JP2014041918A - Semiconductor device - Google Patents

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Haruki Enomoto
晴基 榎本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem of deterioration in data retention characteristics in a memory cell using a trench-gate FIN-FET, which is caused by an apparent phenomenon where a threshold voltage Vt of a cell transistor fluctuates depending on potential of adjacent trench gates (word lines).SOLUTION: In a semiconductor device, a decreased difference (ΔVt) in a threshold voltage caused by an influence of an adjacent trench gate is improved by forming a diffusion layer 103A to which an impurity having a conductivity type different from that of a channel region on each trench gate lateral face is introduced into a channel region (saddle fin 5) under a trench gate 300.

Description

本発明は、半導体装置に関し、詳しくはMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、特にトレンチゲート型FIN−FETを含む半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), in particular, a trench gate type FIN-FET.

近年、トランジスタの微細化に伴い、所謂ショートチャネル効果による、しきい値電圧の低下やサブスレッショルド特性の悪化が問題となっている。これを抑制する高性能トランジスタとして、チャネル部をひれ(フィン)状に加工したFIN型FETが注目されている。さらに、FIN型FETをDRAM(Dynamic Random Access Memory)セルトランジスタのように低リーク電流が求められる用途へ適用するために、トレンチ(リセス)ゲート構造とフィン型構造を組み合わせたトレンチゲート型FIN−FETが提案されている(特許文献1、特許文献2、非特許文献1等)。   In recent years, with the miniaturization of transistors, there is a problem of a decrease in threshold voltage and deterioration of subthreshold characteristics due to a so-called short channel effect. As a high-performance transistor that suppresses this, a FIN-type FET in which a channel portion is processed into a fin shape has attracted attention. Furthermore, a trench gate type FIN-FET that combines a trench (recess) gate structure and a fin type structure in order to apply the FIN type FET to applications requiring low leakage current, such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) cell transistor. Have been proposed (Patent Document 1, Patent Document 2, Non-Patent Document 1, etc.).

特許文献3には、FINの下部幅を狭くする一方で、FINの上部幅を広くすることで、オン電流の低下を抑制する技術が示されている。   Patent Document 3 discloses a technique for suppressing a decrease in on-current by narrowing the lower width of the FIN while widening the upper width of the FIN.

特開2008−47909号公報JP 2008-47909 A 特開2008−16842号公報JP 2008-16842 A 特開2011−54629号公報JP 2011-54629 A

S-W Chung, et. al., Symposium on VLSI Tech. Dig., pp. 32-33, 2006.S-W Chung, et.al., Symposium on VLSI Tech.Dig., Pp. 32-33, 2006.

半導体装置の微細化の進行により、ストレージ素子を備えたメモリセルを有するDRAM等の半導体装置では、トレンチゲート型FIN−FETを用いたメモリセルにおいて、隣接するトレンチゲート(ワード線)の電位に依存してセルトランジスタのしきい値電圧Vtが変動する現象が顕在化し、データリテンション特性が悪化する問題が深刻になってきている。これは、着目トランジスタのワード線をLowレベルとしてトランジスタをoff状態にしていても、隣接するワード線がHighレベルとなって隣接トランジスタがON状態になると、チャネル領域の電位分布の変化が着目トランジスタのチャネル領域の電位分布にも影響し、Vtを低下させる。この結果、着目トランジスタのIoffリークが増加してデータリテンション特性が悪化するため、このVt低下量(ΔVt)を軽減することが要求される。   Due to the progress of miniaturization of semiconductor devices, in a semiconductor device such as a DRAM having a memory cell having a storage element, the memory cell using a trench gate type FIN-FET depends on the potential of an adjacent trench gate (word line). As a result, the phenomenon that the threshold voltage Vt of the cell transistor fluctuates becomes obvious, and the problem that the data retention characteristic deteriorates has become serious. This is because, even when the word line of the target transistor is set to the low level and the transistor is in the off state, when the adjacent word line becomes high level and the adjacent transistor is turned on, the change in the potential distribution of the channel region It also affects the potential distribution in the channel region and lowers Vt. As a result, since the Ioff leakage of the transistor of interest increases and the data retention characteristics deteriorate, it is required to reduce this Vt decrease amount (ΔVt).

すなわち、本発明の一実施形態によれば、
第1の導電型を有する半導体基板上に形成された素子分離領域と、
当該素子分離領域に囲まれ、第1の方向に第1の活性領域とチャネル領域と第2の活性領域の順序で配列された各領域を含む半導体領域とを備え、
前記チャネル領域は上表面と第1の側面と第2の側面を含み、
前記第1の側面は前記第1の方向と交差する第2の方向における前記チャネル領域の前記上表面の第1の終端部から下方に延在し、
前記第2の側面は前記第2の方向における前記チャネル領域の前記上表面の第2の終端部から下方に延在し、
前記上表面と前記第1の側面と前記第2の側面とをゲート絶縁膜を介して覆うゲート電極と、
前記第1の活性領域に形成された第1の拡散層と、
前記第2の活性領域に形成された第2の拡散層を備え、
前記チャネル領域内に前記第1の導電型とは異なる第2の導電型を有する部分を備えること、を特徴とする半導体装置が提供される。
That is, according to one embodiment of the present invention,
An element isolation region formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type;
A semiconductor region including each region surrounded by the element isolation region and arranged in the order of the first active region, the channel region, and the second active region in the first direction;
The channel region includes an upper surface, a first side and a second side;
The first side surface extends downward from a first terminal end of the upper surface of the channel region in a second direction intersecting the first direction;
The second side surface extends downward from a second terminal end of the upper surface of the channel region in the second direction;
A gate electrode covering the upper surface, the first side surface and the second side surface via a gate insulating film;
A first diffusion layer formed in the first active region;
A second diffusion layer formed in the second active region;
Provided is a semiconductor device comprising a portion having a second conductivity type different from the first conductivity type in the channel region.

