JP2013026431A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Koji Hamada
耕治 浜田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To relax an electric field to a bit line of a target cell caused by influences of potential of a word line adjacent to a word line of the target cell.SOLUTION: A semiconductor device has: an active region formed on a semiconductor substrate 100 and provided for forming a semiconductor element 101; element isolation regions (an STI 102 and an NF 104) formed in the semiconductor substrate 100 and provided for isolating the active region; and cavities 105 provided in the element isolation regions (the STI 102 and the NF 104).

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、素子を形成するための活性領域を分離するための素子分離領域を有する半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having an element isolation region for isolating an active region for forming an element and a manufacturing method thereof.

半導体装置の活性領域を分離する構造体は素子分離領域と呼ばれ、一般的には、浅い溝によって分離されることから、シャロートレンチアイソレーション(Shallow Trench Isolation:STI)と呼ばれている構造で素子分離されている場合が多い。   A structure that isolates an active region of a semiconductor device is called an element isolation region, and is generally separated by a shallow trench, and thus has a structure called Shallow Trench Isolation (STI). In many cases, elements are separated.

半導体装置での素子分離構造では、一般的に、STIが用いられている。このSTIでは、素子を分離するための溝を形成後、溝の内部に絶縁膜を埋め込んで素子の絶縁を行っている(例えば、特開2010−287774号公報(特許文献1)参照)。この場合、溝の深さは、STIで分離する活性領域を電気的に分離できる深さに設定される。   In an element isolation structure in a semiconductor device, STI is generally used. In this STI, after a groove for separating elements is formed, an insulating film is embedded in the groove to insulate the element (see, for example, JP 2010-287774 A (Patent Document 1)). In this case, the depth of the groove is set to a depth at which the active region isolated by STI can be electrically isolated.

また、場合によっては、製造回路パターン上、繰り返し構造を有する場合は、STIの溝を薄く絶縁膜で覆った後、ゲート電極と同等の材料を埋め込み、溝下部領域を電気的に絶縁させる方向に電圧を印加させる方法も近年提案されている(例えば、2008_IEDM_p1-4_6F2 buried wordline DRAM cell for 40nm and beyond _T.Schloesser etal(Qimonda)(非特許文献1)参照)されている。   In some cases, if the manufacturing circuit pattern has a repetitive structure, the STI trench is thinly covered with an insulating film, and then the same material as that of the gate electrode is embedded to electrically insulate the trench lower region. A method of applying a voltage has also been proposed recently (see, for example, 2008_IEDM_p1-4_6F2 buried wordline DRAM cell for 40 nm and beyond_T. Schloesser etal (Qimonda) (Non-patent Document 1)).

前者のSTIを絶縁膜で埋設した構造では、一般的には、CVD酸化膜で埋設するが、この構造でも、例えば、DRAMなどの高集積なメモリデバイスを微細化した場合、データを記憶させた対象セルのビット線と隣接セルのワードライン(Neighbor Word Line(NWL))の動作電圧条件によっては、STIの酸化膜(一般的には比誘電率:3.8-4.2)を通した電気力線が対象セルのビット線の静電ポテンシャルに影響を与え、閾値電圧の変動やp/n接合部の電界強度に影響を及ぼすという問題がある。   In the former structure in which the STI is embedded with an insulating film, it is generally embedded in a CVD oxide film. However, even in this structure, for example, when a highly integrated memory device such as a DRAM is miniaturized, data is stored. Depending on the operating voltage conditions of the bit line of the target cell and the word line (Neighbor Word Line (NWL)) of the adjacent cell, the electric lines of force that pass through the STI oxide film (generally, the relative dielectric constant: 3.8-4.2) There is a problem in that it affects the electrostatic potential of the bit line of the target cell and affects the fluctuation of the threshold voltage and the electric field strength of the p / n junction.

一方、後者では、非特許文献1にも記述されている素子を分離する領域に通常のSTIの代わりに、絶縁ゲート(Isolation Gate(IG))を設け、電気的にIGの溝下部を電気的に絶縁させる手法が提案されている。   On the other hand, in the latter, an insulating gate (Isolation Gate (IG)) is provided instead of a normal STI in a region for isolating elements described in Non-Patent Document 1, and the lower part of the IG is electrically connected to the lower part. A method of insulating is proposed.

しかし、IGの溝下部を電気的に絶縁するバイアスを印加すると、その隣接するセルのビット線の半導体層の静電ポテンシャルの影響により、当該ビット線のトランジスタ特性に影響を及ぼすという問題が、デバイスの微細化と共に顕著となってくる。   However, when a bias that electrically insulates the lower part of the IG groove is applied, the influence of the electrostatic potential of the semiconductor layer of the bit line of the adjacent cell affects the transistor characteristics of the bit line. It becomes remarkable with miniaturization.

