JP2012174790A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活性領域とビット線コンタクトとの間の接触面積が大きく、コンタクト抵抗の低下が図られた半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体装置１００は、基板１に形成された第１の方向に延在する第1の溝４と、第1の溝４の下部を埋めこんで形成された第２の絶縁層６と、基板１に形成された第１の方向に直交する第２の方向に延在する複数の第２の溝と、第２の溝の下部を埋めこんで第２の溝内に形成されたワード線と、第1の溝４と第２の溝とによって基板１内に区画して形成され、基板１に垂直に立設すると共に、上部に拡散領域２３ａを有する半導体ピラー１ｄと、第１の方向に並ぶ所定数ごとの半導体ピラー１ｄにその上部の側面を介して拡散領域２３ａに接続するビット線コンタクト２２ａと、ビット線コンタクト２２ａに接続するビット線２６と、を備える。
【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、半導体装置の高集積化、高性能化に伴い、半導体装置の配線ピッチは益々縮小され、さらなる縮小が求められている。そしてこれに伴い、克服すべき課題が生じている。例えば、半導体装置の一例であるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）では、配線ピッチの縮小に伴い、メモリセルにおいて、活性領域とビット線コンタクトとの間の接触面積が縮小化され、これに伴うコンタクト抵抗の増大の問題が発生している。
特に、活性領域がビット線及びワード線に対して交差する方向に延在する構成（例えば、特許文献１）では、活性領域とビット線コンタクトとの間の接触面積の縮小が顕著である。

特許文献２には、活性領域がビット線の延在方向に対して平行に配置される構成で、活性領域をＴ字形状にしてＴ字の凸部分の上面にビット線コンタクトをコンタクトさせることにより、活性領域若しくは不純物拡散領域とビット線コンタクトとの間の接触面積の増大を図り、コンタクト抵抗を低下させる方法が開示されている。

特開２０１０−１４７０７８号公報 特開２０００−３０７０８４号公報

しかしながら、活性領域がビット線に延在する方向に平行な構成であっても、活性領域をＴ字形状にする上記構成ではＴ字の凸部分のためにＤＲＡＭの高集積化を十分に達成できないという問題があった。

そこで、本発明は、以下の構成を採用した。
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の主面に形成された第１の方向に直線状に延在する複数の第1の溝と、前記第1の溝の下部を埋めこんで形成された第２の絶縁層からなる素子分離領域と、前記半導体基板の主面に形成された第１の方向に直交する第２の方向に直線状に延在する複数の第２の溝と、前記第２の溝の下部を埋め込んで、該第２の溝の内壁上の第５の絶縁膜を介して第２の溝内に形成されたワード線と、前記第1の溝と前記第２の溝とによって前記半導体基板内に区画して形成され、前記半導体基板の主面に対して垂直方向に立設すると共に、上部に活性領域たる不純物拡散領域を有する複数の半導体ピラーと、第1の方向に並ぶ所定数ごとの半導体ピラーにその前記上部の側面を介して前記不純物拡散領域に電気的に接続すると共に、前記第２の絶縁層上に形成されたビット線コンタクトと、第１の方向に直線状に延在し、前記ビット線コンタクトに電気的に接続するビット線と、を備えることを特徴とする。

以上のように、本発明は、直線状に並んで配置する活性領域が直線状に並んで配置するビット線と平行な構成であって、ビット線コンタクトが活性領域の半導体ピラーの上部の不純物拡散領域の側面に接触することにより電気的なコンタクトをとる構成なので、従来技術のようにビット線コンタクトを形成するために活性領域をＴ字状に形成していた構成が不要となりメモリセルの微細化を図ることが可能となる。また、活性領域の側面にコンタクトを形成する構成となるので、平面的な活性領域の面積を増大することなく、活性領域（不純物拡散領域）とビット線コンタクトとの間の接触面積を増大させることが可能となり、コンタクト抵抗の低下を図ることができる。また、本発明は、トランジスタのゲート電極となるワード線が溝内に埋め込まれており半導体基板表面より上方に突出していない。
且つ、ビット線を活性領域に平行に延在する構成としていることからビット線が活性領域を横切らない構成となっており、微細化された状態でもストレージノードコンタクトとなる活性領域の上面の面積を最大限確保することができストレージノードコンタクトの抵抗を低減することができる。

本発明を適用した半導体装置の一例の一部を示す平面レイアウト図である。 図１Ａに示す半導体装置を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図２Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図２Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図３Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図３Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図４Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図４Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図５Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図５Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図６Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図６Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図７Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図７Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図８Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図８Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図９Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図９Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１０Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１０Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１１Ａに示す半導体装置を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１１Ａに示す半導体装置を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１２Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１２Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１３Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１３Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１４Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１４Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１５Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１５Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１６Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１６Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１７Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１７Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１８Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１８Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図１９Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図１９Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。 図１Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための平面レイアウト図である。 図２０Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ａ−Ａによる断面図である。 図２０Ａに示す半導体装置の製造工程を説明するための図であり、切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。

以下に、本発明を適用した一実施形態である半導体装置及びその製造方法について、図
面を適宜参照しながら説明する。本実施形態においては、半導体装置の一例として、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）に、本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明する図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置等の寸法関係とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示する材料や寸法等は一例であり、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
以下の実施形態では、実施例を併せて説明するが、具体的に示した材料や寸法等の条件は例示に過ぎない。

まず、図１Ａ〜図１Ｃに示す本発明を適用した半導体装置の一例である半導体記憶装置（ＤＲＡＭ）の構造について説明する。図示した構造は半導体装置の一部を示すものである。
なお、図１Ａはこの半導体装置１００の一部を示す平面レイアウトを示す図である。その内部の構造も一部示している。図１Ｂは図１Ａで示す半導体装置１００の切断線Ａ−Ａによる断面図、図１Ｃは図１Ａで示す半導体装置１００の切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。

この半導体装置１００は、最終的にＤＲＡＭとして機能させるものであり、各メモリセルはソース又はドレイン領域（不純物拡散領域）２３ａ、２３ｂ、及びゲート電極(ワード線)１７を有するＭＯＳトランジスタと、キャパシタ４０とを有する。
図１Ａにおいてはキャパシタ４０の位置を示しているが、図１Ｂにおいては省略している。
なお、本実施形態で説明する半導体装置（ＤＲＡＭ）１００は、図１Ａに示すように、６Ｆ^２（２Ｆ×３Ｆ）セル配置（Ｆは最小加工寸法）とされている。

