JP2009170750A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2009170750A
JP2009170750A JP2008008825A JP2008008825A JP2009170750A JP 2009170750 A JP2009170750 A JP 2009170750A JP 2008008825 A JP2008008825 A JP 2008008825A JP 2008008825 A JP2008008825 A JP 2008008825A JP 2009170750 A JP2009170750 A JP 2009170750A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
capacitor
insulating film
transistor
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008008825A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5303938B2 (ja
Inventor
Hiroyuki Ogawa
裕之 小川
Gun Hayashi
軍 林
Hideyuki Kojima
秀之 兒嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Semiconductor Ltd
Original Assignee
Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Semiconductor Ltd filed Critical Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority to JP2008008825A priority Critical patent/JP5303938B2/ja
Priority to TW097150224A priority patent/TWI370539B/zh
Priority to KR1020090002642A priority patent/KR101040150B1/ko
Priority to US12/354,575 priority patent/US7977723B2/en
Publication of JP2009170750A publication Critical patent/JP2009170750A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5303938B2 publication Critical patent/JP5303938B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/763Polycrystalline semiconductor regions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823481MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type isolation region manufacturing related aspects, e.g. to avoid interaction of isolation region with adjacent structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Abstract

【課題】
ロジックプロセスとの整合性の高い、メモリセルを含む半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
半導体装置は、半導体基板の主面側に画定され、各々が、長尺状の平面視形状を有し、トランジスタ部とキャパシタ部を含む、複数の活性領域と、活性領域を取り囲んで半導体基板に形成された溝部と、該溝部を埋め込んだ絶縁材とを含むSTIと、各活性領域のキャパシタ部の幅方向両側のSTIの絶縁材を底部を残して掘り下げ、活性領域側壁を露出するキャパシタ用凹部と、各活性領域のトランジスタ部上面上に形成され、第1絶縁膜とその上の第1導電層とを含む絶縁ゲート電極構造と、各活性領域のキャパシタ部の上面上と露出された側面上に形成され、第1絶縁膜と同一材料で形成された第2絶縁膜と、第2絶縁膜を覆い、複数の活性領域に亘って、第1導電層と同一材料で形成された第2導電層とを含むMISキャパシタ構造と、を有する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、半導体装置とその製造方法に関し、特にトランジスタとキャパシタを有するメモリセルを備えた半導体装置とその製造方法に関する。
1トランジスタ/1キャパシタ構成のダイナミックランダムアクセスメモリセルは、アクセストランジスタの1方の電流端子がビット線に接続され、他方の電流端子がキャパシタの蓄積電極に接続される。通常、1つの活性領域上に2本のゲート電極を配置して、中間、両側に3つのソース/ドレイン領域を形成して2つのトランジスタを形成し、中間のソース/ドレイン領域を共通のビット線接続領域とし、両側のソース/ドレイン領域をそれぞれキャパシタに接続して2つのメモリセルを形成する。
キャパシタの構造として、プレーナ型、トレンチ型、スタック型などが知られている。素子分離構造としては、局所酸化(LOCOS)とトレンチ分離が知られている。
メモリセル集積密度の向上のため、1メモリセルの占有面積を減少しようとすると、トランジスタの占有面積を減少すると共にキャパシタの占有面積を減少することが望まれる。
特開平3−142872号は、アクセストランジスタを分離するトレンチの側壁にキャパシタを設け、トレンチを素子分離と、キャパシタとの2つの用途に使用することを提案する。