例えば、P-Well内のn-chトランジスタを素子分離する際に、IGには負(-)のバイアスを印加し、IG下部の半導体層を空乏化させて電気的に絶縁する。このIGの電圧はそのまま対象セルのビット線の半導体層にも印加されるため、トランジスタ特性がIGのバイアス条件によって変動してしまうという問題がある。   For example, when isolating an n-ch transistor in a P-Well, a negative (−) bias is applied to the IG, and the semiconductor layer under the IG is depleted and electrically insulated. Since this IG voltage is directly applied to the semiconductor layer of the bit line of the target cell, there is a problem in that the transistor characteristics vary depending on the IG bias conditions.

特開2010−287774号公報JP 2010-287774 A

2008_IEDM_p1-4_6F2 buried wordline DRAM cell for 40nm and beyond _T.Schloesser etal(Qimonda)2008_IEDM_p1-4_6F2 buried wordline DRAM cell for 40nm and beyond _T.Schloesser etal (Qimonda)

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するものであり、その目的は、対象セルのワード線に隣接するワード線の電位の影響に伴う対象セルのビット線への電界を緩和することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   The present invention solves the above-described problems of the prior art, and its object is to alleviate the electric field applied to the bit line of the target cell due to the influence of the potential of the word line adjacent to the word line of the target cell. An object of the present invention is to provide a possible semiconductor device and a manufacturing method thereof.

本発明に係る半導体装置は、
半導体基板に形成され、半導体素子を形成するための活性領域と、
前記半導体基板内に形成され、前記活性領域を分離するための素子分離領域と、
前記素子分離領域内に設けられた空洞部を有することを特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention includes:
An active region formed on a semiconductor substrate for forming a semiconductor element;
An element isolation region formed in the semiconductor substrate for isolating the active region;
It has a cavity provided in the element isolation region.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
半導体基板に、半導体素子を形成するための活性領域を形成し、
前記半導体基板内に、前記活性領域を分離するための素子分離領域を形成し、
前記素子分離領域内に空洞部を形成することを特徴とする。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
Forming an active region for forming a semiconductor element on a semiconductor substrate;
Forming an element isolation region for isolating the active region in the semiconductor substrate;
A cavity is formed in the element isolation region.

本発明によれば、対象セルのワード線に隣接するワード線の電位の影響に伴う対象セルのビット線への電界を緩和することができる。   According to the present invention, the electric field applied to the bit line of the target cell due to the influence of the potential of the word line adjacent to the word line of the target cell can be reduced.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect by embodiment of this invention.

本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
最初に、図1〜図5を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。ここで、図1〜図5において、(a)は平面図、(b)はワード線(Word-Line(WL))垂直断面図、(c)はビット線(Bit-Line(BL))垂直断面図をそれぞれ示す。
(First embodiment)
Initially, with reference to FIGS. 1-5, the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. 1 to 5, (a) is a plan view, (b) is a vertical sectional view of a word line (Word-Line (WL)), and (c) is a vertical direction of a bit line (Bit-Line (BL)). Cross-sectional views are shown respectively.

図1に示すように、半導体基板100 中に、素子(セルアレイトランジスタ)101の分離を行うための素子分離領域(シャロートレンチアイソレーション(STI))102を形成するためのパターニングを行うため、フォトレジストの塗布及び露光を行う。   As shown in FIG. 1, in order to perform patterning for forming an element isolation region (shallow trench isolation (STI)) 102 for isolating an element (cell array transistor) 101 in a semiconductor substrate 100, a photoresist is used. Application and exposure are performed.

この際、対象セルのビット線(BL)103aに隣接する隣接ビット線(N−BL)103bとの分離部のSTI102と同時に、WL垂直方向の隣接ビット線(N−BL)103b間の分離部(ここでは、ノーマルフィールド(NF)104と称する)の両方を同時にパターニングしても良いし、別々にラインパターンで形成してもよい。   At this time, the isolation portion between adjacent bit lines (N-BL) 103b in the WL vertical direction simultaneously with the STI 102 of the isolation portion with the adjacent bit line (N-BL) 103b adjacent to the bit line (BL) 103a of the target cell. Both of them (referred to herein as normal field (NF) 104) may be patterned simultaneously or separately in a line pattern.

次いで、STI102及びNF104を形成するためのドライエッチングを行ない、STI102及びNF104の内壁を薄い内壁酸化膜105で覆う。   Next, dry etching for forming the STI 102 and the NF 104 is performed, and the inner walls of the STI 102 and the NF 104 are covered with a thin inner wall oxide film 105.

