JP2009164589A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体素子とコンタクトプラグとが高精度で位置合わせされた半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、第1構造体が露出するまで開口2を設ける。
【選択図】図14

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
従来、一つの半導体装置に一つの半導体層を搭載したものが主流であったが、近年、一つの半導体装置に複数の半導体層を搭載した多層構造を有する半導体装置が提案されるようになってきている。具体的には、一つの半導体装置の内部に複数の半導体層を多層として搭載することにより半導体装置全体を小型軽量化しつつ、半導体装置の処理速度等の能力を高めることができる。
この多層構造の半導体装置を製造する場合、半導体装置内部で半導体層同士を積層して電気的に接続する必要がある。そこで、この複数の半導体層同士を、コンタクトプラグを介して電気的に接続している。
図15〜17に一般的な多層構造の形成方法を示す。図15(a)に示すように、まず、半導体基板1の一方の面側に半導体素子2を形成する。なお、図15では、半導体素子2としてプレナー型のMOSFETを形成した例を示した。次に、図15(b)に示すように、半導体基板1の半導体素子2を設けた側に第1の層間絶縁膜3を形成する。
この後、図16(a)に示すように、第1の層間絶縁膜3上の、プレナー型のMOSFETのソース/ドレイン領域に対応する位置に開口を有するマスクパターン4を設ける。次に、このマスクパターン4をマスクに用いて、第1の層間絶縁膜3内をソース/ドレイン領域まで貫通するようにコンタクトホール5を形成する。次に、図16(b)に示すように、マスクパターン4を除去した後、コンタクトホール内に導電材料を埋め込むことによってコンタクトプラグ6を形成する。
この後、更に、図17(a)に示すように、第1の層間絶縁膜3上に第2の層間絶縁膜7を形成した後、第2の層間絶縁膜7上の、プレナー型のMOSFETのソース/ドレイン領域の何れか一方に対応する位置に開口を有するマスクパターン8を設ける。次に、第2の層間絶縁膜7内を貫通するようにコンタクトホール9を形成する。次に、図17(b)に示すように、コンタクトホール9内に導電材料を埋め込むことによってコンタクトプラグ10を形成する。
近年、上記のような多層構造において微細化が進んでおり、コンタクトプラグを形成する際において、所望の領域に位置合わせしてコンタクトをとることが困難となっている。そこで、従来から、高精度でコンタクトプラグの位置合わせが可能な方法の検討が行われている。
特許文献1(特開平5−114658号公報)に記載の方法では、複数の導電層間を電気的に接続するコンタクトホールを形成した後、シリコンを主成分とする膜で穴埋めしている。この後、コンタクトホール開孔部を覆うように、シリコンを主成分とする膜を残し、次に、第2導電層形成のための金属膜を形成している。そして、この金属膜を形成することにより、配線を形成するためのフォトリソグラフィー工程において、シリコンを主成分とする膜の段差を位置合わせの指標として用いることができ、第2導電層の配線の位置合わせ精度を高めることができるとしている。
特許文献2(特開平10−27845号公報)に記載の方法では、下層配線層を有する半導体基板上にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜を形成した後、配線層形成予定領域のシリコン窒化膜を選択的にエッチング除去して溝を形成する。この後、この溝にフォトレジストAを形成し、更にコンタクトホール形成予定領域に穴を有するフォトレジストBを形成した後、この位置のフォトレジストAを除去してシリコン酸化膜を露出させる。そして、このフォトレジストB、シリコン窒化膜をマスクに用いて、コンタクトホール形成予定領域のシリコン酸化膜を選択的に除去し下層配線層を露出させてコンタクトホールを形成している。特許文献2の方法では、このように段階的にフォトレジストB、シリコン窒化膜からなるマスクを形成することによって、高精度で位置合わせが可能としている。
特開平5−114658号公報 特開平10−27845号公報
近年、装置の微細化、高集積化、及び装置設計の多様化が進むに従って、半導体基板の裏面側からコンタクトホールの位置合わせの工程が必要となる場合があった。しかしながら、従来のコンタクトプラグの形成方法では、フォトリソグラフィーによりマスクパターンを設ける際に位置合わせ上の誤差等によって、コンタクトホールの位置合わせ精度に限界があった。特に、近年、半導体装置の微細化が進展しており、半導体素子に対するコンタクトプラグの位置合わせも高い精度が要求されるようになっていた。このような位置合わせが高精度で行われていないと、コンタクトプラグと、半導体基板及びゲート電極との短絡等が発生する場合があった。また、特許文献1及び2の方法では、位置合わせ精度に限界があった。
本発明は、1以上の上記課題を解決するか、又は上記課題を少なくとも部分的に改良する。
本発明の一実施形態は、所定方向に伸長し、一方の端部側に前記所定方向と垂直な断面の断面積が不連続に変化する段差を有する第1コンタクトプラグと、
前記第1コンタクトプラグに電気的に接続された突起状領域と、
前記突起状領域に電気的に接続された第1構造体と、
前記突起状領域及び前記段差よりも第1構造体側の前記第1コンタクトプラグの側壁上に設けられた絶縁層2と、
を有する半導体装置に関する。
本発明の他の一実施形態は、所定方向に伸長し、一方の端部側に前記所定方向と垂直な断面の断面積が不連続に変化する段差を有する第1コンタクトプラグと、
前記第1コンタクトプラグに電気的に接続された第1構造体と、
前記段差よりも第1構造体側の前記第1コンタクトプラグの側壁上に設けられた絶縁層2と、
を有する半導体装置に関する。
本発明の他の一実施形態は、(1)半導体基板に突起状領域を形成する工程と、
(2)前記突起状領域の側壁上に絶縁層2を形成する工程と、
(3)前記突起状領域の上面上に第1構造体を形成する工程と、
(4)前記半導体基板の前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から前記半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い少なくとも前記突起状領域に達するまで開口2を設ける工程であって、前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行う工程と、
(5)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
本発明の他の一実施形態は、(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)前記絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)前記マスクパターン1をマスクに用いて前記絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、前記マスクパターン1の下部に、前記下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
(4)前記半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)前記マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
(7)層間絶縁膜内の前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に前記突起状領域上の絶縁層1を除去し、更に前記突起状領域上に第1構造体を形成する工程と、
(8)前記第1構造体上に保護基板を設ける工程と、
(9)前記半導体基板を、前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
(10)前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、前記裏面側から、前記半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、少なくとも前記突起状領域に達するまで開口2を設ける工程と、
(11)前記開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(12)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
本発明の他の一実施形態は、(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)前記絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)前記マスクパターン1をマスクに用いて前記絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、前記マスクパターン1の下部に、前記下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
(4)前記半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)前記マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
(7)層間絶縁膜内の前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に前記突起状領域上の絶縁層1を除去し、更に前記突起状領域上に第1構造体を形成する工程と、
(8)前記半導体基板の、前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から、前記半導体基板内の第1構造体に対応する部分が残留するように異方性エッチングを行う工程であって、前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行う工程と、
(9)前記半導体基板内の第1構造体に対応する部分に不純物を注入することによって第1コンタクトプラグとする工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
本発明の他の一実施形態は、(1)半導体基板上の全面に絶縁層2を形成する工程と、
(2)前記半導体基板内に第1不純物拡散領域を形成する工程と、
(3)前記半導体基板の、前記絶縁層2を設けた側と反対側である裏面側の、前記第1不純物拡散領域に対応する位置の異方性エッチングを行う工程であって、前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行うことによって、少なくとも前記第1不純物拡散領域に達するまで開口2を設ける工程と、
(4)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
本発明の他の一実施形態は、(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)前記絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)前記マスクパターン1をマスクに用いて前記絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、前記マスクパターン1の下部に、前記下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
(4)前記半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)前記マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
(7)層間絶縁膜内の前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に前記突起状領域上の絶縁層1を除去し、更に前記突起状領域上に第1構造体を形成する工程と、
(8)前記半導体基板の、前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から異方性エッチングを行う工程であって、前記半導体基板内の突起状領域に対応する位置を、前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行うことによって、少なくとも前記突起状領域に達するまで開口2を設ける工程と、
(9)前記開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(10)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
本発明の他の一実施形態は、(1)シリコン半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)前記絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)前記マスクパターン1をマスクに用いて前記絶縁層1及びシリコン半導体基板をエッチングすることにより、前記マスクパターン1の下部に、前記シリコン半導体基板の所定平面から突出したシリコン半導体領域を形成する工程と、
(4)前記シリコン半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)前記シリコン半導体領域を有する第1構造体を形成する工程と、