又、本発明の別の実施形態によれば、
第1の導電型を有する半導体基板上に形成された素子分離領域と、当該素子分離領域に囲まれ、第1の方向にドレイン領域とチャネル領域とソース領域の順序で配列された各領域を含む半導体領域があって、
当該ドレイン領域および当該ソース領域は第2の導電型を有し、
前記チャネル領域は第1の導電型の部分と第2の導電型の部分の両方を含み、当該チャネル領域の第2の導電型の部分と前記ドレインおよびソース領域のそれぞれとの間に挟まれた各々の第1の導電型の部分を備え、
前記チャネル領域を覆うゲート絶縁膜と、
当該ゲート絶縁膜を覆うゲート電極と、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
Also, according to another embodiment of the present invention,
An element isolation region formed on a semiconductor substrate having the first conductivity type, and each region surrounded by the element isolation region and arranged in the order of a drain region, a channel region, and a source region There is a semiconductor area,
The drain region and the source region have a second conductivity type;
The channel region includes both a first conductivity type portion and a second conductivity type portion, and is sandwiched between the second conductivity type portion of the channel region and each of the drain and source regions. Comprising a portion of each first conductivity type;
A gate insulating film covering the channel region;
And a gate electrode covering the gate insulating film.

本発明の更に別の実施形態によれば、
サドルフィン構造を含むトランジスタを備える半導体装置であって、
第1導電型の半導体基板の活性領域中に所定の深さを有する溝と、
前記活性領域を囲み、前記活性領域の溝内にサドルフィン構造を構成する後退した絶縁分離部を備える素子分離領域と、
前記溝及び前記後退した絶縁分離部内に埋め込まれた前記トランジスタのゲート電極と、
前記第1導電型と異なる第2導電型であって、前記溝を介して対向する前記活性領域上に形成されるソース・ドレイン領域と、
前記ソース・ドレイン領域に挟まれ、前記ゲート電極と対向する第1導電型のチャネル部と
を備え、
前記チャネル部は前記サドルフィン構造を経由して前記ソース・ドレイン間の電荷移動を行い、
前記サドルフィン構造が前記第2導電型を有することを特徴とする半導体装置が提供される。
According to yet another embodiment of the invention,
A semiconductor device including a transistor including a saddle fin structure,
A groove having a predetermined depth in the active region of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
An element isolation region that includes a receding isolation portion that surrounds the active region and forms a saddle fin structure in a groove of the active region;
The gate electrode of the transistor embedded in the trench and the recessed isolation portion;
A source / drain region that is a second conductivity type different from the first conductivity type and is formed on the active region opposite to the groove;
A channel portion of a first conductivity type sandwiched between the source / drain regions and facing the gate electrode;
The channel portion performs charge transfer between the source and drain via the saddle fin structure,
A semiconductor device is provided in which the saddle fin structure has the second conductivity type.

MOSFETでは、空乏化動作をする時に空乏化するチャネル部分がキャリア(NMOSFETの場合は電子)を基板に注入する働きをしていているが、本発明の一実施形態によれば、チャネル中にチャネルの第1導電型と異なる第2導電型の部分を有することで、その第2導電型の部分のキャリアの注入を軽減することができる。完全空乏化型のFIN−FET、特に、トレンチゲート型FIN−FET構造を用いたメモリセルにおいて、トレンチゲート(ワード線)下のチャネル領域(サドルフィン部分)をトレンチゲート側面のチャネル領域の第1導電型と異なる第2導電型とすることで、その部分で基板へのキャリアの注入が軽減できる結果、隣接トレンチゲートの影響によるしきい値電圧の低下の差分(ΔVt)を改善することができ、データリテンション特性に優れたメモリセルを有する半導体装置を提供できる。   In a MOSFET, a channel portion that is depleted when performing a depletion operation functions to inject carriers (electrons in the case of an NMOSFET) into a substrate. According to one embodiment of the present invention, By having a second conductivity type portion different from the first conductivity type, carrier injection in the second conductivity type portion can be reduced. In a memory cell using a fully depleted FIN-FET, in particular, a trench gate type FIN-FET structure, a channel region (saddle fin portion) under the trench gate (word line) is used as the first channel region on the side surface of the trench gate. By adopting the second conductivity type different from the conductivity type, carrier injection into the substrate can be reduced at that portion, and as a result, the difference (ΔVt) in the threshold voltage drop due to the influence of the adjacent trench gate can be improved. A semiconductor device having a memory cell with excellent data retention characteristics can be provided.

本発明の一実施形態に係る半導体装置の一部を示す平面図である。It is a top view which shows a part of semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 図1AのA−A線での断面図を示す。FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A. 図1AのB−B線での断面図を示す。Sectional drawing in the BB line of FIG. 1A is shown. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図であり、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線での断面図、(C)は(A)のB−B線での断面図を示す。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the AA of (A), (C) is (A) ) Is a cross-sectional view taken along line B-B. 本発明の実施例1の製造工程を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the manufacturing process of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の製造工程を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the manufacturing process of Example 2 of this invention. 本発明の効果を説明するシミュレーション結果を示す図であり、(A)はしきい値電圧特性、(B)はSS特性、(C)はΔVt特性を示す。It is a figure which shows the simulation result explaining the effect of this invention, (A) shows a threshold voltage characteristic, (B) shows SS characteristic, (C) shows (DELTA) Vt characteristic.

いか、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態例について説明するが、本発明はこれらの実施形態例のみに限定されるものではない。   The preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.

実施形態例1
まず、図1Aの平面図を参照して、本実施形態の半導体装置1の主要部分の配置について説明する。ここでは、第1導電型をp型、第2導電型をn型とし、MOSFETとして埋め込みワード線構造でFIN−FETを構成している半導体装置について説明する。
Embodiment 1
First, with reference to the plan view of FIG. 1A, the arrangement of main parts of the semiconductor device 1 of the present embodiment will be described. Here, a semiconductor device in which a first conductivity type is p-type, a second conductivity type is n-type, and a FIN-FET is configured as a MOSFET with a buried word line structure will be described.