次いで、STI102及びNF104内部を埋め込み絶縁膜(例えば、SiN膜)106で埋設し、平坦化する。   Next, the STI 102 and the NF 104 are filled with a buried insulating film (for example, SiN film) 106 and planarized.

次に、溝ゲート構造のセルアレイトランジスタ101を形成する。   Next, a cell array transistor 101 having a trench gate structure is formed.

最初に、WL(ワードライン)107のパターンを形成するためマスク膜(図示せず)を形成し、次いでフォトリソグラフィーにてWL107のパターンを焼付けし、マスク膜をパターニングする。   First, a mask film (not shown) is formed to form a WL (word line) 107 pattern, and then the WL 107 pattern is baked by photolithography to pattern the mask film.

次に、レジスト除去後、パターニングしたマスク膜によるセルフアラインプロセスを介してWL107のパターンを半導体層の内部に形成する。   Next, after removing the resist, a pattern of WL 107 is formed inside the semiconductor layer through a self-alignment process using a patterned mask film.

次に、洗浄後、WL107のゲート絶縁膜108を形成する。ここでは、高温の高速昇温プロセス (Rapid Thermal Process(RTP))を用いてゲート酸化(例えば、6nm厚)を行なう。   Next, after cleaning, a gate insulating film 108 of WL107 is formed. Here, gate oxidation (for example, 6 nm thickness) is performed using a high-temperature rapid thermal process (RTP).

そのままポリシリコンのゲート電極を形成しても良いが、図1では、埋め込み型WL107の形成方法により説明する。   A polysilicon gate electrode may be formed as it is, but in FIG. 1, a method for forming the buried WL 107 will be described.

埋め込み型WL107を形成するため、TiN109及びW110を埋設し、所望の深さで埋め込み型WL107の電極部を形成する。   In order to form the embedded WL 107, TiN 109 and W110 are embedded, and an electrode portion of the embedded WL 107 is formed at a desired depth.

次いで、その上部に、キャップ絶縁膜111(例えば、CVD酸化膜)を埋設し、平坦化する。   Next, a cap insulating film 111 (for example, a CVD oxide film) is buried in the upper portion and planarized.

その後、BL線103及び後述のビットコンタクト(Bit-Contact(BC))形成のためのビットコンタクト層間膜112を堆積する。   Thereafter, a BL contact 103 and a bit contact interlayer 112 for forming a bit contact (Bit-Contact (BC)) to be described later are deposited.

次に、図2に示すように、ビットコンタクト(BC)113を開口する。   Next, as shown in FIG. 2, the bit contact (BC) 113 is opened.

最初に、ビットコンタクト層間膜112上にフォトリソグラフィーで、BCパターンをレジストを用いてパターニングする。   First, a BC pattern is patterned on the bit contact interlayer film 112 by photolithography using a resist.

次いで、ドライエッチングプロセスでビットコンタクト(BC)113を開口する。この際、ビットコンタクト(BC)113はWL107(フィールド部)に開口端がオーバーラップし、STI102及びNF104の表面に埋設している埋め込み絶縁膜106の表面が露出するように開口する。   Next, the bit contact (BC) 113 is opened by a dry etching process. At this time, the bit contact (BC) 113 is opened so that the opening end overlaps the WL 107 (field portion) and the surface of the buried insulating film 106 embedded in the surfaces of the STI 102 and the NF 104 is exposed.

次に、図3に示すように、STI102及びNF104に中空構造(Air Gap)構造を形成する。   Next, as shown in FIG. 3, a hollow structure (Air Gap) structure is formed in the STI 102 and the NF 104.

最初に、上述のようにビットコンタクト(BC)113を開口した後、洗浄を行なう。   First, after opening the bit contact (BC) 113 as described above, cleaning is performed.

その後、STI102及びNF104の内部に埋設された埋め込み絶縁膜106を除去するために、ホットリン酸114で埋め込み絶縁膜106を除去し、空洞部115を形成する。このようにして、Air-Gap分離構造が形成される。   Thereafter, in order to remove the buried insulating film 106 buried in the STI 102 and the NF 104, the buried insulating film 106 is removed with hot phosphoric acid 114 to form a cavity 115. In this way, an Air-Gap separation structure is formed.

次に、Air-Gap分離構造形成後、図4に示すように、ビットコンタクト(BC)113に選択エピタキシャル成長を行い、エピタキシャル成長層116を形成して、ビットコンタクト(BC)113の底部を埋設する。この際、STI102及びNF104の表面のホットリン酸114で除去された埋め込み絶縁膜(SIN膜)106の開口部は選択エピタキシャル成長のオーバー成長で埋設される。   Next, after forming the Air-Gap isolation structure, as shown in FIG. 4, selective epitaxial growth is performed on the bit contact (BC) 113 to form an epitaxial growth layer 116 and the bottom of the bit contact (BC) 113 is buried. At this time, the opening of the buried insulating film (SIN film) 106 removed by the hot phosphoric acid 114 on the surfaces of the STI 102 and the NF 104 is buried by overgrowth of selective epitaxial growth.