(6)前記シリコン半導体基板を、前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
(7)前記シリコン半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、前記裏面側から、前記シリコン半導体基板内のシリコン半導体領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、少なくとも前記シリコン半導体領域に達するまで開口2を設ける工程と、
(8)前記開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(9)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
「段差」とは、第1コンタクトプラグの伸長方向と垂直な、第1コンタクトプラグの断面の断面積を、不連続に変化させる面のことを表す。すなわち、第1コンタクトプラグの該伸長方向に垂直な断面の断面積は、この段差を境にして不連続に変化する。この段差は例えば、図14、図20、図24、図28及び図48の番号41で表される。
半導体装置を構成する構造体とコンタクトプラグとが高精度で位置合わせされた半導体装置を製造することができる。
(半導体装置の製造方法)
半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。
(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)マスクパターン1をマスクに用いて絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、マスクパターン1の下部に、下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
(4)半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
(7)層間絶縁膜内の突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に突起状領域上の絶縁層1を除去し、更に突起状領域上に第1構造体を形成する工程と、
(8)第1構造体上に保護基板を設ける工程と、
(9)半導体基板を、第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
(10)半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、少なくとも突起状領域に達するまで開口2を設ける工程と、
(11)開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(12)開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程。
半導体装置の製造方法では、工程(7)において、突起状領域上の絶縁層1のみを除去し、突起状領域の一部上に存在する絶縁層2を残留させる。また、工程(10)において、半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、半導体基板の裏面側から突起状領域に対応する位置に異方性エッチングを行う。そして、少なくとも突起状領域に達するまで開口2を設ける。
この工程(10)では、例えば、半導体基板の裏面側の、突起状領域に対応する位置に開口を有するマスクパターンを設け、このマスクパターンをマスクに用いて半導体基板の異方性エッチングを行うことにより、開口2を設ける。この際、例えば、突起状領域に対応する位置にマスクパターンの開口が正確に位置合わせされていない場合であっても、半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行うため、絶縁層2は残留し、半導体基板のみがエッチングされる。このため、突起状領域(突起状領域を除去する場合は第1構造体)にセルフアラインで正確に位置合わせした状態で開口2を設けることができる。この結果、第1構造体と第1コンタクトプラグとが高精度で位置合わせされた半導体装置を製造することができる。
本発明において、「第1構造体」とは、半導体基板の表面側に設けられた層間絶縁膜の開口内(突起状領域の上方、又は突起状領域が除去される場合は突起状領域が存在した部分の上方)に設けられた構造体(突起状領域は除く)のことを表す。この第1構造体は、半導体装置の一部を構成する部分であれば特に限定されるわけではない。
本発明において、「第1コンタクトプラグ」とは、半導体基板の裏面側から設けられたコンタクトプラグのことを表す。
「第2コンタクトプラグ」とは、半導体基板の表面側に設けられた層間絶縁膜内において、縦型MOSFETに電気的に接続されたコンタクトプラグのことを表す。
「第3コンタクトプラグ」とは、半導体基板の表面側に設けられた層間絶縁膜内をその厚み方向に貫通するように設けられたコンタクトプラグのことを表す。
本発明において、「接続部」とは、第1コンタクトプラグと第3コンタクトプラグを電気的に接続する導電部分を表し、例えば、不純物を注入したポリシリコン領域を挙げることができる。
なお、第1構造体は単独で半導体素子を構成しても、構成しなくても良く、第1構造体が一つの半導体素子を構成しても良い。例えば、第1構造体として、上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び第2コンタクトプラグを形成することができる。この場合、上部不純物拡散領域を有する半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び下部不純物拡散領域は、縦型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を構成することとなる。また、第1構造体として第3コンタクトプラグを形成することができる。この場合、第1構造体は、配線構造を形成することとなる。また、本発明の製造方法では、これら縦型のMOSFETや配線構造をそれぞれ単独で、又は組み合わせて製造することができる。
本発明の半導体装置の製造方法では、まず、工程(1)では、半導体基板を準備する。この半導体基板としては、シリコン半導体基板やSOIなどを挙げることができる。次に、この半導体基板の全面に絶縁層1を形成する。この絶縁層1の形成方法としては、例えば、半導体基板の表面がシリコンからなる場合、熱酸化を行うことによってシリコン酸化膜を形成する方法を挙げることができる。
次に、工程(2)では、この絶縁層1上にマスクパターン1を形成する。この方法としては、例えば、CVD法などによりシリコン窒化膜を堆積させた後、リソグラフィー技術によりシリコン窒化膜のパターニングを行うことによりマスクパターン1を形成する方法を挙げることができる。
次に、工程(3)では、マスクパターン1をマスクに用いて絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることによってマスクパターン1の下部に1以上の突起状領域を形成する。そして、この際、マスクパターン1と半導体基板下部との間以外の半導体基板の部分を露出させる。
次に、工程(4)では、半導体基板の露出した部分上に絶縁層2を形成する。この絶縁層2の形成方法としては、例えば、半導体基板の表面がシリコンからなる場合、熱酸化を行うことによってシリコン酸化膜を形成する方法を挙げることができる。
次に、工程(5)では、マスクパターン1を除去する。このマスクパターン1の除去方法としては例えば、ウェットエッチングを挙げることができる。
次に、工程(6)では、全面に層間絶縁膜を形成する。この層間絶縁膜の形成方法としては、プラズマCVD法を挙げることができる。
次に、工程(7)では、層間絶縁膜内の、突起状領域に対応する位置に開口1を設ける。また、これと共に突起状領域上の絶縁層1を除去し、更に突起状領域に接するように第1構造体を形成する。この開口1の形成方法としては例えば、リソグラフィー技術により突起状領域に対応する位置に開口を有するマスクパターンを形成した後、このマスクパターンをマスクに用いて層間絶縁膜のエッチングを行う方法を挙げることができる。また、このエッチングの際に突起状領域上の絶縁層1を除去する。この後、突起状領域に接するように第1構造体を形成する。エッチング終了後にマスクパターンは除去する。
次に、工程(8)では、第1構造体上に保護基板を設ける。典型的には、第1構造体は層間絶縁膜内に埋め込まれた形で存在する。また、場合によっては、第1構造体が埋め込まれた層間絶縁膜上に配線層を有する層間絶縁膜が形成される。このような場合には、保護基板はこれらの層間絶縁膜上に貼り付ければ良い。
次に、工程(9)では、半導体基板を、第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする。この研削方法としては例えば、CMP(Chemical Mechanical Polish)法を挙げることができる。また、この研削後の半導体基板の厚さとしては、50〜150μmであることが好ましく、50〜100μmであることがより好ましい。このような厚さまで半導体基板を研削することによって、たとえ後の工程(10)で半導体基板と絶縁層2のエッチング速度の差が小さい場合であっても、絶縁層2がエッチングされる程度が少なくなり、セルフアラインで、高精度で開口2を突起状領域に位置合わせすることができる。
次に、工程(10)では、半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置に異方性エッチングを行い、開口2を設ける。そして、少なくとも突起状領域に達するまで開口2を設ける。
なお、半導体基板が絶縁層2よりも大きなエッチング速度となるエッチングを行う際には、一般的なICPタイプのエッチング装置を使用することができる。このエッチングはチラーによって10℃に冷却された電極上で行うことができる。また、この際のエッチング用のガスとしてHBr、Cl2及びO2使用することができる。エッチング条件としては、HBr流量100sccm、Cl2流量100sccm、O25sccm、圧力2Paの条件を挙げることができる。典型的なエッチングレートは500nm/minであり、半導体基板としてシリコン半導体基板を用いた場合、絶縁層2に対するシリコン半導体基板の選択比は20以上であった。
工程(10)では、少なくとも突起状領域に達するまで異方性エッチングを行なえば良い。具体的には、この異方性エッチングは、突起状領域が露出するまで行う場合、突起状領域が一部エッチングされた時点で中止する場合、第1構造体が露出するまで行う場合の何れであっても良い。
この半導体基板のエッチング速度は、絶縁層2のエッチング速度の1.5倍以上であることが好ましく、2倍以上であることがより好ましい。これらの速度差で絶縁層2よりも速く半導体基板をエッチングすることによって、絶縁層2を劣化させることなく、半導体基板のみを選択的にエッチングすることが可能となる。この結果、より高精度で、開口2を突起状領域に位置合わせすることが可能となる。
次に、工程(11)では、開口2の内壁上に絶縁層3を形成する。この絶縁層3を形成する方法としては、例えば、半導体基板がシリコンからなる場合、熱酸化を行うことによってシリコン酸化膜を形成する方法を挙げることができる。
次に、工程(12)では、開口2内に少なくとも第1コンタクトプラグを形成する。この際、典型的には、これにより第1構造体と第1コンタクトプラグとは電気的に接続される。また、この第1コンタクトプラグの形成方法としては公知のコンタクトプラグの形成方法を用いることができる。
以下、本発明の製造方法の具体例を説明する。
(第1実施例)
第1実施例は、縦型MOSFETを備えた半導体装置の製造方法に関するものである。第1実施例は、以下の工程を有する。
(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)マスクパターン1をマスクに用いて絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、マスクパターン1の下部に、下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
(4)半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜1を形成する工程と、
(7−1)層間絶縁膜1内の、突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、突起状領域上の絶縁層1を除去する工程と、
(7−2)開口1内の突起状領域上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、突起状領域上に半導体領域を形成する工程と、
(7−3)層間絶縁膜1を除去することにより、半導体領域を露出させる工程と、
(7−4)露出した半導体領域の、半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(7−5)ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
(7−6)半導体領域の突起状領域側と反対側の上部に不純物を注入することにより、半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする工程と、
(7−7)全面に層間絶縁膜2を形成する工程と、
(7−8)層間絶縁膜2内を貫通して、上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように、第2コンタクトプラグを形成する工程と、
