JP2013219179A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は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.
図10、図11を参照して、半導体装置の一例について説明する。図10は、半導体装置100としてDRAMのメモリセルを示す平面図である。図11は、図10のB−B断面図であり、キャパシタの形成が終了した時点の構造を示す。
An example of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a plan view showing a DRAM memory cell as the
図10を参照すると、半導体(シリコン)基板のX−Y平面上において、X方向に対してある角度をなすX’方向に連続して延在する素子分離領域12及び活性領域13がY方向に関して等しい幅で交互に配置されている。素子分離領域12及び活性領域13に跨ってY方向に連続して延在し、隣接する2本の埋め込みワード線(以下、ワード線と呼ぶ)WL1、WL2が互いに対向して配置されている。2本の第1、第2ワード線WL1、WL2の両側に対向するように隣接して第1、第2埋め込みダミーワード線(以下、ダミーワード線と呼ぶ)DWL1、DWL2が2本配置されている。第1ダミーワード線DWL1と第1ワード線WL1の間の活性領域には、第1容量コンタクトプラグ27bが配置された第1容量コンタクト領域27aが位置している。また、隣接する2本の第1、第2ワード線WL1、WL2の間の活性領域には、BL(ビット線)コンタクト領域22aが位置している。さらに、第2ワード線WL2と第2ダミーワード線DWL2の間の活性領域には、第2容量コンタクトプラグ27dが配置された第2容量コンタクト領域27cが位置している。X’方向に延在する各々の活性領域13におけるBLコンタクト領域22aに接続されると共に、Y方向に直角なX方向に連続して延在するBL23aが配置されている。
Referring to FIG. 10, on the XY plane of a semiconductor (silicon) substrate, the
第1容量コンタクト領域27aと第1ワード線WL1とBLコンタクト領域22aとで第1セルトランジスタTr1が構成される。また、BLコンタクト領域22aと第2ワード線WL2と第2容量コンタクト領域27cとで第2セルトランジスタTr2が構成されている。 The first cell transistor Tr1 is configured by the first capacitor contact region 27a, the first word line WL1, and the BL contact region 22a. The BL contact region 22a, the second word line WL2, and the second capacitor contact region 27c constitute the second cell transistor Tr2.
上記の構成においては、第1ダミーワード線DWL1、第1ワード線WL1、第2ワード線WL2、第2ダミーワード線DWL2の各々のX方向の幅Dと、第1容量コンタクト領域27a、BLコンタクト領域22a、第2容量コンタクト領域27cの各々のX方向の幅Wとは、いずれも等しい値となっている。 In the above configuration, the width D in the X direction of each of the first dummy word line DWL1, the first word line WL1, the second word line WL2, and the second dummy word line DWL2, the first capacitance contact region 27a, and the BL contact The width W in the X direction of each of the region 22a and the second capacitor contact region 27c has the same value.
次に、図11をも参照して説明する。半導体基板11に、トランジスタのゲート電極を兼ねるワード線を形成するための溝14bが設けられている。また、各々の活性領域13の延在方向に隣接するセルトランジスタ間を寄生トランジスタDTr1、DTr2をオフ状態に保つことにより素子分離するダミーワード線用の溝14aが設けられている。各々のダミーワード線用の溝14a及びワード線用の溝14bの内面を覆うゲート絶縁膜15を介して、第1ダミーワード線DWL1、第1ワード線WL1、第2ワード線WL2及び第2ダミーワード線DWL2が各々の溝の底部に設けられている。なお、これらのゲート絶縁膜15の膜厚は全て等しい。各々のワード線及び各々のダミーワード線の上面を覆い、且つ、各々の溝を埋設してキャップ絶縁膜17が設けられている。
Next, a description will be given with reference to FIG. The
第1ダミーワード線DWL1と第1ワード線WL1の間に位置する半導体ピラーは第1容量コンタクト領域27aとなり、その上面にはソース/ドレインの一方となる不純物拡散層19aが設けられている。第1ワード線WL1と第2ワード線WL2の間に位置する半導体ピラーはBLコンタクト領域22aとなり、その上面にはソース/ドレインの他方となる不純物拡散層18が設けられている。さらに、第2ワード線WL2と第2ダミーワード線DWL2の間に位置する半導体ピラーは第2容量コンタクト領域27cとなり、その上面にはソース/ドレインの一方となる不純物拡散層19bが設けられている。
The semiconductor pillar located between the first dummy word line DWL1 and the first word line WL1 serves as a first capacitor contact region 27a, and an
不純物拡散層19aとゲート絶縁膜15と第1ワード線WL1と不純物拡散層18とで第1セルトランジスタTr1が構成される。また、不純物拡散層18とゲート絶縁膜15と第2ワード線WL2と不純物拡散層19bとで第2セルトランジスタTr2が構成される。図10で述べたのと同様に、第1ダミーワード線DWL1、第1ワード線WL1、第2ワード線WL2、第2ダミーワード線DWL2の各々のX’方向の幅と、第1容量コンタクト領域27a、BLコンタクト領域22、第2容量コンタクト領域27cの各々のX’方向の幅とは、いずれも等しい値となっている。
The
半導体基板11の上面を覆うように、全面に第1層間絶縁膜21が設けられている。第1層間絶縁膜21上には、BLコンタクト領域22aにおいて不純物拡散層18に接続されるBL(ビット線)23aが設けられる。BL23aの上面にはカバー絶縁膜23bが設けられている。BL23aの側壁を覆うように、全面にライナー絶縁膜24が設けられる。ライナー絶縁膜24上には、隣接するBL間に形成されている凹部空間を埋設する埋設絶縁膜25が設けられている。埋設絶縁膜25上には第2層間絶縁膜26が設けられる。
