JP2009182133A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に信頼性や製造歩留まりの向上を実現し得る半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device capable of improving reliability and manufacturing yield.
近時、配線抵抗を低減すべく、配線の材料としてCuを用いることが提案されている。 Recently, it has been proposed to use Cu as a wiring material in order to reduce wiring resistance.
Cuより成る配線は、配線を埋め込むための溝を層間絶縁膜に形成し、かかる層間絶縁膜上に電気めっき法によりCu膜を形成し、層間絶縁膜の表面が露出するまでCu膜を研磨することにより、溝内に埋め込まれる。 For wiring made of Cu, a groove for embedding the wiring is formed in the interlayer insulating film, a Cu film is formed on the interlayer insulating film by electroplating, and the Cu film is polished until the surface of the interlayer insulating film is exposed. As a result, it is embedded in the groove.
電気めっき法によりCu膜を形成する際には、めっき浴中のCuが半導体基板の裏面(第2の主面)側から半導体基板内に拡散してしまうのを防止すべく、半導体基板の裏面側に絶縁膜を予め形成しておく。半導体基板内にCuが拡散した場合には、半導体基板内に拡散したCuに起因してトランジスタ等の電気的特性が劣化してしまう虞があるが、かかる絶縁膜を半導体基板の裏面側に形成しておけば、半導体基板内にCuが拡散するのを防止し得るため、トランジスタ等の電気的特性の劣化を防止することが可能となる。 When forming a Cu film by electroplating, the back surface of the semiconductor substrate is to prevent the Cu in the plating bath from diffusing into the semiconductor substrate from the back surface (second main surface) side of the semiconductor substrate. An insulating film is previously formed on the side. When Cu diffuses in the semiconductor substrate, the electrical characteristics of the transistor and the like may deteriorate due to the Cu diffused in the semiconductor substrate, but such an insulating film is formed on the back side of the semiconductor substrate. Then, Cu can be prevented from diffusing into the semiconductor substrate, so that it is possible to prevent deterioration of electrical characteristics of the transistor and the like.
なお、本願発明の背景技術としては、以下のようなものがある。
しかしながら、半導体基板の裏面側に絶縁膜を形成した場合には、半導体基板の表面(第1の主面)側にプラズマCVD法等により導電膜を形成する際に、トランジスタのゲート絶縁膜において絶縁破壊が生じる場合があり、信頼性や製造歩留まりが低くなってしまう場合があった。 However, when an insulating film is formed on the back surface side of the semiconductor substrate, the insulating film is insulated in the gate insulating film of the transistor when the conductive film is formed on the front surface (first main surface) side of the semiconductor substrate by plasma CVD or the like. In some cases, destruction may occur, and reliability and manufacturing yield may be lowered.
本発明の目的は、信頼性や製造歩留まりを向上し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of improving reliability and manufacturing yield.
本発明の一観点によれば、半導体基板の第1の主面上に、ゲート電極とソース/ドレイン拡散層とを有するトランジスタを形成する工程と、前記半導体基板の前記第1の主面上及び前記トランジスタ上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜に、前記ゲート電極に達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内及び前記第1の絶縁膜上に、プラズマCVD法により導電膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜の表面が露出するまで前記導電膜を研磨し、前記コンタクトホール内に、前記導電膜を含む導体プラグを埋め込む工程とを有し、前記導電膜を形成する工程の前に、前記第1の主面の反対側の面である第2の主面に存在する第2の絶縁膜のうち、前記第2の主面の周縁部に存在する前記第2の絶縁膜をエッチング除去する工程を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a step of forming a transistor having a gate electrode and a source / drain diffusion layer on a first main surface of a semiconductor substrate, and on the first main surface of the semiconductor substrate; Forming a first insulating film on the transistor; forming a contact hole reaching the gate electrode in the first insulating film; and in the contact hole and on the first insulating film, Forming a conductive film by a plasma CVD method; and polishing the conductive film until a surface of the first insulating film is exposed and embedding a conductor plug including the conductive film in the contact hole. And before the step of forming the conductive film, of the second insulating film existing on the second main surface, which is the surface opposite to the first main surface, the periphery of the second main surface The second insulating film present in the part The method of manufacturing a semiconductor device characterized by further comprising a step of etching removal is provided.
本発明によれば、半導体基板の第2の主面の周縁部の第2の絶縁膜をエッチング除去する。このため、後工程でプラズマCVD法により導電膜を形成する際に、半導体基板の第2の主面の周縁部を介して、半導体基板内に電荷が供給される。このため、本発明によれば、プラズマCVD法により導電膜を形成する際にゲート電極に電荷が大量に蓄積された場合であっても、ゲート電極の電位が半導体基板の電位に対して著しく高くなってしまうのを防止することが可能となる。このため、本発明によれば、ゲート絶縁膜の絶縁破壊を防止することができ、製造歩留まりの向上を実現することが可能となる。 According to the present invention, the second insulating film at the peripheral edge of the second main surface of the semiconductor substrate is removed by etching. For this reason, when the conductive film is formed by a plasma CVD method in a subsequent process, electric charges are supplied into the semiconductor substrate via the peripheral edge portion of the second main surface of the semiconductor substrate. Therefore, according to the present invention, even when a large amount of charge is accumulated in the gate electrode when the conductive film is formed by the plasma CVD method, the potential of the gate electrode is significantly higher than the potential of the semiconductor substrate. It becomes possible to prevent becoming. For this reason, according to the present invention, it is possible to prevent the dielectric breakdown of the gate insulating film and to improve the manufacturing yield.