(8)第1構造体(上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び第2コンタクトプラグ)上に保護基板を設ける工程と、
(9)半導体基板を、第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
(10)半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、半導体領域が露出するまで開口2を設ける工程と、
(11)開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(12)開口2内に、半導体領域に接するように下部不純物拡散領域と、下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する工程。
第1実施例において工程(1)〜(6)、(8)、(9)、(11)及び(13)は、上記(半導体装置の製造方法)に記載の工程(1)〜(6)、(8)、(9)、(11)及び(13)と同じであるため、その説明を省略し、以下では、工程(7)、(10)及び(12)のみ説明する。
第1実施例の工程(7−1)では、層間絶縁膜1内の、突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、突起状領域上の絶縁層1を除去する。
次に、工程(7−2)では、開口1内の、突起状領域上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって突起状領域上に半導体領域を形成する。なお、この選択エピタキシャル成長の条件は、所望する半導体領域の特性に応じて適宜、設定することができる。
次に、工程(7−3)では、層間絶縁膜1を除去することにより半導体領域を露出させる。この層間絶縁膜1を除去する方法としては例えば、ドライエッチングやウェットエッチングを挙げることができる。
次に、工程(7−4)では、露出した半導体領域の、半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する。ここで、この「半導体基板の厚み方向と平行な側面」とは、半導体基板の表面と垂直な面を表す。このゲート絶縁膜の形成方法としては、例えば、半導体領域の、半導体基板の厚み方向と平行な側面を熱酸化したり、CVD法等により全面にゲート絶縁膜材料を堆積させた後、エッチバックすることによって半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を残留させる方法等を挙げることができる。
次に、工程(7−5)では、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する。このゲート電極の形成工程としては、例えば、DOPOS(Doped Polycrystalline Silicon)法等を挙げることができる。
次に、工程(7−6)では、半導体領域の突起状領域側と反対側の上部に不純物を注入することにより、半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする。なお、上部不純物拡散領域用に注入する不純物の種類及びその注入条件は、所望の縦型MOSFETに応じて適宜、設定することができる。
次に、工程(7−7)では、全面に層間絶縁膜2を形成する。この層間絶縁膜2の形成方法としては、層間絶縁膜1と同様の形成方法を挙げることができる。
次に、工程(7−8)では、層間絶縁膜2内を貫通して、上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように、第2コンタクトプラグを形成する。この第2コンタクトプラグの形成方法としては、第1コンタクトプラグと同様の形成方法を挙げることができる。
工程(10)では、異方性エッチングを行い、突起状領域を除去して半導体領域が露出するまで開口2を設ける。
また、工程(12)では、半導体領域に電気的に接続されるように下部不純物拡散領域と、下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する。この下部不純物拡散領域の形成方法としては、DOPOS法や、ポリシリコン層を形成した後、このポリシリコン層内に不純物を注入する方法などを挙げることができる。また、下部不純物拡散領域と、第1コンタクトプラグはそれぞれ別の工程で形成する。
第1実施例では、第1構造体として、上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び第2コンタクトプラグを形成する。なお、場合によっては、第1構造体としてこれ以外の構造を形成しても良い。また、この上部不純物拡散領域を有する半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び下部不純物拡散領域は、縦型MOSFETを構成する。
なお、第1実施例で形成する縦型MOSFETとしては、N型のMOSFETであても、P型のMOSFETであっても良い。N型のMOSFETを形成する場合、上部不純物拡散領域及び下部不純物拡散領域内にはN型の不純物を注入する。また、半導体領域内にはP型の不純物を注入する。また、P型のMOSFETを形成する場合、上部不純物拡散領域及び下部不純物拡散領域内にはP型の不純物を注入する。また、半導体領域内にはN型の不純物を注入する。
なお、本実施例の変形例では、工程(7)において、突起状領域内に不純物を注入することによって下部不純物拡散領域とする。また、工程(10)において、異方性エッチングを行い下部不純物拡散領域である突起状領域に達するまで開口2を設けて、突起状領域を残留させる。そして、この後、工程(12)では、下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する。この変形例は、具体的には、以下の工程を有する。
(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)マスクパターン1をマスクに用いて絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、マスクパターン1の下部に、下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
(4)半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜1を形成する工程と、
(7−1)層間絶縁膜1内の、突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、突起状領域上の絶縁層1を除去する工程と、
(7−2)突起状領域内に不純物を注入することによって下部不純物拡散領域とする工程と、
(7−3)開口1内の下部不純物拡散領域である突起状領域上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、突起状領域上に半導体領域を形成する工程と、
(7−4)層間絶縁膜1を除去することにより、半導体領域を露出させる工程と、
(7−5)露出した半導体領域の、半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(7−6)ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
(7−7)半導体領域の突起状領域側と反対側の上部に不純物を注入することにより、半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする工程と、
(7−8)全面に層間絶縁膜2を形成する工程と、
(7−9)層間絶縁膜2内を貫通して、上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように、第2コンタクトプラグを形成する工程と、
(8)第1構造体(上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び第2コンタクトプラグ)上に保護基板を設ける工程と、
(9)半導体基板を、第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
(10)半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、下部不純物拡散領域である突起状領域に達するまで開口2を設ける工程と、
(11)開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(12)開口2内に、下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する工程。
なお、上記変形例の工程(10)では、下部不純物拡散領域が露出するまで異方性エッチングを行っても、下部不純物拡散領域が一部、エッチングされるように異方性エッチングを行っても良い。この下部不純物拡散領域が一部、エッチングされるように異方性エッチングを行う場合、半導体基板及び下部不純物拡散領域のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行う。
(第2実施例)
第2実施例は、縦型MOSFET及び配線構造を有する半導体装置の製造方法に関するものである。第2実施例は、以下の工程を有する。
(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)マスクパターン1をマスクに用いて絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、マスクパターン1の下部に、下部以外の部分が露出した、突起状領域A及び突起状領域Bからなる複数の突起状領域を形成する工程と、
(4)半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜1を形成する工程と、
(7−1)層間絶縁膜1内の、突起状領域Aに対応する位置に開口1を設けると共に、突起状領域A上の絶縁層1を除去する工程と、
(7−2)開口1内の、突起状領域A上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、突起状領域A上に半導体領域を形成する工程と、
(7−3)層間絶縁膜1を除去することにより、半導体領域を露出させる工程と、
(7−4)露出した半導体領域の半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(7−5)ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
(7−6)半導体領域の突起状領域A側と反対側の上部に不純物を注入することにより、半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする工程と、
(7−7)全面に層間絶縁膜2を形成する工程と、
(7−8)層間絶縁膜2内を貫通して上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第2コンタクトプラグを形成すると共に、層間絶縁膜内の突起状領域Bに対応する位置に開口1を設け、突起状領域B上の絶縁層1を除去し、更に突起状領域Bに電気的に接続されるように第3コンタクトプラグを形成する工程と、
(8)第1構造体(上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、並びに第2及び第3コンタクトプラグ)上に保護基板を設ける工程と、
(9)半導体基板を、第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
(10)半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、半導体領域及び第3コンタクトプラグが露出するまで開口2を設ける工程と、
(11)開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(12)開口2内の半導体領域に接するように下部不純物拡散領域と、下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成し、
第3コンタクトプラグに電気的に接続されるように接続部と、接続部に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する工程。
第2実施例において工程(1)、(2)、(4)〜(6)、(8)、(9)、及び(11)は、上記第1実施例に記載の工程(1)、(2)、(4)〜(6)、(8)、(9)、及び(11)と同じであるため、説明を省略し、工程(3)、(7)、(10)、及び(12)のみ説明する。
第2実施例では、工程(3)で複数の突起状領域を形成する。この突起状領域のうち、縦型MOSFETを形成する予定の領域のものが突起状領域A、第3コンタクトプラグを形成する予定の領域のものが突起状領域Bとなる。そして、工程(7−1)〜(7−2)では、突起状領域A上にのみ半導体領域を形成する。この工程は第1実施例の工程(7−1)〜(7−2)と同様の方法を用いることができ、この際、層間絶縁膜1上の、突起状領域B上に相当する部分にマスクを設けることによって、突起状領域B上への開口1及び半導体領域の形成を防止することができる。