特開平6−318679号は、活性領域を画定する局所酸化(LOCOS)型のフィールド絶縁層を形成し、活性領域内にトランジスタを形成した後、トランジスタに隣接する活性領域に各メモリセル毎にトレンチを形成し、トレンチ表面に不純物拡散領域を形成し、誘電体膜で覆い、対向電極を形成し、さらに誘電体膜、蓄積電極を積層して、拡散領域と蓄積電極とが対向電極を両側から挟むキャパシタ構成を提案する。
特開平3−142872号公報 特開平6−318679号公報
本発明の目的は、立体構造を有するメモリセルを含む半導体装置及びその製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、ロジックプロセスとの整合性の高い、メモリセルを含む半導体装置及びその製造方法を提供することである。
本発明の1観点によれば、
半導体基板と、
前記半導体基板上に第1方向に延在し、トランジスタ領域とキャパシタ領域を含む活性領域と、
前記トランジスタ領域の周辺に形成された第1溝と、
前記第1溝に形成された素子分離膜と、
前記キャパシタ領域の周辺に形成された第2溝と、
前記トランジスタ領域上に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成された第1導電層とを含む第1トランジスタと、
前記キャパシタ領域上及び前記第2溝の壁面に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上であって前記活性領域の前記第1方向の端部を露出するように形成された第2導電層とを含む第1キャパシタと、
を有することを特徴とする半導体装置
が提供される。
本発明の他の観点によれば、
半導体基板に第1方向に延在し、トランジスタ領域とキャパシタ領域を含む活性領域を画定する溝を形成する工程と、
前記溝に第1絶縁膜を埋め込む工程と、
前記キャパシタ領域を囲う前記溝に形成された前記第1絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程と、
前記活性領域上及び、前記第1絶縁膜の少なくとも一部が除去された前記溝の側壁に、第2絶縁膜及び第1導電膜を形成する工程と、
前記第1導電膜をエッチングして、前記トランジスタ領域に第1導電パターンを形成するとともに、前記活性領域の前記第1方向の端部を露出させるように前記キャパシタ領域に第2導電パターンを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法
が提供される。
キャパシタ特性のプロセスばらつきを抑制することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1Aは、メモリ混載ロジック半導体装置ICの平面構成を概略的に示す。半導体装置ICの周辺部には入出力回路I/Oが配置され、中央部にメモリ回路MGを分散配置した論理回路LGが配置されている。
図1Bは、メモリ回路MGの構成例を示す。ワードデコーダDCの両側にセンスアンプSAを分散配置したメモリセル群MCGが配置され、一端(図では下端)にセカンドアンプAMと入出力・アドレスコントローラI/O・ADCが配置されている。
図1Cは、メモリセル群MCGの等価回路の例を示す。4本づつのワード線WLが水平方向に配置され、ビット線BLが垂直方向に配置されている。ワード線群WLとビット線BLの各交差部に2つのメモリセルMCが接続されている。各メモリセルMCは、ビット線BLに接続された1方の電流端子と所定のワード線WLに接続されたゲート電極とを有する1つのアクセストランジスタTrとアクセストランジスタの他方の電流端子に接続された蓄積電極を有する1つのキャパシタCapで構成される。キャパシタの他方の電極(対向電極)は複数のキャパシタに共通の電極として実施例を記載するが、この構成は必須ではない。ワード線WLが複数本に分断された構成とすることにより、寄生容量を小さくしている。1つのビット線BLに接続されるトランジスタの数も少なくして寄生容量を小さくしている。ビット線を中間で折り返して折り返しビット線構造とするとノイズ抑制に有効である。これらの内容も本願に必須の構成要件ではない。
図2Aは、メモリセル群内の平面配置の例を示す。図2Bはその一部を示す。複数の細長い活性領域ARが、長さ方向を水平方向に向け、一定の垂直方向ピッチで配列されている。活性領域ARの水平(行)方向位置は、1行ごとに交互に変化している。
ロジック回路を形成するシリコン基板は、通常(001)面を主面とする(001)基板である。メモリセルの活性領域は長さ方向を<010>方向または<100>方向に沿わせるのが好ましい。
1つの活性領域ARは、中央にビット線コンタクト領域BCを有し、両側にそれぞれトランジスタ部Trとキャパシタ部Capを有するメモリセルMCを備える。垂直方向に並ぶ活性領域ARは、交互に左右に位置を代えて、1つおきの活性領域が垂直方向に位置を揃えている。各活性領域は、直線状の側辺を有し、トランジスタ部の幅とキャパシタ部の幅は等しい。<010>方向または<100>方向に沿う長さ方向を有する活性領域の周囲を表面に対してほぼ垂直にエッチングすると、側壁にほぼ(100)面または(010)面が現れる。
対向電極CEが活性領域ARの一部と重なるように配置され、下方に列方向に整列した複数のキャパシタCapを構成する。対向電極CEは活性領域ARの端部を残して配置される。キャパシタ部Capは行方向位置を揃えて、列方向に整列している。ビットコンタクト領域BCは、キャパシタ部Capの左右に交互に配置されている。ビットコンタクト領域の列方向上下は、活性領域の長さ方向を分離するSTI領域となっている。
ビット線を行方向に配線し、2行1単位で折り返しビット線構造とすることができる。図中A−A、B−Bのように同じ字で表わした隣接2行のビットコンタクト領域が同一ビット線に接続される。
活性領域ARの水平方向位置の交互変位に従い、ビット線コンタクト領域BCが交互に対向電極CEの左右に配置される。即ち、列方向に並んだキャパシタCapは、交互に左側のトランジスタ、右側のトランジスタに接続される。2行毎に配置されたビット線コンタクト領域に付されたA,B,C,Dの符号は折り返しビット線A,B,C,Dに接続されることを示す。
