JP2013105770A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013105770A JP2013105770A JP2011246426A JP2011246426A JP2013105770A JP 2013105770 A JP2013105770 A JP 2013105770A JP 2011246426 A JP2011246426 A JP 2011246426A JP 2011246426 A JP2011246426 A JP 2011246426A JP 2013105770 A JP2013105770 A JP 2013105770A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- groove
- hole
- forming
- semiconductor
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 81
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N dichlorosilicon Chemical compound Cl[Si]Cl BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
本発明は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.
特許文献1には、プレーナ型トランジスタを対象とした改良技術として、エピタキシャル成長法を利用して深さ方向に均一な濃度プロファイルの半導体層を形成する技術が提案されている。 Patent Document 1 proposes a technique for forming a semiconductor layer having a uniform concentration profile in the depth direction using an epitaxial growth method as an improved technique for a planar transistor.
しかしながら、微細化の進歩が著しい半導体装置では、半導体基板の主面上へトランジスタを構成するプレーナ型から、半導体基板に複数の柱状体(シリコンピラー)を形成してトランジスタを構成する縦型へ移行しつつある。縦型トランジスタは、シリコンピラーの上部側に設けられる上部拡散層と、隣り合うシリコンピラー間の溝の底部側に設けられる下部拡散層と、上部拡散層と下部拡散層で挟まれるシリコン基板からなるチャネル領域と、チャネル領域の周囲側面を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の表面を覆うゲート電極と、を含んで構成される(特許文献2)。縦型トランジスタでは、下部拡散層がソース又はドレインとなる。 However, in semiconductor devices where progress in miniaturization is remarkable, the planar type that constitutes a transistor on the main surface of a semiconductor substrate is shifted to a vertical type that constitutes a transistor by forming a plurality of pillars (silicon pillars) on the semiconductor substrate. I am doing. The vertical transistor includes an upper diffusion layer provided on the upper side of the silicon pillar, a lower diffusion layer provided on the bottom side of a groove between adjacent silicon pillars, and a silicon substrate sandwiched between the upper diffusion layer and the lower diffusion layer. A channel region, a gate insulating film that covers the peripheral side surface of the channel region, and a gate electrode that covers the surface of the gate insulating film are configured (Patent Document 2). In the vertical transistor, the lower diffusion layer serves as a source or a drain.
図1は縦型トランジスタの例として、4F2セルトランジスタの場合の構造を示す。このような構造において上部拡散層を形成するまでの製造過程を図2〜図6を参照して説明する。 FIG. 1 shows a structure of a 4F 2- cell transistor as an example of a vertical transistor. The manufacturing process until the upper diffusion layer is formed in such a structure will be described with reference to FIGS.
先ず、図2を参照して、リソグラフィとエッチングによりパターンとして形成したパッド酸化膜101、マスク窒化膜6を用いシリコン基板1をエッチングして複数の溝(穴)を形成し、隣り合う溝の間にシリコンピラー1aを形成する。溝の底部の下側に下部拡散層2を形成するための不純物注入を行った後、溝の底部及びシリコンピラー1aの側面を酸化してゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)3、4を形成する。ゲート酸化膜3、4の形成後、ゲート電極材料を堆積し、エッチバックによりシリコンピラー1a側面のゲート酸化膜4を覆うようにゲート電極5を形成する。
First, referring to FIG. 2, a plurality of grooves (holes) are formed by etching silicon substrate 1 using