A first interlayer
第2層間絶縁膜26、埋設絶縁膜25、ライナー絶縁膜24及び第1層間絶縁膜21を貫通して、第1及び第2容量コンタクト領域27a及び27cの上面、すなわち不純物拡散層19a及び19bに各々接続される第1及び第2容量コンタクトプラグ27b、27dが設けられている。第1及び第2容量コンタクトプラグ27b、27d上には容量コンタクトパッド28が接続されている。容量コンタクトパッド28を覆うように、第3層間絶縁膜29が設けられる。容量コンタクトパッド28上の第3層間絶縁膜29にはシリンダホール30が設けられ、シリンダホール30の内面を覆うように下部電極31が設けられる。下部電極31の内表面を覆う容量絶縁膜32及び容量絶縁膜32上に上部電極33が設けられてキャパシタを構成している(非特許文献1)。
Through the second
上記の半導体装置では、各々のダミーワード線用の溝14a及びワード線用の溝14bの内面を覆うゲート絶縁膜15を介して、第1ダミーワード線DWL1、第1ワード線WL1、第2ワード線WL2及び第2ダミーワード線DWL2が溝の底部に設けられている。このゲート絶縁膜15の膜厚は全て等しく構成されている。そのため、ダミーワード線寄生トランジスタDTr1及びDTr2がオンする閾値電圧はセルトランジスタTr1、Tr2の閾値電圧と同じである。そのため、上記の半導体装置は、十分な素子分離を保つのに必要な電圧を供給することができず、セルトランジスタTr1、Tr2のデータ保持特性を良くすること、及び電流を増加させることができなくなってしまうという問題を有している。
In the semiconductor device described above, the first dummy word line DWL1, the first word line WL1, and the second word are interposed via the gate
本発明はこのような問題を解消するのに有効な半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention is intended to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that are effective in solving such problems.
本発明の態様によれば、半導体基板上に素子分離領域を形成して、該素子分離領域で囲まれた、半導体基板からなる活性領域を形成する工程と、前記半導体基板をエッチングして、埋め込みダミーワード線用の溝及び埋め込みワード線用の溝を形成する工程と、前記埋め込みダミーワード線用の溝に寄生トランジスタ用の第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記埋め込みワード線用の溝にメモリセルトランジスタ用の第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、を含み、前記第1のゲート絶縁膜の膜厚を前記第2のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚くしたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。なお、前記第1のゲート絶縁膜の膜厚を前記第2のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚くすることは、前記埋め込みダミーワード線用の溝及び埋め込みワード線用の溝を含む前記半導体基板の活性領域上に前記寄生トランジスタ用の前記第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記寄生トランジスタ用の前記第1のゲート絶縁膜を残し、前記埋め込みワード線用の溝を覆っている前記第1のゲート絶縁膜を除去する工程と、前記第1のゲート絶縁膜を除去したあとの前記埋め込みワード線用の溝に前記メモリセルトランジスタ用の前記第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、を実行することで実現することができる。 According to an aspect of the present invention, an element isolation region is formed on a semiconductor substrate, an active region made of the semiconductor substrate surrounded by the element isolation region is formed, and the semiconductor substrate is etched and embedded Forming a dummy word line groove and a buried word line groove; forming a first gate insulating film for a parasitic transistor in the buried dummy word line groove; and Forming a second gate insulating film for the memory cell transistor in the trench, wherein the film thickness of the first gate insulating film is made larger than the film thickness of the second gate insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device is provided. The thickness of the first gate insulating film is larger than the thickness of the second gate insulating film because the semiconductor substrate includes the buried dummy word line trench and the buried word line trench. Forming the first gate insulating film for the parasitic transistor on the active region, and leaving the first gate insulating film for the parasitic transistor and covering the trench for the buried word line Removing the first gate insulating film; and forming the second gate insulating film for the memory cell transistor in the trench for the buried word line after removing the first gate insulating film; , Can be realized.