ビット線コンタクト領域BCの左右両側にワード線WLが配置され、トランジスタのゲート電極GEを構成して、下方にトランジスタTrを形成する。各ワード線WLには、ワード線コンタクト領域WCが画定される。
図2Bは、列方向に並んだ2つのメモリセル部分の平面図である。活性領域はその長さ方向の約半分、中央のビット線コンタクト領域から一方の端部まで、が図示されている。図2Cは図2BのIIC−IIC線に沿う活性領域の長さ方向の断面図、図2Dは図2BのIID−IID線に沿うキャパシタ部の活性領域幅方向に沿う断面図である。
図2Cに示すように、シリコン基板1に形成したp型(p型のセルではn型)の活性領域ARのほぼ中央にn型(p型のセルではp型)ビット線コンタクト領域BCが配置され、一方のソース/ドレイン領域を構成する。ビットコンタクト領域BCの右側に、ゲート絶縁膜3t、その上に形成されたゲート電極4tを含む絶縁ゲート電極が形成されている。絶縁ゲート電極の右側には、他方のn型(p型のセルではp型)ソース/ドレイン領域7が形成されている。
より詳細には、ゲート絶縁膜3t、ゲート電極4tの積層を含む絶縁ゲート電極を形成し、その両側の活性領域に、n型(p型のセルではp型)エクステンション5を形成し、ゲート電極4t側壁上にサイドウォールスペーサ6を形成した後のイオン注入でソース/ドレイン領域BC,7を形成する。
ソース/ドレイン領域7のゲート電極4tと逆の側には、キャパシタ誘電体膜3c、対向電極4cが配置される。ソース/ドレイン領域BC、7、対向電極CEの上には、Co−Siのようなシリサイド領域8が形成される。メモリセルMCを覆う下部層間絶縁膜9を堆積した後、ビット線コンタクト領域BCを露出するコンタクト孔がエッチングされ、タングステンプラグなどの導電性プラグ10が埋め込まれる。
なお、以上説明したメモリセルのアクセストランジスタは、ロジック回路のn型MOSトランジスタNMOS(p型のセルではp型MOSトランジスタPMOS)と同一工程で作成できる。アクセストランジスタのソース/ドレイン領域を、ロジックトランジスタのエクステンションと同一工程で作成し、ロジックトランジスタのソース/ドレイン領域形成用イオン注入は、メモリセルでは行なわないようにしてもよい。
図2Dに示すように、活性領域ARの周囲にはトレンチが形成され、STI用の絶縁膜2が埋め込まれている。キャパシタ領域では、STI絶縁膜2をエッチバックし、底部に素子分離に必要な厚さを残すとともに、活性領域の側壁を露出する凹部が形成されている。凹部の深さは、活性領域の幅以上が好ましく、活性領域の幅の2倍以上がより好ましい。活性領域表面、及び凹部に露出した活性領域側壁にキャパシタ誘電体膜3cが形成される。キャパシタ誘電体膜3c上に対向電極4cが形成される。ゲート電極同様、対向電極表面にもシリサイド層8が形成される。
キャパシタ領域は対向電極4cで覆われるため、エクステンション、ソース/ドレイン領域形成用のイオン注入は行なわれない。従って、動作としては、キャパシタ部がトランジスタ的にONするのに十分な電圧を対向電極4cに印加することでチャネルを誘起し、チャネルと対向電極との間で容量を作り出すこととなる。キャパシタ用の別のイオン注入も行なわないので、キャパシタ部の活性領域ARの不純物密度は低い。活性領域の幅を対向電極4cを形成した対向する側壁からの空乏層が互いに連続するように選択してもよい。この場合には、幅方向に空乏層が連続する。
ここまで実施例について説明したが、この実施例によれば、対向電極は第1の方向に延在する活性領域の端部を残して配置されるため、対向電極パターニングのマスクが位置ずれを起こしても、形成されるキャパシタの容量バラツキを抑えることができる。直線状の側辺を有する長方形活性領域を採用した場合には、丸め込みを生じる角部の数を抑制することができ、エッチング加工の精度を高くすることが容易になる。また、パターニングを容易とすることができる。
活性領域の幅以上の深さを有する凹部にキャパシタを形成した場合には、活性領域表面にのみキャパシタを形成したときよりも容量を増加させることができる。凹部の深さを活性領域の幅の2倍以上とすれば、活性領域表面にのみキャパシタを形成したときの5倍以上の容量を実現することが可能となる。
(001)面シリコン基板表面と、ほぼ(100)面または(010)面である活性領域側面に熱酸化でキャパシタ誘電体膜を形成すると、(100)面、(010)面、(001)面は他の面方位と較べて、酸化速度が低いので、薄い絶縁膜を精度良く形成することができる。
各ビットコンタクト領域BCは列方向上下に空所を備えることになり、ビットコンタクト形成の位置的余裕が大きい。また、上層配線の間隔もあけられ、配線間容量を低減することができるようにもなる。
又、活性領域の両側壁に形成されるキャパシタ間において、両キャパシタ部に存在する空乏層が接触する完全空乏型キャパシタを採用した場合には、次のメリットをもたらす。
まずはキャパシタ部の閾値電圧の低下である。先に説明したように対向電極に電圧をかけ、キャパシタ部にチャネルを形成することで容量を作り出すが、閾値を低く抑えることで対向電極にかける電位を低く抑えることができる。対向電極の電位を低くできることは容量に用いているキャパシタ誘電体膜3cを薄くできる可能性につなげられる。
また、リフレッシュ時間の伸張も効果となる。蓄えられた電荷はリーク電流などにより徐々に減っていくが、一部のセルでは金属不純物や結晶欠陥の影響で特に電荷が失われる速度が速いことが知られる。完全空乏化キャパシタを用いると、金属不純物や結晶欠陥があった場合も電荷が空乏層内に止まり、基板への電荷の流失を短く抑えることができる。
以下、図2A〜2Dに示したメモリセルの製造工程を説明する。