次に、図5に示すように、ビットコンタクト(BC)113に形成したエピタキシャル成長層116に不純物をイオン注入し、熱処理を行なった後、 ビット線(BL)103を形成するためのメタル配線を行なう。ここでは、TiN/W膜を成膜し、BL103の配線パターニングを行う。   Next, as shown in FIG. 5, impurities are ion-implanted into the epitaxial growth layer 116 formed in the bit contact (BC) 113, heat treatment is performed, and then metal wiring for forming the bit line (BL) 103 is performed. . Here, a TiN / W film is formed, and wiring patterning of the BL 103 is performed.

このようにして、STI102及びNF104に中空構造の素子分離構造を有する半等体装置が完成する。   In this manner, a semi-isotopic device having a hollow element isolation structure in the STI 102 and the NF 104 is completed.

この半導体装置は、図5に示すように、半導体基板100に形成され、半導体素子101を形成するための活性領域と、半導体基板100内に形成され、活性領域を分離するための素子分離領域(STI102、NF104)と、素子分離領域(STI102、NF104)内に設けられた空洞部105を有する。   As shown in FIG. 5, this semiconductor device is formed on a semiconductor substrate 100, and an active region for forming a semiconductor element 101 and an element isolation region (in the semiconductor substrate 100 for isolating the active region ( STI 102, NF 104) and a cavity 105 provided in the element isolation region (STI 102, NF 104).

また、素子分離領域(STI102、NF104)は溝状に形成されており、素子分離領域(STI102、NF104)の内壁には、内壁酸化膜105が形成されている。   The element isolation region (STI102, NF104) is formed in a groove shape, and an inner wall oxide film 105 is formed on the inner wall of the element isolation region (STI102, NF104).

そして、空洞部105の比誘電率(理想的には1.0)は、内壁酸化膜105の比誘電率(3.8〜4.2程度)よりも低い。   The relative dielectric constant (ideally 1.0) of the cavity portion 105 is lower than the relative dielectric constant (about 3.8 to 4.2) of the inner wall oxide film 105.

このような構造の下、半導体素子は、対象セル(Unit Cell)のワード線107とビット線103に接続されたセルアレイトランジスタ101である。空洞部105は、ワード線(aWL)107aに隣接する隣接ワード線(N−aWL)107bの電位の影響に伴うビット線(aBL)103aへの電界を緩和する。さらに、空洞部105は、ワード線(aWL)107aの接合リーク電流を減少させる。   Under such a structure, the semiconductor element is a cell array transistor 101 connected to the word line 107 and the bit line 103 of the target cell (Unit Cell). The cavity 105 relaxes the electric field applied to the bit line (aBL) 103a due to the influence of the potential of the adjacent word line (N-aWL) 107b adjacent to the word line (aWL) 107a. Further, the cavity 105 reduces the junction leakage current of the word line (aWL) 107a.

(第2の実施の形態)
最初に、図6〜図11を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。ここで、図6〜図11において、(a)は平面図、(b)はワード線(Word-Line(WL))垂直断面図、(c)はビット線(Bit-Line(BL))垂直断面図をそれぞれ示す。
(Second Embodiment)
Initially, with reference to FIGS. 6-11, the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. 6 to 11, (a) is a plan view, (b) is a vertical sectional view of a word line (Word-Line (WL)), and (c) is a vertical direction of a bit line (Bit-Line (BL)). Cross-sectional views are shown respectively.

最初に、図6に示すように、半導体基板200中に、素子分離となるシャロートレンチアイソレーション(STI)201を形成するためのパターニングを行うため、フォトレジストの塗布及び霧光を行う。この時、対象セル(Unit Cell)のビット線(aBL)202aに隣接する隣接ビット線(N−BL)202bとの分離部のSTI201と同時に、WL垂直方向の隣接ビット線(N−BL)202b間の分離部(ここではノーマルフィールド(NF)203と称する)の両方を同時にパターニングしても良いし、別々にラインパターンで形成しても良い。   First, as shown in FIG. 6, in order to perform patterning for forming shallow trench isolation (STI) 201 for element isolation in a semiconductor substrate 200, a photoresist is applied and fog light is applied. At this time, the adjacent bit line (N-BL) 202b in the WL vertical direction simultaneously with the STI 201 of the separation part from the adjacent bit line (N-BL) 202b adjacent to the bit line (aBL) 202a of the target cell (Unit Cell) Both of the separation portions (referred to herein as normal field (NF) 203) may be patterned at the same time, or may be separately formed in a line pattern.