次に、図3において、隣り合うシリコンピラー1a間の溝を酸化膜(層間絶縁膜)7で埋設し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)によりマスク窒化膜6の上面と同じ高さまで擦り切り平坦化する。
Next, in FIG. 3, a groove between
次に、図4を参照して、マスク窒化膜6及びパッド酸化膜101を除去し、シリコンピラー1a上部のシリコンを露出させる。この状態で、不純物注入を行い、上部拡散層のLDD(Lightly Doped Drain)8を形成する。続いて、側面のゲート電極5とのショート防止の為、窒化膜のような絶縁膜を堆積させエッチバックすることにより、窒化マスク膜6及びパッド酸化膜101の除去後の穴(溝)にサイドウォール9を形成する。
Next, referring to FIG. 4, mask nitride film 6 and
次に、図5に移行して、露出したピラーシリコン表面をシード層として選択的にエピタキシャル成長させることで上部拡散層となる低抵抗なシリコン層10を形成する。
Next, moving to FIG. 5, the exposed pillar silicon surface is selectively epitaxially grown as a seed layer, thereby forming a low-
続いて、図6では、このエピタキシャル成長シリコン層(以下、エピSi層と呼ぶことがある)10に不純物注入を行うことで上部拡散層11を形成する。
Subsequently, in FIG. 6, the
図1に戻って、14はコンタクト底金属シリサイド層、15は容量シリンダコンタクトプラグ、16は層間酸化膜、17は窒化膜によるシリンダストッパ、18は容量誘電膜、19は容量下部電極、20は容量シリンダ層間絶縁膜、21は容量上部電極である。
Returning to FIG. 1, 14 is a contact bottom metal silicide layer, 15 is a capacitor cylinder contact plug, 16 is an interlayer oxide film, 17 is a cylinder stopper made of a nitride film, 18 is a capacitor dielectric film, 19 is a capacitor lower electrode, and 20 is a capacitor. A cylinder interlayer
ところで、図5の選択エピタキシャル成長では、絶縁膜表面での成長速度がシリコン表面での成長速度より遅れるため、絶縁膜表面には図5に示すようなファセットと呼ばれる傾斜面が発生する。これにより、エピSi層10表面には凹凸が生じてしまう。その結果、図6におけるイオン注入により形成される上部拡散層11もエピSi層10表面の凹凸の影響を受けて深さ(高さ)にばらつきが生じてしまう。しかも、一つの上部拡散層11内において深さにばらつきを生じるばかりでなく、異なる位置に形成される上部拡散層11間でも深さがばらつくことになる。上記のような深さのばらつきは、縦型トランジスタのチャネル長が局所的に変化することとなり、所望のトランジスタ特性を得ることが困難となる。
Incidentally, in the selective epitaxial growth of FIG. 5, the growth rate on the surface of the insulating film is delayed from the growth rate on the silicon surface, so that an inclined surface called a facet as shown in FIG. 5 is generated on the surface of the insulating film. As a result, unevenness occurs on the surface of the epi-
本発明の課題は、縦型トランジスタにおける上部拡散層の深さ方向のばらつきを低減することのできる半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing variations in the depth direction of an upper diffusion layer in a vertical transistor.
本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板に、パターン状に形成したマスク膜を用いて複数の半導体ピラーを形成する工程と、
隣り合う前記半導体ピラーで挟まれた溝の底部側の前記半導体基板に下部拡散層を形成する工程と、
前記溝の側面に酸化膜を介してゲート電極を形成した後、前記溝内から前記マスク膜と同じ高さまで層間絶縁膜を堆積させる工程と、
前記マスク膜を除去しそれにより形成された穴又は溝の側面にサイドウォールを形成した後、前記穴又は溝の底面で露出している前記半導体ピラーの上部側に上部拡散層を形成する工程と、を含む。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a plurality of semiconductor pillars on a semiconductor substrate using a mask film formed in a pattern,
Forming a lower diffusion layer on the semiconductor substrate on the bottom side of the groove sandwiched between adjacent semiconductor pillars;
A step of depositing an interlayer insulating film from the inside of the groove to the same height as the mask film after forming a gate electrode on the side surface of the groove via an oxide film;
Forming a sidewall on the side surface of the hole or groove formed by removing the mask film and then forming an upper diffusion layer on the upper side of the semiconductor pillar exposed at the bottom surface of the hole or groove; ,including.