図3Aは、図2B同様のメモリセル部の一部平面図である。縦方向に並んだ2つの活性領域AR,その周囲のSTI,キャパシタ部の対向電極CEが示されている。各活性領域は、例えば70nm〜110nm程度の幅、1000nm〜2000nm程度の長さを有する。活性領域ARの周囲は、シャロートレンチアイソレーション(STI)の分離領域である。幅方向の活性領域間のSTIの寸法は、例えば70nm〜110nm、長さ方向の活性領域間のSTIの寸法は、例えば、300nm〜700nm程度である。A−A線、B−B線,C−C線は3つの断面方向を示す。以下、各図にこれら3方向の断面図を示す。
図3Bに示すように、(001)シリコン基板9の表面を熱酸化し、厚さ5nm〜20nmのバッファ酸化膜21を形成し、その上に例えばソースガスとしてシラン系ガスとアンモニアを用い、厚さ50nm〜200nmの窒化シリコン膜22を600℃〜800℃の熱−化学気相堆積(CVD)で堆積する。この段階ではシリコン基板は全面同一構造である。
図3Cに示すように、窒化シリコン膜22上に、活性領域形状のレジストパターンPR1を形成し、窒化シリコン膜22、酸化シリコン膜21を、例えば、テトラフルオロカーボン(CF)をエッチングガスとしたドライエッチングでパターニングしてハードマスクを形成する。この段階でレジストパターンPR1を除去して、ハードマスクのみを残してもよい。マスクから露出したシリコン基板を例えば臭化水素(HBr)と塩素(Cl)をエッチングガスとしてドライエッチングし、活性領域ARを取り囲む、深さ150nm〜350nm程度のトレンチTを形成する。レジストパターンが残っている場合は、レジスト除去液、アッシング等により除去する。C−C断面に示すように、トレンチTの深さは、活性領域ARの幅よりも大きいことが望ましく、例えばARの幅の2倍以上がよい。
図3Dに示すように、必要に応じて、露出したシリコン表面に厚さ2nm〜10nm程度の酸化シリコン膜ライナ23を熱酸化で形成し、その上にシラン系ガスと酸素を用いた高密度プラズマ(HDP)CVDでHDP酸化シリコン膜を、又はテトラエトキシシラン(TEOS)と酸素を用いたCVDによりTEOS酸化シリコン膜を(以下単に酸化シリコン膜24と呼ぶ)堆積し、トレンチを埋め戻す。上方より化学機械研磨(CMP)を行い、CMPストッパとして機能する窒化シリコン膜22を露出する。以下、酸化シリコン膜ライナ23は図示を省略する。
図3Eに示すように、図3Aに示した対向電極CEとほぼ同一形状の開口を有するレジストパターンPR2を形成し、例えばヘキサフルオロブタジェン(C)をエッチングガスとして、開口内に露出した酸化シリコン膜24を、底部に素子分離に必要な厚さ50nm〜150nmを残して、エッチングし、活性領域の側壁を露出する。このエッチングにおいて、窒化シリコン膜22はエッチングマスクとして機能する。その後、レジストパターンPR2は除去する。
図3Fに示すように、燐酸又は燐酸とフッ酸の混合溶液でボイルすることにより窒化シリコン膜22をウォッシュアウトする。さらに希フッ酸又は上記混合溶液で酸化シリコン膜21もウォッシュアウトする。酸化シリコン膜24も若干エッチされるが、その大部分は残る。
図3Gに示すように、露出したシリコン表面を熱酸化し、イオン注入用の犠牲酸化シリコン膜25を厚さ5nm〜10nm程度形成する。
図3Hに示すように、犠牲酸化シリコン膜25を介して、加速エネルギを変えた複数回のp型不純物(p型のセルではn型不純物)のイオン注入をシリコン基板に行ない、p型ウェルPW(p型セルではn型ウェルNW)を形成する。その後、犠牲酸化シリコン膜25は除去する。
図3Iに示すように、露出したシリコン表面を清浄化、熱酸化して、厚さ2nm〜7nm程度のゲート酸化膜26を形成する。ゲート酸化膜26の上に、基板温度400℃〜750℃、シラン系ガスと水素を用いた熱CVDにより多結晶シリコン膜27を厚さ70nm〜150nm程度堆積する。アモルファスシリコンを堆積させた後、熱処理を行なって結晶化を行ってもよい。多結晶シリコン膜27の上にワード線及び対向電極の形状のレジストパターンPR3を形成する。対向電極用パターンはキャパシタ用凹部形成用開口とほぼ同じ寸法である。しかし、凹部形成後酸化シリコン膜24は若干エッチングされており、凹部の幅は拡大している。この拡大分が位置合わせ誤差を拡大している。なお、多結晶シリコン膜27の厚さは、トレンチTを埋め戻せるように選択するのが好ましい。レジストパターンPR3をエッチングマスクとし、多結晶シリコン膜27をエッチングし、ゲート電極G(ワード線WL)及び対向電極CEをパターニングする。その後、レジストパターンPR3を除去する。なお、レジストパターンの下に窒化シリコン膜などを形成し、ハードマスクを形成してもよい。
図3Jに示すように、ゲート電極G、対向電極CEをマスクとしてAs等のn型不純物(p型のセルではB等のp型不純物)をイオン注入し、エクステンションExnを形成する。斜めイオン注入によりIn等のp型不純物をイオン注入してn型エクステンションを囲むp型ポケット領域Pktを形成してもよい(p型のセルでは、P等のn型不純物をイオン注入してn型ポケット領域を形成してもよい)。ポケット領域はウェルと同導電型なので、以下図示は省略する。対向電極CEに覆われたキャパシタ部の活性領域にはイオン注入は行なわれない。900℃〜1100℃、1秒以下の短時間から15秒程度までの急速熱アニール(RTA)を行ない、注入した不純物を活性化する。
図3Kに示すように、ゲート電極Gを覆って半導体基板上に酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁膜を厚さ30nm〜80nm程度堆積し、リアクティブイオンエッチング等の異方性エッチングを行って、ゲート電極G(及び対向電極CE)側壁上にのみサイドウォールスペーサSWを残す。なお、積層サイドウォールスペーサなど公知の他の構成のサイドウォールスペーサを形成してもよい。
図3Lに示すように、サイドウォールスペーサSWもマスクとし、P等のn型不純物をイオン注入し(p型のセルではB等のp型不純物をイオン注入し)、低抵抗のソース/ドレイン領域SDnを形成する。必要に応じて活性化処理を行なう。シリコン表面の酸化膜を除去した後、基板表面にCo膜またはNi膜をスパッタリング等で形成し、熱処理してシリサイド化反応を生じさせ、未反応部をウォッシュアウトし、必要に応じて再度熱処理してシリサイド膜28を形成する。
