconductor devices, and more particularly to a miniaturized semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.
素子微細化技術の進歩に伴い、半導体集積回路装置、特に記憶集積回路装置の集積密度は年々向上しており、今日では、最小線幅が0.3μm以下の、いわゆるサブハーフミクロンデバイスが精力的に研究されている。 With the progress of element miniaturization technology, the integration density of semiconductor integrated circuit devices, particularly memory integrated circuit devices, has been increasing year by year. Today, so-called sub-half micron devices with a minimum line width of 0.3 μm or less are energetically active. Has been studied.
情報を電荷の形で素子中のキャパシタに蓄積するDRAMでは、かかる素子の非常な微細化はキャパシタ容量の減少をもたらすため、キャパシタ中での情報の保持、あるいは読み書き動作が不安定になりやすい。このため、微細化されたキャパシタを有するDRAMの動作を安定させるため、多大の努力がなされている。同様な問題は、情報をフローティングゲート中に蓄積する、いわゆるフラッシュメモリにおいても生じる。 In a DRAM in which information is stored in a capacitor in an element in the form of electric charges, the miniaturization of the element causes a reduction in the capacitance of the capacitor, so that the retention of information in the capacitor or the read / write operation tends to become unstable. For this reason, great efforts have been made to stabilize the operation of a DRAM having a miniaturized capacitor. Similar problems occur in so-called flash memories that store information in floating gates.
図14(A)〜図15(F)は従来のDRAMの製造工程を示す。 14A to 15F show a conventional DRAM manufacturing process.
図14(A)を参照するに、典型的にはp型にドープされたSi基板1上には、SiO2よりなるフィールド酸化膜2Aで画成され、同じくSiO2よりなる熱酸化膜2Bに覆われた活性領域が形成され、さらにポリシリコンよりなるワード線WLが、前記フィールド酸化膜2Aあるいは熱酸化膜2Bで覆われた基板1上を延在する。ワード線WLは、前記活性領域上では熱酸化膜2B上を延在し、メモリセルトランジスタのゲート電極を形成する。これに伴い、前記熱酸化膜2Bは、メモリセルトランジスタのゲート絶縁膜を形成する。
Referring to FIG. 14A, a
さらに、図14(A)の工程では、前記ゲート電極3を自己整合マスクに、P+のイオン注入を行い、前記基板1中、ゲート電極3の両側に、前記メモリセルトランジスタの拡散領域1A,1Bを形成する。
Further, in the step of FIG. 14A, ion implantation of P + is performed using the
次に、図14(B)の工程において、SiO2よりなる酸化膜4が図14(A)の構造上に、前記ゲート電極3を覆うように、高温CVD法により堆積され、さらに前記図14(C)の工程で、前記酸化膜4に前記基板1の主面に対して実質的に垂直に作用する異方性エッチングを、RIE法により実行し、前記ゲート電極3の側壁を覆う側壁酸化膜4A,4Bを形成する。図14(C)の工程では、図示は省略するが、さらに前記ゲート電極3および側壁酸化膜4A,4Bを自己整合マスクにP+のイオン注入を実行し、いわゆるLDD(lightly doped drain)構造を形成してもよい。
Next, in the step of FIG. 14B, an oxide film 4 made of SiO 2 is deposited on the structure of FIG. 14A so as to cover the
さらに、図15(D)の工程で、前記図14(C)の構造上にBPSG(borophosphosilicate)よりなる層間絶縁膜5を堆積した後、前記拡散領域1Aを露出するコンタクトホール5Aを形成し、さらに前記コンタクトホール5Aを介して前記拡散領域1Aとコンタクトする電極6を形成する。ただし、電極6は、ビット線の一部を構成する。
Further, in the step of FIG. 15D, after depositing an
さらに、図15(E)の工程で、前記図15(D)の構造上にBPSGよりなる別の層間絶縁膜7を堆積し、さらに前記層間絶縁膜7および5を貫通して、前記拡散領域1Bを露出するコンタクトホール7Aを形成する。
Further, in the step of FIG. 15E, another interlayer
最後に、図15(F)の工程で、前記コンタクトホール7Aを埋めるようにポリシリコンよりなる蓄積電極パターン8Aを形成し、さらにその上にSiN膜の両側に酸化膜を形成したいわゆるONO構造を有する誘電体膜8Bを形成する。さらに前記誘電体膜8B上にポリシリコンよりなる対向電極8Cを形成する。前記電極パターン8A,誘電体膜8Bおよび対向電極8Cは、情報を電荷の形で蓄積するメモリセルキャパシタ8を形成する。
Finally, in the step of FIG. 15F, a
かかる構成のDRAMにおいて素子の微細化を進めた場合、典型的には最小線幅が0.3μm以下になった場合に前記蓄積電極8Aとゲート電極3との間にリーク電流が流れる場合があることが発見された。蓄積電極8Aは、先にも述べたように情報を電荷の形で蓄積するメモリキャパシタ8の一部を構成するため、電極8Aに生じるリーク電流は、DRAMの動作、特にデータ保持特性に深刻な影響を与える。
When miniaturization of an element is advanced in a DRAM having such a configuration, typically, a leakage current may flow between the
図16(A)は、図15(F)のDRAMの一部を拡大して示す。 FIG. 16A shows an enlarged part of the DRAM of FIG.