本発明の第1の態様によれば、前記上部拡散層を形成する工程は、前記穴又は溝の底面に露出している前記半導体ピラー上に、単結晶シリコンを選択的に前記穴又は溝の外側まで過剰エピタキシャル成長させる工程と、前記層間絶縁膜の上面より上方に形成された余分な単結晶シリコンを前記層間絶縁膜の上面と同じ高さまで擦り切る平坦化工程と、前記穴又は溝内の前記単結晶シリコンに不純物を注入する工程と、を含む。 According to the first aspect of the present invention, in the step of forming the upper diffusion layer, the single crystal silicon is selectively formed on the semiconductor pillar exposed on the bottom surface of the hole or groove. Excessive epitaxial growth to the outside, a planarization step of rubbing excess single crystal silicon formed above the upper surface of the interlayer insulating film to the same height as the upper surface of the interlayer insulating film, and the above in the hole or groove Implanting impurities into the single crystal silicon.
本発明の第2の態様によれば、前記上部拡散層を形成する工程は、前記穴又は溝内で、該穴又は溝の底面に露出している前記半導体ピラー上にポリシリコンを選択的にエピタキシャル成長させる工程と、前記穴又は溝内の前記ポリシリコンに不純物を注入する工程と、を含む。 According to the second aspect of the present invention, in the step of forming the upper diffusion layer, the polysilicon is selectively formed on the semiconductor pillar exposed at the bottom surface of the hole or groove in the hole or groove. And epitaxially growing and implanting impurities into the polysilicon in the holes or trenches.
本発明の第3の態様によれば、前記上部拡散層を形成する工程は、前記穴又は溝の底面に露出している前記半導体ピラー上に、前記穴又は溝から出ない程度の高さまで単結晶シリコンを選択的にエピタキシャル成長させる工程と、前記穴又は溝内の前記単結晶シリコンを埋設すると共に前記層間絶縁膜を覆うようにポリシリコンを成長させる工程と、前記層間絶縁膜の上面より上方に形成された余分なポリシリコンを前記層間絶縁膜の上面と同じ高さまで擦り切る平坦化工程と、前記穴又は溝内の前記単結晶シリコンに不純物を注入する工程と、を含む。 According to the third aspect of the present invention, the step of forming the upper diffusion layer is performed on the semiconductor pillar exposed at the bottom of the hole or groove up to a height that does not protrude from the hole or groove. Selectively epitaxially growing crystalline silicon, burying the single crystal silicon in the hole or groove and growing polysilicon so as to cover the interlayer insulating film, and above the upper surface of the interlayer insulating film A flattening step of rubbing the formed excess polysilicon to the same height as the upper surface of the interlayer insulating film, and a step of implanting impurities into the single crystal silicon in the hole or groove.
上記第1〜第3の態様のいずれの場合も、マスク膜を除去することにより形成された穴又は溝には表面が平坦なシリコンプラグが得られるので、不純物注入で形成する上部拡散層を、その深さ方向のばらつきを低減して安定して形成することができる。これにより、チャネル長の違いによる縦型トランジスタの特性ばらつきを無くすことができる。 In any of the first to third aspects, since the silicon plug having a flat surface is obtained in the hole or groove formed by removing the mask film, the upper diffusion layer formed by impurity implantation is The variation in the depth direction can be reduced and the film can be formed stably. This eliminates variations in the characteristics of the vertical transistor due to the difference in channel length.
本発明は表面が平坦なシリコン層からなる上部拡散層を形成しようとするものである。具体的には、ファセットを有するシリコン層を選択的に過剰成長させた後、層間絶縁膜表面に形成されたシリコン層をCMPで擦り切ってシリコン層の表面を平坦化する。あるいはファセットが生じないポリシリコン層を成長させて平坦な表面を得る。この場合、シリコン層の成長には下記の方法の何れかを用いることができる。 The present invention intends to form an upper diffusion layer composed of a silicon layer having a flat surface. Specifically, after selectively overgrowing a silicon layer having facets, the surface of the silicon layer is planarized by rubbing the silicon layer formed on the surface of the interlayer insulating film with CMP. Alternatively, a flat layer is obtained by growing a polysilicon layer that does not generate facets. In this case, any of the following methods can be used for the growth of the silicon layer.
(1)シリコン層を単結晶Si(シリコン)で選択的にエピタキシャル成長させる。この場合、ファセットが生じるので最も成長が遅いファセットが層間絶縁膜表面より上方に位置するまで充分過剰に成長させる(実施例1)。 (1) A silicon layer is selectively epitaxially grown with single crystal Si (silicon). In this case, since facets are generated, the growth is sufficiently excessive until the slowest growing facet is located above the surface of the interlayer insulating film (Example 1).