本発明の別の態様によれば、半導体基板と、該半導体基板に、互いに平行に延在するように形成された2本の隣接埋め込みワード線と、該2本の埋め込みワード線を間にしてこれらの両側にそれぞれ該埋め込みワード線と平行に延在するように前記半導体基板に形成された埋め込みダミーワード線と、を含み、前記埋め込みダミーワード線は寄生トランジスタを形成するためのものであって前記半導体基板に形成された埋め込みダミーワード線用の溝の底部に第1のゲート絶縁膜を介して形成され、前記埋め込みワード線はメモリセルトランジスタを形成するためのものであって前記半導体基板に形成された埋め込みワード線用の溝の底部に第2のゲート絶縁膜を介して形成されており、前記第1のゲート絶縁膜の膜厚は前記第2のゲート絶縁膜の膜厚よりも大きいことを特徴とする半導体装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a semiconductor substrate, two adjacent embedded word lines formed on the semiconductor substrate so as to extend in parallel to each other, and the two embedded word lines interposed therebetween Embedded dummy word lines formed on the semiconductor substrate so as to extend in parallel with the buried word lines on both sides, respectively, and the buried dummy word lines are for forming parasitic transistors. Formed through a first gate insulating film at the bottom of a trench for a buried dummy word line formed in the semiconductor substrate, the buried word line is for forming a memory cell transistor, and is formed on the semiconductor substrate. The second gate insulating film is formed at the bottom of the formed buried word line trench, and the thickness of the first gate insulating film is the second gate insulating film. Wherein a greater than the thickness of the membrane is provided.
本発明によれば、埋め込みダミーワード線用の溝に形成する第1のゲート絶縁膜の厚さを、埋め込みワード線用の溝に形成する第2のゲート絶縁膜よりも大きく構成している。そのため、ダミーワード線寄生トランジスタがオンする閾値電圧が高くなり、メモリセルトランジスタに比べ供給する電圧を高く設定しても寄生トランジスタがオンすることがない。それにより、メモリセルトランジスタのデータ保持特性を向上させること、及び電流を増加させることができる。 According to the present invention, the thickness of the first gate insulating film formed in the buried dummy word line trench is configured to be larger than that of the second gate insulating film formed in the buried word line trench. Therefore, the threshold voltage at which the dummy word line parasitic transistor is turned on becomes high, and the parasitic transistor is not turned on even if the voltage supplied is set higher than that of the memory cell transistor. Thereby, the data retention characteristics of the memory cell transistor can be improved and the current can be increased.
(実施例1)
図1〜図9を参照して、本発明の実施形態による半導体装置10の製造方法について説明する。図1は半導体装置10としてDRAMのメモリセルを示す平面図である。図2は図1のA−A断面図であり、キャパシタの形成が終了した時点の構造を示す。図1、図2においては、説明を簡単にするために、図10、図11と同じ要素には同じ参照番号を付している。図3〜図9は半導体装置10の主要部の製造工程を順に断面図で示している。
Example 1
With reference to FIGS. 1-9, the manufacturing method of the
図1において、半導体装置10はDRAMのメモリセルを構成する。図1では、半導体基板上のX−Y平面においてX方向とある角度をなすX’方向を設定している。半導体(シリコン)基板11(図2)上において、X’方向に連続して延在する素子分離領域12と、同じくX’方向に連続して延在する活性領域13とがY方向に交互に等間隔、等ピッチで複数配置されている。素子分離領域12は溝に埋設した素子分離絶縁膜で構成されている。図1では、複数の素子分離領域12及び複数の活性領域13に跨って、Y方向に連続して延在する第1埋め込みワード線(以下、第1ワード線と呼ぶ)WL1、第2埋め込みワード線(以下、第2ワード線と呼ぶ)WL2及び第3埋め込みワード線(以下、第3ワード線と呼ぶ)WL3が配置されている。
In FIG. 1, a
また、第1ワード線WL1及び第2ワード線WL2を挟むように第1埋め込みダミーワード線(以下、第1ダミーワード線と呼ぶ)DWL1及び第2埋め込みダミーワード線(以下、第2ダミーワード線と呼ぶ)DWL2が配置されている。各々のダミーワード線DWLは、各々のワード線WLと同じ構造で構成されるが、寄生トランジスタDTr1、DTr2をオフ状態に保つことにより連続する帯状の活性領域13を複数の独立した活性領域に分割する機能を有する。具体的には、第1ダミーワード線DWL1と第2ダミーワード線DWL2の間に位置する活性領域13は第1活性領域13aとなり、第2ダミーワード線DWL2の右側に位置する活性領域13は第2活性領域13bとなっている。 Also, a first embedded dummy word line (hereinafter referred to as a first dummy word line) DWL1 and a second embedded dummy word line (hereinafter referred to as a second dummy word line) sandwiching the first word line WL1 and the second word line WL2. DWL2 is arranged. Each dummy word line DWL is configured in the same structure as each word line WL, but the continuous band-shaped active region 13 is divided into a plurality of independent active regions by keeping the parasitic transistors DTr1 and DTr2 in an off state. It has the function to do. Specifically, the active region 13 located between the first dummy word line DWL1 and the second dummy word line DWL2 becomes the first active region 13a, and the active region 13 located on the right side of the second dummy word line DWL2 is the first active region 13a. 2 active region 13b.