次いで、STI201及び NF203を形成するためのドライエッチングを行って、STI用トレンチ204及びNF用トレンチ205を形成する。この時に、STI用トレンチ204及びNF用トレンチ205の溝形状を間口がやや狭くなるボーイング形状で形成する。近年の微細化したデバイスでは、STI201やNF203の分離幅が100nm以下になってきている。ここでは50nmの例で示す。   Next, dry etching for forming the STI 201 and the NF 203 is performed to form the STI trench 204 and the NF trench 205. At this time, the groove shapes of the STI trench 204 and the NF trench 205 are formed in a bowing shape in which the opening is slightly narrowed. In recent miniaturized devices, the separation width of STI 201 and NF 203 has become 100 nm or less. Here, an example of 50 nm is shown.

次に、図7に示すように、図6で示したボーイング形状のSTI用トレンチ204及びNF用トレンチ205(素子分離構造部)に対して高温のRTPプロセスにより内壁酸化を行なって、STI用トレンチ204及びNF用トレンチ205の内壁に内壁酸化膜206を形成する。内壁酸化膜206の厚さは、例えば、10nmである。これにより、STI用トレンチ204及びNF用トレンチ205の素子分離開口部は約45nm程度となる。   Next, as shown in FIG. 7, the inner wall oxidation is performed on the bowed STI trench 204 and the NF trench 205 (element isolation structure portion) shown in FIG. An inner wall oxide film 206 is formed on the inner walls of the 204 and NF trenches 205. The thickness of the inner wall oxide film 206 is, for example, 10 nm. As a result, the element isolation openings of the STI trench 204 and the NF trench 205 are about 45 nm.

次に、図8に示すように、STI用トレンチ204及びNF用トレンチ205の内壁に形成した内壁酸化膜206の表面に、絶縁膜207を堆積する。この絶縁膜207は、例えば、CVD酸化膜或いはプラズマ酸化膜であり、その膜厚は、約30nm程度である。この時、STI用トレンチ204及びNF用トレンチ205の素子分離開口部が狭いために、開口部が先に閉塞し、内部に空洞が残ったまま絶縁膜207の成膜が完了する。このようにして、空洞部208を有するSTI201及びNF203が完成する。尚、この絶縁膜207は、場合によってはCVD-SiN膜やプラズマSiN膜でも良い。   Next, as shown in FIG. 8, an insulating film 207 is deposited on the surface of the inner wall oxide film 206 formed on the inner walls of the STI trench 204 and the NF trench 205. The insulating film 207 is, for example, a CVD oxide film or a plasma oxide film, and the film thickness is about 30 nm. At this time, since the element isolation openings of the STI trench 204 and the NF trench 205 are narrow, the opening is closed first, and the formation of the insulating film 207 is completed with the cavity remaining inside. In this way, the STI 201 and the NF 203 having the cavity 208 are completed. The insulating film 207 may be a CVD-SiN film or a plasma SiN film depending on circumstances.

次に、空洞部208を有するSTI201及びNF203が完成した後、図9に示すように、溝ゲート構造のセルアレイトランジスタ209を形成する。   Next, after the STI 201 and NF 203 having the cavity 208 are completed, a cell array transistor 209 having a trench gate structure is formed as shown in FIG.

最初に、WL210のパターン形成するためマスク膜(図示せず)を成膜し、次いで、フォトリソグラフィーにてWL210のパターンを焼付けし、マスク膜をパターニングする。   First, a mask film (not shown) is formed to form a pattern of WL210, and then the pattern of WL210 is baked by photolithography to pattern the mask film.

レジスト除去後、パターニングしたマスク膜を用いてセルフアラインプロセスでWL210のパターンを半導体層の内部に形成する。   After removing the resist, a pattern of WL210 is formed inside the semiconductor layer by a self-alignment process using the patterned mask film.

洗浄後、WL210のゲート絶縁膜210を形成する。ここでは、高温の高速昇温プロセス(Rapid Thermal Process(RTP))を用いてゲート酸化(例えば、6nm厚)を行なう。そのままポリシリコンのゲート電極を形成しても良いが、図9では埋め込み型WL210の形成方法で説明する。   After cleaning, a gate insulating film 210 of WL210 is formed. Here, gate oxidation (for example, 6 nm thick) is performed using a high-temperature rapid thermal process (RTP). Although a polysilicon gate electrode may be formed as it is, a method for forming the buried WL 210 will be described with reference to FIG.