この半導体装置１００は、半導体基板１の主面に形成されたｙ方向（第１の方向）に直線状に延在する複数の素子分離溝（第1の溝）４と、素子分離溝４の下部を埋めこんで形成された素子分離領域（第２の絶縁層）６と、半導体基板１の主面に形成されたｙ方向に直交するｘ方向（第２の方向）に直線状に延在する複数のワード線形成溝（第２の溝）１４と、ワード線形成溝１４の下部を埋めこんで、ワード線形成溝１４の内壁上のゲート絶縁膜（第５の絶縁膜；図示せず）を介してワード線形成溝１４内に形成されたワード線１７と、素子分離溝４とワード線形成溝１４とによって半導体基板１内に区画して形成され、半導体基板１の主面に対して垂直方向に立設すると共に、上部に不純物拡散領域２３を有する複数の半導体ピラー１ｄと、ｙ方向に並ぶ３個ごと（３個目ごと）の半導体ピラー１ｄにその上部の側面を介して不純物拡散領域２３ａに電気的に接続すると共に、素子分離領域６上に形成されたビット線コンタクト２２ａと、ｘ方向に直線状に延在し、ビット線コンタクト２２ａに電気的に接続するビット線２６と、を備える。

上述の、ｙ方向に並ぶ３個ごとの半導体ピラー１ｄについて以下に説明する。
図１Ａを参照すると、ｙ方向にはＷＬ（ワード線１７）が等ピッチ間隔で4本配置されている。図の右側に記載されているように、下に配置されたＷＬと、上に配置されたＷＬは、ＦＳＷＬ（Field Shield Word Line）となっており、ｙ方向に延在する活性領域を電気的に分離するための素子分離領域として設けられている。上下の2本のＦＳＷＬに挟まれて配置された2本のＷＬがトランジスタのゲート電極およびワード線として機能するものである。ＦＳＷＬは、ＷＬと同一構成で形成されるが、トランジスタのゲート電極およびワード線としては機能しない。ＦＳＷＬは、いわゆるダミーＷＬとなる。ここで、ビット線コンタクトは、2本のＷＬに挟まれた半導体ピラー１ｄ（図１Ａにおいて、上下方向の中央に位置する半導体ピラー）の側面に接触して形成される。ＤＲＡＭのメモリセルでは、図１Ａに示したＷＬ、ＷＬ、ＦＳＷＬの3本のＷＬが単位構成となってｙ方向に繰り返し配置される。具体的には、ＷＬ、ＷＬ、ＦＳＷＬ、ＷＬ、ＷＬ、ＦＳＷＬの順に配置される。各ＷＬおよびＦＳＷＬの間には半導体ピラーが位置している。ビット線コンタクトはＷＬ、ＷＬ間の半導体ピラーに対して形成されるので、ｙ方向には半導体ピラーの3個に1個の割合で、ビット線コンタクトが形成された半導体ピラー１ｄが出現することとなる。

説明を戻すと、この半導体装置１００は、上記の上部に不純物拡散領域２３ａを有する複数の半導体ピラー１ｄ以外の半導体ピラーにおいてはその上面を介してその不純物拡散領域２３ｂに電気的に接続するストレージノードコンタクト３０と、ストレージノードコンタクト３０に電気的に接続するキャパシタ４０と、を備える。
本実施形態では、３個ごと（３個目ごと）の半導体ピラー１ｄにその上部の側面を介して不純物拡散領域２３ａにビット線コンタクト２２ａが電気的に接続する構成であるが、他の個数とすることもできる。

半導体基板１は、所定濃度の不純物を含有する基板、例えばｐ型単結晶シリコン基板からなり、この半導体基板１の面内のうち、素子分離溝（第1の溝）４の下部を第２の絶縁層が埋め込まれて形成された素子分離領域６はこの場合、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）と呼ばれる構造であり、素子形成領域はこの素子分離領域（第２の絶縁層）６によって絶縁分離された活性領域である。したがって、活性領域は、ｙ方向に延在する各々の素子分離領域６によって挟まれ、素子分離領域６と同じｙ方向に延在する半導体基板１で構成される。素子分離溝（第1の溝）４の深さは、ワード線形成溝（第２の溝）１４の深さに対して１．３〜２．０倍深くなるように形成される。好ましくは１．６倍とする。
本発明に係る半導体装置の製造方法で記載する実施例は、半導体基板１としてｐ型シリコン基板を用いた場合について説明する。

また、各素子形成領域には、ｘ方向（第２の方向）及びｙ方向（第１の方向）のそれぞれに対して平行にマトリックス状に配置する半導体ピラー１ｄが複数並んで半導体基板１の主面に対して垂直方向に立設している。半導体ピラー１ｄの上部には不純物拡散領域２３（２３ａ、２３ｂ）を有する。
不純物拡散領域には、ビット線コンタクト２２ａに接続する不純物拡散領域２３ａと、ストレージノードコンタクト３０に接続する不純物拡散領域２３ｂとがある。

また、半導体基板１には、素子分離領域（第２の絶縁層）６及び素子形成領域１ａ(図２Ｃ参照)を形成した後に形成され、素子形成領域１ａに交差する方向であるｘ方向に直線状に延在するワード線形成溝（第２の溝）１４を有する。
ワード線形成溝（第２の溝）１４にはその下部にワード線１７が埋め込まれ、その上に第６の絶縁膜１８が形成されている。

ワード線１７には、実際にトランジスタを動作させる機能を有するワード線ＷＬと、トランジスタを動作させる機能を有さずに、素子分離の機能を有するＦＳＷＬとがある。
すなわち、埋め込みワード線ＷＬと埋め込みワード線（素子分離）ＦＳＷＬとは同一の構造を有しているが、機能が異なっている。ここで、埋め込みワード線ＷＬがメモリセルのゲート電極として用いられるのに対して、素子分離用のＦＳＷＬは、所定の電位をかけて隣接するトランジスタ間を分離するために設けられている。すなわち、同一の活性領域上で隣接するトランジスタ間は、素子分離用の埋め込みワード線ＦＳＷＬを所定の電位に維持することで、寄生トランジスタをオフ状態として分離することができる。

また、半導体装置１００は、ｘ方向に直交するｙ方向に直線状に延在するビット線（ＢＬ）２６を有する。ビット線（ＢＬ）２６はビット線コンタクト２２ａを介して半導体ピラー１ｄの上部の不純物拡散領域２３ａに電気的に接続されている。
ビット線（ＢＬ）２６は不純物をドープしたポリシリコン層２４と、窒化タングステン（ＷＮ）膜とタングステン（Ｗ）膜とを順次堆積させることによりＷ／ＷＮ膜（メタル膜）２５との積層構造からなる。ビット線（ＢＬ）２６の側面はシリコン窒化膜からなるサイドウォール絶縁膜２７によって覆われている。隣接するビット線（ＢＬ）２６の側面を覆うサイドウォール絶縁膜２７の間は、ストレージノードコンタクト３０を形成するためのマスクとして用いられたシリコン酸化膜からなる絶縁膜２９で埋め込まれている。ビット線（ＢＬ）２６と隣接するストレージノードコンタクト３０は、ビット線の側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜２７を介して相互に絶縁されている。