第1活性領域13aは、第1ダミーワード線DWL1に隣接して配置される第1容量コンタクト領域27aと、第1容量コンタクト領域27aに隣接して配置される第1ワード線WL1と、第1ワード線WL1に隣接して配置される第1BLコンタクト領域22aと、第1BLコンタクト領域22aに隣接して配置される第2ワード線WL2と、第2ワード線WL2に隣接して配置される第2容量コンタクト領域27cと、で構成されている。 The first active region 13a includes a first capacitor contact region 27a disposed adjacent to the first dummy word line DWL1, a first word line WL1 disposed adjacent to the first capacitor contact region 27a, and a first A first BL contact region 22a disposed adjacent to the word line WL1, a second word line WL2 disposed adjacent to the first BL contact region 22a, and a second disposed adjacent to the second word line WL2. And a capacitor contact region 27c.
第1容量コンタクト領域27aと、第1ワード線WL1と、第1BLコンタクト領域22aと、で第1セルトランジスタTr1が構成され、第1BLコンタクト領域22aと、第2ワード線WL2と、第2容量コンタクト領域27cと、で第2セルトランジスタTr2が構成されている。 The first capacitor contact region 27a, the first word line WL1, and the first BL contact region 22a constitute a first cell transistor Tr1, and the first BL contact region 22a, the second word line WL2, and the second capacitor contact. The second cell transistor Tr2 is configured by the region 27c.
上記の構成においては、第1ダミーワード線DWL1、第1ワード線WL1、第2ワード線WL2、第2ダミーワード線DWL2の各々のX方向の幅Dと、第1容量コンタクト領域27a、第1BLコンタクト領域22a、第2容量コンタクト領域27c、第3容量コンタクト領域27eの各々のX方向の幅Wとは、いずれも等しい値となっている。 In the above configuration, the width D in the X direction of each of the first dummy word line DWL1, the first word line WL1, the second word line WL2, and the second dummy word line DWL2, the first capacitance contact region 27a, and the first BL The width W in the X direction of each of the contact region 22a, the second capacitor contact region 27c, and the third capacitor contact region 27e has the same value.
本実施例のメモリセルは、上記第1活性領域13aの構成がダミーワード線DWLを介してX’方向に複数配置されて構成される。 The memory cell of this embodiment is configured by arranging a plurality of the configurations of the first active region 13a in the X ′ direction via the dummy word line DWL.
第2ダミーワード線DWL2は、隣接して配置された二つのセルトランジスタを構成する各々の容量コンタクト領域を電気的に分離する機能を有する。すなわち、第2ダミーワード線DWL2は、第2セルトランジスタTr2を構成する第2容量コンタクト領域27cと、第3セルトランジスタTr3を構成する第3容量コンタクト領域27eと、に各々接して挟まれる位置に配置される構成となっている。したがって、第2ダミーワード線DWL2は、寄生トランジスタDTr2をオフ状態に保つことにより、隣接して配置された二つのセルトランジスタを構成する各々の容量コンタクト領域(27c、27e)を電気的に分離する機能を有する。第1ダミーワード線DWL1、第1ワード線WL1、第2ワード線WL2、第2ダミーワード線DWL2、第3ワード線WL3は、各々X方向の中心点を通るY方向の中心線を有しており、それらの中心線は互いに等ピッチ間隔で配置される構成となっている。 The second dummy word line DWL2 has a function of electrically isolating the capacitor contact regions constituting the two cell transistors arranged adjacent to each other. That is, the second dummy word line DWL2 is located at a position sandwiched between the second capacitor contact region 27c constituting the second cell transistor Tr2 and the third capacitor contact region 27e constituting the third cell transistor Tr3. It becomes the composition arranged. Therefore, the second dummy word line DWL2 electrically isolates the capacitive contact regions (27c, 27e) constituting the two cell transistors arranged adjacent to each other by keeping the parasitic transistor DTr2 in the off state. It has a function. The first dummy word line DWL1, the first word line WL1, the second word line WL2, the second dummy word line DWL2, and the third word line WL3 each have a center line in the Y direction passing through the center point in the X direction. These center lines are arranged at equal pitch intervals.