図16(A)を参照するに、前記ゲート電極3上には、ゲート電極3のパターニングの際に使われた反射防止膜3Aが残っており、また側壁酸化膜4A,4Bを覆うようにCVD酸化膜5Bが、前記層間絶縁膜5との間に形成されている。また、前記コンタクトホール5Aは、ゲート電極3との距離を確保するため、頂部から底部に向かって径が減少するテーパ形状に形成されている。
Referring to FIG. 16A, the
しかし、このような構造のDRAMにおいて、前記コンタクトホール5Aを、図16(A)に示すような理想的な整合状態で形成することは、特に最小線幅が0.3μm以下の超微細化された半導体装置では困難で、実際には図16(B)に示すように、コンタクトホール5Aの位置が、理想的な位置からずれてしまうことも多い。このような場合、コンタクトホール5Aを埋める蓄積電極8Aとゲート電極3とは接近し、このために蓄積電極8Aからゲート電極3に流れるリーク電流が発生するものと考えられる。リーク電流経路の詳細は、現状ではまだよくわかっていない。このリーク電流の問題は、後で説明するように、特に前記蓄積電極8Aを形成するに当たり、前記拡散領域1Bの表面から自然酸化膜を除去するために、緩衝HF水溶液によるエッチングを行った場合に顕著になる。
However, in the DRAM having such a structure, the formation of the
そこで、本発明は、上記の課題を解決した新規な半導体装置およびその製造方法を提供することを概括的課題とする。 Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a novel semiconductor device that solves the above-described problems and a method for manufacturing the same.
本発明のより具体的な課題は、ゲート電極を有する半導体装置において、前記ゲート電極への、対向する電極からのリーク電流を実質的に除去することのできる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 A more specific object of the present invention is to provide a semiconductor device having a gate electrode and a method for manufacturing the semiconductor device capable of substantially removing a leakage current from the opposing electrode to the gate electrode. It is in.
本発明は上記の課題を、基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記基板中に、前記ゲート電極に隣接して拡散領域を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、前記側壁絶縁膜を形成されたゲート電極上に、絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜に、前記ゲート電極に隣接して前記拡散領域表面を露出するコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールに露出した拡散領域表面をHF溶液により処理する工程と、前記コンタクトホールを埋めるように電極を形成する工程と、前記拡散領域と、前記電極を介して蓄積電極と電気的に接続されたメモリセルキャパシタを形成する工程と、を有し、前記側壁絶縁膜表面と前記ゲート電極側壁面との間に窒化膜を形成する工程を含み、前記側壁絶縁膜と前記窒化膜と前記絶縁膜が前記コンタクトホールの側壁面に露出していることを特徴とする半導体装置の製造方法により解決する。 The present invention solves the above problems by forming a gate electrode on a substrate via a gate insulating film, forming a diffusion region in the substrate adjacent to the gate electrode, and sidewalls of the gate electrode. Forming a sidewall insulating film on the gate electrode; depositing an insulating film on the gate electrode on which the sidewall insulating film is formed; and exposing the diffusion region surface adjacent to the gate electrode on the insulating film. A step of forming a contact hole, a step of treating the surface of the diffusion region exposed to the contact hole with an HF solution, a step of forming an electrode so as to fill the contact hole, the diffusion region, and via the electrode Forming a memory cell capacitor electrically connected to the storage electrode, and forming a nitride film between the side wall insulating film surface and the gate electrode side wall surface It is solved by a method of manufacturing a semiconductor device according to claim in which the insulating film and the nitride film and the sidewall insulating film is exposed on the side wall surface of the contact hole.
また本発明は上記の課題を、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記基板中に、前記ゲート電極に接して一対の拡散領域を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁面に側壁絶縁膜を形成する工程と、前記側壁絶縁膜が形成されたゲート電極上に、層間絶縁膜を堆積する工程と、前記層間絶縁膜に、前記一対の拡散領域の一方を露出する第1のコンタクトホールを形成する工程と、前記第1のコンタクトホールに露出した前記一対の拡散領域の一方の表面をHF溶液により処理する工程と、前記第1のコンタクトホールを埋めるように電極を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に、前記一対の拡散領域の一方と前記第1のコンタクトホールを埋める電極を介して電気的に接続されたメモリセルキャパシタの蓄積電極を形成する工程と、を有し、少なくとも前記第1のコンタクトホールと対向する側において、前記側壁絶縁膜表面と前記ゲート電極側壁面との間に窒化膜を形成する工程とを含み、前記側壁絶縁膜と前記窒化膜と前記層間絶縁膜が前記第1のコンタクトホールの側壁面に露出していることを特徴とするDRAMの製造方法により、解決する。 Further, the present invention has the above-described problems in that a step of forming a gate electrode on a substrate, a step of forming a pair of diffusion regions in contact with the gate electrode in the substrate, and a sidewall insulation on the sidewall surface of the gate electrode Forming a film; depositing an interlayer insulating film on the gate electrode on which the sidewall insulating film is formed; and a first contact hole exposing one of the pair of diffusion regions in the interlayer insulating film. A step of treating one surface of the pair of diffusion regions exposed to the first contact hole with an HF solution, a step of forming an electrode so as to fill the first contact hole, Forming a storage electrode of a memory cell capacitor electrically connected to one of the pair of diffusion regions via an electrode filling the first contact hole on the interlayer insulating film. Forming a nitride film between the surface of the sidewall insulating film and the sidewall surface of the gate electrode at least on the side facing the first contact hole, the sidewall insulating film, the nitride film, and the interlayer The problem is solved by the DRAM manufacturing method, in which the insulating film is exposed on the side wall surface of the first contact hole.