図１Ｃを参照すると、第2の方向（ｘ方向）には、ビット線コンタクト２２ａが接続される半導体ピラー１ｄが等ピッチ間隔で複数配置されている。各々の半導体ピラー１ｄの間にはｘ方向の素子分離領域となる第１の溝４が設けられている。視点を変えると、一つの第１の溝４の両側に接して、それぞれ半導体ピラー１ｄが設けられている。第１の溝４の下部には素子分離絶縁膜６が埋め込まれている。素子分離絶縁膜６上にはビット線コンタクト２２ａが設けられている。ビット線コンタクト２２ａは、第１の溝４に隣接する両側の半導体ピラー１ｄの内、一方の半導体ピラーの表面を含む上部の側面と接触して設けられている。他の一方の半導体ピラーに対しては、当該半導体ピラーの側面に酸化膜５を介して形成されたサイドウォール絶縁膜(第3の絶縁膜)７ａによって絶縁されている。各々の半導体ピラー１ｄの上面には第１の絶縁膜２が設けられており、ビット線コンタクトプラグ２２ａは、素子分離絶縁膜６の上面を底面とし、接続される側の半導体ピラーと第１の絶縁膜２の側面を一方の側壁とし、他の一方の側壁を対向するサイドウォール絶縁膜７ａとして構成される溝を埋め込んで設けられている。これによって、ビット線コンタクト２２ａは、半導体ピラー１ｄの上部側面と接続される。ビット線コンタクト２２ａの上面は、各々の半導体ピラーの上面に設けられた第１の絶縁膜の上面と面一となっている。複数のビット線コンタクト２２ａは、第１の方向に延在する各々の活性領域（半導体ピラー１ｄ）間に位置しており、各々のビット線コンタクト２２ａの上面を接続して第１の方向に延在するビット線２６が設けられている。したがって、各々のビット線２６は、各々直線で構成される活性領域の間に位置して、活性領域と平行な第１の方向に延在する直線で構成される。
ビット線コンタクト２２ａの底面は、埋め込みワード線１７の上面よりも浅い位置、すなわち埋め込みワード線１７の上面よりも半導体基板表面側に位置するように設けることが望ましい。

以上のように、本発明の半導体装置では、上部に不純物拡散領域２３を有する半導体ピラー１ｄが素子分離溝（第1の溝）４によって区画されており、この第１の溝４の下部を埋めこんで素子分離領域（第２の絶縁層）６が形成され、この素子分離領域６の上には素子分離溝（第1の溝）４を埋め込む厚さでビット線コンタクト２２ａが形成されている。この構成とすることにより、ビット線コンタクト２２ａは不純物拡散領域２３とその側面で接触することになるため、素子分離溝（第1の溝）４に埋め込まれるビット線コンタクト２２ａの厚さ（深さ）ｄ１（図１Ｃ）を適切にとることにより、ビット線コンタクト２２ａは不純物拡散領域２３との接触面積を増大させ、コンタクト抵抗を低下させることができる。
素子分離溝（第1の溝）４に埋め込まれるビット線コンタクト２２ａの厚さ（深さ）ｄ１は、半導体基板１の主面から２５ｎｍ程度であるのが望ましい。
また、ビット線２６を活性領域２３（２３ａ、２３ｂ）に平行に延在する構成としていることからビット線２６が活性領域２３（２３ａ、２３ｂ）を横切らない構成となっている。したがって、微細化された状態でもストレージノードコンタクト３０と接触する活性領域２３ｂの上面と、ビット線２６およびビット線サイドウォール絶縁膜２７とを重ならないように構成することができ、ストレージノードコンタクト３０と接触する活性領域２３ｂの上面の面積を最大限確保することができストレージノードコンタクトの抵抗を低減することができる。
さらに、図１Ｃに示したように、本実施例ではビット線をポリシリコン層２４とメタル層２５との２層構成としているが、下層のポリシリコン層２４を省いて、メタル層２５だけで構成することもできる。この構成とすれば、ビット線自体の高さを低減でき、ビット線より上方に形成される構造物の加工を容易化できる効果がある。

なお、素子形成領域には、実際はメモリセルが多数並んで形成されているものの、図１Ａ〜図１Ｃに示す半導体装置１００では、これらのメモリセルを全て図示することが困難なことから、便宜上、素子形成領域内においてメモリセルの数を減らした状態で模式的に示している。

以上のような半導体装置１００の動作の例を説明すると、図１Ｂに矢印によって摸式的に示すように、ビット線２６からビット線コンタクト２２ａへ流れた電流はビット線コンタクト２２ａから半導体ピラー１ｄの上部の側面を介して不純物拡散領域２３ａへ流れ、矢印に沿ってワード線１７の側面に沿って形成されたチャネルを通って隣接する半導体ピラー１ｄの上部の不純物拡散領域２３ｂへ流れ、さらにストレージノードコンタクト３０を介してキャパシタ４０へ流れ込んでキャパシタ４０に電荷が蓄積される。

（半導体装置の製造方法）
次に、本発明を適用した半導体装置の一例である半導体記憶装置（ＤＲＡＭ）の製造方法について図２〜図２０を参照して説明する。
図２Ａ〜図２０Ａは各製造工程における平面レイアウトを示す図である。図２Ｂ〜図２０Ｂはそれぞれ、図２Ａ〜図２０Ａのそれぞれの切断線Ａ−Ａによる断面図、図２Ｃ〜図２０Ｃはそれぞれ、図２Ａ〜図２０Ａのそれぞれの切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。
なお、以下の説明では、上記半導体装置１００と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

（素子分離溝の形成工程）
まず、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、半導体基板１の面内に、第１の絶縁膜２を用いてｙ方向（第１の方向）に直線状に延在する複数の素子分離溝（第１の溝）４をｘ方向（第２の方向）に離間して並ぶように形成すると共に、これによって隣接する素子分離溝４間に素子形成領域１ａを形成する。素子分離溝４は素子分離領域を埋め込むことによって素子分離領域となり、隣接する素子分離領域間に形成された素子形成領域１ａは素子形成領域となる。この素子分離領域はこの場合、ＳＴＩと呼ばれる構造であり、素子形成領域は素子分離領域によって絶縁分離された活性領域である。
半導体基板１に素子分離溝４を設けるには、半導体基板１上に、マスク用の絶縁膜（第１の絶縁膜）２を堆積し、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、マスク用絶縁膜２、半導体基板１のパターニングを順次行ない、半導体基板１に素子形成領域１ａ（もしくは活性領域）を区画するための素子分離溝（第１の溝）４を形成する。
素子分離溝（第１の溝）４は素子形成領域１ａで挟まれた部位だけでなく、素子形成領域１ａ上に形成されたマスク用の絶縁膜（第１の絶縁膜）２で挟まれた部位まで含む。

具体的には例えば、Ｐ型のシリコン基板からなる半導体基板１上に、ＣＶＤ法によってマスク用のシリコン窒化膜（第１の絶縁膜）２を堆積し、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、シリコン窒化膜２、半導体基板１のパターニングを順次行ない、半導体基板１に活性領域１ａを区画するためのＳＴＩ素子分離溝（トレンチ）４を形成する。ＳＴＩ素子分離溝（トレンチ）４で区画された活性領域１ａは素子形成領域からなる。活性領域１ａとなる領域は図１Ａ〜図１Ｃに示すように、マスク用のシリコン窒化膜２で覆われている。