このようにして、メモリセルが形成される。CMOSロジック回路と集積する場合は、ロジック回路のNMOS(p型のセルではPMOS)トランジスタとメモリセルのアクセストランジスタとを共通工程で形成できる。本実施例では、キャパシタ領域に形成されたポリシリコン層4cに所定の電位を印加して、シリコン基板表面にチャネルを形成することによって、トランジスタとキャパシタが接続される。他の方法として、キャパシタ領域のシリコン基板表面に、トランジスタのソース/ドレインと電気的接続がなされるように不純物注入を行ってもよい。その後、メモリセル(及びロジック回路のMOSトランジスタ)を覆うように下部層間絶縁膜を形成し、コンタクト孔をエッチングし、導電性プラグを埋め込んで、図2Cに示すような構成を得る。
さらに、例えば特開2004−172590号(USP6,949,830)の実施例の爛に開示された工程により、多層配線を形成する。
以上、実施例に沿って説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、種々の変形、改良、置換、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
図2Aに示した平面構成では、活性領域は1行ごとにその行方向位置を変化させた。
図4は、平面構成の他の例を示す。活性領域ARは2行ごとにその行方向位置を変化させている。この場合もビットコンタクト領域BCの上または下には空所が生じるので、コンタクト形成の余裕度は図2Aの平面構成と同等である。キャパシタの構成は前述の実施例と同様である。
以下、本発明の特徴を付記する。
(付記1)
半導体基板と、
前記半導体基板上に第1方向に延在し、トランジスタ領域とキャパシタ領域を含む活性領域と、
前記トランジスタ領域の周辺に形成された第1溝と、
前記第1溝に形成された素子分離膜と、
前記キャパシタ領域の周辺に形成された第2溝と、
前記トランジスタ領域上に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成された第1導電層とを含む第1トランジスタと、
前記キャパシタ領域上及び前記第2溝の壁面に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上であって前記活性領域の前記第1方向の端部を露出するように形成された第2導電層とを含む第1キャパシタと、
を有することを特徴とする半導体装置。
(付記2)
半導体基板と、
前記半導体基板上に第1方向に延在し、トランジスタ領域とキャパシタ領域を含む活性領域と、
前記トランジスタ領域の周辺に形成された第1溝と、
前記第1溝に形成された素子分離膜と、
前記キャパシタ領域の周辺に形成された第2溝と、
前記トランジスタ領域上に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成された第1導電層とを含む第1トランジスタと、
前記キャパシタ領域上及び前記第2溝の壁面に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成された第2導電層とを含む第1キャパシタと、
を有し、前記活性領域の前記第1方向の第1端部は、前記第2導電層の第2端部より突出していることを特徴とする半導体装置。
(付記3)
前記活性領域の平面視形状の側辺が直線状であり、前記トランジスタ領域と前記キャパシタ領域とが同じ幅を有する付記1または2記載の半導体装置。
(付記4)
前記第2溝の側壁に第3絶縁膜を有し、前記第2溝の底部に第4絶縁膜を有し、前記第4絶縁膜は前記第3絶縁膜より厚いことを特徴とする付記1〜3のいずれか1項記載の半導体装置。
(付記5)
前記第1導電層は、前記第1方向に直交する方向に延在することを特徴とする付記1〜4のいずれか1項記載の半導体装置。
(付記6)
前記活性領域は、前記第1方向中央部にコンタクト領域を有し、前記コンタクト領域に対して前記第1トランジスタと反対側に第2トランジスタを有し、前記コンタクト領域に対して前記第1キャパシタと反対側に第2キャパシタを有する付記1〜5のいずれか1項記載の半導体装置。
(付記7)
前記半導体基板の主面が(001)面であり、前記活性領域側壁が(100)面または(010)面である付記1〜6のいずれか1項記載の半導体装置。
(付記8)
前記第1絶縁膜、第2絶縁膜の厚さは、2nm〜7nmの範囲内である付記7記載の半導体装置。
(付記9)
半導体基板に第1方向に延在し、トランジスタ領域とキャパシタ領域を含む活性領域を画定する溝を形成する工程と、
前記溝に第1絶縁膜を埋め込む工程と、
前記キャパシタ領域を囲う前記溝に形成された前記第1絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程と、
前記活性領域上及び、前記第1絶縁膜の少なくとも一部が除去された前記溝の側壁に、第2絶縁膜及び第1導電膜を形成する工程と、
前記第1導電膜をエッチングして、前記トランジスタ領域に第1導電パターンを形成するとともに、前記活性領域の前記第1方向の端部を露出させるように前記キャパシタ領域に第2導電パターンを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記第2導電パターンを形成する工程は、前記第1導電膜上に、前記活性領域の前記第1方向の端部を露出させるマスク層を形成し、前記マスク層をマスクとして前記第1導電膜をエッチングする工程であることを特徴とする付記9記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記溝を形成する工程は、平面視形状の側辺が直線状であり、前記トランジスタ領域と前記キャパシタ領域とが同じ幅を有する活性領域を囲う溝を形成することを特徴とする付記9または10記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程は、前記溝の底部に形成された前記絶縁膜を残し、前記溝で画定された前記活性領域の壁面を露出させることを特徴とする付記9〜11のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記溝を形成する工程は、(001)面の前記半導体基板の主面に、前記側壁が(100)面または(010)面である前記溝を形成し、