[作用]
図1は、本発明の原理を説明する図である。ただし、図1中、先に説明した部分には対応する参照符号を付し、説明を省略する。
[Action]
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention. However, in FIG. 1, the parts described above are denoted by corresponding reference numerals, and the description thereof is omitted.
図1を参照するに、本発明では、前記ゲート電極3の上面(より正確には反射防止膜3A)および前記ゲート電極の側壁面を覆うようにSiN膜9が形成され、前記側壁酸化膜4Bは、前記SiN膜9上に形成される。さらに、前記SiN膜9は、前記ゲート電極3の側壁面からコンタクトホール5Aに向かって、前記ゲート絶縁膜2Bの延長上に形成された熱酸化膜上を延在する。
Referring to FIG. 1, in the present invention, a
かかる構成により、前記コンタクトホール5Aを埋める蓄積電極8Aとゲート電極3との間のリーク電流が、効率的に抑圧される。
With this configuration, the leakage current between the
図2(A)は、Si基板11上に形成されたキャパシタのリーク電流について実験した結果を示す。 FIG. 2A shows the result of an experiment on the leakage current of the capacitor formed on the Si substrate 11.
図2(A)を参照するに、Si基板11上には厚いSiO2膜12が、例えばウェット酸化法により形成されており、前記SiO2膜12上には第1のポリシリコン電極パターン13が形成される。さらに、前記SiO2膜12上には、前記ポリシリコン電極パターン13を覆うように、SiO2膜14が高温CVD法により、50nmの厚さに堆積され、さらにその上に第2のポリシリコン電極パターン15が堆積される。
Referring to FIG. 2A, a thick SiO 2 film 12 is formed on the Si substrate 11 by, for example, a wet oxidation method, and a first
図2(B)は、図2(A)の構造についてリーク電流特性を調べた結果を示す。ただし、図2(B)中、横軸はリーク電流を、また縦軸は各リーク電流における試料の個体数の割合を示す。 FIG. 2B shows the result of examining the leakage current characteristics of the structure of FIG. In FIG. 2B, the horizontal axis indicates the leakage current, and the vertical axis indicates the ratio of the number of samples in each leakage current.
図2(B)中、●は図2(A)の構造において、前記第2のポリシリコン電極パターン15を前記SiO2膜14の堆積直後に形成した場合の結果を、また○は、同じく図2(A)の構造において、前記電極パターン15を形成するに先立って、前記SiO2膜14を緩衝HF水溶液で処理した場合の結果を示す。
In FIG. 2B, ● represents the results when the second
図2(B)を参照するに、SiO2膜14の形成直後に電極パターン15を形成した場合には、ほとんどの試料でリーク電流が10-7A以下であるのに対し、SiO2膜14を緩衝HF水溶液で処理した場合には、SiO2膜の厚さは50nmから48nmまで4%だけしか減少しないにもかかわらず、10-7アンペア以上のリーク電流を示す試料の割合は大きく増大しているのがわかる。
Referring to FIG. 2B, when the
先に説明した図16(A),(B)あるいは図1の構造では、前記蓄積電極8Aを形成するに先立ち、前記コンタクトホール5Aにより露出された拡散領域1Bの表面から自然酸化膜を除去するため、一般にかかる緩衝HF水溶液により、かかる拡散領域表面を処理することが行われるが、このような処理を行った場合、電極8Aと電極3との間のリーク電流特性が必然的に劣化することは、図2(B)の結果からも裏付けられる。
In the structure shown in FIG. 16A, FIG. 16B or FIG. 1, the natural oxide film is removed from the surface of the diffusion region 1B exposed by the
これに対し、図3(A)の構造では、前記SiO2膜14と上側のポリシリコン電極パターン15との間に、高温CVD法で形成したSiO2膜16とSiN膜17とを積層した積層構造を介在させている。ただし、図3(A)の構造は、前記SiN膜17の形成の後、前記ポリシリコン電極パターン15の形成の前に、緩衝HF水溶液によるエッチング処理を行っている。
On the other hand, in the structure of FIG. 3A, a laminate in which a SiO 2 film 16 and a
図3(B)は、図3(A)の構造のリーク電流特性を示す。ただし、図3(B)中、×はSiO2膜16の厚さを10nm、SiN膜17の厚さを6nmとした場合、+はSiO2膜16およびSiN膜17の厚さをいずれも10nmとした場合を示す。さらに、○は、SiO2膜16およびSiN膜17を設けなかった場合、換言すると図2(A)の構造に突いての結果を示す。
FIG. 3B shows the leakage current characteristics of the structure of FIG. However, in FIG. 3B, when the thickness of the SiO 2 film 16 is 10 nm and the thickness of the
図3(B)を参照するに、SiO2膜12上にSiN膜17を形成することにより、SiN膜17を形成しなかった場合よりも、リーク電流特性は著しく向上していることが明らかである。
Referring to FIG. 3B, it is apparent that the leakage current characteristic is remarkably improved by forming the
すなわち、図3(B)の結果は、図1の構造において、SiN膜9を形成することにより、電極8Aと電極3との間のリーク電流が効果的に抑圧されることを示している。
That is, the result of FIG. 3B shows that the leakage current between the
図4は、本発明のさらに別の原理を示す。ただし、図4中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。 FIG. 4 illustrates yet another principle of the present invention. However, in FIG. 4, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted.