次に、図2の断面図をも参照して説明する。半導体基板11に、トランジスタのゲート電極を兼ねるワード線用の溝14bが設けられている。また、各々の活性領域13の延在方向に隣接するセルトランジスタ間を、寄生トランジスタをオフ状態に保つことにより素子分離するダミーワード線用の溝14aが設けられている。各々のダミーワード線用の溝14a及びワード線用の溝14bの内面を覆うゲート絶縁膜15a、15bを介して、第1ダミーワード線DWL1、第1ワード線WL1、第2ワード線WL2、第2ダミーワード線DWL2、及び第3ワード線WL3が各々の溝の底部に設けられている。ダミーワード線用の溝14aを覆うゲート絶縁膜15aの膜厚はワード線用の溝14bを覆うゲート絶縁膜15bより厚くされている。
Next, description will be made with reference to the sectional view of FIG. The
さらに各々のワード線及び各々のダミーワード線の上面を覆い、且つ、各々の溝を埋設してキャップ絶縁膜17が設けられている。第1ダミーワード線DWL1と第1ワード線WL1の間に位置する半導体ピラーは第1容量コンタクト領域27a(図1)となり、その上面にはソース/ドレインの一方となる不純物拡散層19aが設けられている。第1ワード線WL1と第2ワード線WL2の間に位置する半導体ピラーは第1BLコンタクト領域22a(図1)となり、その上面にはソース/ドレインの他の一方となる不純物拡散層18が設けられている。また、第2ワード線WL2と第2ダミーワード線DWL2の間に位置する半導体ピラーは第2容量コンタクト領域27c(図1)となり、その上面にはソース/ドレインの一方となる不純物拡散層19bが設けられている。さらに、第2ダミーワード線DWL2と第3ワード線WL3の間に位置する半導体ピラーは第3容量コンタクト領域27eとなり、その上面にはソース/ドレインの一方となる不純物拡散層19cが設けられている。
Further, a
不純物拡散層19aとゲート絶縁膜15bと第1ワード線WL1と不純物拡散層18とで第1セルトランジスタTr1(図1)が構成される。また、不純物拡散層18とゲート絶縁膜15bと第2ワード線WL2と不純物拡散層19bとで第2セルトランジスタTr2(図1)が構成される。さらに、不純物拡散層19cとゲート絶縁膜15bと第3ワード線WL3と不純物拡散層(図示せず)とで第3セルトランジスタTr3(図1)が構成される。
The
半導体基板11の上面を覆うように、全面に第1層間絶縁膜21が設けられている。第1層間絶縁膜21上には、第1BLコンタクト領域22a(図1)において不純物拡散層18に接続されるBL(ビット線)23aが設けられる。BL23aの上面にはカバー絶縁膜23bが設けられている。BL23aの側壁を覆うように、全面にライナー絶縁膜24が設けられる。ライナー絶縁膜24上には、隣接するBL間に形成されている凹部空間を埋設する埋設絶縁膜25が設けられている。埋設絶縁膜25上には第2層間絶縁膜26が設けられる。
A first
第2層間絶縁膜26、埋設絶縁膜25、ライナー絶縁膜24及び第1層間絶縁膜21を貫通して、第1、第2及び第3容量コンタクト領域27a、27c及び27e(図1)の上面、すなわち不純物拡散層19a、19b、及び19cに各々接続される第1、第2及び第3容量コンタクトプラグ27b、27d、27fが設けられている。第1、第2及び第3容量コンタクトプラグ27b、27d、27f上には容量コンタクトパッド28が接続されている。容量コンタクトパッド28を覆うように、第3層間絶縁膜29が設けられる。容量コンタクトパッド28上の第3層間絶縁膜29にはシリンダホール30が設けられ、容量コンタクトパッド28の上面とシリンダホール30の内面を覆うように下部電極31が設けられる。下部電極31の内表面を覆うように容量絶縁膜32が設けられると共に、容量絶縁膜32上に上部電極33が設けられてキャパシタを構成している。
Upper surfaces of the first, second, and third capacitor contact regions 27a, 27c, and 27e (FIG. 1) penetrating through the second
上記の半導体装置では、ダミーワード線用の溝14aの内面を覆うゲート絶縁膜15aを介して、第1ダミーワード線DWL1、第2ダミーワード線DWL2が溝14aの底部に設けられている。また、ワード線用の溝14bの内面を覆うゲート絶縁膜15bを介して、第1ワード線WL1、第2ワード線WL2及び第3ワード線WL3が溝14bの底部に設けられている。特に、ゲート絶縁膜15aの膜厚はゲート絶縁膜15bより厚く構成されている。そのため、ダミーワード線寄生トランジスタDTr1及びDTr2(図1)がオンする閾値電圧が高くなり、セルトランジスタTr1、Tr2に比べ供給する電圧を高く設定しても寄生トランジスタDTr1及びDTr2がオンすることがない。それにより、セルトランジスタTr1、Tr2のデータ保持特性を向上させること、及び電流を増加させることができる。
In the semiconductor device described above, the first dummy word line DWL1 and the second dummy word line DWL2 are provided at the bottom of the
次に、図3〜図9を用いて、図1、図2に示した半導体装置の製造方法について説明する。図3〜図9は、図1におけるA−A断面図を示している。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. 3 to 9 show AA cross-sectional views in FIG.