(2)シリコン層をポリシリコンで選択的に成長させる。この場合、ポリシリコンにはファセットが生じないので表面が平坦なシリコン層が得られる(実施例2)。 (2) A silicon layer is selectively grown with polysilicon. In this case, since the facet does not occur in the polysilicon, a silicon layer having a flat surface can be obtained (Example 2).
(3)シリコン層を、ファセットを有する単結晶Siとファセットを生じないポリシリコンとで積層形成する。この場合、ポリシリコンは選択成長、全面成長のいずれで形成されてもよい(実施例3)。 (3) A silicon layer is formed by laminating single-crystal Si having facets and polysilicon not generating facets. In this case, the polysilicon may be formed by either selective growth or whole surface growth (Example 3).
以下に、実施例1〜3について説明する。 Examples 1 to 3 will be described below.
[実施例1]
以下に本発明の実施例1を説明するが、図4で説明したマスク窒化膜6及びパッド酸化膜101(以下、マスク膜と総称する)の除去後、窒化膜によるサイドウォール9を形成するまでの工程は、前述した通りである。
[Example 1]
Example 1 of the present invention will be described below. After removing the mask nitride film 6 and the pad oxide film 101 (hereinafter collectively referred to as mask film) described with reference to FIG. This process is as described above.
図4で説明したサイドウォール9の形成の後、図7に移行して、マスク膜の除去により露出しているシリコンピラー1a表面をシード層として単結晶Si10aを選択的にエピタキシャル成長させる。Siの選択成長装置に半導体基板をセットする前に、上記シリコンピラー表面をフッ酸含有溶液により洗浄し、自然酸化膜を除去する。次に、洗浄後の半導体基板をSiの選択成長装置にセットする。半導体基板を800〜900℃に加熱した後、水素雰囲気で1〜3分間熱処理する。この水素熱処理で上記シリコンピラー表面をさらに清浄化する。続いて、水素雰囲気を維持しながら、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を、例えば200ml/min、塩化水素(HCl)を、例えば100ml/minで導入し、5〜30Torr(好ましくは15Torr)の圧力条件に保持して単結晶Si10aを選択エピタキシャル成長させる。選択エピタキシャル成長はマスク膜の除去により出来た穴(又は溝)が埋まり、半導体基板の中で最も成長の遅いファセットが層間絶縁膜7の上方に位置するまで層間絶縁膜7を十分覆うように過剰成長させる。
After the formation of the
なお、半導体基板の中で最も遅いファセットは単結晶Si10aの成長中に検知することはできないので、同一の構成からなる別の半導体基板を用いた予備成長試験に基づいて経験的に成長時間を制御(又は設定)する。
Since the slowest facet among semiconductor substrates cannot be detected during the growth of
次に、図8に移行して、過剰成長して層間絶縁膜7上に形成されている単結晶Si10aをCMPによって平坦化させ、層間絶縁膜7の表面が露出したところで止める。この状態で不純物注入によって上部拡散層11を形成することにより、深さ方向に均一な上部拡散層が形成され、図9に示すように縦型トランジスタのチャネル長を一定に保つことが出来る。
Next, moving to FIG. 8, the
[実施例2]
次に、本発明の実施例2について説明する。
[Example 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図4で説明したマスク膜の除去後、窒化膜によるサイドウォール9を形成するまでの工程は、前述した通りである。図4で説明したサイドウォール9の形成の後、図10を参照して、マスク膜の除去により露出しているシリコンピラー1a上部からエピ成長(エピタキシャル成長)させる際、ポリシリコン12を選択的に成長させる。なお、図示を省略しているが、ポリシリコンが層間絶縁膜7の上面よりも上に形成された場合には、ポリシリコンをCMPにより平坦化させ、層間絶縁膜7の表面が露出したところで止める。実施例1のように単結晶シリコンをエピ成長させる場合は面方位に依存するファセットが形成され、高さ(深さ)ばらつきの要因となるが、ポリシリコンのエピ成長の場合は面方位依存が無いため、高さばらつきを抑制できる。この状態で上部拡散層11を形成するための不純物注入を行えば、図11に示すように、均一な上部拡散層11が形成されるのでチャネル長の違いによる縦型トランジスタの特性ばらつきが生じない。