図4を参照するに、図示の構造では、図16(A)あるいは(B)の構造において、前記側壁酸化膜4Bの外側に別の側壁酸化膜4Cが形成されている。側壁酸化膜4Cは、側壁酸化膜4Bと同様にSiO2層を前記ゲート電極3および側壁酸化膜4Bを覆うように高温CVD法で形成し、形成されたSiO2層に対して基板主面に対して実質的に垂直に作用する異方性エッチングを行うことによって形成されるが、その際、前記SiO2層の堆積に先立って既に形成されている側壁酸化膜4Bの表面を、前記SiO2層の堆積温度と実質的に同じ温度でN2Oにより処理し、前記表面に図4中に斜線で示したように、Nをドープした領域を形成する。
Referring to FIG. 4, in the structure shown in the figure, another
このように、側壁酸化膜を多層構造に形成することによっても、前記電極8Aと電極3との間のリーク電流を抑圧することが可能である。かかる多層構造は、側壁酸化膜4Bおよび4Cよりなる2層構造に限定されるものではなく、より多数の層を積層するものであってもよい。
Thus, the leakage current between the
本発明の特徴によれば、
基板と、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極側壁面を覆う側壁絶縁膜と、前記基板中に、前記ゲート電極に隣接して形成された拡散領域と、前記拡散領域上に形成されたオーミック電極とよりなる半導体装置において、前記側壁絶縁膜表面と前記ゲート電極側壁面との間に、前記ゲート電極表面のうち前記オーミック電極と対向する部分を少なくとも覆うように、SiNあるいはSiON等の窒化膜を形成することにより、前記オーミック電極とゲート電極との間のリーク電流を効果的に抑圧することが可能になり、DRAMあるいはフラッシュメモリのデータ保持特性が向上する。
According to a feature of the invention,
A substrate, a gate electrode formed on the substrate, a sidewall insulating film covering the side wall surface of the gate electrode, a diffusion region formed in the substrate adjacent to the gate electrode, and formed on the diffusion region In such a semiconductor device comprising an ohmic electrode, SiN or SiON or the like is provided so as to cover at least a portion of the gate electrode surface facing the ohmic electrode between the sidewall insulating film surface and the gate electrode sidewall surface. By forming the nitride film, the leakage current between the ohmic electrode and the gate electrode can be effectively suppressed, and the data retention characteristics of the DRAM or flash memory are improved.
[第1実施例]
図5(A)〜図6(G)は、本発明の第1実施例によるDRAMの製造方法を示す。
[First embodiment]
5A to 6G show a method of manufacturing a DRAM according to the first embodiment of the present invention.
図5(A)を参照するに、典型的にはp型にドープされたSi基板21上には、SiO2よりなるフィールド酸化膜22Aで画成され、同じくSiO2よりなる熱酸化膜22Bに覆われた活性領域が形成され、さらにポリシリコンよりなるワード線WLが、前記フィールド酸化膜22Aあるいは熱酸化膜22Bで覆われた基板21上を延在する。ワード線WLは、前記活性領域上では熱酸化膜22B上を延在し、メモリセルトランジスタのゲート電極23を形成する。これに伴い、前記熱酸化膜22Bは、メモリセルトランジスタのゲート絶縁膜を形成する。
Referring to FIG. 5A, a
さらに、図5(A)の工程では、前記ゲート電極23を自己整合マスクに、P+のイオン注入を行い、前記基板1中、ゲート電極23の両側に、前記メモリセルトランジスタの拡散領域21A,21Bを形成する。
Further, in the step of FIG. 5A, ion implantation of P + is performed using the
次に、図5(B)の工程において、前記図5(A)の構造上に、SiN膜24を例えばCVD法により、SiN膜24がゲート電極23の上面および側壁面を覆うように、典型的には約30nmの厚さに堆積し、さらに図5(C)の工程で前記SiN膜24を覆うようにSiO2膜25を、高温CVD法により形成する。
Next, in the step of FIG. 5B, the
次に、図5(D)の工程で、前記SiO2膜25に対して、前記基板主面に実質的に垂直に作用する異方性エッチングを行い、側壁酸化膜25Aおよび25Bを、前記ゲート電極23の両側壁面上に、SiN膜24を介して形成する。さらに、図5(D)の工程では、前記ゲート電極23およびかかる側壁酸化膜25A,25Bをマスクに、P+のイオン注入を行い、前記拡散領域21Aおよび21Bに部分的に重なるように、より深い拡散領域21Cおよび21Dをそれぞれ形成する。拡散領域21Aと21C、あるいは拡散領域21Bと21Dは、いわゆるLDD(lightly doped drain)構造を形成する。
Next, in the step of FIG. 5D, anisotropic etching is performed on the SiO 2 film 25 substantially perpendicularly to the main surface of the substrate, so that the