（素子分離溝の充填工程）
次に、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、素子分離溝（第１の溝）４に、素子形成領域１ａの上部側面１ｃが露出されたままとするように、素子分離溝４の下部を埋めこんで第２の絶縁膜６を形成する。

具体的には例えば、素子分離溝４の内面を含む全面にＣＶＤ法によってシリコン酸窒化膜（絶縁膜）を形成して、素子分離溝４をシリコン酸窒化膜６で埋め込む。次いで、熱燐酸にてシリコン酸窒化膜（第２の絶縁膜）６を選択的にエッチバックして、シリコン酸窒化膜６の上面が半導体基板（シリコン基板）１の上面から２５ｎｍ程度下になる（図３Ｃ中の深さｄ１が２５ｎｍ程度になる）ように露出させる。次いで、熱酸化（ＩＳＳＧ：In Situ Steam Generation）により酸化させることによって、露出されたシリコン基板面（上部側面）１ｃ、及びシリコン窒化膜（第１の絶縁膜）２の表面に厚さ４ｎｍ程度の酸化膜５を形成する。ＩＳＳＧによる酸化はラジカル酸化なので、ほぼ選択比なしで酸化することができる。

（片側サイドウォールの形成工程）
次に、素子形成領域１ａの、ｙ方向（第１の方向）に平行な一対の上部側面１ｃ（１ｃａ、１ｃｂ）のうち一方の上部側面１ｃａ上にのみ、第１の溝４の下部を埋めこんで第３の絶縁膜７ａを形成する。
以下に、この工程の一例について、図３〜図９を用いて詳細に説明する。

（サイドウォールの形成工程）
まず、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、素子形成領域１ａのｙ方向（第１の方向）に平行な一対の上部側面１ｃａ、１ｃｂのそれぞれに、酸化膜５を介して絶縁膜のサイドウォール（第３の絶縁膜）７（７ａ、７ｂ）を形成する。

具体的には例えば、素子分離溝４の内面を含む全面にＣＶＤ法によってシリコン窒化膜を形成した後、エッチバックしてマスク用絶縁膜２上のシリコン窒化膜を除去して、素子形成領域１ａのｙ方向に平行な一対の一対の上部側面１ｃａ、１ｃｂに酸化膜５を介してシリコン窒化膜からなるサイドウォール７（７ａ、７ｂ）を形成する。

（凹部（リセス）の形成工程）
次に、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、素子分離溝（第１の溝）４内に第３の絶縁膜７（７ａ、７ｂ）と異なる材料からなる第８の絶縁膜８を、第３の絶縁膜７（７ａ、７ｂ）の上面７ａａ、７ｂａより低くなるように形成して、素子分離溝４内の第８の絶縁膜８上に凹部９を形成する。

具体的には例えば、素子分離溝４の内面を含む全面にＣＶＤ法によってシリコン酸化膜（第３の絶縁膜）を形成した後、ドライエッチングを用いてこのシリコン酸化膜（第３の絶縁膜）をシリコン窒化膜（第１の絶縁膜）２上のシリコン酸化膜（素子分離溝４の内面を含む全面にＣＶＤ法によって上記シリコン酸化膜のうち、シリコン窒化膜（第１の絶縁膜）２上のシリコン酸化膜については図示省略）の上面からの深さｄ２を、例えば３０ｎｍ程度までエッチバックして素子分離溝４内のそのシリコン酸化膜（第３の絶縁膜）８の上方に凹部（リセス）９を形成するように、シリコン酸化膜８を素子分離溝４内に形成する。
この工程により、素子分離溝４内のシリコン酸窒化膜６上のシリコン酸化膜（第８の絶縁膜）８上に、サイドウォール７ａ及び７ｂに囲まれた凹部９が形成される。

（片側サイドウォール形成用マスクの形成工程）
次に、まず、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、凹部９の下部を埋めこんで、凹部９を含む全面に第２の半導体膜１０を形成する。すなわち、素子分離溝４の内面を含む全面に、素子分離溝４内の下部を埋めこんで、素子形成領域１ａの一対の上部側面１ｃのうちの一方の上部側面（片側）１ｃａにサイドウォールを形成するためのマスク用の第２の半導体膜１０を形成する。

具体的には例えば、素子分離溝４の内面を含む全面に、ＣＶＤ法により、成膜温度を５４０℃以下として厚さ１０ｎｍ程度のアモルファスシリコン膜（第２の半導体膜）１０を形成する。アモルファスシリコン膜（第２の半導体膜）１０は、素子形成領域１ａの上部側面（素子分離溝４内の内壁）に形成された部分（側面アモルファスシリコン膜）１０ａ、１０ｃと、素子分離溝４内の第３の絶縁膜８上に形成された部分（水平アモルファスシリコン膜）１０ｂと、シリコン窒化膜２上にシリコン酸化膜（図示省略）を介して形成された部分（上面アモルファスシリコン膜）１０ｄとからなる。アモルファスシリコンはエッチング段階で、不均一なエッチングが生じる原因となる結晶粒の影響が現れないという利点がある。
図６Ａ〜図６Ｃに示した工程により、素子分離溝４内のシリコン酸窒化膜６上には、素子形成領域１ａの上部側面１ｃａ上に酸化膜５を介してサイドウォール７ａと、上部側面１ｃｂ上に酸化膜５を介してサイドウォール７ｂと、シリコン酸化膜（第８の絶縁膜）８と、シリコン酸化膜（第８の絶縁膜）８上に側面アモルファスシリコン膜１０ａ、水平アモルファスシリコン膜１０ｂ及び側面アモルファスシリコン膜１０ｃとが形成される。

次に、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、第２の半導体膜１０にその垂直方向に対して傾いた角度から不純物を注入した後、湿式エッチングを施して、第２の半導体膜１０のうち、一方の上部側面１ｃａと反対側の上部側面１ｃｂ上の第３の絶縁膜７ｂを介して形成されている第２の半導体膜の部分１０ｃと、第８の絶縁膜８上の第２の半導体膜の部分１０ｂの一部とを除去する。

具体的には例えば、アモルファスシリコン膜１０のうち、一方の側面アモルファスシリコン膜１０ａ（図６Ｃにおいて左側のアモルファスシリコン膜の部分）と、水平アモルファスシリコン膜１０ｂの一部（図６Ｃにおいて底部に形成されたアモルファスシリコン膜の部分のうち、左側半分程度）と、上面アモルファスシリコン膜１０ｄとに、図７Ｃに矢印で示す方向から不純物を注入して、側面アモルファスシリコン膜の一方である（図６Ｃにおいて右側のアモルファスシリコン膜の部分）１０ｃと水平アモルファスシリコン膜１０ｂの一部（図６Ｃにおいて底部に形成されたアモルファスシリコン膜の部分のうち、右側半分）とを除去する。
アモルファスシリコン膜１０に添加される不純物としてはフッ化ボロン（ＢＦ_２）などが挙げられる。側面アモルファスシリコン膜１０ａ、１０ｃのうち一方の側面アモルファスシリコン膜１０ｃに不純物を注入せずに、上面アモルファスシリコン膜１０ｄと側面アモルファスシリコン膜１０ａと水平アモルファスシリコン膜１０ｂの一部とに不純物を添加する方法としては、例えば、斜めイオン注入法などが挙げられる。図７Ｃにおいては、斜めイオン注入法を用いて、アモルファスシリコン膜１０に不純物を注入する場合を例に挙げて示している。