[一実施形態]
本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を図1乃至図13を用いて説明する。図1乃至図11は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
[One Embodiment]
A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
まず、図1(a)に示すように、半導体基板(半導体ウェハ)10を用意する。かかる半導体基板10としては、例えばシリコン基板(シリコンウェハ)を用いる。
First, as shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 10 is prepared. For example, a silicon substrate (silicon wafer) is used as the
次に、全面に、例えば熱酸化法により、膜厚10〜15nmのシリコン酸化膜12を形成する。かかるシリコン酸化膜12は、半導体基板10の全面を覆うように形成される。即ち、シリコン酸化膜12は、半導体基板10の第1の主面(上面)、半導体基板10の第2の主面(下面)、及び、半導体基板10の外周を覆うように形成される。半導体基板10の第1の主面は、後述するトランジスタ33(図4(c)参照)等が形成される側の面である。半導体基板10の第2の主面は、第1の主面と反対側の面である。
Next, a
次に、図1(b)に示すように、例えば熱CVD法により、膜厚80〜90nmのシリコン窒化膜14を形成する。かかるシリコン窒化膜14は、半導体基板10の全面を覆うように形成される。即ち、シリコン窒化膜14は、半導体基板10の第1の主面(上面)、半導体基板10の第2の主面(下面)、及び、半導体基板10の外周を覆うように形成される。
Next, as shown in FIG. 1B, a
次に、図1(c)に示すように、例えば熱CVD法により、膜厚300〜400nmのシリコン酸化膜16を形成する。かかるシリコン酸化膜16は、半導体基板10の全面を覆うように形成される。即ち、シリコン酸化膜16は、半導体基板10の第1の主面(上面)、半導体基板10の第2の主面(下面)、及び、半導体基板10の外周を覆うように形成される。
Next, as shown in FIG. 1C, a
次に、図2(a)に示すように、例えばウエットエッチングにより、半導体基板10の第1の主面(上面)側のシリコン酸化膜16をエッチング除去する。半導体基板10の第1の主面側のシリコン酸化膜16をエッチング除去する際には、シリコン窒化膜14がエッチングストッパとして機能する。
Next, as shown in FIG. 2A, the
次に、半導体基板10の第1の主面(上面)上の全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
Next, a photoresist film (not shown) is formed on the entire surface of the first main surface (upper surface) of the
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜に開口部(図示せず)を形成する。かかる開口部は、半導体基板10に溝17(図2(b)参照)を形成するためのものである。
Next, an opening (not shown) is formed in the photoresist film using a photolithography technique. Such an opening is for forming a groove 17 (see FIG. 2B) in the
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、シリコン窒化膜14をエッチングする。これにより、シリコン窒化膜14より成るハードマスクが形成される。
Next, the
次に、フォトレジスト膜及びシリコン窒化膜14をマスクとして、シリコン酸化膜12及び半導体基板10をエッチングする。これにより、半導体基板10内に、溝17が形成される。かかる溝17は、素子分離領域18(図2(c)参照)を形成するためのものである。溝17の深さは、例えば300nmとする。
Next, the
次に、全面に、プラズマCVD法により、シリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は、例えば500nmとする。 Next, a silicon oxide film is formed on the entire surface by plasma CVD. The film thickness of the silicon oxide film is, for example, 500 nm.