埋め込み型WL210の形成のため、TiN211及びW212を埋設し、所望の深さで埋め込み型WL210の電極部を形成する。   In order to form the embedded WL 210, TiN 211 and W 212 are embedded, and an electrode portion of the embedded WL 210 is formed at a desired depth.

次いで、その上部に、キャップ絶縁膜213(ここでは、CVD酸化膜)を埋設し、平坦化する。   Next, a cap insulating film 213 (here, a CVD oxide film) is buried in the upper portion and planarized.

その後、BL線103及び後述のビットコンタクト(Bit-Contact(BC))形成のためのビットコンタクト層間SiN膜214及びビットコンタクト層間酸化膜215を堆積する。   Thereafter, a bit contact interlayer SiN film 214 and a bit contact interlayer oxide film 215 for forming a BL line 103 and a bit contact (Bit-Contact (BC)) described later are deposited.

次に、図10に示すように、ビットコンタクト(BC)216を開口する。   Next, as shown in FIG. 10, the bit contact (BC) 216 is opened.

最初に、ビットコンタクト層間酸化膜215上にフォトリソグラフィーで、BCパターンをレジストを用いてパターニングする。   First, a BC pattern is patterned on the bit contact interlayer oxide film 215 by photolithography using a resist.

次いで、ドライエッチングプロセスでビットコンタクト(BC)216を開口する。   Next, the bit contact (BC) 216 is opened by a dry etching process.

その後、ビットコンタクト(BC)216が半導体層からはみ出さないように、ビットコンタクト層間SiN膜214で一度エッチストップした後、ビットコンタクトSW膜(SiN膜サイドウォール)217を形成し、ビットコンタクト層間SiN膜214をエッチングし、ビットコンタクト(BC)216を開口する。   Thereafter, the bit contact interlayer SiN film 214 is once etched and stopped so that the bit contact (BC) 216 does not protrude from the semiconductor layer, and then a bit contact SW film (SiN film sidewall) 217 is formed, and the bit contact interlayer SiN The film 214 is etched and a bit contact (BC) 216 is opened.

次に、図11に示すように、ビットコンタクト(BC)216に不純物をイオン注入し、熱処理を行なった後、ビット線(BL)202形成のためのメタル配線を行なう。ここではTiN/W膜を成膜し、ビット線(BL)202の配線パターニングを行なう。この際、ビットコンタクト(BC)216との接続に不純物がドープされたポリシリコンを用いても良い。これにより、STI201及びNF203に中空構造の素子分離構造を有する半導体装置が完成する。   Next, as shown in FIG. 11, impurities are ion-implanted into the bit contact (BC) 216, heat treatment is performed, and then metal wiring for forming the bit line (BL) 202 is performed. Here, a TiN / W film is formed, and wiring patterning of the bit line (BL) 202 is performed. At this time, polysilicon doped with impurities may be used for connection with the bit contact (BC) 216. As a result, a semiconductor device having a hollow element isolation structure in STI 201 and NF 203 is completed.

この半導体装置は、図11に示すように、半導体基板200に形成され、半導体素子201を形成するための活性領域と、半導体基板200内に形成され、活性領域を分離するための素子分離領域(STI201、NF203)と、素子分離領域(STI201、NF203)内に設けられた空洞部208を有する。   As shown in FIG. 11, this semiconductor device is formed on a semiconductor substrate 200, and an active region for forming a semiconductor element 201 and an element isolation region (in the semiconductor substrate 200, for isolating the active region). STI 201, NF 203) and a cavity 208 provided in the element isolation region (STI 201, NF 203).

また、素子分離領域(STI201、NF203)は、間口が狭くなるボーイング形状に形成されており、素子分離領域(STI201、NF203)の内壁には、内壁酸化膜206が形成され、内壁酸化膜206の表面には絶縁膜207が形成されている。   The element isolation region (STI201, NF203) is formed in a bow shape with a narrow opening, and an inner wall oxide film 206 is formed on the inner wall of the element isolation region (STI201, NF203). An insulating film 207 is formed on the surface.

そして、空洞部208の比誘電率(理想的には1.0)は、内壁酸化膜206の比誘電率(3.8〜4.2程度)よりも低い。   The relative dielectric constant (ideally 1.0) of the cavity 208 is lower than the relative dielectric constant (about 3.8 to 4.2) of the inner wall oxide film 206.