The steps from the removal of the mask film described with reference to FIG. 4 to the formation of the
ポリシリコンをエピ成長させるためには下記のように、いくつかの方法を選択することができる。シリコン層を成長させるシリコンピラー1a表面をシリコンとは異なる材料で全面あるいは部分的に被覆すればよい。
Several methods can be selected for epitaxial growth of polysilicon as described below. The surface of the
(1)異なる材料が導体であれば全面被覆でも部分被覆でもよい。この導体には金属や金属シリサイドもしくは金属化合物を用いることができる。金属をCVD法やスパッタ法により全面に形成した後、650℃で熱処理しシリコンピラー1aの表面に金属シリサイドを形成する。この場合、シリコンピラー1a表面は金属シリサイドで全面被覆される。その後、層間絶縁膜7上に形成されている未反応の金属を除去する。この状態にて実施例1で説明した条件でポリシリコンを選択成長させることにより、金属シリサイド上にのみ表面が平坦なポリシリコンを形成することができる。金属にはチタン、タングステン、ニッケル、コバルトなどを用いることができる。この場合、金属シリサイドの膜厚は1〜10nmとすることが好ましい。
(1) If the different material is a conductor, it may be covered entirely or partially. A metal, a metal silicide, or a metal compound can be used for this conductor. A metal is formed on the entire surface by CVD or sputtering, and then heat-treated at 650 ° C. to form metal silicide on the surface of the
(2)一方、異なる材料が絶縁膜の場合には、シリコンピラー1a表面を部分的に被覆する必要がある。これは、全面被覆してしまうとコンタクト抵抗が増大してしまう問題があるからである。逆に言えば、露出するシリコンピラー1a表面を分散させればよい。この絶縁膜には、酸化シリコンなどの酸化物が好ましい。例えば以下のようにしてシリコンピラー1a表面を部分的に酸化シリコンで被覆することができる。実施例1で説明したように、Siの選択成長装置に半導体基板をセットする前に、上記シリコンピラー表面をフッ酸含有溶液により洗浄し、自然酸化膜を除去する。その後、室温の空気中あるいは酸素雰囲気中に1〜3分放置して、シリコンピラー表面に新たな自然成長酸化シリコン膜を形成する。この状態で形成される酸化シリコン膜の厚さは0.2nm程度であり、表面の50%程度が酸化シリコンで覆われた状態になっている。次に、半導体基板をSiの選択成長装置にセットする。水素雰囲気中で700〜750℃に加熱した後、ジクロロシラン(SiH2Cl2)を例えば200ml/min、塩化水素(HCl)を例えば100ml/minで導入し、5〜30Torr(好ましくは15Torr)の圧力条件に保持してシリコンを選択成長させる。この場合、成長温度は700〜750℃で選択成長条件としては低い温度であり、水素雰囲気であっても酸化シリコンはほとんど還元されないため、そのままシリコンピラー表面に残存している。この状態では、シリコンピラー表面のうち、露出している50%程度の分散された表面から各々独立してエピ成長が始まり、成長と共に各々の成長Siが接触して界面を形成し続けるのでシリコン層全体としては単結晶にはならず、多結晶シリコンとなる。したがってファセットを形成することなく表面が平坦なポリシリコン層として成長させることができる。
(2) On the other hand, when the different material is an insulating film, it is necessary to partially cover the surface of the
また、酸化シリコンからなる自然成長酸化膜以外にも以下のように分散する酸化膜を形成することができる。酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムなどの比較的誘電率が高い絶縁膜は、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition)を用いて形成することができる。例えば、酸化ジルコニウムの場合、半導体基板の温度を250℃に保持して、原料ガスとなるテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム(TEMAZ)の導入、原料ガスのパージ、オゾンの導入、オゾンのパージからなる基本ステップを1サイクルとして複数サイクル繰り返すことにより所望の膜厚分を形成する。この時、1サイクルで形成される酸化ジルコニウム膜厚は0.1nm程度であり。表面の30%程度が酸化ジルコニウムで被覆された状態に相当する。したがって、このようなALD法で形成する酸化物でシリコンピラー表面を部分的に被覆することができ、表面が平坦なポリシリコン層として選択成長させることができる。 