また、工程(7−3)〜(7−7)では、第1実施例の工程(7−3)〜(7−7)と同様にして、突起状領域A上に設けた半導体領域の半導体基板の厚み方向に平行な側面にのみ、ゲート絶縁膜、ゲート電極を形成すると共に、半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする。そして、この後、全面に層間絶縁膜2を形成する。
次に、工程(7−8)では、層間絶縁膜2内を貫通して上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第2コンタクトプラグを形成する。また、この層間絶縁膜2内の上部不純物拡散領域に対応する位置に第2コンタクトプラグ用の開口を形成するのと同時に、突起状領域Bに対応する位置に開口1を設け、更に、突起状領域B上の絶縁層1を除去する。また、上部不純物拡散領域に対応する位置の開口内に第2コンタクトプラグを形成するのと同時に、突起状領域Bに電気的に接続されるように第3コンタクトプラグを形成する。このように、工程(7−8)では、第2コンタクトプラグ用の開口を形成する際に、突起状領域B上にも開口1が形成される。そして、第2コンタクトプラグと第3コンタクトプラグの形成を同時に行うことができる。
なお、第2実施例では、上記(半導体装置の製造方法)に記載の工程(8)の開口1の形成は、2回の工程に分けて行われている。すなわち、突起状領域AとB上に開口1を設ける工程はそれぞれ、別々の工程として行われている。
工程(10)では、第1実施例と同様にして、半導体基板の裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置に異方性エッチングを行い、開口2を形成するが、この開口2の形成は半導体領域及び第3コンタクトプラグが露出するまで行う。
また、工程(12)では、第1実施例と同様にして開口2内に、半導体領域に電気的に接続されるように下部不純物拡散領域と、下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する。また、第3コンタクトプラグに電気的に接続されるように接続部と、接続部に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する。
第2実施例では、第1構造体として、(a)上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び第2コンタクトプラグと、(b)第3コンタクトプラグ、を形成する。そして、この(a)第1構造体を構成する上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜及びゲート電極と、下部不純物拡散領域とから、縦型MOSFETが構成される。また、(b)第3コンタクトプラグと、接続部は配線構造を構成する。なお、場合によっては、第1構造体として上記以外の構造を形成しても良い。
本実施例の変形例では、工程(10)において、異方性エッチングを行い突起状領域A及びBである下部不純物拡散領域及び接続部に達するまで開口2を設ける。そして、突起状領域A及びBを残留させる。この後、下部不純物拡散領域及び接続部に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する。この変形例は、具体的には、以下の工程を有する。
(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)マスクパターン1をマスクに用いて絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、マスクパターン1の下部に、下部以外の部分が露出した、突起状領域A及び突起状領域Bからなる複数の突起状領域を形成する工程と、
(4)半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜1を形成する工程と、
(7−1)層間絶縁膜1内の、突起状領域Aに対応する位置に開口1を設けると共に、突起状領域A上の絶縁層1を除去する工程と、
(7−2)突起状領域A内に不純物を注入することによって下部不純物拡散領域とする工程と、
(7−3)開口1内の下部不純物拡散領域である突起状領域A上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、突起状領域A上に半導体領域を形成する工程と、
(7−4)層間絶縁膜1を除去することにより、半導体領域を露出させる工程と、
(7−5)露出した半導体領域の半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(7−6)ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
(7−7)半導体領域の突起状領域A側と反対側の上部に不純物を注入することにより、半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする工程と、
(7−8)全面に層間絶縁膜2を形成する工程と、
(7−9)層間絶縁膜2内を貫通して上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第2コンタクトプラグを形成すると共に、層間絶縁膜内の突起状領域Bに対応する位置に開口1を設け、突起状領域B上の絶縁層1を除去し、更に突起状領域B内に不純物を注入して接続部と接続部に電気的に接続されるように第3コンタクトプラグを形成する工程、
(8)第1構造体(上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、並びに第2及び第3コンタクトプラグ)上に保護基板を設ける工程と、
(9)半導体基板を、第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
(10)半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、下部不純物拡散領域である突起状領域A及び接続部である突起状領域Bに達するまで開口2を設ける工程と、
(11)開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(12)開口2内の下部不純物拡散領域及び接続部に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する工程。
なお、上記変形例の工程(10)では、下部不純物拡散領域及び接続部が露出するまで異方性エッチングを行っても、下部不純物拡散領域及び接続部が一部、エッチングされるように異方性エッチングを行っても良い。この下部不純物拡散領域及び接続部が一部、エッチングされるように異方性エッチングを行う場合、半導体基板、下部不純物拡散領域及び接続部のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行う。
なお、上記変形例では、上記(半導体装置の製造方法)に記載の工程(8)の開口1の形成は、2回の工程に分けて行われている。すなわち、突起状領域AとB上に開口1を設ける工程はそれぞれ、別々の工程として行われている。
(第3実施例)
本発明の第3実施例は、配線構造を有する半導体装置の製造方法に関するものである。本発明の第3実施例は、以下の工程を有する。
(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)マスクパターン1をマスクに用いて絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、マスクパターン1の下部に、下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
(4)半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜1を形成する工程と、
(7−1)層間絶縁膜1内の、突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、突起状領域上の絶縁層1を除去する工程と、
(7−2)層間絶縁膜1内を貫通して、突起状領域に接するように第3コンタクトプラグを形成する工程と、
(8)第1構造体(第3コンタクトプラグ)上に保護基板を設ける工程と、
(9)半導体基板を、第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
(10)半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、第3コンタクトプラグが露出するまで開口2を設ける工程と、
(11)開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(12)開口2内の第3コンタクトプラグに電気的に接続されるように接続部と、接続部に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する工程。
第3実施例において、工程(1)〜(6)、(8)、(9)、(11)及び(13)は、上記第1実施例に記載の工程(1)〜(6)、(8)、(9)、(11)及び(13)と同じであるため、説明を省略し、工程(7)、(10)及び(12)のみ説明する。
第3実施例の工程(7−1)では、第1実施例の工程(7−1)と同様にして、層間絶縁膜1内の、突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、突起状領域上の絶縁層1を除去する。
次に、工程(7−2)では、層間絶縁膜1内を貫通して、突起状領域に電気接続するように第3コンタクトプラグを形成する。
工程(10)では、第1実施例と同様にして、半導体基板の裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置に異方性エッチングを行い、開口2を形成するが、この開口2の形成は第3コンタクトプラグが露出するまで行う。
また、工程(12)では、第1実施例と同様にして、開口2内の第3コンタクトプラグに接するように接続部と、接続部に接するように第1コンタクトプラグを形成する。
この第3実施例では、第1構造体として、第3コンタクトプラグを形成する。なお、場合によっては、第1構造体として第3コンタクトプラグ以外の構造を形成しても良い。
本実施例の変形例では、工程(10)において、異方性エッチングを行い、接続部である突起状領域に達するまで開口2を設け、突起状領域を残留させる。この後、接続部に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する。この変形例は、具体的には、以下の工程を有する。
(1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
(2)絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
(3)マスクパターン1をマスクに用いて絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、マスクパターン1の下部に、下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
(4)半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
(5)マスクパターン1を除去する工程と、
(6)全面に層間絶縁膜1を形成する工程と、
(7−1)層間絶縁膜1内の、突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、突起状領域上の絶縁層1を除去する工程と、
(7−2)突起状領域内に不純物を注入することによって接続部とする工程と、
(7−3)層間絶縁膜1内を貫通して、接続部である突起状領域に電気的に接続されるように第3コンタクトプラグを形成する工程と、
(8)第1構造体(第3コンタクトプラグ)上に保護基板を設ける工程と、
(9)半導体基板を、第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
(10)半導体基板のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、裏面側から、半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、接続部である突起状領域に達するまで開口2を設ける工程と、
(11)開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
(12)開口2内の接続部に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成する工程。
なお、上記変形例の工程(10)では、接続部が露出するまで異方性エッチングを行っても、接続部が一部、エッチングされるように異方性エッチングを行っても良い。接続部が一部、エッチングされるように異方性エッチングを行う場合、半導体基板及び接続部のエッチング速度が絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行う。
(第1〜第3実施例の変形例)
また、第1〜第3実施例の半導体装置の各部は、以下のように変形することができる。
ゲート電極
ゲート電極は、ポリシリコンにより形成しても良い。また、金属材料により形成することにより、メタルゲート電極としても良い。この場合、メタルゲート電極は単一又は複数の金属材料の合金等から構成することができる。
更に、メタルゲート電極はシリサイドにより形成しても良い。このシリサイドは、シリコンと反応してシリサイド化が可能な金属のシリサイドであれば特に限定されない。シリサイドとしては例えば、NiSi,Ni2Si,Ni3Si,NiSi2,WSi2,TiSi2,VSi2,CrSi2,ZrSi2,NbSi2,MoSi2,TaSi2,CoSi,CoSi2,PtSi,Pt2Si,Pd2Siなどを挙げることができる。