このような構造に下、半導体素子は、対象セル(Unit Cell)のワード線210とビット線202に接続されたセルアレイトランジスタ209である。空洞部208は、ワード線(aWL)210aに隣接する隣接ワード線(N−aWL)210bの電位の影響に伴うビット線(aBL)202aへの電界を緩和する。さらに、空洞部208は、ワード線(aWL)210aの接合リーク電流を減少させる。   Under such a structure, the semiconductor element is a cell array transistor 209 connected to the word line 210 and the bit line 202 of the target cell (Unit Cell). The cavity 208 relieves an electric field applied to the bit line (aBL) 202a due to the influence of the potential of the adjacent word line (N-aWL) 210b adjacent to the word line (aWL) 210a. Further, the cavity 208 reduces the junction leakage current of the word line (aWL) 210a.

次に、図12を参照して、本発明の実施の形態による効果について説明する。ここで、(a)はセルアレイトランジスタ特性のオン電流特性を示し、(b)はセルアレイトランジスタ特性の接合リーク電流を示す。   Next, effects of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, (a) shows the on-current characteristics of the cell array transistor characteristics, and (b) shows the junction leakage current of the cell array transistor characteristics.

図12(a)に示すように、本発明を用いることにより、デバイスの微細化に伴うセルアレイトランジスタのオン電流の隣接WLの影響による低下を抑制できる。また、隣接ワード電(WL)の電位の影響に伴う対象ビット線(BL)の電界緩和が可能となる。   As shown in FIG. 12A, by using the present invention, it is possible to suppress a decrease due to the influence of the adjacent WL of the ON current of the cell array transistor accompanying the miniaturization of the device. Further, the electric field of the target bit line (BL) can be reduced due to the influence of the potential of the adjacent word power (WL).

さらに、図12(b)に示すように、本発明を用いることにより、接合リーク電流も改善できる。   Furthermore, as shown in FIG. 12B, junction leakage current can be improved by using the present invention.

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき説明したが、本発明は上記実施例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。   As mentioned above, although the invention made | formed by this inventor was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the said Example, It cannot be overemphasized that it can change variously in the range which does not deviate from the summary.

100 半導体基板
101 セルアレイトランジスタ
102 STI
103 ビット線(BL)
104 NF
105 内壁酸化膜
106 埋め込み絶縁膜
107 ワード線(WL)
108 ゲート絶縁膜
109 TiN
110 W
111 キャップ絶縁膜
112 ビットコンタクト層間膜
113 ビットコンタクト(BC)
114 ホットリン酸
115 空洞部
116 エピタキシャル成長層
200 半導体基板
201 STI
202 ビット線(BL)
203 NF
204 STI用トレンチ
205 NF用トレンチ
206 内壁酸化膜
207 絶縁膜
208 空洞部
209 セルアレイトランジスタ
210 ワード線(WL)
211 TiN
212 W
213 キャップ絶縁膜
214 ビットコンタクト層間SiN膜
215 ビットコンタクト層間酸化膜215
216 ビットコンタクト(BC)
217 ビットコンタクトSW膜
100 Semiconductor substrate 101 Cell array transistor 102 STI
103 bit line (BL)
104 NF
105 inner wall oxide film 106 buried insulating film 107 word line (WL)
108 Gate insulating film 109 TiN
110 W
111 Cap insulating film 112 Bit contact interlayer film 113 Bit contact (BC)
114 Hot phosphoric acid 115 Cavity 116 Epitaxial growth layer 200 Semiconductor substrate 201 STI
202 bit line (BL)
203 NF
204 STI trench 205 NF trench 206 Inner wall oxide film 207 Insulating film 208 Cavity 209 Cell array transistor 210 Word line (WL)
211 TiN
212 W
213 Cap insulating film 214 Bit contact interlayer SiN film 215 Bit contact interlayer oxide film 215
216 bit contact (BC)
217 Bit contact SW film

Claims (16)