次に、図6(E)の工程において、前記図6(D)の構造上にBPSGよりなる層間絶縁膜26をCVD法により堆積し、さらに前記層間絶縁膜26中に前記拡散領域21Aおよび21Cを露出するコンタクトホール26Aを形成する。さらに、緩衝HF水溶液により露出した拡散領域表面から自然酸化膜を除去した後、前記層間絶縁膜26上に、前記コンタクトホール26Aを埋めるように、ビット線BLの一部をなすオーミック電極27を形成する。
Next, in the step of FIG. 6E, an
さらに、図6(F)の工程において、前記図6(E)の構造上に、BPSGよりなる第2の層間絶縁膜28を、CVD法により堆積し、さらに前記層間絶縁膜26,28を貫通して、前記拡散領域21B(および21D)を露出するコンタクトホール28Aを形成する。
Further, in the step of FIG. 6F, a second
さらに、図6(G)の工程において、前記コンタクトホール28Aにより露出した拡散領域表面の自然酸化膜を緩衝HF水溶液によるエッチングにより除去した後、前記コンタクトホール28Aを埋めるように、メモリセルキャパシタの蓄積電極を構成するポリシリコン電極29を前記拡散領域21B,21Dにコンタクトして形成し、さらにその上にSiNよりなるキャパシタ誘電体膜30を形成し、さらにその上に対向電極を構成するポリシリコン電極31を形成する。前記キャパシタ誘電体膜30は、SiN膜の上下面にSiO2膜を形成した、いわゆるONO構造を有するものであるのが好ましい。
Further, in the step of FIG. 6G, after the natural oxide film on the surface of the diffusion region exposed by the
かかる構造では、コンタクトホール28Aを埋めるポリシリコン電極29とゲート電極23との間にSiN膜24が介在するため、前記ビット線電極27あるいは蓄積電極29を形成する際に、露出した拡散領域表面から自然酸化膜を緩衝HF水溶液によりエッチング除去した場合にも、電極29と23との間におけるリーク電流が効果的に抑圧される。図3(B)の関係を参照。その際、SiN膜24は厚さが薄く、またゲート絶縁膜22Bの延長部を形成する熱酸化膜上を延在するため、半導体装置の動作に重要な拡散領域に歪みを及ぼすことはなく、SiN膜を形成することによる半導体装置の性能の低下は生じない。
In this structure, since the
本実施例は、また前記側壁酸化膜25A,25Bにより、コンタクトホール28Aを自己整合的に形成するいわゆる自己整合コンタクト構造を有するDRAM(例えば特開平8−274278号を参照)に対しても有効である。
This embodiment is also effective for a DRAM having a so-called self-aligned contact structure in which the
[第2実施例]
図7(A)〜図8(G)は、本発明の第2実施例による、フラッシュメモリの製造方法を示す。
[Second Embodiment]
FIGS. 7A to 8G show a flash memory manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
図7(A)を参照するに、典型的にはp型にドープされたSi基板41上には、SiO2よりなるフィールド酸化膜42Aで画成され、同じくSiO2よりなる熱酸化膜42Bに覆われた活性領域が形成され、図7(B)の工程において、前記熱酸化膜42B上にポリシリコンパターン43を、前記活性領域を覆うように形成する。前記熱酸化膜42Bは、形成されるフラッシュメモリのトンネル酸化膜として機能し、一方前記ポリシリコンパターン43はフローティングゲートの一部を構成する。
Referring to FIG. 7A, a
さらに、図7(C)の工程において、前記ポリシリコンパターン43の上面および側壁面を覆うように、SiONよりなる誘電体膜44が堆積され、さらに前記誘電体膜上に、前記ポリシリコンパターン43を覆うようにポリシリコン膜45およびWSi膜46が順次堆積され、さらに図7(D)の工程でパターニングを行うことにより、各々ポリシリコン層43、SiON層44、ポリシリコン層45およびWSi層46よりなるゲート電極構造G1,G2が形成される。ただし、前記ゲート電極構造G1,G2において、前記ポリシリコン層43は先にも説明したようにフローティングゲート電極を形成し、またポリシリコン層45およびWSi層46は制御電極を形成する。
7C, a
さらに、図7(C)の工程では、前記ゲート電極構造G1およびG2をマスクに前記基板41中にP+あるいはAs+のイオン注入を実行することにより、基板41中に拡散領域41A,41B,41Cを形成する。
Further, in the step of FIG. 7C, P + or As + ions are implanted into the
次に、図8(E)の工程で、前記図7(D)の構造上にSiO2膜47およびSiN膜48を、高温CVD法により形成する。ただし、前記SiO2膜47およびSiN膜48は、前記ゲート電極構造G1およびG2の各々の頂面および両側壁面を、連続して覆う。
Next, in the step of FIG. 8E, the SiO 2 film 47 and the
次に、図7(F)の工程で、前記図7(E)の構造上に、BPSGよりなる層間絶縁膜49を、前記ゲート電極構造G1およびG2を埋めるように堆積し、さらに前記層間絶縁膜49中に、前記拡散領域41A〜41Cをそれぞれ露出するコンタクトホール49A〜49Cを形成する。
Next, in the step of FIG. 7F, an
さらに、前記コンタクトホール49A〜49Cにより露出された拡散領域41A〜41Cの表面から緩衝HF水溶液により自然酸化膜を除去した後、オーミック電極50A〜50Cを、前記コンタクトホール49A〜49Cを埋めるように形成する。オーミック電極50Aあるいは50Cは例えばビット線BLの一部を形成し、オーミック電極50Bは他のメモリセルトランジスタの対応するオーミック電極と共に、消去電源に接続される。また、ゲート電極構造G1,G2中のシリサイド層46が、制御電極の一部として、ワード線に接続される。