ゲート絶縁膜
ゲート絶縁膜は、酸化膜により形成しても良い。また、Hfを含む誘電率の高い高誘電率絶縁膜により形成しても良い。また、Hfを含まない誘電率の高い高誘電率絶縁膜により形成しても良い。なお、「高誘電率絶縁膜」とは半導体装置においてゲート絶縁膜として広く利用されているSiO2よりも比誘電率(SiO2の場合は約3.6)が大きな絶縁膜のことを表す。典型的には、高誘電率絶縁膜の比誘電率としては数十〜数千のものを挙げることができる。高誘電率絶縁膜としては例えば、HfSiO,HfSiON,HfZrSiO,HfZrSiON,ZrSiO,ZrSiON,HfAlO,HfAlON,HfZrAlO,HfZrAlON,ZrAlO,ZrAlONなどを用いることができる。
その他の材料
配線材料はシリサイドであってもメタルであってもよく、その他導電性の物質であっても良い。
絶縁材料は、酸化膜に限らず、窒化膜を使用しても良い。また、その他に、SiON、SiOCなどを使用しても良い。
縦型MOSFETの用途
縦型MOSFETは、ゲート電極中にフローティング部分を形成することにより、フラッシュメモリとして利用しても良い。また、トランジスタは通常のトランジスタとして利用してもよく、トランジスタのボディに正孔をためてメモリ動作させるFloating Body Cell(FBC)として利用しても良い。
(実施例1)
以下のようにして、縦型MOSFET及び配線構造を有する半導体装置を製造した。なお、この半導体装置の製造方法は、上記第2実施例の製造方法に相当するものである。
まず、シリコン半導体基板11を準備した後、このシリコン半導体基板11の表面を酸化してシリコン酸化膜(絶縁層1)12を形成した(工程(1))。この酸化方法としては、DRY酸化を行い10nmの厚さのシリコン酸化膜を形成した。
この後、窒化膜の成長を100nm、行った。この後、リソグラフィー技術によりライン・アンド・スペースを行ってフォトレジスト14のパターニングを行った。この時、ライン部分の幅を70nmとし、スペース部分の幅を70nmとした。次に、このフォトレジスト14のパターンをマスクに用いて、窒化膜のパターニングを行い、マスクパターン1(符号13)を形成した(図1:工程(2))。
この後、リソグラフィー技術で利用したフォトレジストを剥離させた。この後、窒化膜のマスクパターン1(符号13)をハードマスクに用いて、シリコン酸化膜12及びシリコン半導体基板11を50nm、ドライエッチングすることにより、マスクパターン1の下部に、突起状領域A(符号15)及び突起状領域B(符号30)を形成した。この際、シリコン半導体基板11の、マスクパターン1の下部以外の部分が露出した(工程(3))。
この後、シリコン半導体基板の露出した部分上に熱酸化を行い、10nmのシリコン酸化膜(絶縁層2)16を形成した(図2:工程(4))。
この後、ウエットエッチングにより、窒化膜のマスクパターン1(符号13)を取り除いた(工程(5))。この後、酸化膜成長により、全面に500nmのシリコン酸化膜(層間絶縁膜1)17を形成した(工程(6))。この後、CMPを利用することにより、シリコン酸化膜の平坦性を向上させた。この後、リソグラフィー技術により、突起状領域Aに対応する位置に開口を有するようにフォトレジストのマスクパターン18を形成した(図3)。
この後、このマスクパターン18をマスクに用いて、シリコン酸化膜17のドライエッチングを行うことにより、突起状領域A(符号15)に対応する位置に開口1を設けた。また、これと共に、突起状領域A(符号15)上のシリコン酸化膜(絶縁層1)12を除去した(工程(7−1))。この後、レジストマスクを剥離させた。この後、突起状領域A(符号15)に、砒素を10KeVにて1×1015/cm2の条件で注入して下部不純物拡散領域19を形成した(工程(7−2))。
この後、開口1内の、下部不純物拡散領域19上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、下部不純物拡散領域19上にシリコン結晶の半導体領域20を形成した(図4:工程(7−3))。
この後、ドライエッチング又はウエットエッチングにより、シリコン酸化膜(層間絶縁膜1)17を、シリコン半導体基板の表面まで後退させて、半導体領域20を露出させた(工程(7−4))。この後、露出した半導体領域の半導体基板の厚み方向に平行な側面を酸化することによって10nmのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜21を形成した(工程(7−5))。
この後、ゲート絶縁膜21上に、厚さ30nmのDOPOS(Doped Polycrystalline Silicon)成長を行わせた後、ドライエッチングによりエッチバックをすることによって厚さ30nmのゲート電極23を形成した(図5:工程(7−6))。
この後、半導体領域20の上部に、砒素を10KeV、11×1015/cm2の条件で注入することによって半導体領域20の上部を上部不純物拡散領域22とした(工程(7−7))。この後、CVD法により、シリコン酸化膜(層間絶縁膜2)24を堆積させた後、CMPにより平坦化させた(図6:(工程(7−8))。
この後、第2及び第3コンタクトプラグ25,26を形成した。すなわち、半導体領域及び突起状領域Bに位置合わせしたマスクパターン(図示していない)を、シリコン酸化膜(層間絶縁膜2)24上に設けた。この後、このマスクパターンをマスクに用いて、シリコン酸化膜24内の半導体領域20に対応する位置に開口、突起状領域B(符号30)に対応する位置に開口1を設けた。次に、この突起状領域B(符号30)上のシリコン酸化膜12(絶縁膜2)を除去した後、突起状領域B内に不純物を注入することにより接続部31とした。この後、半導体領域に対応する位置の開口、及び接続部31に対応する位置の開口1内にポリシリコンを埋め込んだ後、このポリシリコン内に、ボロンを10keV、1×1015/cm2の条件で注入した(図7:(工程(7−9))。これによって、半導体領域の上部不純物拡散領域22に電気的に接続されるように第2コンタクトプラグ25と、接続部31に電気的に接続されるように第3コンタクトプラグ26を形成した。
この後、公知の方法により、シリコン酸化膜(層間絶縁膜2)24上に上層配線やコンタクトを形成した(図8)。この後、この上に例えば、1mmの厚さの支持基板27を貼り付けた(図9:工程(8))。
この後、一体となったシリコン半導体基板と支持基板をひっくり返した(図10)。この後、CMPによりシリコン半導体基板の裏面側から研削し、シリコン半導体基板11を薄くした(図11:工程(9))。
この後、リソグラフィー技術を用いて突起状領域A及びBに対応する位置に開口を有するフォトレジストのマスクパターン(図示していない)を、シリコン半導体基板11の裏面側に設けた。次に、このレジストのマスクパターンをマスクに用いて、シリコン半導体基板11の裏面側に対して異方性のドライエッチングを行った。この時、異方性ドライエッチングの条件は、シリコン半導体基板11、接続部31、及び下部不純物拡散領域19のエッチング速度が、絶縁層2(符号16)のエッチング速度よりも速くなる条件に設定し、シリコン半導体基板とシリコン酸化膜の選択比が大きい条件とした。このような条件に設定することにより、シリコン半導体基板11等をエッチングしてシリコン酸化膜16を残留させることができ、セルフアラインで、これらの下部不純物拡散領域19及び接続部31に達するまで高精度で位置合わせした状態で開口2(符号28)を設けることができた。なお、本実施例では、異方性のドライエッチングにより、シリコン半導体基板11だけでなく接続部31及び下部不純物拡散領域19の一部も除去した(図12:工程(10))。この後、レジストのマスクパターンを剥離させた。
この後、例えば、850℃の条件で、シリコン半導体基板に対して熱酸化を行うことにより、開口2(符号28)の内壁上に20nmのシリコン酸化膜(絶縁層3)29を形成した(工程(11))。
この後、開口2(符号28)内に、ポリシリコン層を埋め込んだ後、ポリシリコン層内に不純物を注入することによって、下部不純物拡散領域19に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグ32と、接続部31に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグ32を形成した(図13:工程(12))。上記のようにして半導体装置を得ることができた(図14)。最終的に完成した半導体装置の全体図を図18として示す。
本実施例では、縦型MOSFETは、シリコン半導体基板を結晶の種として選択エピタキシャル成長により形成した、半導体領域からなるチャネル部を有する。このため、CVD法などでチャネル部を形成する場合と比べて、チャネル部の結晶性が優れている。また、縦型MOSFETに接続させて第2コンタクトプラグ及び配線を形成することができ、配線のためのスペースが必要ないことから、デバイスの微細化にとって有利である。さらに、半導体基板の裏面側から第1コンタクトプラグを形成する際に、アライメントの目ずれが大きくても、自己整合的にコンタクトホールを形成することができる。このため、デバイスを形成しやすい。このようなコンタクトホールのめずれマージンの拡大は、本実施例により得られる構造の特徴である。
(実施例1の変形例)
実施例1において各部を以下のように変形することができる。
図19に示すように、縦型MOSFETを構成する半導体基板の表面側に形成した配線101と、裏面側に形成した配線103を連結するコンタクトプラグ102を形成しても良い。
図20に示すように、半導体基板の表面側に縦型MOSFETの上部不純物拡散領域に接続したビット線104を形成し、裏面側に縦型MOSFETの下部不純物拡散領域に接続したキャパシタ105を形成しても良い。この場合、縦型MOSFETとキャパシタはDRAMを構成する。第1構造体は、縦型MOSFET、第2コンタクトプラグ及びビット線等となる。また、105を、キャパシタから相変化物質に置き換えることにより、全体として、相変化メモリとして利用しても良い。
図21に示すように、半導体基板の表面側に縦型MOSFETの上部不純物拡散領域に接続したキャパシタ105を形成し、裏面側に縦型MOSFETの下部不純物拡散領域に接続したビット線104を形成する。この場合、DRAMとして利用しても良い。第1構造体は、縦型MOSFET、第2コンタクトプラグ及びキャパシタ等となる。また、105を、キャパシタから相変化物質に置き換えることにより、全体として、相変化メモリとして利用しても良い。
キャパシタからみてトランジスタを挟んで対極の配線層は、最小加工寸法をFと定義すると、2Fピッチで形成することができる。従来の方法では、表面のみからデバイスを形成する方法により2Fピッチで配線層を形成すると、プロセスフローが非常に複雑になる。これに対して、本実施例では、2Fピッチの配線層を容易に形成することができる。例えば、2Fピッチでのビット線の形成はDRAMなどのメモリでは、単位面積あたりの集積率を上げることができる。
(実施例2)
本実施例は、実施例1とは別の形成方法により、半導体基板の裏面側から第1コンタクトを形成したものである。まず、図11までは、実施例1と同様にして製造工程を実施する。ただし、本実施例では、突起状領域15内に不純物を注入して下部不純物拡散領域を設ける工程を実施しない点が実施例1とは異なる。その代わりに、半導体領域20を形成した後、半導体領域20の突起状領域15に接する下部に、不純物を注入して下部不純物拡散領域19を設ける。
図22〜図24に、この後の工程を示す。まず、半導体基板11の裏面側をCMPにより削る(図22)。この後、リソグラフィー技術を用いて、半導体基板11の裏面側からパターニングを行い、各半導体領域20及び各第3コンタクトプラグ26にそれぞれ対応するように複数の半導体部分109を設ける(図23)。次に、各半導体部分109に不純物の注入を行い、第1コンタクトプラグ110を形成する(図24)。
本実施例の第1コンタクトプラグの形成方法では、半導体基板11の裏面側からパターニングを行う際に、半導体基板11のエッチング速度が絶縁層2(符号16)のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行い、開口を設ける。このため、自己整合的に第1コンタクトプラグ110を形成することができる。
このように形成したコンタクト110と別のコンタクト110の間には、シリコンのような半導体が存在しない。本実施例では、この点が、実施例1との明確な差異となる。本実施例はこのような構造を形成することにより、配線層のショートが減少し、半導体デバイスの歩留りを向上させることができる。
(実施例3)
実施例1及び2では、半導体基板の表面側に縦型MOSFETを形成する例を示した。しかし、半導体基板の表面側に形成するトランジスタとしては、その一部に、縦型MOSFETを使用しても、使用しなくても良い。また、半導体基板の表面側に通常のプレーナ型トランジスタのみを形成しても良い。
図25から図28には、トランジスタとして、プレーナ型トランジスタのみを使用した半導体装置の製造方法を示す。まず、公知の方法により、半導体基板11の表面側にゲート絶縁膜117を形成する。この後、半導体基板11の表面側に素子分離領域(STI)116、プレーナ型トランジスタを形成する。また、これと同時に、又はこれと別工程として、半導体基板11の表面側に素子分離領域116によってプレーナ型トランジスタとは素子分離されるように、第1不純物拡散領域115を形成する。次に、半導体基板11の表面側に全面に層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜内の第1不純物拡散領域115に対応する位置に開口を設け、この開口内にコンタクトプラグ114を形成する。この後、この上部に保護基板27を貼り付ける(図25)。