In addition to the naturally grown oxide film made of silicon oxide, an oxide film dispersed as described below can be formed. An insulating film having a relatively high dielectric constant such as hafnium oxide or zirconium oxide can be formed by using an atomic layer deposition (ALD) method. For example, in the case of zirconium oxide, the basic steps consist of introduction of tetrakisethylmethylaminozirconium (TEMAZ) as a source gas, source gas purge, ozone introduction, and ozone purge while maintaining the temperature of the semiconductor substrate at 250 ° C. Is repeated for a plurality of cycles to form a desired film thickness. At this time, the film thickness of zirconium oxide formed in one cycle is about 0.1 nm. This corresponds to a state in which about 30% of the surface is coated with zirconium oxide. Therefore, the silicon pillar surface can be partially covered with such an oxide formed by the ALD method, and can be selectively grown as a polysilicon layer having a flat surface.
[実施例3]
次に、本発明の実施例3について説明する。
[Example 3]
Next,
図4で説明したマスク膜の除去後、窒化膜によるサイドウォール9を形成するまでの工程は、前述した通りである。図4で説明したサイドウォール9の形成の後、図12を参照して、単結晶Si10’をマスク膜除去後の穴(又は溝)から頭が出ない程度の高さにエピ成長させる。
The steps from the removal of the mask film described with reference to FIG. 4 to the formation of the
続いて、図13を参照して、単結晶Si10’をポリシリコン13で埋設し、CMPにより層間絶縁膜7の上面と同じ高さ位置まで擦り切ることで上部拡散層の高さを揃えることが出来る(図14)。この状態で不純物注入により上部拡散層を形成すると、高濃度注入層11’は単結晶シリコンで形成されることになる(図15)。その為、上部コンタクト底をシリサイド化する際にポリシリコンの粒界を伝っての異常成長が起きたとしても、高濃度注入層11’に欠陥が生じることを防ぐことができる。なお、ポリシリコンは選択成長、全面成長のいずれで形成されてもよい。
Subsequently, referring to FIG. 13,
[実施例の効果]
上記実施例1〜3によれば、表面が平坦なシリコン層を形成できることにより、上部拡散層となるシリコン層の高さ(深さ)を一定にして、縦型トランジスタの特性ばらつきを抑制することが出来る。
[Effect of Example]
According to the first to third embodiments, since the silicon layer having a flat surface can be formed, the height (depth) of the silicon layer serving as the upper diffusion layer is made constant, and the characteristic variation of the vertical transistor is suppressed. I can do it.
本発明を、複数の実施例を参照して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、請求項に記載された本発明の精神や範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described with reference to a plurality of embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the spirit and scope of the present invention described in the claims.
本発明は、例えば4F2セルトランジスタへの適用に適しているが、これに限定されるものではなく、下部拡散層と上部拡散層を備える縦型トランジスタ全般に適用可能である。 The present invention is suitable for application to, for example, a 4F 2- cell transistor, but is not limited to this, and can be applied to all vertical transistors including a lower diffusion layer and an upper diffusion layer.