半導体装置1は、半導体基板100上にメモリセル領域2と、その周囲に配置される周辺回路領域(不図示)を有するDRAMを構成しているが、図1Aでは、メモリセル領域2の一部を示している。また、本実施形態例では、半導体基板100を第1導電型がp型のシリコン単結晶として説明するが、これに限るものではなく、第1導電型がn型のシリコン単結晶や化合物半導体などであっても良い。   The semiconductor device 1 constitutes a DRAM having a memory cell region 2 and a peripheral circuit region (not shown) disposed around the semiconductor cell 100 on the semiconductor substrate 100. In FIG. 1A, a part of the memory cell region 2 is formed. Is shown. In this embodiment, the semiconductor substrate 100 is described as a silicon single crystal whose first conductivity type is p-type. However, the present invention is not limited to this, and a silicon single crystal or compound semiconductor whose first conductivity type is n-type. It may be.

メモリセル領域2は、X方向(第2方向)に傾斜するX’方向(第3方向)に延在する第1素子分離領域200Aと、X方向に垂直な方向となるY方向(第1方向)に延在する第2素子分離領域200Bと、第1素子分離領域200AによってY方向に分離され第2素子分離領域200BによってX’方向に分離される半導体基板100からなる島状の活性領域101を有している。   The memory cell region 2 includes a first element isolation region 200A extending in the X ′ direction (third direction) inclined in the X direction (second direction) and a Y direction (first direction) perpendicular to the X direction. And an island-shaped active region 101 including a semiconductor substrate 100 separated in the Y direction by the first element isolation region 200A and in the X ′ direction by the second element isolation region 200B. have.

図1Aでは、活性領域101はX’方向に長辺を有する平行四辺形で示されているが、これに限るものではなく、平行四辺形の4つの角が丸まった長楕円形であっても良い。複数の活性領域101は、各々のY方向の幅およびX方向の幅が等しくなっている。さらに、活性領域101は等ピッチ間隔でX’方向及びY方向に繰り返し配置される構成となっている。Y方向に隣接する活性領域101の間隔は特に制限されない。活性領域101の間隔、すなわち、第1素子分離領域200AのY方向の幅は、活性領域101のY方向の幅と同じとすることもでき、それより小さい寸法としても良い。本実施形態例の半導体装置1では、後述するビット線が延在する、X方向(第2方向)に傾斜したX’方向(第3方向)に延在する活性領域101がY方向の直線上に整列して繰り返し配置されている。複数の第1素子分離領域200Aおよび複数の活性領域101に跨って、Y方向に直線状に延在する2つの埋め込みワード線300(以下、第一ワード線300Aおよび第2ワード線300B)が配置されている。図では一部の構成が省略されているが、第一ワード線300Aおよび第2ワード線300Bは、隣接する第2素子分離領域200Bの間に均等間隔で配置されている。すなわち、各々の第2素子分離領域200Bと第一ワード線300Aおよび第二ワード線300Bは、同一の幅、および間隔で配置されている。第一ワード線300Aおよび第二ワード線300Bは対応するトランジスタのゲート電極として機能する。これにより、X’方向に延在する一つの島状の活性領域101は、第2素子分離領域200Bと第一ワード線300Aに隣接する第1容量コンタクト接続領域4Aと、第一ワード線300Aの真下でチャネルとして機能する第1サドルフィン5Aと第一ワード線300Aと第二ワード線300Bに隣接するビット線コンタクト接続領域6と第二ワード線300Aの真下でチャネルとして機能する第2サドルフィン5Bと、第2ワード線300Bと第2素子分離領域200Bに隣接する第2容量コンタクト接続領域4Bとで構成されている。第1容量コンタクト接続領域4Aと、第一ワード線300Aと、第1サドルフィン5Aと、ビット線コンタクト接続領域6とで第1メモリセルトランジスタTr1が構成される。また、ビット線コンタクト接続領域6と、第2ワード線300Bと、第2サドルフィン5Bと、第2容量コンタクト接続領域4Bとで第2メモリセルトランジスタTR2が構成される。したがって、ビット線コンタクト接続領域6は、二つのメモリセルトランジスタTr1及びTr2で共有される構成となっている。各々のビット線コンタクト接続領域6上にはビット線コンタクトプラグ511(ここでは、便宜的に円形)が設けられ、図では一部の構成が省略されているが、各々のビット線コンタクトプラグ511に接続してX方向に延在するビットラインゲート500(以降BLG500)が配置されている。第2素子分離領域200Bと第一ワード線300AとBLG500および第2素子分離領域200Bと第二ワード線300BとBLG500で囲われた領域に容量コンタクト700が設けられ、各々の容量コンタクト接続領域4A、4Bと電気的に接続している。各々の容量コンタクト700上にはキャパシタ(図示せず)が設けられている。   In FIG. 1A, the active region 101 is shown as a parallelogram having long sides in the X ′ direction. However, the present invention is not limited to this, and the active region 101 may be a long ellipse having four rounded corners. good. The plurality of active regions 101 have the same width in the Y direction and the width in the X direction. Further, the active regions 101 are repeatedly arranged in the X ′ direction and the Y direction at equal pitch intervals. The interval between the active regions 101 adjacent in the Y direction is not particularly limited. The interval between the active regions 101, that is, the width in the Y direction of the first element isolation region 200A may be the same as the width in the Y direction of the active region 101, or may be smaller than that. In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, an active region 101 extending in the X ′ direction (third direction) inclined in the X direction (second direction) extends on a straight line in the Y direction, in which a bit line described later extends. Are arranged repeatedly. Two embedded word lines 300 (hereinafter referred to as a first word line 300A and a second word line 300B) extending linearly in the Y direction are arranged across the plurality of first element isolation regions 200A and the plurality of active regions 101. Has been. Although a part of the configuration is omitted in the drawing, the first word line 300A and the second word line 300B are arranged at equal intervals between the adjacent second element isolation regions 200B. That is, each second element isolation region 200B, the first word line 300A, and the second word line 300B are arranged with the same width and interval. The first word line 300A and the second word line 300B function as gate electrodes of corresponding transistors. As a result, one island-like active region 101 extending in the X ′ direction includes the second element isolation region 200B, the first capacitor contact connection region 4A adjacent to the first word line 300A, and the first word line 300A. The first saddle fin 5A that functions as a channel directly below, the bit line contact connection region 6 adjacent to the first word line 300A and the second word line 300B, and the second saddle fin 5B that functions as a channel directly below the second word line 300A. And a second capacitor contact connection region 4B adjacent to the second word line 300B and the second element isolation region 200B. The first capacitor contact connection region 4A, the first word line 300A, the first saddle fin 5A, and the bit line contact connection region 6 constitute a first memory cell transistor Tr1. The bit line contact connection region 6, the second word line 300B, the second saddle fin 5B, and the second capacitor contact connection region 4B constitute a second memory cell transistor TR2. Accordingly, the bit line contact connection region 6 is shared by the two memory cell transistors Tr1 and Tr2. A bit line contact plug 511 (here, circular for convenience) is provided on each bit line contact connection region 6, and a part of the configuration is omitted in the figure, but each bit line contact plug 511 has A bit line gate 500 (hereinafter referred to as BLG 500) that is connected and extends in the X direction is disposed. A capacitor contact 700 is provided in a region surrounded by the second element isolation region 200B and the first word lines 300A and BLG500, and the second element isolation region 200B and the second word lines 300B and BLG500, and each capacitor contact connection region 4A, 4B is electrically connected. A capacitor (not shown) is provided on each capacitance contact 700.