次に、CMP(Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨)法により、シリコン窒化膜14の表面が露出するまで、シリコン酸化膜を研磨する。これにより、溝17内に、シリコン酸化膜より成る素子分離領域18が形成される(図2(c)参照)。
Next, the silicon oxide film is polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) until the surface of the
次に、例えばリン酸を用い、半導体基板10の第1の主面(上面)側に存在しているシリコン窒化膜14をエッチング除去する。この際、半導体基板10の第2の主面(下面)側にはシリコン酸化膜16が存在しているため、半導体基板10の第2の主面側のシリコン窒化膜14はエッチングされることなく残存する。
Next, the
次に、例えばフッ酸を用い、半導体基板10の第1の主面側に存在しているシリコン酸化膜12をエッチング除去する。
Next, the
こうして、素子領域20を画定する素子分離領域18が形成される(図3(a)参照)。
Thus, the
次に、半導体基板10の第1の主面上にフォトレジスト膜(図示せず)を適宜形成し、かかるフォトレジスト膜をマスクとしてドーパント不純物を半導体基板10内に導入することにより、ウェル(図示せず)を適宜形成する。
Next, a photoresist film (not shown) is appropriately formed on the first main surface of the
次に、例えば熱酸化法により、半導体基板10の第1の主面上にゲート絶縁膜22を形成する。ゲート絶縁膜22の膜厚は、例えば2nmとする。
Next, the
次に、全面に、例えば熱CVD法により、ポリシリコン膜24を形成する。ポリシリコン膜24の膜厚は、例えば100nmとする。かかるポリシリコン膜24は、半導体基板10の全面を覆うように形成される。即ち、ポリシリコン膜24は、半導体基板10の第1の主面(上面)、半導体基板10の第2の主面(下面)、及び、半導体基板10の外周を覆うように形成される。
Next, a
次に、ウエットエッチングにより、半導体基板10の第2の主面側に存在しているポリシリコン膜24を除去する。
Next, the
次に、ウエットエッチングにより、半導体基板10の第2の主面側に存在しているシリコン酸化膜16をエッチング除去する。
Next, the
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、半導体基板10の第1の主面側に存在しているポリシリコン膜24をパターニングする。これにより、ポリシリコンより成るゲート電極24が形成される(図3(b)参照)。
Next, the
次に、ゲート電極24をマスクとして半導体基板10内にドーパント不純物を導入することにより、ゲート電極24の両側の半導体基板10内にエクステンションソース/ドレイン構造の浅い領域を構成するエクステンション領域26を形成する(図3(c)参照)。
Next, by introducing a dopant impurity into the
次に、図4(a)に示すように、全面に、TEOS−CVD法により、シリコン酸化膜28を形成する。かかるシリコン酸化膜28は、半導体基板10の全面を覆うように形成される。即ち、シリコン酸化膜28は、半導体基板10の第1の主面(上面)、半導体基板10の第2の主面(下面)、及び、半導体基板10の周縁部を覆うように形成される。シリコン酸化膜28は、サイドウォール絶縁膜(サイドウォールスペーサ)となるものである。
Next, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、例えば枚葉式のプラズマエッチング装置を用い、シリコン酸化膜28を異方性エッチングする。これにより、ゲート電極24の側壁部分にシリコン酸化膜より成るサイドウォール絶縁膜28が形成される。半導体基板10の第2の主面側のシリコン酸化膜28は、エッチングされることなく残存する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、サイドウォール絶縁膜28が形成されたゲート電極24をマスクとして、半導体基板10内にドーパント不純物を導入することにより、エクステンションソース/ドレイン構造のソース/ドレイン拡散層32の深い領域を構成する不純物拡散領域30を形成する。深い不純物拡散領域30と浅い不純物拡散領域26とにより、エクステンションソース/ドレイン構造のソース/ドレイン拡散層32が形成される。
Next, a dopant impurity is introduced into the
こうして、ゲート電極24とソース/ドレイン拡散層32とを有するトランジスタ33が形成される。
Thus, the
次に、ベベルエッチング装置100(図12参照)を用い、半導体基板10の第2の主面(下面)の周縁部のシリコン酸化膜28、シリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜12をエッチング除去する。
Next, using the bevel etching apparatus 100 (see FIG. 12), the
ベベルエッチング装置100は、半導体ウェハの周縁部の絶縁膜等を選択的にエッチングするための装置である。ベベルエッチング装置100としては、例えばラムリサーチ株式会社製のベベルエッチング装置(型番:2300 Bevel)等を用いることができる。
The
図12は、ベベルエッチング装置を示す概略図である。 FIG. 12 is a schematic view showing a bevel etching apparatus.