この後、半導体基板11を逆さにして、半導体基板11の裏面側からCMP処理を行う。次に、リソグラフィー技術を用いて半導体基板11のパターニングを行い、第1不純物拡散領域115に対応する位置の異方性エッチングを行い、少なくとも前記第1不純物拡散領域に達するまで開口3を設ける。この際、ゲート絶縁膜117よりも半導体基板11の方がエッチングレートが早くなる条件でエッチングを行うことにより、セルフアラインでコンタクトホールを形成することができる(図26)。
次に、開口3内の露出した半導体基板11の部分を酸化して、絶縁膜層140を形成する。次に、コンタクトホール内に導電体材料を埋め込み、第1コンタクトプラグ118を形成する(図27)。この後、公知の方法により、第1コンタクトプラグ118に接続されるように配線層119を形成する(図28)。
以上のように、半導体基板の表面側にプレーナ型トランジスタを含むデバイスを形成した場合であっても、半導体基板の裏面側から配線層を形成することができる。
(実施例4)
実施例1〜3では、半導体基板の表面側にトランジスタを形成する例を示したが、半導体基板の表面側に形成するデバイスはトランジスタに限られず、ダイオードであっても良い。図29は、この半導体装置を示す図である。このダイオードは、N型拡散層120及びP型拡散層121とから形成されている。なお、半導体装置の構成によっては、120をP型拡散層、121をN型拡散層としても良い。この場合、ダイオード並びに第2及び第3コンタクトプラグ等が第1構造体となる。
(実施例5)
近年、半導体基板の膜厚が薄くても、ウエハを搬送することが可能な技術が発達している。このため、配線層の膜厚が厚ければ、保護基板を貼り合わせなくても加工を行うことは可能である。このように保護基板を貼り合わせない場合の半導体装置を図46に示す。この半導体装置では、半導体基板の厚さが薄いため、半導体基板の裏面側からCMP処理を行う工程を省くことができる。
(実施例6)
半導体基板の表面側に縦型MOSFETを形成する場合、その下部不純物拡散領域用の不純物の注入は、半導体基板の裏面側から行っても良い。この場合、縦型MOSFETの半導体領域の下部の一部にのみ不純物の注入を行っても良い。
この製造方法ではまず、図11までは、実施例1と同様にして製造工程を実施する。ただし、本実施例では、突起状領域15内に不純物を注入して下部不純物拡散領域を設ける工程を実施しない点が実施例1とは異なる。次に、図47に示すように、半導体基板11の裏面側に、縦型MOSFETの半導体領域20の一部に対応する部分だけ開口したレジストマスク130を設ける。この後、レジストマスク130をマスクに用いて、半導体基板11の裏面側から不純物の注入を行うことにより、半導体領域20の下部の一部に下部不純物拡散領域129を形成する。
次に、レジストマスク130を除去する。この後、第3コンタクトプラグ124及び下部不純物拡散領域129に接続されるように、第1コンタクトプラグ32を形成する。次に、第1コンタクトプラグ32に接続されるように配線層を形成する(図48)。本実施例では、縦型MOSFETのキャリアのポテンシャルが低くなる。このため、縦型MOSFETのフローティングボディ効果が少なくなり、設計を容易にすることができる。
(実施例7)
上記実施例の縦型MOSFETや縦型ダイオードを形成する際には、選択エピタキシャル成長を利用して半導体領域を形成せずに、シリコン半導体基板を利用して形成しても良い。本実施例は、シリコン半導体基板を利用して縦型MOSFETを形成する製造方法に関するものである。
まず、シリコン半導体基板11上にシリコン酸化膜12を形成する。このシリコン酸化膜12の膜厚は10nmとする。次に、マスク材料として窒化膜13を100nm、成長させる。次に、リソグラフィー技術を用いて、縦型MOSFETの形成予定部分と第3コンタクトプラグの形成予定部分を覆うパターンが形成されるよう、レジスト14のパターニングを行う。
次に、レジストマスク14をマスクに用いて、窒化膜13をエッチングする(図30)。この後、パターニングされた窒化膜13をマスクに用いて、シリコン半導体基板11のドライエッチングを120nm、行う。この際、シリコン半導体基板のエッチングは、MOSFETのチャネル長よりも深くなるように行い、窒化膜13の下部に、シリコン半導体基板11の所定平面から突出した半導体領域20aを形成する(図31)。
次に、熱酸化を行い、半導体領域20aの露出した表面を酸化膜16で覆う(図32)。この酸化膜16の膜厚を5nmとする。次に、この酸化膜16に対してHDP酸化膜成長を行い、酸化膜141を堆積する(図33)。この酸化膜141の膜厚を30nmとする。
次に、CVDにより、酸化膜141上にゲート電極材料122を堆積させる(図34)。このゲート電極材料122としては例えば、DOPOSとし、20nm、堆積させる。この後、ゲート電極材料122をエッチバックする。さらにゲート電極材料122をエッチングすることにより、図35の構造を形成する。
次に、図35の構造上に、酸化膜123からなる層間絶縁膜を形成する。この後、CMP処理を行い、酸化膜123を平坦化する(図36)。次に、熱リン酸により、ウエットエッチングを行い、窒化膜13を除去する。
次に、リソグラフィー技術を用いて縦型MOSFETの形成予定部分に対応する部分を開口したレジストマスク(図示していない)を形成する。このレジストマスクをマスクに用いて、シリコン部分に不純物の注入を行うことにより、縦型MOSFETの上部不純物拡散領域125を形成する。この不純物注入は、不純物としてAsを用い、20KeV、1×1015atoms/cm2の条件で行う。
次に、レジストマスクを除去する。さらに、リソグラフィー技術を用いて、第3コンタクトプラグの形成予定部分を開口したレジストマスク(図示していない)を形成する。このレジストマスクをマスクに用いて、不純物の注入を行うことにより、コンタクトプラグ部分124を形成する。この不純物注入は、1×1015atoms/cm2のAsを用い、20KeV、80KeV、150KeVの条件で3回、行う(図37)。
次に、レジストマスクを除去する。この後、酸化膜12のドライエッチングを行い、半導体領域上面のシリコンを露出させる(図38)。次に、全面にコンタクトプラグ材料を堆積した後、CMP処理を行って平坦化してコンタクトプラグ材料をすり切り、第2及び第3コンタクトプラグ126a、126bを形成する(図39)。
次に、第2及び第3コンタクトプラグ126a、126bに接続されるように、配線層やコンタクト層を形成する、この後、全面に層間絶縁膜を形成する(図40)。
この後、層間絶縁膜上に保護基板27を上部に貼り付ける(図41)。次に、図41のシリコン半導体基板、保護基板を裏返しにする(図42)。そして、シリコン半導体基板11の裏面側からCMP処理を行い、シリコン半導体基板11の厚さを薄くする。次に、リソグラフィー技術を用いてパターニングを行い、縦型MOSFETの半導体領域や第3コンタクトプラグに対応する部分を開口したレジストマスク(図示していない)を形成する。
次に、このレジストマスクをマスクに用いて、酸化膜16よりもシリコン半導体基板11の方が、エッチング速度が多い条件となるように、シリコン半導体基板11のドライエッチングを行う(図43)。次に、熱酸化を行い、シリコン半導体基板11の裏面側を酸化する。この後、リソグラフィー技術により、縦型MOSFETの半導体領域に対応する部分を開口する。
この後、シリコン半導体基板11の裏面側から、縦型MOSFETの半導体領域に不純物の注入を行い、下部不純物拡散領域201を形成する。この不純物注入は、不純物としてAsを用い、20KeV、1×1015atoms/cm2の条件で行う。
次に、レジストマスクを除去し、絶縁膜のエッチバックを行った後(図44)、開口内に第1コンタクトプラグ用の材料を堆積させる。次に、CMP処理により、第1コンタクトプラグ用の材料を平坦化させて、第1コンタクトプラグ32を形成する(図45)。この後、コンタクト層、配線層を形成する。
本実施例では、縦型MOSFETは、シリコン半導体基板を結晶の種として選択エピタキシャル成長により形成した、半導体領域からなるチャネル部を有する。このため、CVD法などでチャネル部を形成する場合と比べて、チャネル部の結晶性が優れている。また、縦MOSFETに接続させて第2コンタクトプラグ及び配線を形成することができ、配線のためのスペースが必要ないことから、デバイスの微細化にとって有利である。さらに、半導体基板の裏面側から第1コンタクトプラグを形成する際に、アライメントの目ずれが大きくても、自己整合的にコンタクトホールを形成することができる。このため、デバイスを形成しやすい。このようなコンタクトホールのめずれマージンの拡大は、本実施例により得られる構造の特徴である。
(本発明の構造の特徴)
なお、上記では、本発明の様々な例を実施例として記載した。本発明は上記の実施例に限定されるわけではなく、本発明の特徴的な要素は下記のとおりとなる。
(1)シリコン基板をパターニングし、絶縁膜で埋め込まれた部分とシリコン部分を形成する。
(2)シリコン基板の裏面側からセルフアラインで、コンタクトを形成する。
なお、図49では、本発明で特徴的な部分のみを表示し、任意の部分を128として表示した。
本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 従来の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 従来の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 従来の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の一例を示す図である。 本発明の半導体装置の一例を示す図である。 本発明の半導体装置の一例を示す図である。 本発明の半導体装置の一例を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の一例を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。 本発明の半導体装置の一例を示す図である。 本発明の半導体装置の一例を示す図である。
符号の説明
1 半導体基板
2 半導体素子
3、7 層間絶縁膜
4、8 マスクパターン
5、9 コンタクトホール
6、10 コンタクトプラグ
11 シリコン半導体基板
12、16、17、24、29 シリコン酸化膜
13 シリコン窒化膜
14、18 フォトレジスト
15 突起状領域A
19、129、201 下部不純物拡散領域
20、20a 半導体領域
21 ゲート絶縁膜
22、125 上部不純物拡散領域
23 ゲート電極
25、126a 第2コンタクトプラグ
26、124、126b 第3コンタクトプラグ
27 保護基板
28 開口2
30 突起状領域B
31 接続部
32、110、118 第1コンタクトプラグ
33 トランジスタ部分
34、127 配線部分
41 段差
102 コンタクトプラグ
104、107 ビット線
105 キャパシタ
106 半導体部
108 ワード線
109 半導体部分
111 ゲート電極
112 ゲートサイドウォール
113 ソース/ドレイン領域
114 コンタクトプラグ
115 第1不純物拡散領域
116 素子分離領域
117 ゲート絶縁膜
119 配線層
120 N型拡散層
121 P型拡散層
122 ゲート電極材料
123、141 酸化膜
126 コンタクトプラグ材料
130 レジストマスク
140 絶縁膜層

Claims (34)

  1. 所定方向に伸長し、一方の端部側に前記所定方向と垂直な断面の断面積を不連続に変化させる段差を有する第1コンタクトプラグと、
    前記第1コンタクトプラグに電気的に接続された突起状領域と、
    前記突起状領域に電気的に接続された第1構造体と、
    前記突起状領域、及び前記段差よりも第1構造体側の前記第1コンタクトプラグの側壁上に設けられた絶縁層2と、
    を有する半導体装置。
  2. 所定方向に伸長し、一方の端部側に前記所定方向と垂直な断面の断面積を不連続に変化させる段差を有する第1コンタクトプラグと、
    前記第1コンタクトプラグに電気的に接続された第1構造体と、
    前記段差よりも第1構造体側の前記第1コンタクトプラグの側壁上に設けられた絶縁層2と、
    を有する半導体装置。
  3. 更に、半導体基板を有し、
    前記第1コンタクトプラグは、前記半導体基板の少なくとも一部を前記所定方向に貫通するように設けられ、
    前記所定方向は、前記半導体基板の厚み方向であり、
    前記突起状領域は、前記半導体基板の一部を構成し、
    前記第1構造体は、前記突起状領域から選択エピタキシャル成長を行うことにより形成された半導体領域を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 更に、半導体基板を有し、
    前記第1コンタクトプラグは、前記半導体基板の少なくとも一部を前記所定方向に貫通するように設けられ、
    前記所定方向は、前記半導体基板の厚み方向であり、
    前記半導体基板は、絶縁層2とはエッチング選択比が異なる材料からなることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置。