次に、図1B,図1Cの断面図を参照する。図1Bは、X’方向に沿って活性領域101をY方向に2分するA−A線で切った断面図である。図1Cは、第一層間絶縁膜400成膜後のY方向に沿ってワード線300をX方向に2分するB−B線で切った断面図である。半導体基板100表面にX方向(第2方向)に等間隔で、Y方向(第1方向)に延在し、ライナー窒化膜とメイン酸化膜を含む第2素子分離領域200Bが配置されている。隣接する第2素子分離領域200Bの間に均等間隔で2つのワードトレンチ310が配置さている。ワードトレンチ310は、第1素子分離領域200Aでは第1素子分離領域200Aの最深部より浅く(例えば、第1素子分離領域200Aの深さの2/3程度)、活性領域101ではさらに浅く(例えば、第1素子分離領域200Aの深さの1/3程度)掘られており、FIN−FETとなるサドルフィン5を形成している。サドルフィン5はトランジスタのチャネルを構成し、上表面と第1の側面と第2の側面を有する。ここでは、第1の側面と第2の側面が傾斜する形状を示しているが、これに限定されず、垂直形状であってもよい。本発明では、ワードトレンチ310の下の活性領域101に半導体基板100に含まれる第1導電型の不純物(ここではp型)と異なる第2導電型の不純物(n型不純物)を注入し、サドルフィン5をn型化している(n型拡散層103A)。ワードトレンチ310の内部には、ゲート絶縁膜311を介してバリアメタル層312aとメタル層312bからなるメタルワードライン312が各々埋設されている。メタルワードライン312の上面を覆うようにキャップ絶縁膜313が配置されている。キャップ絶縁膜313は、半導体基板100表面より高く突き出している。この各々のワードトレンチ310内に形成された構造がワード線300となる。キャップ絶縁膜313間を埋設するように第1層間絶縁膜400が設けられている。ビット線コンタクト接続領域8の上面には、第1層間絶縁膜を貫通するビット線コンタクトプラグ511、ビット線コンタクトプラグ511の上面に接続されX方向に延在するBLG下層512、BLG上層513およびキャップ絶縁膜514が積層配置され配線の形状に形成されている。なお、本実施形態例ではビット線コンタクトプラグ511とBLG下層512を分けているが、ビット線コンタクトプラグ511とBLG下層512を一体形成してもかまわない。BLG下層512とBLG上層513およびキャップ絶縁膜514側面にはシリコン窒化膜からなるサイドウォール絶縁膜515が設けられ、BLG下層512とBLG上層513とキャップ絶縁膜514およびサイドウォール絶縁膜515でBLG500を形成している。BLG500を覆うように、全面にシリコン酸化膜からなる第二層間絶縁膜600が設けられている。容量コンタクト接続領域8の上面には、第二層間絶縁膜600および第一層間絶縁膜400を貫通して容量コンタクトプラグ700が接続されている。容量コンタクトプラグ700の上面を含む全面にシリコン窒化膜からなるストッパー膜780とシリコン酸化膜からなる第三層間絶縁膜790が設けられている。容量コンタクトプラグ700の上面に到達するように第三層間絶縁膜790とストッパー膜780を貫通するシリンダーホール810を開口し、シリンダーホールの内側と底部を覆うように下部電極811が設けられている。これにより、下部電極811は、容量コンタクトプラグ700の上面に接続する。下部電極811表面を覆うように、容量絶縁膜812および上部電極813が設けられ、下部電極811と容量絶縁膜812および上部電極813により、キャパシタ800を構成している。キャパシタ800を覆うように、第四層間絶縁膜900が設けられている。第4層間絶縁膜900を貫通する配線コンタクト910が設けられ、配線コンタクト910上面には配線920が接続されている。配線920を覆うように、保護絶縁膜930が全面に設けられている。   Reference is now made to the cross-sectional views of FIGS. 1B and 1C. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA that bisects the active region 101 in the Y direction along the X ′ direction. FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line BB dividing the word line 300 in the X direction along the Y direction after the first interlayer insulating film 400 is formed. On the surface of the semiconductor substrate 100, second element isolation regions 200B extending in the Y direction (first direction) at equal intervals in the X direction (second direction) and including a liner nitride film and a main oxide film are arranged. Two word trenches 310 are arranged at equal intervals between adjacent second element isolation regions 200B. The word trench 310 is shallower in the first element isolation region 200A than the deepest part of the first element isolation region 200A (for example, about 2/3 of the depth of the first element isolation region 200A), and is shallower in the active region 101 (for example, , About 1/3 of the depth of the first element isolation region 200A), and forms a saddle fin 5 serving as a FIN-FET. Saddle fin 5 forms a channel of the transistor and has an upper surface, a first side surface, and a second side surface. Here, the shape in which the first side surface and the second side surface are inclined is shown; however, the shape is not limited to this, and a vertical shape may be used. In the present invention, a second conductivity type impurity (n-type impurity) different from the first conductivity type impurity (here, p-type) contained in the semiconductor substrate 100 is implanted into the active region 101 below the word trench 310, The dolphin 5 is made n-type (n-type diffusion layer 103A). Metal word lines 312 each composed of a barrier metal layer 312a and a metal layer 312b are buried in the word trench 310 with a gate insulating film 311 interposed therebetween. A cap insulating film 313 is disposed so as to cover the upper surface of the metal word line 312. The cap insulating film 313 protrudes higher than the surface of the semiconductor substrate 100. The structure formed in each word trench 310 becomes a word line 300. A first interlayer insulating film 400 is provided so as to embed between the cap insulating films 313. On the upper surface of the bit line contact connection region 8, a bit line contact plug 511 penetrating the first interlayer insulating film, a BLG lower layer 512 connected to the upper surface of the bit line contact plug 511 and extending in the X direction, a BLG upper layer 513, and a cap An insulating film 514 is laminated and formed in the shape of a wiring. In this embodiment, the bit line contact plug 511 and the BLG lower layer 512 are separated, but the bit line contact plug 511 and the BLG lower layer 512 may be integrally formed. A side wall insulating film 515 made of a silicon nitride film is provided on the side surfaces of the BLG lower layer 512, the BLG upper layer 513, and the cap insulating film 514. The BLG 500 is formed by the BLG lower layer 512, the BLG upper layer 513, the cap insulating film 514, and the side wall insulating film 515. Forming. A second interlayer insulating film 600 made of a silicon oxide film is provided on the entire surface so as to cover the BLG 500. A capacitor contact plug 700 is connected to the upper surface of the capacitor contact connection region 8 through the second interlayer insulating film 600 and the first interlayer insulating film 400. A stopper film 780 made of a silicon nitride film and a third interlayer insulating film 790 made of a silicon oxide film are provided on the entire surface including the upper surface of the capacitor contact plug 700. A cylinder hole 810 passing through the third interlayer insulating film 790 and the stopper film 780 is opened so as to reach the upper surface of the capacitor contact plug 700, and a lower electrode 811 is provided so as to cover the inside and bottom of the cylinder hole. As a result, the lower electrode 811 is connected to the upper surface of the capacitive contact plug 700. A capacitor insulating film 812 and an upper electrode 813 are provided so as to cover the surface of the lower electrode 811, and the capacitor 800 is configured by the lower electrode 811, the capacitor insulating film 812 and the upper electrode 813. A fourth interlayer insulating film 900 is provided so as to cover the capacitor 800. A wiring contact 910 that penetrates the fourth interlayer insulating film 900 is provided, and a wiring 920 is connected to the upper surface of the wiring contact 910. A protective insulating film 930 is provided over the entire surface so as to cover the wiring 920.