図12に示すように、チャンバ101内には、半導体ウェハ10を載置するための円盤状の載置台(電極)102が設けられている。かかる載置台102には、高周波電力(RFパワー)が供給される。
As shown in FIG. 12, a disc-like mounting table (electrode) 102 for mounting the
載置台102の周縁には、絶縁部材104がリング状に設けられている。かかる絶縁部材104の材料としては、例えばセラミックが用いられている。
An insulating
絶縁部材104により囲まれた載置台102の周縁には、第1の接地電極106がリング状に設けられている。かかる第1の接地電極106は、グラウンドに接続される。
A
載置台102の上方には、例えばセラミックより成るトッププレート108が設けられている。トッププレート108上には、第2の接地電極110が設けられている。
A
トッププレート108の周縁には、リング状の第3の接地電極112が設けられている。第3の接地電極112は、第2の接地電極110に接続されている。
A ring-shaped
第2の接地電極110及び第3の接地電極112は、グラウンドに接続される。
The
トッププレート108及び第2の接地電極110には、ガス注入口114が設けられている。プラズマを生成するためのガスが、ガス注入口114を介してチャンバ101内に導入される。
A
このようなベベルエッチング装置100の載置台102に高周波電力を印加すると、図12に示すように、プラズマ116が全体としてリング状に生成される。プラズマ116は、半導体基板10と第1の接地電極106とが対向している部分、半導体基板10と第3の接地電極112とが対向している部分、及び、第1の接地電極106と第3の接地電極112とが対向している部分に生成される。
When high frequency power is applied to the mounting table 102 of such a
ベベルエッチングを行う際の条件は、例えば以下の通りとする。半導体基板10の第1の主面(上面)とトッププレート108の下面との間の距離tは、0.3〜0.5mmとする。リング状の第1の接地電極106と半導体基板10の第2の主面(下面)の周縁部とが重なり合う領域の幅D1は、例えば2mmとする。リング状の第1の接地電極106と半導体基板10の第2の主面(下面)の周縁部とが対向する領域の幅D1に応じて、半導体基板10の第2の主面の周縁部において、シリコン酸化膜12、シリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜28がエッチングされる。リング状の第3の接地電極112と半導体基板10の第1の主面(上面)の周縁部とが対向する領域の幅D2は、例えば0.5mmとする。チャンバ101内の圧力は、例えば0.5Torr〜3Torrとする。載置台102に印加する高周波電力は、例えば300〜1000Wとする。チャンバ101内に導入するCF4ガスの流量は、50〜200sccmとする。チャンバ101内に導入するN2ガスの流量は、例えば50〜200sccmとする。エッチング時間は、例えば10秒とする。10秒というエッチング時間は、シリコン酸化膜のエッチング量に換算して、400nm相当のエッチング時間である。
The conditions for performing the bevel etching are, for example, as follows. A distance t between the first main surface (upper surface) of the
こうして、半導体基板10の第2の主面の周縁部において、シリコン酸化膜28、シリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜12がエッチング除去される。半導体基板10の第2の主面の周縁部においては、半導体基板10の第2の主面が露出した状態となる。
Thus, the
なお、ここでは、リング状の第1の接地電極106と半導体基板10の周縁部とが重なり合う領域の幅D1を2mmとする場合を例に説明したが、リング状の第1の接地電極106と半導体基板10の第2の主面(下面)の周縁部とが対向する領域の幅D1は2mmに限定されるものではない。リング状の第1の接地電極106と半導体基板10の第2の主面の周縁部とが対向する領域の幅D1は、例えば1〜3mmとすることが好ましい。
Here, although described width D 1 of the overlapping region and the peripheral portion of the
リング状の第1の接地電極106と半導体基板10の周縁部とが重なり合う領域の幅D1が1mmより小さい場合には、半導体基板10の周縁部においてエッチングされるシリコン酸化膜28、シリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜12の幅が極端に狭くなる。この場合には、後工程においてプラズマCVD法により導電膜42等を形成する際に、半導体基板10の第2の主面の周縁部を介して半導体基板10に電荷を供給することが困難となる。この場合には、プラズマCVD法により導電膜42等を形成する際にゲート電極24に大量の電荷が帯電すると、ゲート電極24の電位が半導体基板10の電位に対して極端に高くなってしまうため、ゲート絶縁膜22の絶縁破壊が生じてしまう虞がある
一方、リング状の第1の接地電極116と半導体基板10の周縁部とが重なり合う領域の幅D1が3mmより大きい場合には、半導体装置(半導体チップ)を製造するために用いることができる半導体基板10の面積が小さくなってしまい、半導体装置の製造コストの上昇を招いてしまう。
When the width D1 of the region where the ring-shaped
このような理由により、リング状の第1の接地電極116と半導体基板10の周縁部とが重なり合う領域の幅D1は、例えば1〜3mmとすることが好ましい。
For this reason, the width D 1 of the area and the peripheral portion overlapping the
このようにして、ベベルエッチング装置100を用いてエッチングを行うと、半導体基板10の第2の主面の周縁部において、シリコン酸化膜28、シリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜12が所定の幅D1でエッチングされる(図5(a)参照)。半導体基板10の第2の主面の周縁部を除く領域には、シリコン酸化膜12、シリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜28から成る積層膜29が存在している状態となる。
When etching is performed using the
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、高融点金属膜を形成する。これにより、半導体基板10の第1の主面に高融点金属膜が形成される。かかる高融点金属膜の材料としては、例えばニッケル膜を用いる。高融点金属膜の膜厚は、例えば20nmとする。
Next, a refractory metal film is formed on the entire surface by, eg, sputtering. Thereby, a refractory metal film is formed on the first main surface of the