前記第1絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程は、(100)面または(010)面である前記側壁を露出する付記9〜12のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
(付記14)
前記第2絶縁膜を形成する工程は、前記側壁を熱酸化する付記13記載の半導体装置の製造方法。
図1Aは、メモリ混載ロジック半導体装置ICの平面構成を概略的に示す平面図、図1Bは、メモリ回路MGの構成例を示す平面図、図1Cは、メモリセル群MCGの等価回路図である。 図2Aは、メモリセル群内の平面配置の例を示す平面図、図2Bはその一部を示す平面図、図2Cは図2BのIIC−IIC線に沿う活性領域の長さ方向の断面図、図2Dは図2BのIID−IID線に沿うキャパシタ部の活性領域幅方向に沿う断面図である。 図3Aは、メモリセルの平面図、図3B−3Lは、図2A〜2Dに示したメモリセルの製造工程を示す断面図である。 図4は、変形例を示す基板の平面図である。
符号の説明
1 シリコン基板、
2,24 絶縁膜(STI)
3,26 絶縁膜、
3t ゲート絶縁膜、
3c キャパシタ誘電体膜、
4,27 導電層、
4t、G ゲート電極、
4c、CE 対向電極、
PW p型ウェル、
AR 活性領域、
BC ビットコンタクト領域、
WL ワード線、
WC ワードコンタクト領域、
MC メモリセル、
Cap キャパシタ、
Tr トランジスタ、

Claims (10)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に第1方向に延在し、トランジスタ領域とキャパシタ領域を含む活性領域と、
    前記トランジスタ領域の周辺に形成された第1溝と、
    前記第1溝に形成された素子分離膜と、
    前記キャパシタ領域の周辺に形成された第2溝と、
    前記トランジスタ領域上に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成された第1導電層とを含む第1トランジスタと、
    前記キャパシタ領域上及び前記第2溝の壁面に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上であって前記活性領域の前記第1方向の端部を露出するように形成された第2導電層とを含む第1キャパシタと、
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に第1方向に延在し、トランジスタ領域とキャパシタ領域を含む活性領域と、
    前記トランジスタ領域の周辺に形成された第1溝と、
    前記第1溝に形成された素子分離膜と、
    前記キャパシタ領域の周辺に形成された第2溝と、
    前記トランジスタ領域上に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成された第1導電層とを含む第1トランジスタと、
    前記キャパシタ領域上及び前記第2溝の壁面に形成された第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成された第2導電層とを含む第1キャパシタと、
    を有し、前記活性領域の前記第1方向の第1端部は、前記第2導電層の第2端部より突出していることを特徴とする半導体装置。
  3. 前記活性領域の平面視形状の側辺が直線状であり、前記トランジスタ領域と前記キャパシタ領域とが同じ幅を有する請求項1または2記載の半導体装置。
  4. 前記第2溝の側壁に第3絶縁膜を有し、前記第2溝の底部に第4絶縁膜を有し、前記第4絶縁膜は前記第3絶縁膜より厚いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の半導体装置。
  5. 前記第1導電層は、前記第1方向に直交する方向に延在することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の半導体装置。
  6. 前記活性領域は、前記第1方向中央部にコンタクト領域を有し、前記コンタクト領域に対して前記第1トランジスタと反対側に第2トランジスタを有し、前記コンタクト領域に対して前記第1キャパシタと反対側に第2キャパシタを有する請求項1〜5のいずれか1項記載の半導体装置。
  7. 半導体基板に第1方向に延在し、トランジスタ領域とキャパシタ領域を含む活性領域を画定する溝を形成する工程と、
    前記溝に第1絶縁膜を埋め込む工程と、
    前記キャパシタ領域を囲う前記溝に形成された前記第1絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程と、
    前記活性領域上及び、前記第1絶縁膜の少なくとも一部が除去された前記溝の側壁に、第2絶縁膜及び第1導電膜を形成する工程と、
    前記第1導電膜をエッチングして、前記トランジスタ領域に第1導電パターンを形成するとともに、前記活性領域の前記第1方向の端部を露出させるように前記キャパシタ領域に第2導電パターンを形成する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 前記第2導電パターンを形成する工程は、前記第1導電膜上に、前記活性領域の前記第1方向の端部を露出させるマスク層を形成し、前記マスク層をマスクとして前記第1導電膜をエッチングする工程であることを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記溝を形成する工程は、平面視形状の側辺が直線状であり、前記トランジスタ領域と前記キャパシタ領域とが同じ幅を有する活性領域を囲う溝を形成することを特徴とする請求項7または8記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程は、前記溝の底部に形成された前記絶縁膜を残し、前記溝で画定された前記活性領域の壁面を露出させることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