次に、本実施形態例に係る半導体装置1の製造工程を図2〜図12を用いて説明する。
なお、本実施形態例において、n型拡散層103A形成工程周辺で一部工程順序を変えた実施例1と実施例2とが存在するが、ほぼ、同じ工程を経るので、一括して説明し、工程の異なるところのみ分けて説明する。図2〜図12において、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線断面図、(C)は(A)のB−B線断面図を示す。
Next, the manufacturing process of the semiconductor device 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, there are Example 1 and Example 2 in which the process order is partially changed around the n-type diffusion layer 103A formation process. Only the different processes will be described separately. 2 to 12, (A) is a plan view, (B) is a cross-sectional view taken along line AA of (A), and (C) is a cross-sectional view taken along line BB of (A).

先ず、図2に示すように、公知の技術を用いて、半導体基板100上に図2(A)の平面図に示すレイアウトで素子分離領域200を形成し、半導体基板100表面を活性領域101に分割する。素子分離領域200は、ドライエッチングにて素子分離溝を形成した後、ライナー窒化膜を形成し、その後、メイン酸化膜を埋め込み形成される。次に、n型不純物注入により活性領域101表面付近に浅くソース・ドレイン(SD)拡散層102を形成する。その後、半導体基板100全面にシリコン窒化膜であるマスク膜301を成膜する。なお、図2(A)の平面図は、マスク膜301を透過した状態を示す。図3(A)、図4(A)、図5(A)も同様である。   First, as shown in FIG. 2, an element isolation region 200 is formed on the semiconductor substrate 100 with a layout shown in the plan view of FIG. 2A using a known technique, and the surface of the semiconductor substrate 100 is formed as an active region 101. To divide. The element isolation region 200 is formed by forming an element isolation groove by dry etching, forming a liner nitride film, and then embedding a main oxide film. Next, a source / drain (SD) diffusion layer 102 is formed shallowly near the surface of the active region 101 by n-type impurity implantation. Thereafter, a mask film 301 which is a silicon nitride film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. Note that the plan view of FIG. 2A shows a state where the mask film 301 is transmitted. The same applies to FIGS. 3A, 4A, and 5A.

次に、図3に示すように、そして、リソグラフィとドライエッチングで、マスク膜301をエッチングして、ワードトレンチ310のパターンを形成し、マスク膜301をマスクにして、ドライエッチングによりワードトレンチ310を形成する。ここで、マスク膜のパターニングは、ダブルパターニング法を用いることが望ましい。また、ワードトレンチ310の深さは、活性領域101では浅く、素子分離領域200では深くなるようにドライエッチングの条件を調整する。その深さは、活性領域101では素子分離領域200の深さの1/3、素子分離領域200では素子分離領域200の深さの2/3程度が望ましい。すなわち、ワードトレンチ310の活性領域101に鞍型の凸部が残されるようにする。この鞍型の凸部がサドルフィン5となる。   Next, as shown in FIG. 3, the mask film 301 is etched by lithography and dry etching to form a pattern of the word trench 310, and the word trench 310 is formed by dry etching using the mask film 301 as a mask. Form. Here, it is desirable to use a double patterning method for patterning the mask film. The dry etching conditions are adjusted so that the depth of the word trench 310 is shallow in the active region 101 and deep in the element isolation region 200. The depth is preferably about 1/3 of the depth of the element isolation region 200 in the active region 101 and about 2/3 of the depth of the element isolation region 200 in the element isolation region 200. That is, a bowl-shaped convex part is left in the active region 101 of the word trench 310. This saddle-shaped convex portion becomes the saddle fin 5.