Further, after removing the natural oxide film from the surfaces of the
かかる構造のフラッシュメモリでは、前記ゲート電極構造G1,G2がSiN膜48で連続的に覆われるため、フローティングゲート電極43のすぐ近傍にオーミック電極、例えば電極50Aが形成されても、フローティングゲート電極43から電極50Aに電荷がリークすることはなく、安定な情報の保持および書込み/読み出しが可能になる。
In the flash memory having such a structure, since the gate electrode structures G1 and G2 are continuously covered with the
[変形例]
図9(A),(B)は、以上に説明したSiN膜をリーク電流の抑止に使った実施例の変形例を示す。ただし、図9(A),(B)中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[Modification]
FIGS. 9A and 9B show a modification of the embodiment in which the above-described SiN film is used for suppressing leakage current. However, in FIGS. 9A and 9B, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図9(A)は図1の構造の一変形例であり、SiN膜9が、図1の構造におけるように前記ゲート電極3の側壁面に接して形成されるかわりに、前記側壁酸化膜4B上に形成されている。かかる構成においても、前記SiN膜9は前記ゲート電極3のうち、前記オーミック電極8Aに対向する側を覆っており、電極8Aと8との間のリーク電流を効果的に抑圧する。
FIG. 9A shows a modification of the structure of FIG. 1, and instead of forming the
図9(B)の変形例では、図6(G)のDRAM構造において、前記SiN膜24を、前記ゲート電極23の側壁面に接するように形成するかわりに、前記側壁酸化膜25A,25B上を延在するように形成する。かかる構造においても、前記SiN膜24は、ゲート電極23のうち、前記蓄積電極29に対向する側を覆い、ゲート電極23と蓄積電極29との間のリーク電流を効果的に抑止する。
9B, in the DRAM structure of FIG. 6G, instead of forming the
[第3実施例]
図10(A)〜図13(I)は、本発明の第3実施例によるDRAMの製造方法を示す。
[Third embodiment]
FIGS. 10A to 13I show a method of manufacturing a DRAM according to the third embodiment of the present invention.
図10(A)を参照するに、典型的にはp型にドープされたSi基板61上には、SiO2よりなるフィールド酸化膜62Aで画成され、同じくSiO2よりなる熱酸化膜62Bに覆われた活性領域が形成され、さらにポリシリコンよりなるワード線WLが、前記フィールド酸化膜62Aあるいは熱酸化膜62Bで覆われた基板61上を延在する。ワード線WLは、前記活性領域上では熱酸化膜62B上を延在し、メモリセルトランジスタのゲート電極63を形成する。これに伴い、前記熱酸化膜62Bは、メモリセルトランジスタのゲート絶縁膜を形成する。
Referring to FIG. 10A, a
さらに、図10(A)の工程では、前記ゲート電極63を自己整合マスクに、P+のイオン注入を行い、前記基板1中、ゲート電極63の両側に、前記メモリセルトランジスタの拡散領域61A,61Bを形成する。
Further, in the step of FIG. 10A, ion implantation of P + is performed using the
次に、図10(B)の工程において、前記図10(A)の構造上に、SiO2膜64を高温CVD法により、SiO2膜64がゲート電極63の上面および側壁面を覆うように堆積する。
Next, in the step of FIG. 10 (B), on the structure of Figure 10 (A), the SiO 2 film 64 by a high temperature CVD method, as the SiO 2 film 64 covers the upper surface and sidewall surfaces of the
次に、図10(C)の工程で、前記SiO2膜64に対して、前記基板主面に実質的に垂直に作用する異方性エッチングを行い、側壁酸化膜64Aおよび64Bを、前記ゲート電極63の両側壁面上に形成する。さらに、図10(C)の工程では、前記ゲート電極63およびかかる側壁酸化膜64A〜64Dをマスクに、P+あるいはAs+のイオン注入を行い、前記拡散領域61Aおよび61Bに部分的に重なるように、より深い拡散領域61Cおよび61Dをそれぞれ形成する。拡散領域61Aと61C、あるいは拡散領域61Bと61Dは、いわゆるLDD(lightly doped drain)構造を形成する。
Next, in the step of FIG. 10C, anisotropic etching is performed on the SiO 2 film 64 substantially perpendicularly to the main surface of the substrate, so that the
図10(C)の異方性エッチング工程は、前記SiO2膜64を堆積したのと同じ堆積装置中において、基板61を装置外に取り出すことなく実行され、さらに図11(D)の工程で、図10(C)の構造を、前記堆積装置中において、高温CVD法によりSiO2膜を形成する際の基板温度でN2O雰囲気に曝し、側壁酸化膜64A,64Bの表面にNをドープする。