JP2008008825A 2008-01-18 2008-01-18 半導体装置とその製造方法 Expired - Fee Related JP5303938B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008008825A JP5303938B2 (ja) 2008-01-18 2008-01-18 半導体装置とその製造方法
TW097150224A TWI370539B (en) 2008-01-18 2008-12-23 Semiconductor device
KR1020090002642A KR101040150B1 (ko) 2008-01-18 2009-01-13 반도체장치와 그 제조 방법
US12/354,575 US7977723B2 (en) 2008-01-18 2009-01-15 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008008825A JP5303938B2 (ja) 2008-01-18 2008-01-18 半導体装置とその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009170750A true JP2009170750A (ja) 2009-07-30
JP5303938B2 JP5303938B2 (ja) 2013-10-02

Family

ID=40875770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008008825A Expired - Fee Related JP5303938B2 (ja) 2008-01-18 2008-01-18 半導体装置とその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7977723B2 (ja)
JP (1) JP5303938B2 (ja)
KR (1) KR101040150B1 (ja)
TW (1) TWI370539B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8351247B2 (en) 2009-02-20 2013-01-08 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device including memory cell having capacitor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH056967A (ja) * 1991-02-13 1993-01-14 Sony Corp ゲートアレイ
JP2006013529A (ja) * 2002-02-14 2006-01-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61107762A (ja) 1984-10-31 1986-05-26 Toshiba Corp 半導体記憶装置の製造方法
JPH03142872A (ja) 1989-10-27 1991-06-18 Nec Kyushu Ltd 半導体装置
JPH0697384A (ja) 1992-09-14 1994-04-08 Toshiba Corp 半導体記憶装置とその製造に用いる露光用マスク
JP2500747B2 (ja) * 1993-05-10 1996-05-29 日本電気株式会社 半導体記憶装置およびその製造方法
US5792686A (en) * 1995-08-04 1998-08-11 Mosel Vitelic, Inc. Method of forming a bit-line and a capacitor structure in an integrated circuit
JPH09219500A (ja) 1996-02-07 1997-08-19 Taiwan Moshii Denshi Kofun Yugenkoshi 高密度メモリ構造及びその製造方法
JPH1022471A (ja) 1996-07-03 1998-01-23 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置及びその製造方法
JP2001244431A (ja) 2000-02-25 2001-09-07 Hitachi Ltd 半導体記憶装置およびその製造方法
JP2003309182A (ja) * 2002-04-17 2003-10-31 Hitachi Ltd 半導体装置の製造方法及び半導体装置
JP4338495B2 (ja) 2002-10-30 2009-10-07 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 シリコンオキシカーバイド、半導体装置、および半導体装置の製造方法
KR100481987B1 (ko) * 2002-12-28 2005-04-14 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자의 mos 커패시터 형성 방법
DE102004003084B3 (de) * 2004-01-21 2005-10-06 Infineon Technologies Ag Halbleiterspeicherzelle sowie zugehöriges Herstellungsverfahren