1 シリコン基板
2 下部拡散層
3、4 ゲート酸化膜
5 ゲート電極
6 マスク窒化膜
7 層間絶縁膜
8 LDD
9 サイドウォール
10 エピタキシャル成長シリコン層(エピSi層)
10’、10a 単結晶シリコン
11 上部拡散層
11’ 高濃度注入層
12、13 ポリシリコン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
9
10 ', 10a
Claims (11)
隣り合う前記半導体ピラーで挟まれた溝の底部側の前記半導体基板に下部拡散層を形成する工程と、
前記溝の側面に酸化膜を介してゲート電極を形成した後、前記溝内から前記マスク膜と同じ高さまで層間絶縁膜を堆積させる工程と、
前記マスク膜を除去しそれにより形成された穴又は溝の側面にサイドウォールを形成した後、前記穴又は溝の底面で露出している前記半導体ピラーの上部側に上部拡散層を形成する工程と、を含み、
前記上部拡散層を形成する工程は、前記穴又は溝の底面に露出している前記半導体ピラー上に、単結晶シリコンを選択的に前記穴又は溝の外側まで過剰エピタキシャル成長させる工程と、
前記層間絶縁膜の上面より上方に形成された余分な単結晶シリコンを前記層間絶縁膜の上面と同じ高さまで擦り切る平坦化工程と、
前記穴又は溝内の前記単結晶シリコンに不純物を注入する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a plurality of semiconductor pillars on a semiconductor substrate using a mask film formed in a pattern;
Forming a lower diffusion layer on the semiconductor substrate on the bottom side of the groove sandwiched between adjacent semiconductor pillars;
A step of depositing an interlayer insulating film from the inside of the groove to the same height as the mask film after forming a gate electrode on the side surface of the groove via an oxide film;
Forming a sidewall on the side surface of the hole or groove formed by removing the mask film and then forming an upper diffusion layer on the upper side of the semiconductor pillar exposed at the bottom surface of the hole or groove; Including,
The step of forming the upper diffusion layer includes a step of selectively epitaxially growing single-crystal silicon to the outside of the hole or groove on the semiconductor pillar exposed at the bottom of the hole or groove;
A planarization step of rubbing excess single crystal silicon formed above the upper surface of the interlayer insulating film to the same height as the upper surface of the interlayer insulating film;
And a step of injecting an impurity into the single crystal silicon in the hole or groove.
隣り合う前記半導体ピラーで挟まれた溝の底部側の前記半導体基板に下部拡散層を形成する工程と、
前記溝の側面に酸化膜を介してゲート電極を形成した後、前記溝内から前記マスク膜と同じ高さまで層間絶縁膜を堆積させる工程と、
前記マスク膜を除去しそれにより形成された穴又は溝の側面にサイドウォールを形成した後、前記穴又は溝の底面で露出している前記半導体ピラーの上部側に上部拡散層を形成する工程と、を含み、
前記上部拡散層を形成する工程は、前記穴又は溝内で、該穴又は溝の底面に露出している前記半導体ピラー上にポリシリコンを選択的にエピタキシャル成長させる工程と、
前記穴又は溝内の前記ポリシリコンに不純物を注入する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a plurality of semiconductor pillars on a semiconductor substrate using a mask film formed in a pattern;
Forming a lower diffusion layer on the semiconductor substrate on the bottom side of the groove sandwiched between adjacent semiconductor pillars;
A step of depositing an interlayer insulating film from the inside of the groove to the same height as the mask film after forming a gate electrode on the side surface of the groove via an oxide film;
Forming a sidewall on the side surface of the hole or groove formed by removing the mask film and then forming an upper diffusion layer on the upper side of the semiconductor pillar exposed at the bottom surface of the hole or groove; Including,
The step of forming the upper diffusion layer includes the step of selectively epitaxially growing polysilicon on the semiconductor pillar exposed at the bottom surface of the hole or groove in the hole or groove;
And a step of injecting impurities into the polysilicon in the hole or groove.