また、図７Ｃにおいてアモルファスシリコン膜１０に不純物を注入する場合、側面アモルファスシリコン膜１０ａだけでなく、水平アモルファスシリコン膜１０ｂの一部にも不純物を添加する必要がある。このため、アモルファスシリコン膜１０に不純物を注入する方法として、側面アモルファスシリコン膜１０ａ及び水平アモルファスシリコン膜１０ｂの各部位に最適な注入角度となるように、角度の異なる２段階注入法を用いてもよい。ここで、注入角度とは、半導体基板１の表面に対する垂線からの傾斜角を意味している。

２段階注入法を用いてアモルファスシリコン膜１０に不純物を注入する場合、例えば、加速エネルギー５ｋｅＶ、注入ドーズ量２Ｅ１４ｃｍ^−２で、注入角度２０°での注入と注入角度３０°での注入とを組み合わせることが好ましい。なお、注入角度は、アモルファスシリコン膜１０の膜厚や、水平アモルファスシリコン膜１０ｂの面積、側面アモルファスシリコン膜１０ａ、１０ｃの深さなどに応じて適宜変更できる。

不純物の注入されていないアモルファスシリコン膜１０の一部（すなわち、側面アモルファスシリコン膜の一方である（図７Ｃにおいて右側のアモルファスシリコン膜の部分）１０ｃ及び水平アモルファスシリコン膜１０ｂの一部（図７Ｃにおいて底部に形成されたアモルファスシリコン膜の部分のうち、右側半分））を除去するには、アンモニア水（ＮＨ_３）などをエッチング液として用いたウェットエッチングを実施する。

図７Ａ〜図７Ｃに示した工程により、素子分離溝４内のシリコン酸窒化膜６上には、素子形成領域１ａの上部側面１ｃａ上に酸化膜５を介してサイドウォール７ａと、上部側面１ｃｂ上に酸化膜５を介してサイドウォール７ｂと、シリコン酸化膜（第８の絶縁膜）８と、シリコン酸化膜（第８の絶縁膜）８上に側面アモルファスシリコン膜１０ａとが残る。

（一方のサイドウォールの除去工程）
次に、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、素子形成領域１ａの一対の上部側面１ｃａ、１ｃｂのうち、上部側面１ｃｂ上の第３の絶縁膜７ｂを除去する。すなわち、素子分離溝４の上部の露出面に酸化膜５を介して両側に形成されているサイドウォール７ａ，７ｂのうち、第２の半導体膜１０のマスクに覆われてない片側のサイドウォール７ｂ（図８Ｃにおいて右側のサイドウォール）を除去する。

具体的には例えば、熱燐酸(Ｈ_３ＰＯ_４)を用いたウェットエッチングにより、アモルファスシリコン膜１０のマスクに覆われてない片側のサイドウォール７ｂを除去する。サイドウォール７ａはアモルファスシリコン膜１０のマスク及びシリコン酸化膜（第３の絶縁膜）８に覆われているため、このウェットエッチングの際に、除去されずに、素子形成領域１ａの上部側面１ｃａ上に残る。
この工程により、素子分離溝４内のシリコン酸窒化膜６上には、素子形成領域１ａの上部側面１ｃａ上に酸化膜５を介してサイドウォール７ａと、シリコン酸化膜（第８の絶縁膜）８と、側面アモルファスシリコン膜１０ａとが残る。

（第８の絶縁膜の除去工程）
次に、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、素子分離溝４内の第８の絶縁膜８を除去する。

具体的には例えば、フッ酸(ＨＦ)を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸窒化膜（絶縁膜）６上のシリコン酸化膜（第８の絶縁膜）８を除去する。
この工程により、素子分離溝４内のシリコン酸窒化膜６上には、素子形成領域１ａの上部側面１ｃａ上に酸化膜５を介してサイドウォール７ａと、側面アモルファスシリコン膜１０ａとが残る。

（片側サイドウォール形成用マスクの除去工程）
次に、図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、片側サイドウォール形成用マスクである第２の半導体膜１０を除去する。

具体的には例えば、異方性エッチングによりエッチバックして、片側サイドウォール形成用マスクであるアモルファスシリコン膜１０を除去する。
この工程により、素子分離溝４内のシリコン酸窒化膜６上には、素子形成領域１ａの上部側面１ｃａ上に酸化膜５を介してサイドウォール７ａが残る。

以上の工程により、素子分離溝４内のシリコン酸窒化膜６上にシリコン窒化膜からなる片側サイドウォール７ａを形成することができる。

（素子分離溝の充填及び平坦化工程）
次に、図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、素子分離溝（第１の溝）４を埋め込むように、第３の絶縁膜７ａと異なる材料からなる第４の絶縁膜１３を形成する。この素子分離溝４を絶縁膜で充填することによって、素子分離溝４内で露出していた素子形成領域１ａの側面１ｃｂのシリコン面を保護する。

具体的には例えば、素子分離溝（第１の溝）４の内面を含む全面にＨＤＰ−ＣＶＤ（High Density Plasma−Chemical Vapor Deposition）法により、サイドウォール７ａの材料であるシリコン窒化膜と異なる材料からなるシリコン酸化膜（第４の絶縁膜）１３を成膜した後、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により研磨しながら、シリコン窒化膜２の表面が露出するまで平坦化を行い、素子分離溝（第１の溝）４を埋め込むシリコン酸化膜（第４の絶縁膜）１３を形成する。
この工程により、素子分離溝４内は、素子形成領域１ａの上部側面１ｃａ上に酸化膜５を介してサイドウォール７ａと、シリコン酸化膜（第４の絶縁膜）１３とによって充填される。

（埋込ワード線の形成工程）
次に、まず、図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように、半導体基板１の面内にｙ方向（第１の方向）に直交するｘ方向（第２の方向）に直線状に延在する複数のワード線ＷＬの形成溝（第２の溝）１４が離間して並ぶように形成すると共に、これによって素子形成領域１ａをｘ方向で分離して複数の半導体ピラー１ｄを形成する。

具体的には例えば、マスク用のシリコン窒化膜及びカーボン膜（アモルファス・カーボン膜）を順次堆積し、ｘ方向（第２の方向）に延在すると共にｙ方向（第１の方向）に離間して並ぶワード線形成溝１４のパターンにパターニングする。次いで、ドライエッチングによってシリコン基板１をエッチングし、ワード線形成溝１４を形成する。ワード線形成溝１４は、活性領域１ａと交差する第１の方向（ｘ方向）に延在するライン状のパターンとして形成される。
この工程により、活性領域（素子形成領域）１ａは、素子分離溝４とワード線形成溝１４とによって半導体基板１内に区画して形成され、半導体基板１の主面に対して垂直方向に立設する半導体ピラー１ｄごとに分離される。