まず、半導体基板の上に、周知のSTI(Shallow Trench Isolation)法により、酸化シリコン膜からなる絶縁膜で埋設された素子分離領域を形成する。これにより、素子分離領域で囲まれ、半導体基板からなる活性領域が形成される。 First, an element isolation region embedded with an insulating film made of a silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate by a well-known STI (Shallow Trench Isolation) method. Thus, an active region that is surrounded by the element isolation region and made of a semiconductor substrate is formed.
次に、半導体基板11上の全面に酸化シリコン膜からなるパッド酸化膜2を形成し、このパッド酸化膜2を通して、Nウェル領域及びPウェル領域を公知の方法で形成する。その後、半導体基板11上にシリコン窒化膜等を堆積し、レジスト(図示せず)にてダミーワード線用の溝及びワード線用の溝を形成するためのハードマスク3をパターニングする(図3)。
Next, a
次に、図4に示すように半導体基板11をドライエッチングによってエッチングし、ダミーワード線用の溝14a及びワード線用の溝14bを形成する。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、図5に示すように半導体基板11の活性領域上に熱酸化及び窒化プロセス等を用いて寄生トランジスタDTr1及びDTr2用のゲート絶縁膜15aを形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、図6に示すように、ダミーワード線用の溝14aをレジスト5にてマスクして、寄生トランジスタDTr1及びDTr2用のゲート絶縁膜15aを残し、ワード線用の溝14bを覆っているゲート絶縁膜15aをフッ酸含有溶液にて除去する。その後、レジスト5は除去される。
Next, as shown in FIG. 6, the dummy
次に、図7に示すように、寄生トランジスタDTr1及びDTr2用のゲート絶縁膜15aをフッ酸含有溶液にて除去したあとの半導体基板11にセルトランジスタTr1、Tr2用のゲート絶縁膜15bを形成する。この時、寄生トランジスタDTr1及びDTr2用のゲート絶縁膜15aの膜厚の方がセルトランジスタTr1、Tr2用のゲート絶縁膜15bの膜厚よりも厚くなるようにされる。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図8に示すようにタングステン等を、例えばCVD(Chemical Vapor deposition)法にて堆積させ、エッチバックすることにより、2つの溝14a内にそれぞれダミーワード線DWL1、DWL2を形成し、3つの溝14b内にはそれぞれワード線WL1、WL2、WL3を形成する。そして、残存したタングステン上及びダミーワード線用の溝14a、ワード線用の溝14bの内壁を覆うように、図示はしていないがシリコン窒化膜等でライナー絶縁膜を例えばCVD法にて形成する。続いて、ライナー絶縁膜上に埋込絶縁膜17を堆積する。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)を行って、ライナー絶縁膜が露出するまで表面を平坦化した後に、エッチングによってマスク用のシリコン窒化膜及び埋込絶縁膜17とライナー絶縁膜の一部を除去し、埋込絶縁膜17の表面が、半導体基板11のシリコンピラー上面と概略同程度の高さになるようにする。これにより、埋込ワード線及び素子分離用の埋込配線が形成される。
Next, as shown in FIG. 8, tungsten or the like is deposited by, for example, CVD (Chemical Vapor deposition) and etched back to form dummy word lines DWL1 and DWL2 in the two
そして、半導体基板11上を覆うように、シリコン酸化膜等を、例えばCVD法を用いて第1層間絶縁膜21として形成する。
Then, a silicon oxide film or the like is formed as the first
次に、図9に示すようにフォトリソグラフィ技術及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、第1BLコンタクト領域22aの上面に接続するビットコンタクトを形成する。ビットコンタクトは、ワード線WL1、WL2、WL3と同じ方向(図1のY方向)に延在するライン状の開口パターンとして形成される。ビットコンタクトのパターンと活性領域の交差した部分では、半導体基板11表面が露出する。ビットコンタクトを形成した後に、N型不純物(砒素等)をイオン注入し、シリコン基板表面近傍にN型不純物拡散層を形成する。形成したN型不純物拡散層は、トランジスタのソース/ドレイン領域(不純物拡散層18)として機能する。
Next, as shown in FIG. 9, by using a photolithography technique and a dry etching technique, a part of the first
その後、ポリシリコン膜、タングステン膜、シリコン窒化膜等の積層膜を例えばCVD法にて形成する。そして、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いてライン形状にパターニングし、BL(ビット線)23aを形成する。BL23aは、ワード線WL1、WL2、WL3と交差する方向(図1のX方向)に延在するパターンとして形成される。ビットコンタクト内で露出しているシリコン基板表面部分で、BL下層のポリシリコン膜とソース/ドレイン領域(不純物拡散層18)とが接続される。 Thereafter, a laminated film such as a polysilicon film, a tungsten film, or a silicon nitride film is formed by, for example, a CVD method. Then, a BL (bit line) 23a is formed by patterning into a line shape using a photolithography technique and a dry etching technique. The BL 23a is formed as a pattern extending in a direction intersecting the word lines WL1, WL2, WL3 (X direction in FIG. 1). The polysilicon film under the BL and the source / drain region (impurity diffusion layer 18) are connected to the surface portion of the silicon substrate exposed in the bit contact.