半導体基板に形成され、半導体素子を形成するための活性領域と、
前記半導体基板内に形成され、前記活性領域を分離するための素子分離領域と、
前記素子分離領域内に設けられた空洞部を有することを特徴とする半導体装置。
An active region formed on a semiconductor substrate for forming a semiconductor element;
An element isolation region formed in the semiconductor substrate for isolating the active region;
A semiconductor device having a cavity provided in the element isolation region.
前記素子分離領域は溝状に形成されており、
前記素子分離領域の内壁には、内壁酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The element isolation region is formed in a groove shape,
The semiconductor device according to claim 1, wherein an inner wall oxide film is formed on an inner wall of the element isolation region.
前記素子分離領域は、間口が狭くなるボーイング形状に形成されており、
前記素子分離領域の内壁には、内壁酸化膜が形成され、
前記内壁酸化膜の表面には絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The element isolation region is formed in a bow shape with a narrow frontage,
An inner wall oxide film is formed on the inner wall of the element isolation region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein an insulating film is formed on a surface of the inner wall oxide film.
前記空洞部の比誘電率は、前記内壁酸化膜の比誘電率よりも低いことを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 2, wherein a relative dielectric constant of the hollow portion is lower than a relative dielectric constant of the inner wall oxide film. 前記半導体素子は、ワード線とビット線に接続されたセルアレイトランジスタであり、
前記空洞部は、当該ワード線に隣接するワード線の電位の影響に伴う当該ビット線への電界を緩和することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor element is a cell array transistor connected to a word line and a bit line,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the hollow portion relaxes an electric field applied to the bit line due to an influence of a potential of a word line adjacent to the word line.
前記半導体素子は、ワード線とビット線に接続されたセルアレイトランジスタであり、
前記空洞部は、当該ワード線の接合リーク電流を減少させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor element is a cell array transistor connected to a word line and a bit line,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the hollow portion reduces a junction leakage current of the word line. 6.
半導体基板に、半導体素子を形成するための活性領域を形成し、
前記半導体基板内に、前記活性領域を分離するための素子分離領域を形成し、
前記素子分離領域内に空洞部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an active region for forming a semiconductor element on a semiconductor substrate;
Forming an element isolation region for isolating the active region in the semiconductor substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a cavity is formed in the element isolation region.
前記素子分離領域を溝状に形成し、
前記素子分離領域の内壁に、内壁酸化膜を形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
Forming the element isolation region in a groove shape;
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein an inner wall oxide film is formed on an inner wall of the element isolation region.
前記素子分離領域を間口が狭くなるボーイング形状に形成し、
前記素子分離領域の内壁に、内壁酸化膜を形成し、
前記内壁酸化膜の表面に、絶縁膜を形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
Forming the element isolation region into a bowing shape with a narrow opening;
Forming an inner wall oxide film on the inner wall of the element isolation region;
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein an insulating film is formed on a surface of the inner wall oxide film.
前記内壁酸化膜の表面に前記絶縁膜を形成することにより、前記素子分離領域の間口が閉塞され、これにより、前記素子分離領域内に前記空洞部が形成されることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。   10. The opening of the element isolation region is closed by forming the insulating film on the surface of the inner wall oxide film, whereby the cavity is formed in the element isolation region. The manufacturing method of the semiconductor device as described in 2. above. 前記絶縁膜は、CVD酸化膜又はプラズマ酸化膜であることを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the insulating film is a CVD oxide film or a plasma oxide film. 前記空洞部の比誘電率は、前記内壁酸化膜の比誘電率よりも低いことを特徴とする請求項7から11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a relative dielectric constant of the hollow portion is lower than a relative dielectric constant of the inner wall oxide film. 前記半導体素子は、ワード線とビット線に接続されたセルアレイトランジスタであり、
前記空洞部は、当該ワード線に隣接するワード線の電位の影響に伴う当該ビット線への電界を緩和するために形成されることを特徴とする請求項7から12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor element is a cell array transistor connected to a word line and a bit line,
13. The cavity according to any one of claims 7 to 12, wherein the cavity is formed in order to reduce an electric field applied to the bit line due to an influence of a potential of a word line adjacent to the word line. Semiconductor device manufacturing method.
前記半導体素子は、ワード線とビット線に接続されたセルアレイトランジスタであり、
前記空洞部は、当該ワード線の接合リーク電流を減少させるために形成されることを特徴とする請求項7から12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor element is a cell array transistor connected to a word line and a bit line,
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the hollow portion is formed in order to reduce a junction leakage current of the word line.
前記素子分離領域の内壁に前記内壁酸化膜を形成した後、前記素子分離領域内を埋め込み絶縁膜で埋設して平坦化し、
前記半導体基板の表面に、前記ビット線を形成するためのビットコンタクト層間膜を形成し、
前記埋め込み絶縁膜の一部が前記素子分離領域の表面から露出するように、前記ビットコンタクト層間膜を開口し、
前記露出した素子分離領域の表面を介して、前記素子分離領域に埋設されている前記埋め込み絶縁膜を除去することにより前記空洞部を形成することを特徴とする請求項13又は14に記載の半導体装置の製造方法。
After forming the inner wall oxide film on the inner wall of the element isolation region, the element isolation region is buried and buried with a buried insulating film,
Forming a bit contact interlayer for forming the bit line on the surface of the semiconductor substrate;
Opening the bit contact interlayer so that a part of the buried insulating film is exposed from the surface of the element isolation region;
The semiconductor device according to claim 13 or 14, wherein the cavity is formed by removing the buried insulating film buried in the element isolation region through the exposed surface of the element isolation region. Device manufacturing method.
前記埋め込み絶縁膜を除去は、ホットリン酸により行われることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。   16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the removal of the buried insulating film is performed with hot phosphoric acid.
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