次に、図4および図5を用いて、実施例1の工程を説明する。
実施例1では、図3に示すようにワードトレンチ310を形成した後、図4に示すように、n型不純物(例えば、P,As)を注入し、n型拡散層103Aを形成する。このとき、n型拡散層103Aはサドルフィン5全てがn型になる深さまで注入し、かつ、ワードトレンチ310側壁に極力注入されないように注入の条件を調整する。n型拡散層103Aを形成するために注入されるn型不純物は、SD拡散層102のようなコンタクト抵抗を考慮する必要が無いため、導電型がp型からn型に変わる程度の少ない導入量で十分な効果を示し、SD拡散層102よりも少ない導入量でよい。
Next, the process of Example 1 is demonstrated using FIG. 4 and FIG.
In Example 1, after forming the word trench 310 as shown in FIG. 3, as shown in FIG. 4, an n-type impurity (for example, P, As) is implanted to form an n-type diffusion layer 103A. At this time, the n-type diffusion layer 103A is implanted to such a depth that all of the saddle fins 5 become n-type, and the implantation conditions are adjusted so as not to be implanted into the side walls of the word trench 310 as much as possible. The n-type impurity implanted to form the n-type diffusion layer 103A does not need to consider the contact resistance as in the SD diffusion layer 102, so that the introduction amount is small enough to change the conductivity type from p-type to n-type. Shows a sufficient effect, and an introduction amount smaller than that of the SD diffusion layer 102 is sufficient.

次に、図5に示すように熱酸化により、ワードトレンチ310表面に現れている、n型拡散層103Aを含む活性領域101を酸化し、ゲート酸化膜311を形成する。   Next, as shown in FIG. 5, the active region 101 including the n-type diffusion layer 103 </ b> A appearing on the surface of the word trench 310 is oxidized by thermal oxidation to form a gate oxide film 311.

一方、実施例2では、図2に示すようにワードトレンチ310を形成した後、熱酸化により、ワードトレンチ310表面に現れている活性領域101を酸化し、ゲート酸化膜311を形成し、次に、図3に示すように、n型不純物(例えば、P,As)を注入し、n型拡散層103Aを形成する。実施例2では、ゲート絶縁膜311があるので、実施例1よりワードトレンチ310側壁にn型不純物が注入されにくくなっている。   On the other hand, in Example 2, after forming the word trench 310 as shown in FIG. 2, the active region 101 appearing on the surface of the word trench 310 is oxidized by thermal oxidation to form a gate oxide film 311. As shown in FIG. 3, an n-type impurity (for example, P, As) is implanted to form an n-type diffusion layer 103A. In the second embodiment, since the gate insulating film 311 is provided, the n-type impurity is less likely to be implanted into the side wall of the word trench 310 than in the first embodiment.

次に、図6に示すように、ワードトレンチ310内を含む半導体基板100全面に窒化チタンであるバリアメタル層312aを薄く成膜する。続いて、ワードトレンチ310を埋設するように、半導体基板100全面にタングステンであるメタル層312bを成膜する。   Next, as shown in FIG. 6, a barrier metal layer 312 a made of titanium nitride is thinly formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 including the inside of the word trench 310. Subsequently, a metal layer 312 b made of tungsten is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 so as to bury the word trench 310.

次に、図7に示すように、タングステンエッチバックにより、ワードトレンチ310内のメタル層312bならびにバリアメタル層312aが、SD拡散層102より深い部分にのみ残るようにエッチングする。   Next, as shown in FIG. 7, etching is performed so that the metal layer 312 b and the barrier metal layer 312 a in the word trench 310 remain only in a portion deeper than the SD diffusion layer 102 by tungsten etch back.

次に、図8に示すように、ワードトレンチ310の残された部分にシリコン酸化膜であるキャップ絶縁膜313を充填する。   Next, as shown in FIG. 8, the remaining portion of the word trench 310 is filled with a cap insulating film 313 that is a silicon oxide film.

これは、ワードトレンチ310の残された部分を埋設するだけのシリコン酸化膜を成膜し、CMPでマスク膜301をストップ膜として研磨することで実現できる。   This can be realized by forming a silicon oxide film to fill the remaining portion of the word trench 310 and polishing the mask film 301 as a stop film by CMP.

これにより、ゲート酸化膜311とバリアメタル層312aとメタル層312bからなるメタルワードライン312とキャップ絶縁膜313からなる埋め込みワード線300が形成される。   As a result, a metal word line 312 composed of the gate oxide film 311, the barrier metal layer 312a, and the metal layer 312b, and a buried word line 300 composed of the cap insulating film 313 are formed.

以上、マスク膜301成膜からキャップ絶縁膜313形成までの工程において、実施例1では図13に示すフローで、実施例2では図14に示すフローで進行する。   As described above, in the steps from the formation of the mask film 301 to the formation of the cap insulating film 313, the flow proceeds according to the flow shown in FIG. 13 in the first embodiment and the flow shown in FIG.

次に、図9に示すように、窒化膜ウェットエッチで、マスク膜301を取り除き、シリコン酸化膜である第一層間絶縁膜400を成膜し、CMPで平坦化する。なお、ここでは、キャップ絶縁膜313が露出する状態を示しているが、キャップ絶縁膜313上に第一層間絶縁膜400が残る状態であってもよい。   Next, as shown in FIG. 9, the mask film 301 is removed by a nitride film wet etch, and a first interlayer insulating film 400, which is a silicon oxide film, is formed and planarized by CMP. Although the cap insulating film 313 is exposed here, the first interlayer insulating film 400 may be left on the cap insulating film 313.

次に、図10に示すように、リソグラフィとドライエッチングで、第一層間絶縁膜400を貫通し、活性領域101の埋め込みワード線300にはさまれた部分に到達するビットコンタクトホール510を開口する。ここでは、Y方向に延在する溝パターンとしてビットコンタクトホール510を形成する例を示しているが、これに限定されず、ビットコンタクト接続領域6のみを露出するホールパターンを形成してもよい。また、キャップ絶縁膜313の一部がエッチングされてより幅の広いビットコンタクトホール510としてもよい。   Next, as shown in FIG. 10, a bit contact hole 510 that penetrates through the first interlayer insulating film 400 and reaches the portion sandwiched between the buried word lines 300 in the active region 101 is opened by lithography and dry etching. To do. Although an example in which the bit contact hole 510 is formed as a groove pattern extending in the Y direction is shown here, the present invention is not limited to this, and a hole pattern that exposes only the bit contact connection region 6 may be formed. Alternatively, a part of the cap insulating film 313 may be etched to form a wider bit contact hole 510.