次に、図2に示すように、BL23aの側面を覆うシリコン窒化膜を形成した後に、その上面を覆うライナー絶縁膜24をシリコン窒化膜等で例えばCVD法を用いて形成する。
Next, as shown in FIG. 2, after a silicon nitride film covering the side surface of the BL 23a is formed, a
BL間のスペース部を充填するように、塗布膜であるSOD(Spin On Dielectric)膜(埋設絶縁膜)25を堆積した後に、高温の水蒸気(H2O)雰囲気中でアニール処理を行い、固体の膜に改質する。ライナー絶縁膜24の上面が露出するまでCMPを行って平坦化した後に、第2層間絶縁膜26として、例えばCVD法で形成したシリコン酸化膜を形成し、SOD膜25の表面を覆う。
After depositing a SOD (Spin On Dielectric) film (embedded insulating film) 25 as a coating film so as to fill the space between the BLs, annealing is performed in a high-temperature steam (H 2 O) atmosphere to obtain a solid The film is modified. After performing planarization by CMP until the upper surface of the
その後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、容量コンタクト27を形成する。容量コンタクト27と活性領域13(図1)の交差している部分で、シリコン基板表面が露出する。そして、N型不純物(リン等)をイオン注入し、活性領域13表面近傍にN型不純物拡散層を形成する。形成したN型不純物拡散層は、トランジスタのソース/ドレイン領域19a、19b、19cとして機能する。
Thereafter, the
次に、容量コンタクト27の内部を埋め込むように、タングステン等の導電性材料を例えばCVD法を用いて埋め込む。続いて、第2層間絶縁膜26上の余剰な上記導電性材料を例えばCMPにより除去し、容量コンタクト内部に残した導電性材料で容量コンタクトプラグ27b、27d、27fを形成する。次に第2層間絶縁膜26上にタングステン等の配線材料層を形成した後、公知のリソグラフィー技術、エッチング技術によって、上記配線材料層を加工し、上記容量コンタクトプラグに接続する容量コンタクトパッド28を形成する。
Next, a conductive material such as tungsten is embedded using, for example, a CVD method so as to bury the inside of the
容量コンタクトパッド28上を覆うように、シリコン窒化膜を用いてストッパー膜を形成したのちに、シリコン酸化膜等で第3層間絶縁膜29を形成する。
After a stopper film is formed using a silicon nitride film so as to cover the
その後、容量コンタクトパッド28の上面を露出させるように、第3層間絶縁膜29及びシリコン窒化膜を貫通する開口(シリンダホール)30を形成した後に、開口の内壁を覆うように窒化チタン等でキャパシタ素子の下部電極31を形成する。続いて、下部電極31の表面を覆うように容量絶縁膜32を形成した後に、窒化チタン等でキャパシタ素子の上部電極33を形成する。
Thereafter, an opening (cylinder hole) 30 penetrating the third
その後、図示していないが配線形成工程を繰り返すことで多層配線を形成し、半導体装置10を形成する。
Thereafter, although not shown, the wiring formation process is repeated to form a multilayer wiring, and the
上記半導体装置の製造方法の実施例では、ダミーワード線用の溝14aの内面を覆うゲート絶縁膜15aを介して、第1ダミーワード線DWL1、及び第2ダミーワード線DWL2が溝14aの底部に設けられている。一方、ワード線用の溝14bの内面を覆うゲート絶縁膜15bを介して、第1ダワード線WL1、第2ワード線WL2及び第3ワード線WL3が溝14bの底部に設けられている。特に、ゲート絶縁膜15aの膜厚はゲート絶縁膜15bより厚く構成されている。そのため、ダミーワード線寄生トランジスタDTr1及びDTr2がオンする閾値電圧が高くなり、セルトランジスタTr1、Tr2に比べ供給する電圧を高く設定しても寄生トランジスタDTr1及びDTr2がオンすることがない。それにより、セルトランジスタTr1、Tr2のデータ保持特性を向上させること、及び電流を増加させることができる。
In the embodiment of the semiconductor device manufacturing method, the first dummy word line DWL1 and the second dummy word line DWL2 are formed at the bottom of the
以上、本発明を好ましい実施例を挙げて説明したが、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 the preferred 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、埋め込みワード線構造を用いた電気的素子分離を用いているDRAMに適している。 The present invention is suitable for a DRAM using electrical element isolation using a buried word line structure.