次に、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、ワード線形成溝（第２の溝）１４内の下部にワード線形成溝１４の内壁に形成した第５の絶縁膜（図示せず）を介してワード線１７を形成する。

具体的には例えば、ワード線形成溝（第２の溝）１４の内壁を覆うように、ゲート酸化膜（第５の絶縁膜）を例えば、４ｎｍ程度の膜厚で形成する。この際、ゲート酸化膜（図示せず）としては、例えば、ワード線形成溝１４の内面表層を、ＩＳＳＧ（In Situ Steam Generation）によって熱酸化することによって形成する。
次に、ワード線形成溝１４内のゲート酸化膜（第５の絶縁膜）上にゲート（ワード線）材料として、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）層１５をワード線形成溝１４の下部側面及び底面に形成し、この窒化チタン（ＴｉＮ）層１５上にタングステン（Ｗ）層１６を堆積させることにより、ワード線形成溝１４の下部にＴｉＮ／Ｗの積層膜１７を形成する。
次に、ＴｉＮ／Ｗの積層膜の上部を、通常のドライエッチング等の方法でエッチバックして除去することにより、ＴｉＮ／Ｗの積層膜１７をワード線形成溝１４の底部に残存した状態で形成してワード線１７を形成する。
図１３Ａ〜図１３Ｃに示した工程により、ワード線形成溝１４の下部にワード線１７が形成される。

ここで、ワード線１７は、埋め込みワード線ＷＬと埋め込みワード線（素子分離）ＦＳＷＬとがあり、これらは同一の構造を有しているが、機能が異なっている。ここで、埋め込みワード線ＷＬがメモリセルのゲート電極として用いられるのに対して、素子分離用のＦＳＷＬは、所定の電位をかけて隣接するトランジスタ間を分離するために設けられている。隣接するトランジスタとの素子分離は、ＳＴＩ構造を用いるのが一般的であるが、本実施形態に係る半導体装置では、ｙ方向に隣接する素子間は素子分離領域６によって分離され、ｘ方向に隣接する素子間は埋め込みゲート電極によって分離される。ここで、トランジスタの埋め込みワード線ＷＬと素子分離用の埋め込みワード線ＦＳＷＬは、同時形成が可能であることから公知のダブルパターニング技術が適用でき、さらなる微細化に好適な構造であることが知られている。

次に、図１４Ａ〜図１４Ｃに示すように、ワード線形成溝（第２の溝）１４内のワード線１７上に第６の絶縁膜１８を形成する。

具体的には例えば、ＴｉＮ／Ｗの積層膜１７上及びワード線形成溝１４の内壁を覆うように、ＣＶＤ法によってシリコン窒化膜からなる埋込絶縁膜（第６の絶縁膜）１８を形成する。
次に、ＣＭＰを行って表面を平坦化し、埋込絶縁膜（第６の絶縁膜）１８の表面が、マスク用絶縁膜２の表面と概略同程度の高さになるようにする。
図１４Ａ〜図１４Ｃに示した工程により、埋込ワード線が完成する。

（ビットコンタクト開口の形成工程）
次に、まず、図１５Ａ〜図１５Ｃに示すように、ｙ方向（第１の方向）において所定数の半導体ピラー１ｄごとに、ｘ方向（第２の方向）に並ぶ複数の半導体ピラー１ｄの上方に第２の方向に延在する開口２１ａを有する第７の絶縁膜２１を全面に形成する。この開口２１ａを有する第７の絶縁膜２１がビットコンタクト開口用のマスクとなる。

具体的には例えば、全面を覆うように、ＨＤＰ−ＣＶＤ(High Density Plasma−Chemical Vapor Deposition）法により、厚さ３０ｎｍ程度のプラズマ酸化膜（ＨＤＰ（High Density Plasma）膜）からなる第７の絶縁膜２１を形成する。次に、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、第１層間絶縁膜２１の一部を除去して、ビットコンタクト開口（開口）２１ａを形成する。
図１５Ａ〜図１５Ｃに示した工程により、素子分離溝４内において、素子形成領域１ａの上部側面１ｃａ上に酸化膜５を介して形成されたサイドウォール７ａを残し、シリコン酸化膜（第４の絶縁膜）１３を除去するための開口を有するマスクが形成される。

次に、図１６Ａ〜図１６Ｃに示すように、第７の絶縁膜２１をマスクとしてサイドウォール（第３の絶縁膜）７ａよりも第４の絶縁膜１３に対してエッチング速度が高い溶液で湿式エッチングを施して、第４の絶縁膜１３のうちビットコンタクト開口（開口）２１ａの形成により露出された第４の絶縁膜１３を一括して除去して、一対の上部側面１ｃａ、１ｃｂのうち第３の絶縁膜７ａが形成されていない方の上部側面１ｃｂを露出させる。

具体的には例えば、シリコン窒化膜からなるサイドウォール（第３の絶縁膜）７ａよりもシリコン酸化膜からなる第４の絶縁膜１３に対してエッチング速度が高いフッ酸(ＨＦ)を用いた湿式エッチングを施すことにより、第４の絶縁膜１３を選択的に除去して、シリコンピラー１ｄの上部側面１ｃｂを露出させる。
図１６Ａ〜図１６Ｃに示した工程により、素子分離溝４内において、シリコン酸化膜（第４の絶縁膜）１３が除去されて上部側面１ｃｂが露出され、素子形成領域１ａの上部側面１ｃａ上に酸化膜５を介して形成されたサイドウォール７ａが残る。

次に、図１７Ａ〜図１７Ｃに示すように、ビットコンタクト開口用のマスクである第７の絶縁膜２１を除去する。

具体的には例えば、フッ酸(ＨＦ)を用いた湿式エッチングにより、ビットコンタクト開口用のマスクであるプラズマ酸化膜（第７の絶縁膜）２１を除去する。

（ビット線コンタクトの形成工程）
次に、図１８Ａ〜図１８Ｃに示すように、第４の絶縁膜１３が除去された素子分離溝（第１の溝）４内を埋め込むことにより、露出させていた上部側面１ｃｂに接触する第１の半導体膜２２を形成し、その第１の半導体膜２２に不純物を注入してビット線コンタクト２２ａを形成する。
図１８Ａに示すように、図１６で示した段階で第４の絶縁膜１３が除去されなかった素子分離溝４には第４の絶縁膜１３が埋め込まれているので、その素子分離溝４内には第１の半導体膜２２は埋め込まれない。すなわち、ｙ方向（第１の方向）には所定数ごとに、ビット線コンタクト２２ａに接続する不純物拡散領域２３ａを上方に有する半導体ピラー１ｄが配置するため、ｙ方向（第１の方向）に所定数ごとに、ビット線コンタクト２２ａを形成するために第４の絶縁膜１３が除去された素子分離溝４が配置し、それ以外のビット線コンタクト２２ａが形成されない素子分離溝４については第４の絶縁膜１３は除去されずに残ったままである。