隣り合う前記半導体ピラーで挟まれた溝の底部側の前記半導体基板に下部拡散層を形成する工程と、
前記溝の側面に酸化膜を介してゲート電極を形成した後、前記溝内から前記マスク膜と同じ高さまで層間絶縁膜を堆積させる工程と、
前記マスク膜を除去しそれにより形成された穴又は溝の側面にサイドウォールを形成した後、前記穴又は溝の底面で露出している前記半導体ピラーの上部側に上部拡散層を形成する工程と、を含み、
前記上部拡散層を形成する工程は、前記穴又は溝の底面に露出している前記半導体ピラー上に、前記穴又は溝から出ない程度の高さまで単結晶シリコンを選択的にエピタキシャル成長させる工程と、
前記穴又は溝内の前記単結晶シリコンを埋設すると共に前記層間絶縁膜を覆うようにポリシリコンを成長させる工程と、
前記層間絶縁膜の上面より上方に形成された余分なポリシリコンを前記層間絶縁膜の上面と同じ高さまで擦り切る平坦化工程と、
前記穴又は溝内の前記単結晶シリコンに不純物を注入する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a plurality of semiconductor pillars on a semiconductor substrate using a mask film formed in a pattern;
Forming a lower diffusion layer on the semiconductor substrate on the bottom side of the groove sandwiched between adjacent semiconductor pillars;
A step of depositing an interlayer insulating film from the inside of the groove to the same height as the mask film after forming a gate electrode on the side surface of the groove via an oxide film;
Forming a sidewall on the side surface of the hole or groove formed by removing the mask film and then forming an upper diffusion layer on the upper side of the semiconductor pillar exposed at the bottom surface of the hole or groove; Including,
The step of forming the upper diffusion layer is a step of selectively epitaxially growing single crystal silicon on the semiconductor pillar exposed at the bottom of the hole or groove to a height that does not come out of the hole or groove;
Burying the single crystal silicon in the hole or groove and growing polysilicon so as to cover the interlayer insulating film;
A planarization step of rubbing excess polysilicon formed above the upper surface of the interlayer insulating film to the same height as the upper surface of the interlayer insulating film;
And a step of injecting an impurity into the single crystal silicon in the hole or groove.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011246426A JP2013105770A (en) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | Semiconductor device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011246426A JP2013105770A (en) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | Semiconductor device manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013105770A true JP2013105770A (en) | 2013-05-30 |
Family
ID=48625131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011246426A Pending JP2013105770A (en) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | Semiconductor device manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013105770A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9418915B2 (en) | 2014-01-16 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
JP2019534559A (en) * | 2016-10-31 | 2019-11-28 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation | Method of forming a semiconductor structure and vertical transport FET structure |
-
2011
- 2011-11-10 JP JP2011246426A patent/JP2013105770A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9418915B2 (en) | 2014-01-16 | 2016-08-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
JP2019534559A (en) * | 2016-10-31 | 2019-11-28 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation | Method of forming a semiconductor structure and vertical transport FET structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI816685B (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
TW201913885A (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
US6933228B2 (en) | Method of manufacturing of contact plug in a contact hole on a silicon substrate | |
US8013424B2 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
US7816209B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
KR100637101B1 (en) | Semiconductor device with double structure contact plug formed epitaxial stack and metal layer and method for manufacturing the same | |
KR20120008188A (en) | Method for fabricating buried bit line of vertical transistor | |
KR100414204B1 (en) | Semiconductor memory device having capacitor and method of forming the same | |
KR100680946B1 (en) | Method for forming contact plug of semiconductor device | |
US6818537B2 (en) | Method of manufacturing a contact plug for a semiconductor device | |
KR100603588B1 (en) | Semiconductor device with low contact resistance and method for fabricating the same | |
US20030005881A1 (en) | Method for forming contact plug of semiconductor device | |
US7049230B2 (en) | Method of forming a contact plug in a semiconductor device | |
KR100517328B1 (en) | Semiconductor device having contact plug using selective epitaxial growth and method of fabricating the same | |
JP2013105770A (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
JP2022008194A (en) | Method for forming layer comprising silicon | |
CN104217957A (en) | Transistor and formation method thereof | |
KR100524802B1 (en) | Semiconductor device having contact plug formed using double selective epitaxial growth and method for fabrication of the same | |
KR20080029574A (en) | Method for fabricating recessed contact plug in semiconductor device by in situ etch | |
KR20020028488A (en) | Method for growthing a epi-layer and a method for manufacturing a transistor using the same | |
KR100650715B1 (en) | Method for forming contact plug of semiconductor device | |
KR100955924B1 (en) | Method for forming contact plug of semicondutor device | |
KR20060075953A (en) | Method for forming contact in semiconductor device | |
KR20010064119A (en) | A method for forming of semiconductor device using to Selective Epitaxial Growth | |
CN114038848A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20130730 |