10 半導体装置
WL1,WL2,WL3 埋め込みワード線
DWL1,DWL2 埋め込みダミーワード線
BL23a ビット線
11 半導体基板
14a 埋め込みダミーワード線用の溝
14b 埋め込みワード線用の溝
15a,15b ゲート絶縁膜
18,19a,19b,19c 不純物拡散層
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記半導体基板をエッチングして、埋め込みダミーワード線用の溝及び埋め込みワード線用の溝を形成する工程と、
前記埋め込みダミーワード線用の溝に寄生トランジスタ用の第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記埋め込みワード線用の溝にメモリセルトランジスタ用の第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、を含み、
前記第1のゲート絶縁膜の膜厚を前記第2のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚くしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an element isolation region on the semiconductor substrate, and forming an active region made of the semiconductor substrate surrounded by the element isolation region;
Etching the semiconductor substrate to form a trench for a buried dummy word line and a trench for a buried word line;
Forming a first gate insulating film for a parasitic transistor in the trench for the buried dummy word line;
Forming a second gate insulating film for a memory cell transistor in the trench for the buried word line,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness of the first gate insulating film is made larger than the thickness of the second gate insulating film.
前記埋め込みダミーワード線用の溝及び埋め込みワード線用の溝を含む前記半導体基板の活性領域上に前記寄生トランジスタ用の前記第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記寄生トランジスタ用の前記第1のゲート絶縁膜を残し、前記埋め込みワード線用の溝を覆っている前記第1のゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記第1のゲート絶縁膜を除去したあとの前記埋め込みワード線用の溝に前記メモリセルトランジスタ用の前記第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、を実行することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In order to make the film thickness of the first gate insulating film thicker than the film thickness of the second gate insulating film,
Forming the first gate insulating film for the parasitic transistor on an active region of the semiconductor substrate including the trench for the buried dummy word line and the trench for the buried word line;
Leaving the first gate insulating film for the parasitic transistor and removing the first gate insulating film covering the trench for the buried word line;
The step of forming the second gate insulating film for the memory cell transistor in the trench for the buried word line after removing the first gate insulating film is performed. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of.
該半導体基板に、互いに平行に延在するように形成された2本の隣接埋め込みワード線と、
該2本の埋め込みワード線を間にしてこれらの両側にそれぞれ該埋め込みワード線と平行に延在するように前記半導体基板に形成された埋め込みダミーワード線と、を含み、
前記埋め込みダミーワード線は寄生トランジスタを形成するためのものであって前記半導体基板に形成された埋め込みダミーワード線用の溝の底部に第1のゲート絶縁膜を介して形成され、
前記埋め込みワード線はメモリセルトランジスタを形成するためのものであつて前記半導体基板に形成された埋め込みワード線用の溝の底部に第2のゲート絶縁膜を介して形成されており、
前記第1のゲート絶縁膜の膜厚は前記第2のゲート絶縁膜の膜厚よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
Two adjacent embedded word lines formed on the semiconductor substrate so as to extend in parallel with each other;
Embedded dummy word lines formed on the semiconductor substrate so as to extend in parallel with the embedded word lines on both sides of the two embedded word lines, respectively,
The buried dummy word line is for forming a parasitic transistor, and is formed at the bottom of a trench for the buried dummy word line formed in the semiconductor substrate via a first gate insulating film,
The buried word line is for forming a memory cell transistor, and is formed at the bottom of a trench for a buried word line formed in the semiconductor substrate via a second gate insulating film,
The semiconductor device is characterized in that the film thickness of the first gate insulating film is larger than the film thickness of the second gate insulating film.
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