次に、熱処理を行うことにより、高融点金属膜中のNi原子とシリコン基板10中のSi原子とを反応させ、ニッケルシリサイドより成る金属シリサイド膜34aを形成する。また、高融点金属膜中のNi原子とゲート電極24中のSi原子とを反応させ、ニッケルシリサイドより成る金属シリサイド膜34bを形成する。
Next, by performing heat treatment, Ni atoms in the refractory metal film react with Si atoms in the
次に、未反応の高融点金属膜をエッチング除去する。こうして、ソース/ドレイン拡散層32上には、金属シリサイド膜より成るソース/ドレイン電極34aが形成される。また、ゲート電極24上にも、金属シリサイド膜34bが形成されることとなる(図5(b)参照)。
Next, the unreacted refractory metal film is removed by etching. Thus, the source /
次に、図5(c)に示すように、全面に、例えばCVD法により、シリコン窒化膜36を形成する。シリコン窒化膜36は、層間絶縁膜38にコンタクトホール40を形成する際に、エッチングストッパ膜として機能するものである。シリコン窒化膜36の膜厚は、例えば80nmとする。
Next, as shown in FIG. 5C, a
次に、例えばCVD法により、例えばシリコン酸化膜より成る層間絶縁膜38を形成する。かかる層間絶縁膜38の膜厚は、例えば600nmとする。シリコン酸化膜38は、半導体基板10の第1の主面(上面)上に所望の厚さで形成されるのみならず、半導体基板10の第2の主面(下面)の周縁部にも比較的薄い膜厚で形成される。こうして、半導体基板10の第2の主面の周縁部には、例えば膜厚100nm程度のシリコン酸化膜38が形成されることとなる。半導体基板10の第2の主面の周縁部に形成されるシリコン酸化膜38の膜厚は、半導体基板10の第2の主面の周縁部以外の領域に存在している積層膜29の膜厚に対して十分に薄い。このため、後工程において、プラズマCVD法により導電膜42を形成する際に、半導体基板10の第2の主面の周縁部の比較的薄いシリコン酸化膜38を介して半導体基板10中に電荷が供給される。このため、本実施形態によれば、ゲート電極24に大量の電荷が蓄積された場合であっても、半導体基板10の電位に対してゲート電極24の電位が極端に上昇するのを防止することが可能となる。
Next, an
次に、CMP法により、層間絶縁膜38の表面を研磨することにより、層間絶縁膜38の表面を平坦化する。研磨する層間絶縁膜38の膜厚は、例えば300nm程度とする。これにより、ゲート電極24に起因して層間絶縁膜38の表面に形成されていた段差が、解消されることとなる。
Next, the surface of the
次に、例えばスピンコート法により、半導体基板10の第1の主面(上面)上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
Next, a photoresist film (not shown) is formed on the first main surface (upper surface) of the
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、コンタクトホール40を形成するための開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成する。
Next, an opening (not shown) for forming the
次に、フォトレジスト膜をマスクとし、シリコン窒化膜36をエッチングストッパとして、コンタクトホール40を形成する。
Next, contact holes 40 are formed using the photoresist film as a mask and the
次に、コンタクトホール40内に露出したシリコン窒化膜36をエッチングする。こうして、ソース/ドレイン電極34aに達するコンタクトホール40と、ゲート電極24上のシリサイド膜34bに達するコンタクトホール40とが層間絶縁膜38に形成される(図6(b)参照)。
Next, the
次に、半導体基板10の第1の主面上に、例えばプラズマCVD法により、膜厚10nmのTi膜を形成する。
Next, a Ti film having a thickness of 10 nm is formed on the first main surface of the
次に、半導体基板10の第1の主面上に、例えばプラズマCVD法により、膜厚10nmのTiN膜を形成する。こうして、Ti膜とTiN膜とから成るバリアメタル膜(導電膜)42が、プラズマCVD法により形成される(図7(a)参照)。
Next, a 10 nm-thick TiN film is formed on the first main surface of the
半導体基板10の第2の主面の周縁部に存在しているシリコン酸化膜38の膜厚は、半導体基板10の第2の主面の周縁部以外の領域に存在している積層膜(絶縁膜)29の膜厚に対して十分に薄い。従って、プラズマCVD法によりバリアメタル膜(導電膜)42を形成する際に、半導体基板10の第2の主面の周縁部に存在するシリコン酸化膜38を介して半導体基板10内に電荷が供給される。このため、バリアメタル膜(導電膜)42をプラズマCVD法により形成する際に、ゲート電極24に電荷が大量に蓄積された場合であっても、半導体基板10の電位に対してゲート電極24の電位が極端に上昇するのを防止することが可能となり、ゲート絶縁膜22の絶縁破壊を防止することが可能となる。
The film thickness of the
次に、図7(b)に示すように、半導体基板10の第1の主面(上面)上に、例えばプラズマCVD法により、タングステン膜44を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a
上述したように、半導体基板10の第2の主面の周縁部に存在しているシリコン酸化膜38の膜厚は、半導体基板10の第2の主面の周縁部以外の領域に存在している積層膜(絶縁膜)29の膜厚に対して十分に薄い。従って、プラズマCVD法によりタングステン膜(導電膜)44を形成する際にも、半導体基板10の第2の主面の周縁部に存在するシリコン酸化膜38を介して半導体基板10内に電荷が供給される。このため、タングステン膜(導電膜)44をプラズマCVD法により形成する際に、ゲート電極24に電荷が大量に蓄積された場合であっても、半導体基板10の電位に対してゲート電極24の電位が極端に上昇するのを防止することが可能となり、ゲート絶縁膜22の絶縁破壊を防止することが可能となる。
As described above, the thickness of the
次に、例えばCMP法により、層間絶縁膜38の表面が露出するまで、タングステン膜44を研磨する。これにより、タングステンより成る導体プラグ44がコンタクトホール40内に埋め込まれる(図8(a)参照)。
Next, the
次に、図8(b)に示すように、導体プラグ44が埋め込まれた層間絶縁膜38上に、層間絶縁膜46を形成する。かかる層間絶縁膜46としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, an
次に、図9(a)に示すように、層間絶縁膜46に、配線56を埋め込むための溝48を形成する。
Next, as shown in FIG. 9A, a
次に、図9(b)に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、例えばTaより成るバリアメタル膜50を形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a
次に、図10(a)に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、Cu又はCu合金より成るシード膜52を形成する。
Next, as shown in FIG. 10A, a
次に、図10(b)に示すように、例えば電気めっき法により、Cu又はCu合金より成る導電膜54を形成する。半導体基板10の第1の主面、半導体基板10の第2の主面及び半導体基板10の外周は、積層膜(絶縁膜)29又は絶縁膜38により覆われているため、電気めっき法によりCu又はCu合金より成る導電膜54を形成する際に、Cu原子が半導体基板10内に拡散してしまうことはなく、トランジスタ33等の特性の電気的特性の劣化は生じない。
Next, as shown in FIG. 10B, a
次に、図11に示すように、例えばCMP法により、層間絶縁膜46の表面が露出するまで、導電膜54を研磨する。これにより、Cu又はCu合金より成る配線56が溝48内に埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 11, the
この後、図示しない多層配線、電極パッド等を更に形成する。 Thereafter, multilayer wiring, electrode pads, etc. (not shown) are further formed.
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される。 Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.
(評価結果)
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法の評価結果を図13を用いて説明する。
(Evaluation results)
Next, the evaluation results of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
図13は、ゲートリーク電流密度の測定結果を示すグラフである。図13における横軸は、ゲートリーク電流密度を示している。図13における縦軸は、累積確率を示している。図13において●印を用いて示すプロットは、比較例の場合、即ち、半導体基板10の第2の主面の周縁部の積層膜29をエッチングしなかった場合を示している。図13において▲印を用いて示すプロットは、本実施形態の場合、即ち、半導体基板10の第2の主面の周縁部の積層膜29をエッチングした場合を示している。ゲートリーク電流密度を測定する際には、トランジスタのゲートの電位を1.8V、ソースの電位を0V、ドレインの電位を0V、基板の電位を0Vとした。
FIG. 13 is a graph showing the measurement result of the gate leakage current density. The horizontal axis in FIG. 13 indicates the gate leakage current density. The vertical axis in FIG. 13 indicates the cumulative probability. In FIG. 13, the plots indicated by marks ● indicate the case of the comparative example, that is, the case where the
図13から分かるように、比較例の場合には、ゲートリーク電流密度が2×10−7A/cm2以下であるトランジスタは、全体の50%程度にすぎなかった。 As can be seen from FIG. 13, in the comparative example, only 50% of the transistors had a gate leakage current density of 2 × 10 −7 A / cm 2 or less.
これに対し、本実施形態の場合には、ほぼ100%のトランジスタにおいて、ゲートリーク電流密度が2×10−7A/cm2以下となった。 On the other hand, in the case of this embodiment, the gate leakage current density is 2 × 10 −7 A / cm 2 or less in almost 100% of the transistors.
これらのことから、本実施形態によれば、トランジスタの信頼性及び製造歩留まりを著しく向上し得ることが分かる。 From these facts, it can be seen that according to the present embodiment, the reliability and manufacturing yield of the transistor can be remarkably improved.
また、トランジスタの寿命に関する試験を行ったところ、以下のような結果が得られた。なお、ここでは、多数形成したトランジスタのうち、0.1%のトランジスタが不良になるまでの時間を求めた。 Moreover, when the test regarding the lifetime of a transistor was done, the following results were obtained. Note that, here, the time required for 0.1% of the transistors formed to be defective is determined.
比較例の場合には、全体の0.1%のトランジスタが不良になるまでの時間は、5.8×103時間であった。 In the case of the comparative example, the time until the entire 0.1% of the transistors became defective was 5.8 × 10 3 hours.
これに対し、本実施形態の場合には、全体の0.1%のトランジスタが不良になるまでの時間は、1.4×104時間であった。 On the other hand, in the case of the present embodiment, the time until the entire 0.1% of the transistors are defective is 1.4 × 10 4 hours.
これらのことから、本実施形態によれば、トランジスタの寿命を十分に長くすることが可能になることがわかる。 From these, it can be seen that according to the present embodiment, it is possible to sufficiently extend the lifetime of the transistor.
このように、本実施形態によれば、半導体基板10の第2の主面の周縁部の積層膜(絶縁膜)29をエッチング除去する。このため、後工程でプラズマCVD法により導電膜(バリアメタル膜)42等を形成する際に、半導体基板10の第2の主面の周縁部を介して、半導体基板10内に電荷が供給される。このため、本実施形態によれば、プラズマCVD法により導電膜42等を形成する際にゲート電極24に電荷が大量に蓄積された場合であっても、ゲート電極24の電位が半導体基板10の電位に対して著しく高くなってしまうのを防止することが可能となる。このため、本実施形態によれば、ゲート絶縁膜22の絶縁破壊を防止することができ、製造歩留まりの向上を実現することが可能となる。
Thus, according to the present embodiment, the laminated film (insulating film) 29 at the peripheral edge of the second main surface of the
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記実施形態では、半導体基板10の第2の主面にシリコン酸化膜12シリコン窒化膜14及びシリコン酸化膜28より成る積層膜29が形成される場合を例に説明したが、半導体基板10の第2の主面に形成される絶縁膜は、このような構造の積層膜29に限定されるものではない。本発明の原理は、半導体基板10の第2の主面に絶縁膜を形成する場合に広く適用することが可能である。
For example, in the above embodiment, the case where the
以上詳述した通り、本発明の特徴をまとめると以下のようになる。 As detailed above, the features of the present invention are summarized as follows.
(付記1)
半導体基板の第1の主面上に、ゲート電極とソース/ドレイン拡散層とを有するトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板の前記第1の主面上及び前記トランジスタ上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜に、前記ゲート電極に達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内及び前記第1の絶縁膜上に、プラズマCVD法により導電膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の表面が露出するまで前記導電膜を研磨し、前記コンタクトホール内に、前記導電膜を含む導体プラグを埋め込む工程とを有し、
前記導電膜を形成する工程の前に、前記第1の主面の反対側の面である第2の主面に存在する第2の絶縁膜のうち、前記第2の主面の周縁部に存在する前記第2の絶縁膜をエッチング除去する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 1)
Forming a transistor having a gate electrode and source / drain diffusion layers on a first main surface of a semiconductor substrate;
Forming a first insulating film on the first main surface of the semiconductor substrate and on the transistor;
Forming a contact hole reaching the gate electrode in the first insulating film;
Forming a conductive film by plasma CVD in the contact hole and on the first insulating film;
Polishing the conductive film until the surface of the first insulating film is exposed, and embedding a conductor plug containing the conductive film in the contact hole,
Before the step of forming the conductive film, of the second insulating film existing on the second main surface, which is the surface opposite to the first main surface, on the peripheral portion of the second main surface A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising the step of etching away the second insulating film that exists.
(付記2)
付記1記載の半導体装置の製造方法において、
前記トランジスタを形成する工程の後、前記第1の絶縁膜を形成する工程の前に、前記第2の主面の前記周縁部に存在する前記第2の絶縁膜をエッチング除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 2)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to
After the step of forming the transistor and before the step of forming the first insulating film, the second insulating film existing at the peripheral portion of the second main surface is removed by etching. A method for manufacturing a semiconductor device.
(付記3)
付記2記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の絶縁膜を形成する工程では、前記第2の主面の前記周縁部をも覆うように前記第1の絶縁膜を形成し、前記第2の主面の前記周縁部に形成される前記第1の絶縁膜の膜厚は、前記第1の主面に形成される前記第1の絶縁膜の膜厚より薄く、且つ、前記第2の絶縁膜の膜厚より薄い
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 3)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 2,
In the step of forming the first insulating film, the first insulating film is formed so as to cover the peripheral portion of the second main surface, and is formed on the peripheral portion of the second main surface. The film thickness of the first insulating film is smaller than the film thickness of the first insulating film formed on the first main surface and smaller than the film thickness of the second insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
(付記4)
付記3記載の半導体装置の製造方法において、
前記導体プラグを埋め込む工程の後に、前記導体プラグの上部を露出する溝が形成された第3の絶縁膜を、前記半導体基板の前記第1の主面側の前記第1の絶縁膜上に形成する工程と;前記半導体基板の前記第2の主面が前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜により覆われている状態で、Cuを含む配線を電気めっき法により前記溝内に埋め込む工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 4)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 3,
After the step of embedding the conductor plug, a third insulating film in which a groove exposing the upper portion of the conductor plug is formed on the first insulating film on the first main surface side of the semiconductor substrate. And a step of embedding a wiring containing Cu in the groove by electroplating in a state where the second main surface of the semiconductor substrate is covered with the first insulating film and the second insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising: a step.
(付記5)
付記1乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の主面の前記周縁部に存在する前記第2の絶縁膜をエッチング除去する工程では、リング状に生成されたプラズマを用いて前記第2の主面の前記周縁部に存在する前記第2の絶縁膜をエッチング除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 5)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
In the step of etching and removing the second insulating film present on the peripheral edge of the second main surface, the plasma existing in a ring shape is used for the peripheral edge of the second main surface. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: removing the second insulating film by etching.
(付記6)
付記1乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の絶縁膜は、前記半導体基板上に形成された第1のシリコン酸化膜と、前記第1のシリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 6)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
The second insulating film includes a first silicon oxide film formed on the semiconductor substrate and a silicon nitride film formed on the first silicon oxide film. Production method.
(付記7)
付記6記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の絶縁膜は、前記シリコン窒化膜上に形成された第2のシリコン酸化膜を更に含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 7)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 6,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second insulating film further includes a second silicon oxide film formed on the silicon nitride film.
(付記8)
付記1乃至7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の前記第2の主面の前記周縁部の幅は、1〜3mmである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 8)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
The width of the peripheral portion of the second main surface of the semiconductor substrate is 1 to 3 mm.
10…半導体基板、半導体ウェハ
12…シリコン酸化膜
14…シリコン窒化膜
16…シリコン酸化膜
17…溝
18…素子分離領域
20…素子領域
22…ゲート絶縁膜
24…ゲート電極
26…不純物拡散領域
28…シリコン酸化膜
29…積層膜、絶縁膜
30…不純物拡散領域
32…ソース/ドレイン拡散層
33…トランジスタ
34a…シリサイド膜、ソース/ドレイン電極
34b…シリサイド膜
36…シリコン窒化膜、エッチングストッパ膜
38…シリコン酸化膜、層間絶縁膜
40…コンタクトホール
42…バリアメタル膜
44…タングステン膜、導体プラグ
46…層間絶縁膜
48…溝
50…バリアメタル膜
52…シード膜
54…導電膜
56…配線
100…ベベルエッチング装置
101…チャンバ
102…載置台
104…絶縁部材
106…第1の接地電極
108…トッププレート
110…第2の接地電極
112…第3の接地電極
114…ガス注入口
116…プラズマ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板の前記第1の主面上及び前記トランジスタ上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜に、前記ゲート電極に達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内及び前記第1の絶縁膜上に、プラズマCVD法により導電膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の表面が露出するまで前記導電膜を研磨し、前記コンタクトホール内に、前記導電膜を含む導体プラグを埋め込む工程とを有し、
前記導電膜を形成する工程の前に、前記第1の主面の反対側の面である第2の主面に存在する第2の絶縁膜のうち、前記第2の主面の周縁部に存在する前記第2の絶縁膜をエッチング除去する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a transistor having a gate electrode and source / drain diffusion layers on a first main surface of a semiconductor substrate;
Forming a first insulating film on the first main surface of the semiconductor substrate and on the transistor;
Forming a contact hole reaching the gate electrode in the first insulating film;
Forming a conductive film by plasma CVD in the contact hole and on the first insulating film;
Polishing the conductive film until the surface of the first insulating film is exposed, and embedding a conductor plug containing the conductive film in the contact hole,
Before the step of forming the conductive film, of the second insulating film existing on the second main surface, which is the surface opposite to the first main surface, on the peripheral portion of the second main surface A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising the step of etching away the second insulating film that exists.
前記トランジスタを形成する工程の後、前記第1の絶縁膜を形成する工程の前に、前記第2の主面の前記周縁部に存在する前記第2の絶縁膜をエッチング除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
After the step of forming the transistor and before the step of forming the first insulating film, the second insulating film existing at the peripheral portion of the second main surface is removed by etching. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1の絶縁膜を形成する工程では、前記第2の主面の前記周縁部をも覆うように前記第1の絶縁膜を形成し、前記第2の主面の前記周縁部に形成される前記第1の絶縁膜の膜厚は、前記第1の主面に形成される前記第1の絶縁膜の膜厚より薄く、且つ、前記第2の絶縁膜の膜厚より薄い
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
In the step of forming the first insulating film, the first insulating film is formed so as to cover the peripheral portion of the second main surface, and is formed on the peripheral portion of the second main surface. The film thickness of the first insulating film is smaller than the film thickness of the first insulating film formed on the first main surface and smaller than the film thickness of the second insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記導体プラグを埋め込む工程の後に、前記導体プラグの上部を露出する溝が形成された第3の絶縁膜を、前記半導体基板の前記第1の主面側の前記第1の絶縁膜上に形成する工程と;前記半導体基板の前記第2の主面が前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜により覆われている状態で、Cuを含む配線を電気めっき法により前記溝内に埋め込む工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
After the step of embedding the conductor plug, a third insulating film in which a groove exposing the upper portion of the conductor plug is formed on the first insulating film on the first main surface side of the semiconductor substrate. And a step of embedding a wiring containing Cu in the groove by electroplating in a state where the second main surface of the semiconductor substrate is covered with the first insulating film and the second insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising: a step.
前記第2の主面の前記周縁部に存在する前記第2の絶縁膜をエッチング除去する工程では、リング状に生成されたプラズマを用いて前記第2の主面の前記周縁部に存在する前記第2の絶縁膜をエッチング除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 1 thru / or 4,
In the step of etching and removing the second insulating film present on the peripheral edge of the second main surface, the plasma existing in a ring shape is used for the peripheral edge of the second main surface. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: removing the second insulating film by etching.
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