次に、図11に示すように、ビットコンタクトホール510を充填するように半導体基板100全面にBLG下層512を成膜し、さらに半導体基板100全面にBLG上層513とキャップ絶縁膜514を順に成膜する。BLG下層512としてはポリシリコン膜などが使用でき、BLG上層513にはタングステン等のメタル膜が使用できる。ビットコンタクトホール510内のBLG下層512によりビットコンタクト511が構成される。   Next, as shown in FIG. 11, a BLG lower layer 512 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 so as to fill the bit contact hole 510, and a BLG upper layer 513 and a cap insulating film 514 are sequentially formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. To do. A polysilicon film or the like can be used as the BLG lower layer 512, and a metal film such as tungsten can be used as the BLG upper layer 513. A bit contact 511 is constituted by the BLG lower layer 512 in the bit contact hole 510.

次に、図12に示すように、リソグラフィとドライエッチングでキャップ絶縁膜514とBLG上層513とBLG下層512をビットラインゲートのパターンにエッチングし、その側面にサイドウォール絶縁膜515を形成する。   Next, as shown in FIG. 12, the cap insulating film 514, the BLG upper layer 513, and the BLG lower layer 512 are etched into a bit line gate pattern by lithography and dry etching, and a sidewall insulating film 515 is formed on the side surface thereof.

これにより、BLG下層512とBLG上層513とキャップ絶縁膜514とサイドウォール絶縁膜515からなるビットラインゲート500が形成される。   As a result, the bit line gate 500 including the BLG lower layer 512, the BLG upper layer 513, the cap insulating film 514, and the sidewall insulating film 515 is formed.

その後、ビットラインゲート500を埋没するように、半導体基板100全面に第二層間絶縁膜600を成膜し、CMPでキャップ絶縁膜514上面まで研磨する。   Thereafter, a second interlayer insulating film 600 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 so as to bury the bit line gate 500, and polished to the upper surface of the cap insulating film 514 by CMP.

次に、公知の方法により、リソグラフィとドライエッチングで、第二層間絶縁膜600と第一層間絶縁膜400を貫通し、活性領域101の埋め込みワード線300と素子分離領域200にはさまれた部分(第1容量コンタクト接続領域4A及び第2容量コンタクト接続領域4B)に到達する容量コンタクト700を形成する。   Next, by a known method, the second interlayer insulating film 600 and the first interlayer insulating film 400 are penetrated by lithography and dry etching, and are sandwiched between the buried word line 300 and the element isolation region 200 in the active region 101. A capacitor contact 700 that reaches a portion (first capacitor contact connection region 4A and second capacitor contact connection region 4B) is formed.

次に、ストッパー膜780と第三層間絶縁膜790を順に成膜し、公知の方法で、下部電極811と容量絶縁膜812と上部電極813からなる容量素子(キャパシタ)800を形成する。ここで、下部電極811は、ストッパー膜780と第三層間絶縁膜790を貫通し、容量コンタクト700の上面と電気的に接合している。   Next, a stopper film 780 and a third interlayer insulating film 790 are sequentially formed, and a capacitor element (capacitor) 800 including a lower electrode 811, a capacitor insulating film 812, and an upper electrode 813 is formed by a known method. Here, the lower electrode 811 penetrates the stopper film 780 and the third interlayer insulating film 790 and is electrically joined to the upper surface of the capacitor contact 700.

次に、キャパシタ800の上に第四層間絶縁膜900を成膜し、リソグラフィとドライエッチングで、第四層間絶縁膜900を貫通し、上部電極813に到達する配線コンタクト910を形成する。   Next, a fourth interlayer insulating film 900 is formed on the capacitor 800, and a wiring contact 910 that penetrates the fourth interlayer insulating film 900 and reaches the upper electrode 813 is formed by lithography and dry etching.

次に、配線コンタクト910の上面に接続するように配線920を形成し、半導体基板100全面を保護絶縁膜930で覆うことで図1に示す半導体装置1が完成する。   Next, the wiring 920 is formed so as to be connected to the upper surface of the wiring contact 910, and the entire surface of the semiconductor substrate 100 is covered with the protective insulating film 930, whereby the semiconductor device 1 shown in FIG.

ここで、本発明の効果について説明する。図15は、30nm幅のトレンチゲートについて、トレンチエッチング後のイオン注入による効果として、しきい電圧:Vt(図15(A))、サブスレショルドスロープ:SS(図15(B))、隣接ワード線をVpp(オン)にした時と隣接ワード線をVkk(オフ)にした時のVt差分:ΔVt(図15(C))のシミュレーション結果を示す。半導体基板1には、第2p−ウェルとして、115keV、ドーズ量5E13でボロンを注入し、トレンチエッチング後に比較例として、10keVでp型不純物注入(BF2)を行った場合(○)、本発明では、第2p−ウェルとして、105keV、ドーズ量5E13でボロンを注入し、トレンチエッチング後にn型不純物としてAs注入(□)をドーズ量を変えて実施した時の効果を示す。   Here, the effect of the present invention will be described. FIG. 15 shows a threshold voltage: Vt (FIG. 15 (A)), subthreshold slope: SS (FIG. 15 (B)), adjacent word line as an effect of ion implantation after trench etching for a trench gate having a width of 30 nm. The simulation results of Vt difference: ΔVt (FIG. 15C) when Vpp is set to Vpp (on) and the adjacent word line is set to Vkk (off) are shown. When the semiconductor substrate 1 is implanted with boron at 115 keV and a dose of 5E13 as a second p-well, and p-type impurity implantation (BF2) is performed at 10 keV as a comparative example after trench etching (◯), in the present invention As an example, the second p-well is implanted with boron at 105 keV and a dose amount of 5E13, and the As implantation (□) as an n-type impurity after trench etching is performed while changing the dose amount.