具体的には例えば、素子分離溝（第１の溝）４内及びマスク用シリコン窒化膜（第１の絶縁膜）２の全面に覆うように、ＣＶＤ法によって、リン等のｎ型ドーパントを２２×１０^１９／ｃｍ^３の濃度でドープしたシリコン膜（第１の半導体膜）２２を成膜した後、マスク用シリコン窒化膜（第１の絶縁膜）２が露出するまでエッチバックして、素子分離溝４内を埋め込むビット線コンタクト２２ａを形成する。
この工程により、ｙ方向（第１の方向）にはビット線コンタクト２２ａ、シリコン酸化膜（第４の絶縁膜）１３、シリコン酸化膜（第４の絶縁膜）１３、ビット線コンタクト２２ａ・・・のように、３個目ごとにビット線コンタクト２２ａが配置する。

（拡散領域の形成工程）
次に、図１９Ａ〜図１９Ｃに示すように、上記のビット線コンタクトの形成工程においてビット線コンタクト２２ａにドープされた不純物を、半導体ピラー１ｄの上部側面１ｃｂを介して半導体ピラー１ｄの上部に拡散させて不純物拡散領域２３（２３ａ）を形成する。

具体的には例えば、ビット線コンタクト２２ａにドープされた不純物を、熱拡散によって、半導体ピラー１ｄの上部側面１ｃｂを介して半導体ピラー１ｄの上部に拡散させて不純物拡散領域２３（２３ａ）を形成する。
この工程により、ビット線コンタクト２２ａに電気的に接続する不純物拡散領域２３ａが３個目ごとの半導体ピラー１ｄの上部に形成される。

（ビット線の形成工程）
次に、図１９Ａ〜図１９Ｃに示すように、ビット線コンタクト２２ａ上にｙ方向（第１の方向）に延在するビット線２６を形成する。

具体的には例えば、マスク用シリコン窒化膜（第１の絶縁膜）２、ビット線コンタクト２２ａ及びサイドウォール（第３の絶縁膜）７ａの全面に、不純物をドープしたポリシリコン層２４を成膜する。なお、不純物をドープしたポリシリコン層２４は、ＣＶＤ法による成膜段階で不純物を含有させることができる。また、ノンドープシリコン膜を形成した後に、イオン注入により不純物を含有させることもできる。次に、この不純物ドープポリシリコン層上に、窒化タングステン（ＷＮ）膜とタングステン（Ｗ）膜とを順次堆積させることによりメタル膜２５を形成する。窒化タングステンを形成する前にポリシリコン層２４の表面にメタルシリサイド膜を形成することができる。メタルシリサイド膜にはチタンシリサイド、タングステンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイドなどを用いることができる。これにより、より低抵抗なビット線を形成することができる。
次に、従来公知のリソグラフィ及びドライエッチング技術を用いて、Ｗ／ＷＮ膜およびポリシリコン層からなる積層膜をライン形状にパターニングすることにより、図１９Ａ及び図１９Ｃに示すようなメタル膜２５及びポリシリコン層２４からなるビット線２６を形成することができる。ビット線２６の形成においては、素子分離溝（第１の溝）４の中央に、ビット線２６の中心が位置するようにリソグラフィ段階での位置合わせを調整する。さらに、加工のマスクとなる図示しないホトレジストに公知の細線化処理を施して細線かし、素子分離溝の幅よりビット線２６の幅を狭くする。これにより、次の工程で形成されるサイドウォール絶縁膜２７の側壁端部が隣接するストレージノードコンタクト３０が形成される活性領域側へはみ出すことを防止することができる。
次に、ＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、全面にビット線２６を覆うようにシリコン窒化膜を成膜し、ビット線２６の側面にのみシリコン窒化膜が残るようにパターニングしてシリコン窒化膜からなるサイドウォール絶縁膜２７を形成する。
この工程により、ビット線コンタクト２２ａに電気的に接続するメタル膜２５及びポリシリコン層２４からなるビット線２６が形成される。
本実施例では、上記のようにポリシリコン層２４とメタル層２５の積層膜でビット線２６を形成しているが、ポリシリコン層２４の形成を省略してメタル層２５単層でビット線を構成することもできる。この構成により、ビット線の高さを低減できるので、次工程のストレージノードコンタクトの形成加工を容易化できる。

（ストレージノードコンタクト用ホールの形成工程）
次に、図２０Ａ〜図２０Ｃに示すように、半導体ピラー１ｄのうち、ビット線コンタクト２２ａが接触していない半導体ピラー上の第１の絶縁膜２を除去してその半導体ピラーの上面１ｄａを露出させ、その上面１ｄａにストレージノードコンタクト用ホール２８を形成する。
なお、図２０Ａ〜図２０Ｃにおいて、点線で囲んだ範囲に半導体ピラー１ｄ上にストレージノードコンタクトが形成され、さらにその上にキャパシタが形成される。

具体的には例えば、全面に絶縁膜２９を形成した後、従来公知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、絶縁膜２９にストレージノードコンタクトパターンを形成してこれをマスクとし、通常の異方性ドライエッチングによって第１の絶縁膜２をエッチングすることにより、ストレージノードコンタクト用ホール２８を形成する。
この工程により、ストレージノードコンタクトを形成するためのストレージノードコンタクト用ホール２８を有するマスクが形成される。

（不純物拡散領域の形成工程）
次に、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、絶縁膜２９からなるストレージノードコンタクトパターンをマスクとして、露出させた半導体ピラーの上面１ｄａから不純物を注入してその半導体ピラー１ｄの上部に不純物拡散領域２３ｂを形成する。

具体的には例えば、リン等のｎ型ドーパントを加速エネルギー１０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０^１４／ｃｍ^２の条件でイオン注入を行う。
この工程により、上方にストレージノードコンタクトが形成される半導体ピラー１ｄの上部に不純物拡散領域２３ｂが形成される。

（ストレージノードコンタクトの形成工程）
次に、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、ストレージノードコンタクト用ホール２８内に導電層を充填してビット線コンタクトが接触していない半導体ピラー上にストレージノードコンタクト３０を形成する。

具体的には例えば、絶縁膜２９上に、ストレージノードコンタクト用ホール２８内を埋め込むように、ＬＰ−ＣＶＤ法を用いて、リンを２２×１０^１９／ｃｍ^３の濃度でドープしたシリコン膜を厚さ１００ｎm程度で堆積させる。次いで、ＣＭＰ法によってポリシリコンを研磨除去することにより、ストレージノードコンタクト用ホール２８内を充填するように、ストレージノードコンタクト３０を形成する。
この工程により、不純物拡散領域２３ｂを有する半導体ピラー１ｄ上にストレージノードコンタクト３０が形成される。