  5. 前記半導体基板が、シリコン半導体基板であることを特徴とする請求項3又は4に記載の半導体装置。
  6. 更に、前記半導体基板をその厚み方向に貫通して、前記半導体基板の一方の面の上方に設けられた配線層と前記半導体基板の他方の面の上方に設けられた配線層とを電気的に接続するコンタクトプラグを有することを特徴とする請求項3〜5の何れか1項に記載の半導体装置。
  7. 前記第1構造体は、ダイオードを有することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の半導体装置。
  8. 前記ダイオードを有するメモリセルを備えたことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
  9. 前記第1構造体は、MOSFETを有することを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の半導体装置。
  10. 前記MOSFETが、縦型MOSFETであることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
  11. 前記MOSFETを有するメモリセルを備えたことを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体装置。
  12. 前記メモリセルを利用したDRAM(Dynamic Random Access Memory)を構成することを特徴とする請求項8又は11に記載の半導体装置。
  13. 更に、前記MOSFET又はダイオードに電気的に接続されたキャパシタと、
    前記第1コンタクトプラグに電気的に接続されたビット線と、
    を有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
  14. 更に、前記MOSFET又はダイオードに電気的に接続されたビット線と、
    前記第1コンタクトプラグに電気的に接続されたキャパシタと、
    を有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
  15. 前記メモリセルを利用したFBC(Floating Body Cell)を構成することを特徴とする請求項8又は11に記載の半導体装置。
  16. 更に、前記第1構造体の上方に、保護基板を有する請求項1〜15の何れか1項に記載の半導体装置。
  17. (1)突起状領域を有する半導体基板を準備する工程と、
    (2)前記突起状領域の側壁上に絶縁層2を形成する工程と、
    (3)前記突起状領域の上面上に第1構造体を形成する工程と、
    (4)前記半導体基板の前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から前記半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い少なくとも前記突起状領域に達するまで開口2を設ける工程であって、前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行う工程と、
    (5)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  18. (1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
    (2)前記絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
    (3)前記マスクパターン1をマスクに用いて前記絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、前記マスクパターン1の下部に、前記下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
    (4)前記半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
    (5)前記マスクパターン1を除去する工程と、
    (6)全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
    (7)層間絶縁膜内の前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に前記突起状領域上の絶縁層1を除去し、更に前記突起状領域上に第1構造体を形成する工程と、
    (8)前記第1構造体上に保護基板を設ける工程と、
    (9)前記半導体基板を、前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
    (10)前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、前記裏面側から、前記半導体基板内の突起状領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、少なくとも前記突起状領域に達するまで開口2を設ける工程と、
    (11)前記開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
    (12)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  19. 前記工程(7)は、
    前記層間絶縁膜内の、前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、前記突起状領域上の絶縁層1を除去する工程と、
    前記開口1内の前記突起状領域上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、前記突起状領域上に半導体領域を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜を除去することにより、前記半導体領域を露出させる工程と、
    露出した前記半導体領域の、前記半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
    前記半導体領域の前記突起状領域側と反対側の上部に不純物を注入することにより、前記半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする工程と、
    全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜内を貫通して、前記上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように、第2コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有し、
    前記第1構造体として少なくとも、上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び第2コンタクトプラグを形成し、
    前記工程(10)において、
    前記半導体領域が露出するまで開口2を設け、
    前記工程(12)において、
    前記半導体領域に接するように下部不純物拡散領域と、前記下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように前記第1コンタクトプラグを形成し、
    前記上部不純物拡散領域を有する半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び下部不純物拡散領域は、縦型MOSFETを構成することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
  20. 前記工程(7)は、
    前記層間絶縁膜内の、前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、前記突起状領域上の絶縁層1を除去する工程と、
    前記開口1内の前記突起状領域上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、前記突起状領域上に半導体領域を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜を除去することにより、前記半導体領域を露出させる工程と、
    露出した前記半導体領域の、前記半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
    前記半導体領域の前記突起状領域側と反対側の上部に不純物を注入することにより、前記半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする工程と、
    全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜内を貫通して、前記上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように、第2コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有し、
    前記第1構造体として少なくとも、上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び第2コンタクトプラグを形成し、
    前記工程(10)において、
    前記半導体領域が露出するまで開口2を設け、
    前記工程(12)において、
    前記裏面側から、前記半導体領域の下部の少なくとも一部に不純物を注入することにより下部不純物拡散領域とすると共に、前記下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように前記第1コンタクトプラグを形成し、
    前記上部不純物拡散領域を有する半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び下部不純物拡散領域は、縦型MOSFETを構成することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
  21. 前記工程(7)は、
    前記層間絶縁膜内の、前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、前記突起状領域上の絶縁層1を除去する工程と、
    前記突起状領域内に不純物を注入することによって下部不純物拡散領域とする工程と、
    前記開口1内の前記下部不純物拡散領域である突起状領域上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、前記突起状領域上に半導体領域を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜を除去することにより、前記半導体領域を露出させる工程と、
    露出した前記半導体領域の、前記半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
    前記半導体領域の前記突起状領域側と反対側の上部に不純物を注入することにより、前記半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする工程と、
    全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜内を貫通して、前記上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように、第2コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有し、
    前記第1構造体として少なくとも、上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び第2コンタクトプラグを形成し、
    前記工程(10)において、
    前記下部不純物拡散領域である突起状領域に達するまで開口2を設け、
    前記工程(12)において、
    前記下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように前記第1コンタクトプラグを形成し、
    前記上部不純物拡散領域を有する半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び下部不純物拡散領域は、縦型MOSFETを構成することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
  22. 前記工程(3)において、
    突起状領域A及び突起状領域Bからなる複数の前記突起状領域を形成し、
    前記工程(7)は、
    前記層間絶縁膜内の、前記突起状領域Aに対応する位置に開口1を設けると共に、前記突起状領域A上の絶縁層1を除去する工程と、
    前記開口1内の、前記突起状領域A上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、前記突起状領域A上に半導体領域を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜を除去することにより、前記半導体領域を露出させる工程と、
    露出した前記半導体領域の、前記半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