The anisotropic etching process of FIG. 10C is performed without taking out the
さらに、図11(E)の工程において、前記図11(D)の構造上にSiO2膜(図示ぜず)を高温CVD法により堆積し、さらにこれを前記基板61の主面に対して実質的に垂直な方向に異方性エッチングすることにより、前記側壁酸化膜64A,64Bの外側に別の側壁酸化膜64C,64Dをそれぞれ形成する。
Further, in the step of FIG. 11E, a SiO 2 film (not shown) is deposited on the structure of FIG. 11D by a high temperature CVD method, and this is further substantially formed on the main surface of the
図11(E)の工程では、さらに前記ゲート電極63および側壁酸化膜64A,64C,64B,64Dをマスクに、P+あるいはAs+をイオン注入することにより、前記拡散領域61Aに一部重なるように、より深い拡散領域61Cを、また前記拡散領域61Bに一部重なるように、より深い拡散領域61Dを形成する。
In the step of FIG. 11E, P + or As + is further ion-implanted using the
次に、図12(F)の工程において、前記図11(E)の構造上に例えばBPSGよりなる層間絶縁膜65をCVD法により堆積し、前記層間絶縁膜65中に、前記拡散領域61Aおよび61Cを露出するコンタクトホール65Aを形成する。さらに、緩衝HF水溶液により露出した拡散領域表面から自然酸化膜を除去した後、前記層間絶縁膜65上に、前記コンタクトホール65Aを埋めるように、ビット線BLの一部をなすオーミック電極66を形成する。
Next, in the step of FIG. 12F, an
次に、図12(G)の工程において、前記図11(E)の層間絶縁膜65上に、前記オーミック電極66を埋めるように、例えばBPSGよりなる第2の層間絶縁膜67を堆積し、前記第1および第2の層間絶縁膜65,67を貫通して、前記拡散領域61Bおよび61Dを露出するコンタクトホール67Aを形成する。
Next, in the step of FIG. 12G, a second
本実施例では、さらに図13(H)の工程において、前記コンタクトホール67Aを介して、露出された前記拡散領域61B,61Dの表面に対して、水素プラズマを使ったドライクリーニングを行い、自然酸化膜を除去する。ドライクリーニングは、例えばH2と酸素原子を含む気体、例えばH2Oとの混合ガス中において高周波励起によりプラズマを発生させ、200°C程度の温度で実行するのが好ましい。例えば、特開平6−140368を参照。
In this embodiment, in the step shown in FIG. 13H, dry cleaning using hydrogen plasma is performed on the exposed surfaces of the
ドライクリーニングの後、図13(I)の工程において、前記コンタクトホール67Aを埋めるように、メモリセルキャパシタの蓄積電極を構成するポリシリコン電極68を前記拡散領域61B,61Dにコンタクトして形成し、さらにその上にSiNよりなるキャパシタ誘電体膜69を形成し、さらにその上に対向電極を構成するポリシリコン電極70を形成する。前記キャパシタ誘電体膜69は、SiN膜の上下面にSiO2膜を形成した、いわゆるONO構造を有するものであるのが好ましい。
After the dry cleaning, in the step of FIG. 13I, a
本実施例では、前記ゲート電極63の側壁酸化膜が、層61Aあるいは61Bよりなる第1層と、層61Cあるいは61Dよりなる第2層とを含む多層構造を有するため、前記蓄積電極68とゲート電極63との間のリーク電流を、窒化膜を使わなくても、効果的に抑圧することができる。先にも説明したように、第1層(層61Aまたは61B)表面は、第2層(層61Cまたは61D)の形成の前にN2O雰囲気中で、SiO2膜の高温CVD法で使われる基板温度と同じ温度でアニールされる。
In this embodiment, the sidewall oxide film of the
また、本実施例では、図13(I)で説明したように、前記蓄積電極68を堆積するに先立って、前記露出した拡散領域表面の自然酸化膜を、緩衝HF水溶液によるエッチングではなく、水素プラズマ中におけるドライクリーニングにより実行している。このため、緩衝HF水溶液処理を行った場合におけるようなリーク電流特性の劣化が抑制される。
Further, in this embodiment, as described with reference to FIG. 13I, prior to the deposition of the
本実施例において、側壁酸化膜の構成は、前記第1層および第2層のみに限定されるものではなく、より多層を含む構造としてもよい。 In the present embodiment, the configuration of the sidewall oxide film is not limited to the first layer and the second layer, but may have a structure including more layers.
また、前記ドライクリーニングは、前記図12(F)の工程において、前記ビット線電極66を形成するに先立って、コンタクトホール65Aで露出された基板61表面に対して適用し、拡散領域61A,61Cの表面から自然酸化膜を除去するようにしてもよい。
The dry cleaning is applied to the surface of the
以上、本発明を好ましい特徴について説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨内において様々な変形・変更が可能である。 The preferred features of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention.
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。 As mentioned above, although this invention was described about preferable embodiment, this invention is not limited to this specific embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the summary described in the claim.
1,11,21,41,61 基板
1A,1B,21A,21B,21C,21D,41A,41B,41C,61A,61B,61C,61D 拡散領域
2A,22A,42A,62A フィールド酸化膜
2B,22B,62B ゲート絶縁膜
3,23,63 ゲート電極
4,5B,14,16,25,47,64 SiO2膜
4A,4B,25A,25B,64A,64B,64C,64D 側壁酸化膜
5,7,26,28,49,65,67 層間絶縁膜
5A,7A,26A,28A,49A,49B,49C,65A,67A コンタクトホール
6,27,66 ビット線電極
8A,29,68 蓄積電極
8B,30,69 キャパシタ絶縁膜
8C,31,70 対向電極
9,17,24,48 窒化膜
12 SiO2層
13,15 ポリシリコン電極
42B トンネル絶縁膜
42 ポリシリコン層
44 フローティング絶縁膜
45 ポリシリコン層
46 WSi制御電極
50A,50B,50C オーミック電極
G1,G2 ゲート電極構造
1, 11, 21, 41, 61
Claims (19)
前記基板中に、前記ゲート電極に隣接して拡散領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記側壁絶縁膜を形成されたゲート電極上に、絶縁膜を堆積する工程と、
前記絶縁膜に、前記ゲート電極に隣接して前記拡散領域表面を露出するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールに露出した拡散領域表面をHF溶液により処理する工程と、
前記コンタクトホールを埋めるように電極を形成する工程と、
前記拡散領域と、前記電極を介して蓄積電極と電気的に接続されたメモリセルキャパシタを形成する工程と、を有し、
前記側壁絶縁膜表面と前記ゲート電極側壁面との間に窒化膜を形成する工程を含み、
前記側壁絶縁膜と前記窒化膜と前記絶縁膜が前記コンタクトホールの側壁面に露出していることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode on the substrate via a gate insulating film;
Forming a diffusion region in the substrate adjacent to the gate electrode;
Forming a sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode;
Depositing an insulating film on the gate electrode on which the sidewall insulating film is formed;
Forming a contact hole in the insulating film to expose the surface of the diffusion region adjacent to the gate electrode;
Treating the surface of the diffusion region exposed in the contact hole with an HF solution;
Forming an electrode to fill the contact hole;
Forming the diffusion region and a memory cell capacitor electrically connected to the storage electrode through the electrode;
Forming a nitride film between the sidewall insulating film surface and the gate electrode sidewall surface;
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the sidewall insulating film, the nitride film, and the insulating film are exposed on a sidewall surface of the contact hole.
前記基板中に、前記ゲート電極に接して一対の拡散領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁面に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記側壁絶縁膜が形成されたゲート電極上に、層間絶縁膜を堆積する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記一対の拡散領域の一方を露出する第1のコンタクトホールを形成する工程と、
前記第1のコンタクトホールに露出した前記一対の拡散領域の一方の表面をHF溶液により処理する工程と、
前記第1のコンタクトホールを埋めるように電極を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記一対の拡散領域の一方と前記第1のコンタクトホールを埋める電極を介して電気的に接続されたメモリセルキャパシタの蓄積電極を形成する工程と、を有し、
少なくとも前記第1のコンタクトホールと対向する側において、前記側壁絶縁膜表面と前記ゲート電極側壁面との間に窒化膜を形成する工程とを含み、
前記側壁絶縁膜と前記窒化膜と前記層間絶縁膜が前記第1のコンタクトホールの側壁面に露出していることを特徴とするDRAMの製造方法。 Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a pair of diffusion regions in contact with the gate electrode in the substrate;
Forming a sidewall insulating film on the sidewall surface of the gate electrode;
Depositing an interlayer insulating film on the gate electrode on which the sidewall insulating film is formed;
Forming a first contact hole in the interlayer insulating film to expose one of the pair of diffusion regions;
Treating one surface of the pair of diffusion regions exposed in the first contact hole with an HF solution;
Forming an electrode to fill the first contact hole;
Forming a storage electrode of a memory cell capacitor electrically connected to one of the pair of diffusion regions via an electrode filling the first contact hole on the interlayer insulating film;
Forming a nitride film between the side wall insulating film surface and the gate electrode side wall surface at least on the side facing the first contact hole,
A method of manufacturing a DRAM, wherein the sidewall insulating film, the nitride film, and the interlayer insulating film are exposed on a sidewall surface of the first contact hole.
前記第2のコンタクトホールを埋めるように電極を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に、前記一対の拡散領域の他方と前記第2のコンタクトホールを埋める電極を介して電気的に接続されたビット線を形成することを特徴とする請求項12〜15のうち、いずれか一項記載のDRAMの製造方法。 Forming a second contact hole in the interlayer insulating film to expose the other of the pair of diffusion regions;
Forming an electrode to fill the second contact hole;
16. The bit line electrically connected to the other of the pair of diffusion regions via an electrode filling the second contact hole is formed on the interlayer insulating film. A method of manufacturing a DRAM according to any one of the above.
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