（キャパシタの形成工程）
次に、ストレージノードコンタクト３０上に、コンタクトパッド（図示せず）を形成し、接続する下部電極を形成し、次いで、容量絶縁膜、上部電極を形成してキャパシタ４０を形成する。
この工程により、不純物拡散領域２３ｂを有する半導体ピラー１ｄ上にストレージノードコンタクト３０を介してキャパシタ４０が形成される。

１ 半導体基板
１ａ 素子形成領域
１ｃ、１ｃａ、１ｃｂ 上部側面
１ｄ 半導体ピラー
４ 素子分離溝（第1の溝）
６ 素子分離領域（第２の絶縁層）
７、７ａ、７ｂ 第３の絶縁膜
８ 第８の絶縁膜
９ 凹部
１３ 第４の絶縁膜
１４ 第２の溝
１７ ワード線
２１ 第７の絶縁膜
２１ａ 開口
２２ 第１の半導体膜
２２ａ ビット線コンタクト
２３、２３ａ、２３ｂ 不純物拡散領域
２６ ビット線
３０ ストレージノードコンタクト
４０ キャパシタ
１００ 半導体装置

Claims (16)

1. 半導体基板の主面に形成された第１の方向に直線状に延在する複数の第1の溝と、
   前記第1の溝の下部を埋めこんで形成された第２の絶縁層からなる素子分離領域と、
   前記半導体基板の主面に形成された第１の方向に直交する第２の方向に直線状に延在する複数の第２の溝と、
   前記第２の溝の下部を埋め込んで、該第２の溝の内壁上の第５の絶縁膜を介して第２の溝内に形成されたワード線と、
   前記第1の溝と前記第２の溝とによって前記半導体基板内に区画して形成され、前記半導体基板の主面に対して垂直方向に立設すると共に、上部に活性領域たる不純物拡散領域を有する複数の半導体ピラーと、
   第1の方向に並ぶ所定数ごとの半導体ピラーの前記上部の側面を介して前記不純物拡散領域に電気的に接続すると共に、前記第２の絶縁層上に形成されたビット線コンタクトと、
   第１の方向に直線状に延在し、前記ビット線コンタクトに電気的に接続するビット線と、を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ビット線コンタクトの底面は前記ワード線の上面よりも前記半導体基板の主面側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ビット線コンタクトは不純物がドープされたシリコン膜からなることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体装置。
4. 前記ドープされた不純物は前記不純物拡散領域にドープされている不純物と同じであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記第２の絶縁層上には前記ビット線コンタクトを介して、前記不純物拡散領域の反対側に第３の絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記半導体ピラーは前記第１の方向及び前記第２の方向のそれぞれの方向で等ピッチ間隔で配置していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記等ピッチ間隔は前記第１の方向と前記第２の方向とで異なることを特徴する請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記ビット線は不純物をドープしたポリシリコン膜、窒化タングステン膜及びタングステン膜が順に積層されてなることを特徴する請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 前記所定数ごとの半導体ピラー以外の半導体ピラーの上面を介してその不純物拡散領域に電気的に接続するストレージノードコンタクトと、
   前記ストレージノードコンタクトに電気的に接続するキャパシタと、を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 前記所定数が３であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
11. 半導体基板の面内に、第１の絶縁膜を用いて第１の方向に直線状に延在する複数の第１の溝を形成すると共に、これによって隣接する第１の溝間に素子形成領域を形成する工程と、
    前記第１の溝に、前記素子形成領域の上部側面が露出されたままとするように、第１の溝の下部を埋めこんで第２の絶縁膜を形成する工程と、
    前記素子形成領域の、第１の方向に平行な一対の上部側面のうち一方の上部側面上にのみ、前記第１の溝の下部を埋めこんで第３の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第１の溝を埋め込むように、前記第３の絶縁膜と異なる材料からなる第４の絶縁膜を形成する工程と、
    前記半導体基板の面内に第１の方向に直交する第２の方向に直線状に延在する複数の第２の溝を形成すると共に、これによって前記素子形成領域を第２の方向で分離して複数の半導体ピラーを形成する工程と、
    前記第２の溝内の下部に該第２の溝の内壁に形成した第５の絶縁膜を介してワード線を形成すると共に、前記第２の溝内の前記ワード線上に第６の絶縁膜を形成する工程と、
    第１の方向において所定数の半導体ピラーごとに、第２の方向に並ぶ複数の半導体ピラーの上方に第２の方向に延在する開口を有する第７の絶縁膜を全面に形成する工程と、
    前記第７の絶縁膜をマスクとして前記第３の絶縁膜よりも前記第４の絶縁膜に対してエッチング速度が高い溶液で湿式エッチングを施して、前記第４の絶縁膜のうち前記開口の形成により露出された第４の絶縁膜を一括して除去して、前記一対の上部側面のうち前記第３の絶縁膜が形成されていない方の上部側面を露出させる工程と、
    前記第７の絶縁膜を除去する工程と、
    前記第４の絶縁膜が除去された前記第１の溝内を埋め込むことにより前記露出させた上部側面に接触する、不純物がドープされた第１の半導体膜からなるビット線コンタクトを形成する工程と、
    前記不純物を前記接触する上部側面を介して前記半導体ピラーの上部に拡散させて拡散領域を形成する工程と、
    前記ビット線コンタクト上に第１の方向に延在するビット線を形成する工程と、
    前記半導体ピラーのうち、前記ビット線コンタクトが接触していない半導体ピラー上の前記第１の絶縁膜を除去してその半導体ピラーの上面を露出させ、その上面にストレージノードコンタクトを形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 前記一方の上部側面上にのみ第３の絶縁膜を形成する工程は、
    前記素子形成領域の前記一対の上部側面のそれぞれに、前記第１の溝の下部を埋めこんで前記第３の絶縁膜を形成する小工程と、
    前記第１の溝４内に前記第３の絶縁膜と異なる材料からなる第８の絶縁膜を、前記第３の絶縁膜の上面より低くなるように形成して、前記第１の溝内の前記第８の絶縁膜上に凹部を形成する小工程と、
    前記凹部の下部を埋めこんで、該凹部を含む全面に第２の半導体膜を形成する小工程と、
    前記第２の半導体膜にその垂直方向に対して傾いた角度から不純物を注入した後、湿式エッチングを施して、前記第２の半導体膜のうち、前記一方の上部側面と反対側の上部側面上の第３の絶縁膜を介して形成されている第２の半導体膜の部分と、前記第８の絶縁膜上の第２の半導体膜の部分の一部とを除去する小工程と、
    前記一対の上部側面のうち前記一方の上部側面と反対側の上部側面上の第３の絶縁膜を除去する小工程と、
    前記第８の絶縁膜を除去する小工程と、
    前記第２の半導体膜を除去する小工程と、を有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記ストレージノードコンタクトに電気的に接続するキャパシタを形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１１又は５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記第１の半導体膜がポリシリコン膜であることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
15. 前記第３の絶縁膜がシリコン窒化膜であり、前記第８の絶縁膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記第２の半導体膜がアモルファスシリコン膜であることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

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