    前記半導体領域の前記突起状領域A側と反対側の上部に不純物を注入することにより、前記半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする工程と、
    全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜内を貫通して前記上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第2コンタクトプラグを形成すると共に、前記層間絶縁膜内の突起状領域Bに対応する位置に開口1を設け、前記突起状領域B上の絶縁層1を除去し、更に前記突起状領域Bに電気的に接続されるように第3コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有し、
    前記第1構造体として少なくとも、上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、並びに第2及び第3コンタクトプラグを形成し、
    前記工程(10)において、
    前記半導体領域及び第3コンタクトプラグが露出するまで開口2を設け、
    前記工程(12)において、
    前記半導体領域に接するように下部不純物拡散領域と、前記下部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成し、
    前記第3コンタクトプラグに電気的に接続されるように接続部と、前記接続部に電気的に接続されるように第1コンタクトプラグを形成し、
    前記上部不純物拡散領域を有する半導体領域、下部不純物拡散領域、ゲート絶縁膜及びゲート電極は、縦型MOSFETを構成することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
  23. 前記工程(3)において、
    突起状領域A及び突起状領域Bからなる複数の前記突起状領域を形成し、
    前記工程(7)は、
    前記層間絶縁膜内の、前記突起状領域Aに対応する位置に開口1を設けると共に、前記突起状領域A上の絶縁層1を除去する工程と、
    前記突起状領域A内に不純物を注入することによって下部不純物拡散領域とする工程と、
    前記開口1内の前記下部不純物拡散領域である突起状領域A上に選択エピタキシャル成長を行わせることによって、前記突起状領域A上に半導体領域を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜を除去することにより、前記半導体領域を露出させる工程と、
    露出した前記半導体領域の前記半導体基板の厚み方向と平行な側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
    前記半導体領域の前記突起状領域A側と反対側の上部に不純物を注入することにより、前記半導体領域の上部を上部不純物拡散領域とする工程と、
    全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜内を貫通して前記上部不純物拡散領域に電気的に接続されるように第2コンタクトプラグを形成すると共に、前記層間絶縁膜内の突起状領域Bに対応する位置に開口1を設け、前記突起状領域B上の絶縁層1を除去し、更に前記突起状領域B内に不純物を注入して接続部と前記接続部に電気的に接続されるように第3コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有し、
    前記第1構造体として少なくとも、上部が上部不純物拡散領域である半導体領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、並びに第2及び第3コンタクトプラグを形成し、
    前記工程(10)において、
    前記下部不純物拡散領域である突起状領域A及び接続部である突起状領域Bに達するまで開口2を設け、
    前記工程(12)において、
    前記下部不純物拡散領域及び接続部に電気的に接続されるように前記第1コンタクトプラグを形成し、
    前記上部不純物拡散領域を有する半導体領域、下部不純物拡散領域、ゲート絶縁膜及びゲート電極は、縦型MOSFETを構成することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
  24. 前記工程(7)は、
    前記層間絶縁膜内の、前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、前記突起状領域上の絶縁層1を除去する工程と、
    前記層間絶縁膜内を貫通して、前記突起状領域に接するように第3コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有し、
    前記第1構造体として少なくとも、第3コンタクトプラグを形成し、
    前記工程(10)において、
    前記第3コンタクトプラグが露出するまで開口2を設け、
    前記工程(12)において、
    前記第3コンタクトプラグに電気的に接続されるように接続部と、前記接続部に電気的に接続されるように前記第1コンタクトプラグを形成することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
  25. 前記工程(7)は、
    前記層間絶縁膜内の、前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に、前記突起状領域上の絶縁層1を除去する工程と、
    前記突起状領域内に不純物を注入することによって接続部とする工程と、
    前記層間絶縁膜内を貫通して、前記接続部である突起状領域に電気的に接続されるように第3コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有し、
    前記第1構造体として少なくとも、第3コンタクトプラグを形成し、
    前記工程(10)において、
    前記接続部である突起状領域に達するまで開口2を設け、
    前記工程(12)において、
    前記接続部に電気的に接続されるように前記第1コンタクトプラグを形成することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
  26. (1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
    (2)前記絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
    (3)前記マスクパターン1をマスクに用いて前記絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、前記マスクパターン1の下部に、前記下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
    (4)前記半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
    (5)前記マスクパターン1を除去する工程と、
    (6)全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
    (7)層間絶縁膜内の前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に前記突起状領域上の絶縁層1を除去し、更に前記突起状領域上に第1構造体を形成する工程と、
    (8)前記半導体基板の、前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から、前記半導体基板内の第1構造体に対応する部分が残留するように異方性エッチングを行う工程であって、前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行う工程と、
    (9)前記半導体基板内の前記第1構造体に対応する部分に不純物を注入することによって第1コンタクトプラグとする工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  27. (1)半導体基板上の全面に絶縁層2を形成する工程と、
    (2)前記半導体基板内に第1不純物拡散領域を形成する工程と、
    (3)前記半導体基板の、前記絶縁層2を設けた側と反対側である裏面側の、前記第1不純物拡散領域に対応する位置の異方性エッチングを行う工程であって、前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行うことによって、前記第1不純物拡散領域に達するまで開口2を設ける工程と、
    (4)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  28. (1)半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
    (2)前記絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
    (3)前記マスクパターン1をマスクに用いて前記絶縁層1及び半導体基板をエッチングすることにより、前記マスクパターン1の下部に、前記下部以外の部分が露出した1以上の突起状領域を形成する工程と、
    (4)前記半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
    (5)前記マスクパターン1を除去する工程と、
    (6)全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
    (7)層間絶縁膜内の前記突起状領域に対応する位置に開口1を設けると共に前記突起状領域上の絶縁層1を除去し、更に前記突起状領域上に第1構造体を形成する工程と、
    (8)前記半導体基板の、前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から異方性エッチングを行う工程であって、前記半導体基板内の突起状領域に対応する位置を、前記半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように異方性エッチングを行うことによって、少なくとも前記突起状領域に達するまで開口2を設ける工程と、
    (9)前記開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
    (10)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  29. (1)シリコン半導体基板上の全面に絶縁層1を形成する工程と、
    (2)前記絶縁層1上にマスクパターン1を形成する工程と、
    (3)前記マスクパターン1をマスクに用いて前記絶縁層1及びシリコン半導体基板をエッチングすることにより、前記マスクパターン1の下部に、前記シリコン半導体基板の所定平面から突出したシリコン半導体領域を形成する工程と、
    (4)前記シリコン半導体基板の露出した部分に絶縁層2を形成する工程と、
    (5)前記シリコン半導体領域を有する第1構造体を形成する工程と、
    (6)前記シリコン半導体基板を、前記第1構造体を設けた側と反対側である裏面側から研削することにより、その厚さを薄くする工程と、
    (7)前記シリコン半導体基板のエッチング速度が前記絶縁層2のエッチング速度よりも速くなるように、前記裏面側から、前記シリコン半導体基板内のシリコン半導体領域に対応する位置の異方性エッチングを行い、少なくとも前記シリコン半導体領域に達するまで開口2を設ける工程と、
    (8)前記開口2の内壁上に絶縁層3を形成する工程と、
    (9)前記開口2内に、少なくとも第1コンタクトプラグを形成する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  30. 前記半導体基板がシリコン半導体基板であることを特徴とする請求項17〜28の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  31. 前記開口2を設ける工程において、
    前記半導体基板のエッチング速度が、前記絶縁層2のエッチング速度の1.5倍以上であることを特徴とする請求項17〜25及び27〜29の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  32. 前記開口2を設ける工程において、
    前記半導体基板のエッチング速度が、前記絶縁層2のエッチング速度の2倍以上であることを特徴とする請求項17〜25及び27〜29の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  33. 前記工程(8)において、
    前記半導体基板のエッチング速度が、前記絶縁層2のエッチング速度の1.5倍以上であることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置の製造方法。
  34. 前記工程(8)において、
    前記半導体基板のエッチング速度が、前記絶縁層2のエッチング速度の2倍以上であることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置の製造方法。
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