US7271083B2 (en) * 2004-07-22 2007-09-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. One-transistor random access memory technology compatible with metal gate process

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH056967A (ja) * 1991-02-13 1993-01-14 Sony Corp ゲートアレイ
JP2006013529A (ja) * 2002-02-14 2006-01-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8351247B2 (en) 2009-02-20 2013-01-08 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device including memory cell having capacitor
US8350310B2 (en) 2009-02-20 2013-01-08 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device including memory cell having capacitor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090079812A (ko) 2009-07-22
TWI370539B (en) 2012-08-11
KR101040150B1 (ko) 2011-06-09
TW200943537A (en) 2009-10-16
US20090184351A1 (en) 2009-07-23
JP5303938B2 (ja) 2013-10-02
US7977723B2 (en) 2011-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI458068B (zh) 垂直通道電晶體陣列及其製造方法
JP2004214379A (ja) 半導体装置、ダイナミック型半導体記憶装置及び半導体装置の製造方法
US11088144B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2001203263A (ja) 半導体集積回路装置の製造方法および半導体集積回路装置
JP2012190910A (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP5718585B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法、並びにデータ処理システム
JP5583315B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP5746881B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
KR20190130928A (ko) 집적회로 소자
JP2012151435A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2004172643A (ja) 半導体装置
JP2004221242A (ja) 半導体集積回路装置およびその製造方法
JP2004172643A5 (ja)
JP2010192816A (ja) 半導体装置とその製造方法
JP2012174790A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US8748978B2 (en) Sense-amp transistor of semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2010050133A (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2012253122A (ja) 半導体装置の製造方法、並びにデータ処理システム
JP2011165830A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US9018076B2 (en) Semiconductor storage device and method of manufacturing the same
JP5432379B2 (ja) 半導体装置
JP5303938B2 (ja) 半導体装置とその製造方法
JP5861196B2 (ja) 半導体装置
JP2000260957A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2005236135A (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101004

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130108

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130307

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130528

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130610

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5303938

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees