JP2011249396A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】溝内の一部のみを覆うマスクパターンを、フォトレジスト膜を用いて形成する必要のない半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板1に、第1溝7を形成する工程と、第1溝7に第1絶縁膜8を形成する工程と、上面が第1絶縁膜の上端よりも下方になるように第1溝7内に第1導電膜9を充填する工程と、第1溝7の側面にカーボン膜10を形成する工程と、第1溝7内を第2絶縁膜11で充填する工程と、第1溝7内の側面の一方を覆うカーボン膜10を除去し、第1絶縁膜8の一部を露出させる工程と、第2絶縁膜11と露出された第1絶縁膜8を除去し、半導体基板1の一部を露出する工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図11
【解決手段】半導体基板1に、第1溝7を形成する工程と、第1溝7に第1絶縁膜8を形成する工程と、上面が第1絶縁膜の上端よりも下方になるように第1溝7内に第1導電膜9を充填する工程と、第1溝7の側面にカーボン膜10を形成する工程と、第1溝7内を第2絶縁膜11で充填する工程と、第1溝7内の側面の一方を覆うカーボン膜10を除去し、第1絶縁膜8の一部を露出させる工程と、第2絶縁膜11と露出された第1絶縁膜8を除去し、半導体基板1の一部を露出する工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図11
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
近年、半導体装置の微細化に伴い、従来のプレーナ型MOSトランジスタに代えて、縦型MOSトランジスタの適用が検討されている。この縦型MOSトランジスタでは、ピラー形状(柱形状)のチャネル領域の側面にゲート電極を配置し、ソース電極およびドレイン電極は、ゲート電極を挟んでピラーの上下方向側に設けられる。
そして、下方に位置するソース電極に接続するビット線を設ける際に、半導体基板内に埋め込んだ導電体を用いて配線を形成すると、占有面積が低減されて、半導体装置をさらに小型化することができる。
特許文献1、2には、半導体基板内に埋め込んだ導電体でビット線を形成する方法が提案されている。
特許文献1、2には、半導体基板内に埋め込んだ導電体でビット線を形成する方法が提案されている。
ところで、縦型MOSトランジスタを複数配列して、メモリセルを形成する場合には、半導体基板内に導電体を埋め込んで形成したビット線と縦型MOSトランジスタのソース電極との接続部を、トランジスタのピラー側面の一部にのみ設ける必要がある。したがって、従来の方法(例えば特許文献1参照)では、ピラーに隣接する溝(トレンチ)の側面の一部をフォトレジスト膜で覆ってエッチングすることにより、接続部を形成していた。
しかしながら、溝内に充填されたフォトレジスト膜を通常の露光方法を用いてパターニングしようとした場合、溝の深さに応じてフォトレジスト膜の膜厚が厚くなり、解像度が大幅に低下してしまうことになる。その結果、設計ルールが微細化した場合(例えば、設計ルール50nm以降の世代)には、溝内の一部のみを覆うマスクパターンを、フォトレジスト膜を用いて精度よく形成することは困難であった。
そこで、本発明は、以下の構成を採用した。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に、一方向に延在する第1溝を形成する第1溝形成工程と、前記第1溝の底部側の側面に、第1絶縁膜を形成する第1絶縁膜形成工程と、前記第1溝内のうち、前記第1絶縁膜の上端よりも下側の部分に、第1導電型ドーパントを含む第1半導体膜を充填する第1半導体膜形成工程と、前記第1半導体膜上の前記第1溝の側面にカーボン膜を形成するカーボン膜形成工程と、前記第1溝内を、第2絶縁膜で充填する第2絶縁膜形成工程と、前記第1溝内の対向する側面の一方を覆う前記カーボン膜の上部を露出するように前記第2絶縁膜をエッチングするカーボン膜露出工程と、上部が露出した前記カーボン膜を除去し、前記第1絶縁膜の一部を露出させる第1カーボン膜除去工程と、前記第2絶縁膜と露出された前記第1絶縁膜を除去し、前記半導体基板の一部を露出する第1絶縁膜除去工程と、残存する前記カーボン膜を除去する第2カーボン膜除去工程と、前記第1溝内の前記第1半導体膜上に、第1導電型ドーパントを含む第2半導体膜を充填することにより、前記第1半導体膜および前記第2半導体膜からなる埋め込み半導体膜を前記第1溝内に形成する埋め込み半導体膜形成工程と、前記埋め込み半導体膜中の前記第1導電型ドーパントを前記露出した半導体基板に拡散させて前記半導体基板に拡散層を形成する拡散層形成工程と、を有することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に、一方向に延在する第1溝を形成する第1溝形成工程と、前記第1溝の底部側の側面に、第1絶縁膜を形成する第1絶縁膜形成工程と、前記第1溝内のうち、前記第1絶縁膜の上端よりも下側の部分に、第1導電型ドーパントを含む第1半導体膜を充填する第1半導体膜形成工程と、前記第1半導体膜上の前記第1溝の側面にカーボン膜を形成するカーボン膜形成工程と、前記第1溝内を、第2絶縁膜で充填する第2絶縁膜形成工程と、前記第1溝内の対向する側面の一方を覆う前記カーボン膜の上部を露出するように前記第2絶縁膜をエッチングするカーボン膜露出工程と、上部が露出した前記カーボン膜を除去し、前記第1絶縁膜の一部を露出させる第1カーボン膜除去工程と、前記第2絶縁膜と露出された前記第1絶縁膜を除去し、前記半導体基板の一部を露出する第1絶縁膜除去工程と、残存する前記カーボン膜を除去する第2カーボン膜除去工程と、前記第1溝内の前記第1半導体膜上に、第1導電型ドーパントを含む第2半導体膜を充填することにより、前記第1半導体膜および前記第2半導体膜からなる埋め込み半導体膜を前記第1溝内に形成する埋め込み半導体膜形成工程と、前記埋め込み半導体膜中の前記第1導電型ドーパントを前記露出した半導体基板に拡散させて前記半導体基板に拡散層を形成する拡散層形成工程と、を有することを特徴とする。
本発明では、第1溝の側面の一方のみを覆うカーボン膜を形成した状態で、第2絶縁膜と露出された第1絶縁膜を除去する。これにより、第1溝の内部にフォトレジスト膜のパターニングを形成することなく、第1溝の側面の片側のみ半導体基板の表面を露出させることができる。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態として、4F2型にレイアウトされたMOS型トランジスタのDRAMメモリセルについて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。
[第1の実施形態]
まず、第1の実施形態である半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置について説明する。図1は、本実施形態の半導体装置40のメモリセル領域を模式的に示す斜視図であり、図2は、図1に示す半導体装置40の平面模式図であり、図3は、図2のA−A’間断面図である。なお、図2においてキャパシタ32は省略されて記載されている。
まず、第1の実施形態である半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置について説明する。図1は、本実施形態の半導体装置40のメモリセル領域を模式的に示す斜視図であり、図2は、図1に示す半導体装置40の平面模式図であり、図3は、図2のA−A’間断面図である。なお、図2においてキャパシタ32は省略されて記載されている。
図1に示すように、本実施形態の半導体装置40は、ビット配線20と、ワード配線30と、半導体基板1(図3参照)をパターニングして形成したピラー23と、キャパシタ32と、を備えた構成となっている。
具体的に述べると、ビット配線20は、図2に示すように平面視した際に、Y方向に延在して設けられており、ワード配線30は、ビット配線20と直交するようにX方向に延在するように設けられている。
また、ビット配線20およびワード配線30はいずれも半導体基板1にビット配線溝(図示略)およびワード配線溝(図示略)を形成し、その溝を埋め込むように形成されており、ビット配線20およびワード配線30によって囲まれた矩形状の領域には、ピラー23が形成される。
また、ビット配線20とワード配線30は、半導体基板1内において配置される高さが異なっており、ビット配線20の上方にワード配線30が設けられた構成となっている。
また、ビット配線20とワード配線30は、半導体基板1内において配置される高さが異なっており、ビット配線20の上方にワード配線30が設けられた構成となっている。
ピラー23の下側には、図1に示すように、半導体基板1に不純物が導入された下部不純物拡散層21が形成されており、この下部不純物拡散層21はソース・ドレイン電極の一方として機能する。
また、ピラー23の上部には、同じく半導体基板1に不純物が導入された上部不純物拡散層34(図3参照)が形成されており、この上部不純物拡散層34がソース・ドレイン電極の他方として機能する。
また、ピラー23の上部には、同じく半導体基板1に不純物が導入された上部不純物拡散層34(図3参照)が形成されており、この上部不純物拡散層34がソース・ドレイン電極の他方として機能する。
ピラー23の上部に設けられた上部不純物拡散層34上には、キャパシタ32が設けられているが、これは直接上部不純物拡散層34上に設けられていてもよいし、ポリシリコンまたはタングステン等で形成したコンタクトプラグ33を介して接続していてもよい。
また、ピラー23の下側に設けられた下部不純物拡散層21は、ビット線20と電気的に接続されている。すなわち、図2に示すように、ビット線20の両側面20a、20bにピラー23が形成されているが、ビット線20は、一方の側面20a(図2では左側)に配置されたピラー23とのみ下部不純物拡散層21を介して電気的に接続されている。一方、ビット線20の他方の側面(図2では右側)のピラー23とは、絶縁膜8(図3参照)を介して接続されており、電気的に分離されている。
また、ピラー23の側面23a、23bで、ビット配線20が配置されていない側面23a(図2では上下の側面)には、ワード配線30がそれぞれ絶縁膜32を介して配置されている。
また、ピラー23を挟むワード配線30a、30bは、それぞれX方向に延在しており、端部E、および各ピラー23間に設けられた接続部31を介して接続されており、1つのワード配線30として機能している。すなわち、ワード配線30は、図2に示すように、平面視した際に梯子上に形成されている。このように端部Eおよび接続部31を設け、梯子状に形成した結果、ワード配線30の電気抵抗は低減し、MOS型トランジスタを安定して動作させることができる。
また、ピラー23を挟むワード配線30a、30bは、それぞれX方向に延在しており、端部E、および各ピラー23間に設けられた接続部31を介して接続されており、1つのワード配線30として機能している。すなわち、ワード配線30は、図2に示すように、平面視した際に梯子上に形成されている。このように端部Eおよび接続部31を設け、梯子状に形成した結果、ワード配線30の電気抵抗は低減し、MOS型トランジスタを安定して動作させることができる。
また、断面構造についてより詳しく説明すると、図3に示すように、ビット配線20の上には、絶縁膜37を介してワード配線30の接続部31が設けられており、ワード配線30の接続部31の上には絶縁膜36が設けられている。この絶縁膜の上端が半導体基板1aの上端となっている。
本実施形態の半導体装置40は、以上のような構成をしている。
本実施形態の半導体装置40は、以上のような構成をしている。
次に、上述した本実施形態の半導体装置40の製造方法について説明する。なお、以下の図4〜図21は、図2のA−A’間断面を示す断面工程図である。
<第1溝形成工程>
まず、図4に示すように、半導体基板1上に酸化シリコン膜2およびマスク窒化シリコン膜3を順次成膜する。
半導体基板1としては、例えばシリコン基板をもちいてよく、酸化シリコン膜2の形成には熱酸化法を用いればよい。また、マスク窒化シリコン膜3の成膜には、例えばプラズマCVD法を用いればよい。
<第1溝形成工程>
まず、図4に示すように、半導体基板1上に酸化シリコン膜2およびマスク窒化シリコン膜3を順次成膜する。
半導体基板1としては、例えばシリコン基板をもちいてよく、酸化シリコン膜2の形成には熱酸化法を用いればよい。また、マスク窒化シリコン膜3の成膜には、例えばプラズマCVD法を用いればよい。
次に、例えばフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、ビット配線20を形成する位置に対応するマスク窒化シリコン膜3を除去して、図2のY方向に延在するマスクパターンを形成する。その後、マスクパターンが形成されたマスク窒化シリコン膜3をマスクとして、異方性ドライエッチングを行い、半導体基板1に溝4を形成する。
すなわち、溝4は、図2のY方向に延在して形成される。なお、溝4の幅は、45nm程度に形成し、溝4同士の間隔も同じく45nm程度に形成することが好ましい。
すなわち、溝4は、図2のY方向に延在して形成される。なお、溝4の幅は、45nm程度に形成し、溝4同士の間隔も同じく45nm程度に形成することが好ましい。
次に、図5に示すように、溝4の内壁を覆う酸化シリコン膜5および窒化シリコン膜6を順次成膜し、エッチバックを行って、溝4の側面を覆うサイドウォール18を形成する。
その後、形成したサイドウォール18およびマスク窒化シリコン膜3をマスクにして、異法性ドライエッチングを行い、溝17を形成する。このようにして溝4と溝17とからなる溝7(第1溝)が形成される。なお、溝7の底部には、後の工程でビット配線20が埋め込まれる。また、溝7の深さは、半導体基板1の上面1aから溝7の底面7aまでの距離Lが250nm程度に形成されているのが好ましい。
その後、形成したサイドウォール18およびマスク窒化シリコン膜3をマスクにして、異法性ドライエッチングを行い、溝17を形成する。このようにして溝4と溝17とからなる溝7(第1溝)が形成される。なお、溝7の底部には、後の工程でビット配線20が埋め込まれる。また、溝7の深さは、半導体基板1の上面1aから溝7の底面7aまでの距離Lが250nm程度に形成されているのが好ましい。
<第1絶縁膜形成工程>
次に、図6に示すように、熱酸化処理を行う。これにより、溝7の内壁で、半導体基板1を構成するシリコンが露出している部分に、酸化シリコン膜8(第1絶縁膜)が形成される。すなわち、溝7の側面および底部側側面に酸化シリコン膜8が形成される。
次に、図6に示すように、熱酸化処理を行う。これにより、溝7の内壁で、半導体基板1を構成するシリコンが露出している部分に、酸化シリコン膜8(第1絶縁膜)が形成される。すなわち、溝7の側面および底部側側面に酸化シリコン膜8が形成される。
<第1半導体膜形成工程>
次に、溝7内に、第1導電型のドーパントを含む半導体膜を形成する。具体的には、ヒ素(As)等のドーパントを含有したポリシリコン膜をプラズマCVD法によって堆積する。その後、図7に示すように、エッチバックを行うことにより、溝7の底部にポリシリコン膜9(第1半導体膜)を残存させる。
なお、この際、ポリシリコン膜9の上面9aは、サイドウォール用の窒化シリコン膜6の下端6aよりも下方に、すなわち酸化シリコン膜8の上端8aよりも下方に位置するように、エッチバック量の制御を行う。
このようにして、溝7内のうち、酸化シリコン膜8の上端8aよりも下側の部分に、第1導電型ドーパントを含むポリシリコン膜9を充填する。
次に、溝7内に、第1導電型のドーパントを含む半導体膜を形成する。具体的には、ヒ素(As)等のドーパントを含有したポリシリコン膜をプラズマCVD法によって堆積する。その後、図7に示すように、エッチバックを行うことにより、溝7の底部にポリシリコン膜9(第1半導体膜)を残存させる。
なお、この際、ポリシリコン膜9の上面9aは、サイドウォール用の窒化シリコン膜6の下端6aよりも下方に、すなわち酸化シリコン膜8の上端8aよりも下方に位置するように、エッチバック量の制御を行う。
このようにして、溝7内のうち、酸化シリコン膜8の上端8aよりも下側の部分に、第1導電型ドーパントを含むポリシリコン膜9を充填する。
<カーボン膜形成工程>
次に、図8に示すように、溝7の内部を完全に充填しない膜厚で、カーボン膜10を形成する。これにより、ポリシリコン膜9の上面9aおよび溝7の側面は、カーボン膜10によって覆われることとなる。
次に、図8に示すように、溝7の内部を完全に充填しない膜厚で、カーボン膜10を形成する。これにより、ポリシリコン膜9の上面9aおよび溝7の側面は、カーボン膜10によって覆われることとなる。
なお、カーボン膜10の例としては、メタン(CH4)、アセチレン(C2H2)、エタン(C2H6)等のハイドロカーボンを主原料として、プラズマCVD法によって堆積した非晶質カーボン膜(アモルファス・カーボン膜)を例示することができる。
<第2絶縁膜形成工程>
次に、図9に示すように、異方性ドライエッチングを行い、ポリシリコン膜9の上面9aを覆っているカーボン膜10のみを除去する。したがって、溝7の側面部分は除去されず、窒化シリコン膜6および酸化シリコン膜8は、露出されずにカーボン膜10に覆われたままである。
次に、図9に示すように、異方性ドライエッチングを行い、ポリシリコン膜9の上面9aを覆っているカーボン膜10のみを除去する。したがって、溝7の側面部分は除去されず、窒化シリコン膜6および酸化シリコン膜8は、露出されずにカーボン膜10に覆われたままである。
その後、溝7内を充填するとともに、マスク窒化シリコン膜3上を覆うように、プラズマCVD法等によって酸化シリコン膜11(第2絶縁膜)を形成する。なお、酸化シリコン膜11を成膜した後に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)を行って上面11aを平坦化してもよい。
<カーボン膜露出工程>
次に、図10に示すように、フォトレジスト膜12を用いて、図2のY方向に延在するライン形状のマスクパターンを形成する。
具体的には、フォトレジスト膜12の幅Cを、溝4の幅Bと同程度になるようにし、溝4とは距離Dだけ位置をずらすように設ける。このようにフォトレジスト膜12を成膜した結果、平面視した際に、フォトレジスト膜12によるマスクパターンは、溝7のY方向に延在する対向する側面の一方のみ(図10では右側側面)と重なるように配置されている。
次に、図10に示すように、フォトレジスト膜12を用いて、図2のY方向に延在するライン形状のマスクパターンを形成する。
具体的には、フォトレジスト膜12の幅Cを、溝4の幅Bと同程度になるようにし、溝4とは距離Dだけ位置をずらすように設ける。このようにフォトレジスト膜12を成膜した結果、平面視した際に、フォトレジスト膜12によるマスクパターンは、溝7のY方向に延在する対向する側面の一方のみ(図10では右側側面)と重なるように配置されている。
次に、図11に示すように、フォトレジスト膜12をマスクとして異方性ドライエッチングを行い、酸化シリコン膜11の一部を除去する。この際、異方性エッチングは、カーボン膜10の上部10aが露出した時点で停止するようにする。
ここで、フォトレジスト膜12は、前述のように溝7のY方向に延在する側面の一方のみと重なっているので、他方の側面(図10では左側側面)側が除去されることになる。したがって、フォトレジスト膜12で覆われた側の溝7の側面(図10では右側側面)に設けられたカーボン膜10は、酸化シリコン膜11で覆われたままとなる。このようにして、溝7内の対向する側面の一方を覆うカーボン膜10のみの上部を露出する。
ドライエッチング後に、フォトレジスト膜12は除去する。
ドライエッチング後に、フォトレジスト膜12は除去する。
<第1カーボン膜除去工程>
次に、図12に示すように、酸素(O2)ガスを用いたプラズマアッシング法によって、上部10aが露出している側のカーボン膜10を除去する。これにより、溝7の底部では、カーボン膜10が除去された側(図12では左側)の側面のみ、酸化シリコン膜8が露出する。
次に、図12に示すように、酸素(O2)ガスを用いたプラズマアッシング法によって、上部10aが露出している側のカーボン膜10を除去する。これにより、溝7の底部では、カーボン膜10が除去された側(図12では左側)の側面のみ、酸化シリコン膜8が露出する。
<第1絶縁膜除去工程>
次に、図13に示すように、例えばフッ酸(HF)を含有した薬液を用いて湿式エッチングを行うことにより、酸化シリコン膜11を除去する。
この際、溝7の底部において露出していた酸化シリコン膜8も、薬液にさらされることで除去される。したがって、溝7の底部側側面で、酸化シリコン膜8が除去された領域Qでは、半導体基板1の表面が露出していることとなる。なお、溝7の底部側側面で、カーボン膜10によって覆われている側の酸化シリコン膜8は、カーボン膜10で覆われているので、そのまま残存する。
次に、図13に示すように、例えばフッ酸(HF)を含有した薬液を用いて湿式エッチングを行うことにより、酸化シリコン膜11を除去する。
この際、溝7の底部において露出していた酸化シリコン膜8も、薬液にさらされることで除去される。したがって、溝7の底部側側面で、酸化シリコン膜8が除去された領域Qでは、半導体基板1の表面が露出していることとなる。なお、溝7の底部側側面で、カーボン膜10によって覆われている側の酸化シリコン膜8は、カーボン膜10で覆われているので、そのまま残存する。
<第2カーボン膜除去工程>
次に、図14に示すように、酸素ガスを用いたプラズマアッシング法によって、残存しているカーボン膜10を除去する。その結果、溝7の底部側でポリシリコン膜9よりも上の側面は、一方(図14では左側)が半導体基板1の表面が露出しており、他方(図14では右側)が酸化シリコン膜8によって覆われることになる。
次に、図14に示すように、酸素ガスを用いたプラズマアッシング法によって、残存しているカーボン膜10を除去する。その結果、溝7の底部側でポリシリコン膜9よりも上の側面は、一方(図14では左側)が半導体基板1の表面が露出しており、他方(図14では右側)が酸化シリコン膜8によって覆われることになる。
<埋め込み半導体膜形成工程>
次に、図15に示すように、溝7内のポリシリコン膜9上に、第1導電型のドーパントを含む半導体膜を形成する。具体的には、例えばプラズマCVD法によって、ポリシリコン膜9と同じドーパント(本実施形態ではヒ素)を含有するポリシリコン膜13(第2半導体膜)で、溝7内を充填する。このようにして、ポリシリコン膜9およびポリシリコン膜13からなる埋め込み半導体膜19を形成する。
この際、マスク窒化シリコン膜3上にもポリシリコン膜13が堆積するようにする。
次に、図15に示すように、溝7内のポリシリコン膜9上に、第1導電型のドーパントを含む半導体膜を形成する。具体的には、例えばプラズマCVD法によって、ポリシリコン膜9と同じドーパント(本実施形態ではヒ素)を含有するポリシリコン膜13(第2半導体膜)で、溝7内を充填する。このようにして、ポリシリコン膜9およびポリシリコン膜13からなる埋め込み半導体膜19を形成する。
この際、マスク窒化シリコン膜3上にもポリシリコン膜13が堆積するようにする。
次に、図16に示すように、溝7内にポリシリコン膜13を残存させるようにしながら、エッチバックを行う。この際、半導体基板1の露出している領域Qが、ポリシリコン膜13で覆われた状態となるように、エッチバック量を制御する。
この残存するポリシリコン膜9とポリシリコン膜13は一体となって、ビット配線20(配線層)として機能し、ビット配線20は、領域Qにおいて、半導体基板1と接触している。
一方、溝7の底部側側面で、領域Qと対向する側面では、ビット配線20と半導体基板1の間には酸化シリコン膜8が設けられており、絶縁されている。
一方、溝7の底部側側面で、領域Qと対向する側面では、ビット配線20と半導体基板1の間には酸化シリコン膜8が設けられており、絶縁されている。
<拡散層形成工程>
次に、図17に示すように、例えば高温の窒素雰囲気中でアニール処理を行う。これにより、ポリシリコン膜9ないしポリシリコン膜13に含有していたドーパント(本実施形態ではヒ素)が、半導体基板1内に拡散し、下部不純物拡散層21(拡散層)が形成される。
アニール処理の具体例としては、ランプアニール装置を用い、1000℃の窒素雰囲気中で、5〜10秒程度の加熱条件で処理する方法が挙げられる。
このようにして、下部不純物拡散層21は、半導体基板1内でビット配線20と直接接触している部分近傍に形成される。
次に、図17に示すように、例えば高温の窒素雰囲気中でアニール処理を行う。これにより、ポリシリコン膜9ないしポリシリコン膜13に含有していたドーパント(本実施形態ではヒ素)が、半導体基板1内に拡散し、下部不純物拡散層21(拡散層)が形成される。
アニール処理の具体例としては、ランプアニール装置を用い、1000℃の窒素雰囲気中で、5〜10秒程度の加熱条件で処理する方法が挙げられる。
このようにして、下部不純物拡散層21は、半導体基板1内でビット配線20と直接接触している部分近傍に形成される。
そして、下部不純物拡散層21は、MOSトランジスタのソース・ドレイン電極の一方として機能する。
なお、後続の工程で加わる熱履歴によって、下部不純物拡散層21が形成される場合には、独立したアニール処理を実施しなくてもよい。
なお、後続の工程で加わる熱履歴によって、下部不純物拡散層21が形成される場合には、独立したアニール処理を実施しなくてもよい。
下部不純物拡散工程の後は、図18に示すように、溝7内に酸化シリコン膜等の層間絶縁膜22を成膜する。
その後は、公知の手段を用いて、溝7を第3絶縁膜(図示略)で充填する。その後、ワード配線30を形成する位置で、溝7の延在する方工と直交するX方向(図2参照)に延在する第2溝(図示略)を半導体基板に形成し、当該第2溝および溝7とで区画された半導体基板1に凸状に残存するピラー23を形成する。また、公知の手段を用いて、第2溝内にゲート絶縁膜32を形成し、ゲート絶縁膜32と接するように第2溝内に導電膜を形成し、導電膜の中央部を除去することでワード配線30(ゲート電極)を形成する。これにより、ワード配線30がゲート絶縁膜32を解してピラー23と接するようなる。また、ピラー23の上部に、第1導電型ドーパントを混入して上部不純物拡散領域34(上部拡散層)を形成し、この上部不純物拡散領域34上にキャパシタ32を形成する。このようにして、図1ないし図3に示した半導体装置40を形成する。
その後は、公知の手段を用いて、溝7を第3絶縁膜(図示略)で充填する。その後、ワード配線30を形成する位置で、溝7の延在する方工と直交するX方向(図2参照)に延在する第2溝(図示略)を半導体基板に形成し、当該第2溝および溝7とで区画された半導体基板1に凸状に残存するピラー23を形成する。また、公知の手段を用いて、第2溝内にゲート絶縁膜32を形成し、ゲート絶縁膜32と接するように第2溝内に導電膜を形成し、導電膜の中央部を除去することでワード配線30(ゲート電極)を形成する。これにより、ワード配線30がゲート絶縁膜32を解してピラー23と接するようなる。また、ピラー23の上部に、第1導電型ドーパントを混入して上部不純物拡散領域34(上部拡散層)を形成し、この上部不純物拡散領域34上にキャパシタ32を形成する。このようにして、図1ないし図3に示した半導体装置40を形成する。
本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、溝7の側面の一方のみを覆うカーボン膜10を形成した状態で、酸化シリコン膜8と酸化シリコン膜11を除去する。これにより、溝7の内部にフォトレジスト膜のパターニングを形成することなく、溝7の側面の片側のみ半導体基板1の表面を露出させることができる。
また、本実施形態の半導体装置の製造方法では、カーボン膜10を用いているところ、カーボン膜10は酸素プラズマによるアッシングによって容易に除去することが可能であり、溝7の側面の片側のみ半導体基板1の表面を精度よく露出させることができる。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態である半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、第1の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態である半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、第1の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
本実施形態では、第1の実施形態と異なり、埋め込み半導体膜19を形成した後、エッチバック等を行うことなく、下部不純物拡散工程を経た後に、埋め込み半導体膜19を除去する点が異なる。
具体的には、図19に示すように、第1の実施形態と同様に溝7内にポリシリコン膜13を導入して、埋め込み半導体膜19を形成した後、エッチバック等を行うことなく、そのまま高温の窒素雰囲気中でアニール処理を行う。
この際、ポリシリコン9ないしポリシリコン膜13に含有していた不純物は、半導体基板1に拡散し、下部不純物拡散層21が形成される。
具体的には、図19に示すように、第1の実施形態と同様に溝7内にポリシリコン膜13を導入して、埋め込み半導体膜19を形成した後、エッチバック等を行うことなく、そのまま高温の窒素雰囲気中でアニール処理を行う。
この際、ポリシリコン9ないしポリシリコン膜13に含有していた不純物は、半導体基板1に拡散し、下部不純物拡散層21が形成される。
次に、図20に示すように、溝7内を充填しているポリシリコン膜9およびポリシリコン膜13をドライエッチングにより除去する。これにより、溝7の底面7aを覆う酸化シリコン膜8が露出する。
なお、この際、ポリシリコン膜9およびポリシリコン膜13を全部除去しても構わないが、半導体基板1とポリシリコン膜13が直接接触していた領域には、ポリシリコン膜13が薄膜13aとして残存していても構わない。
なお、この際、ポリシリコン膜9およびポリシリコン膜13を全部除去しても構わないが、半導体基板1とポリシリコン膜13が直接接触していた領域には、ポリシリコン膜13が薄膜13aとして残存していても構わない。
次に、図21に示すように、溝7内に金属膜24を充填し、金属膜24が下部不純物拡散層21と接触するようにしながら、エッチバックを行うことで溝7の底部に金属膜24を残存させる。これにより、残存した金属膜24は下部不純物拡散層21と直接または薄膜13aとなったポリシリコン膜13を介して導通し、ビット配線20(配線層)として機能する。
金属膜24としては、チタン(Ti)および窒化チタン(TiN)の積層膜からなるバリア膜上にタングステン(W)を堆積した構造を例示できる。
ビット配線20を形成した後は、第1の実施形態と同様にワード配線30、キャパシタ32等を形成する。
金属膜24としては、チタン(Ti)および窒化チタン(TiN)の積層膜からなるバリア膜上にタングステン(W)を堆積した構造を例示できる。
ビット配線20を形成した後は、第1の実施形態と同様にワード配線30、キャパシタ32等を形成する。
本実施形態でも第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
加えて、ビット配線20を金属膜24で構成するので、電気抵抗を低減し、高性能なメモリセルを製造することができる。
加えて、ビット配線20を金属膜24で構成するので、電気抵抗を低減し、高性能なメモリセルを製造することができる。
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態では、縦型MOSトランジスタのメモリセルを形成する場合について説明したが、溝の底部側面に不純物拡散層を設け、当該不純物拡散層と溝の底部に設けた配線とを接続する半導体装置であれば、どのようなものであっても構わない。
例えば、上記実施形態では、縦型MOSトランジスタのメモリセルを形成する場合について説明したが、溝の底部側面に不純物拡散層を設け、当該不純物拡散層と溝の底部に設けた配線とを接続する半導体装置であれば、どのようなものであっても構わない。
本発明は、半導体装置に関するものなので、半導体装置を製造する製造業において幅広く利用することができる。
1・・・半導体基板、7・・・溝(第1溝)、8・・・酸化シリコン膜(第1絶縁膜)、9・・・ポリシリコン膜(第1導電膜)、10・・・カーボン膜、11・・・酸化シリコン膜(第2絶縁膜)、13・・・ポリシリコン膜(第2導電膜)、20・・・ビット線、21・・・下部不純物拡散層、23・・・ピラー、24・・・金属膜(第3導電膜)、30・・・ワード配線、34・・・上部不純物拡散層
Claims (8)
- 半導体基板に、一方向に延在する第1溝を形成する第1溝形成工程と、
前記第1溝の底部側の側面に、第1絶縁膜を形成する第1絶縁膜形成工程と、
前記第1溝内のうち、前記第1絶縁膜の上端よりも下側の部分に、第1導電型ドーパントを含む第1半導体膜を充填する第1半導体膜形成工程と、
前記第1半導体膜上の前記第1溝の側面にカーボン膜を形成するカーボン膜形成工程と、
前記第1溝内を、第2絶縁膜で充填する第2絶縁膜形成工程と、
前記第1溝内の対向する側面の一方を覆う前記カーボン膜の上部を露出するように前記第2絶縁膜をエッチングするカーボン膜露出工程と、
上部が露出した前記カーボン膜を除去し、前記第1絶縁膜の一部を露出させる第1カーボン膜除去工程と、
前記第2絶縁膜と露出された前記第1絶縁膜を除去し、前記半導体基板の一部を露出する第1絶縁膜除去工程と、
残存する前記カーボン膜を除去する第2カーボン膜除去工程と、
前記第1溝内の前記第1半導体膜上に、第1導電型ドーパントを含む第2半導体膜を充填することにより、前記第1半導体膜および前記第2半導体膜からなる埋め込み半導体膜を前記第1溝内に形成する埋め込み半導体膜形成工程と、
前記埋め込み半導体膜中の前記第1導電型ドーパントを前記露出した半導体基板に拡散させて前記半導体基板に拡散層を形成する拡散層形成工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1カーボン膜除去工程において、酸素プラズマを用いて、上部が露出した前記カーボン膜を除去することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1溝形成工程は、
前記半導体基板上にマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを用いてドライエッチングを行い、前記半導体基板に溝を形成する工程と、
前記溝内の側面を覆う絶縁膜サイドウォールを形成する工程と、
前記マスクパターンおよび前記絶縁膜サイドウォールをマスクとして用いてドライエッチングを行い、前記溝の底部の前記半導体基板をさらに除去する工程と、を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜を共に酸化シリコン膜で形成し、
前記第1絶縁膜除去工程において、フッ酸を含有した薬液を用いた湿式エッチングを行って、前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜を同時に除去することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記埋め込み半導体膜形成工程後、前記埋め込み半導体膜の一部を除去し、前記第1溝内に残存した前記埋め込み半導体膜からなる配線層を形成してから、前記拡散層形成工程を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記拡散層形成工程後、前記埋め込み半導体膜の全部を除去し、前記第1溝内に金属膜を前記拡散層に接するように形成して配線層とすることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記拡散層形成工程後、前記埋め込み半導体膜のうち、前記拡散層に接する薄膜を残して除去し、前記第1溝内に金属膜を前記薄膜に接するように形成して配線層とすることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1溝を第3絶縁膜で埋めたのち、前記第1溝と直行する第2溝を前記半導体基板に形成して、前記第1溝と前記第2溝とで区画されたピラーを設ける工程と、
前記第2溝から露出する前記ピラーの側壁面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜に接するゲート電極を形成する工程と、
前記ピラーの上部に第1導電型ドーパントを拡散させて上部拡散層を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP2010118294A JP2011249396A (ja) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | 半導体装置の製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013251525A (ja) * | 2012-05-31 | 2013-12-12 | Sk Hynix Inc | 自己整列されたゲート電極を備える垂直チャネルトランジスタ及びその製造方法 |
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2010
- 2010-05-24 JP JP2010118294A patent/JP2011249396A/ja active Pending
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