図15(A)に示すように、BF2注入(比較例)により、Vtが少し低下するが、As注入ではさらに低下する。一方、図15(B)に示すように、SSはAs注入により小さくなり改善されていることがわかる。そして、図15(C)に示すように、ΔVtは、BF2注入(比較例)では、非注入(Asドーズ=0)よりも悪化しているのに対し、As注入により大きく改善されていることがわかる。   As shown in FIG. 15A, Vt is slightly reduced by BF2 injection (comparative example), but is further decreased by As injection. On the other hand, as shown in FIG. 15B, it can be seen that SS is reduced and improved by As implantation. And, as shown in FIG. 15C, ΔVt is greatly improved by As implantation, while BF2 implantation (comparative example) is worse than non-implantation (As dose = 0). I understand.

以上の実施形態例では、トレンチゲートとして埋め込みワード線について説明したが、その他のトレンチゲート構造、例えば、ゲート構造が半導体基板表面から一部露出するリセスゲート構造についても本発明を適用することができる。また、特許文献3に示すように、フィン下部をフィン上部よりも薄くした構造にも本発明を適用することができる。SD拡散層102としても、半導体基板中に形成した上記実施形態例のみに限定されず、半導体基板上にエピタキシャル成長させた積み上げ構造(ESD構造)を用いてもよい。また、本発明ではトレンチゲート構造に限らず、FIN−FET構造全般に適用でき、さらにはプレーナ型を含むMOSFET全般に適用することができる。   In the above embodiments, the buried word line has been described as the trench gate. However, the present invention can be applied to other trench gate structures, for example, a recessed gate structure in which the gate structure is partially exposed from the surface of the semiconductor substrate. Further, as shown in Patent Document 3, the present invention can be applied to a structure in which the fin lower portion is thinner than the fin upper portion. The SD diffusion layer 102 is not limited to the embodiment described above formed in the semiconductor substrate, and may be a stacked structure (ESD structure) epitaxially grown on the semiconductor substrate. Further, the present invention can be applied not only to the trench gate structure but also to a FIN-FET structure in general, and further to a MOSFET including a planar type.

1 半導体装置
2 メモリセル
4 容量コンタクト接続領域
4A 第1容量コンタクト接続領域
4B 第2容量コンタクト接続領域
5 サドルフィン
5A 第1サドルフィン
5B 第2サドルフィン
6 ビットコンタクト接続領域
100 半導体基板
101 活性領域
102 SD拡散層
103 チャネル
103A n型拡散層
200 素子分離領域
200A X’方向素子分離領域
200B Y方向素子分離領域
300 埋め込みワード線
301 マスク膜
310 ワードトレンチ
311 ゲート酸化膜
312 メタルワードライン
312a バリアメタル層
312b メタル層
313 キャップ絶縁膜
400 第一層間絶縁膜
500 ビットラインゲート
510 ビットコンタクトホール
511 ビットコンタクト
512 BLG下層(Poly−Si)
513 BLG上層(W膜)
514 キャップ絶縁膜
515 サイドウォール絶縁膜
600 第二層間絶縁膜
700 容量コンタクト
780 ストッパー膜
790 第三層間絶縁膜
800 キャパシタ
811 下部電極
812 容量絶縁膜
813 上部電極
900 第四層間絶縁膜
910 配線コンタクト
920 配線
930 保護絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Memory cell 4 Capacity contact connection area 4A 1st capacity contact connection area 4B 2nd capacity contact connection area 5 Saddle fin 5A 1st saddle fin 5B 2nd saddle fin 6 Bit contact connection area 100 Semiconductor substrate 101 Active area 102 SD diffusion layer 103 channel 103A n-type diffusion layer 200 element isolation region 200A X 'direction element isolation region 200B Y direction element isolation region 300 buried word line 301 mask film 310 word trench 311 gate oxide film 312 metal word line 312a barrier metal layer 312b Metal layer 313 Cap insulating film 400 First interlayer insulating film 500 Bit line gate 510 Bit contact hole 511 Bit contact 512 BLG lower layer (Poly-Si)
513 BLG upper layer (W film)
514 Cap insulating film 515 Side wall insulating film 600 Second interlayer insulating film 700 Capacitor contact 780 Stopper film 790 Third interlayer insulating film 800 Capacitor 811 Lower electrode 812 Capacitor insulating film 813 Upper electrode 900 Fourth interlayer insulating film 910 Wiring contact 920 Wiring 930 Protective insulating film

Claims (14)

第1の導電型を有する半導体基板上に形成された素子分離領域と、
当該素子分離領域に囲まれ、第1の方向に第1の活性領域とチャネル領域と第2の活性領域の順序で配列された各領域を含む半導体領域とを備え、
前記チャネル領域は上表面と第1の側面と第2の側面を含み、
前記第1の側面は前記第1の方向と交差する第2の方向における前記チャネル領域の前記上表面の第1の終端部から下方に延在し、
前記第2の側面は前記第2の方向における前記チャネル領域の前記上表面の第2の終端部から下方に延在し、
前記上表面と前記第1の側面と前記第2の側面とをゲート絶縁膜を介して覆うゲート電極と、
前記第1の活性領域に形成された第1の拡散層と、
前記第2の活性領域に形成された第2の拡散層を備え、
前記チャネル領域内に前記第1の導電型とは異なる第2の導電型を有する部分を備えること、を特徴とする半導体装置。
An element isolation region formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type;
A semiconductor region including each region surrounded by the element isolation region and arranged in the order of the first active region, the channel region, and the second active region in the first direction;
The channel region includes an upper surface, a first side and a second side;
The first side surface extends downward from a first terminal end of the upper surface of the channel region in a second direction intersecting the first direction;
The second side surface extends downward from a second terminal end of the upper surface of the channel region in the second direction;
A gate electrode covering the upper surface, the first side surface and the second side surface via a gate insulating film;
A first diffusion layer formed in the first active region;
A second diffusion layer formed in the second active region;
A semiconductor device comprising a portion having a second conductivity type different from the first conductivity type in the channel region.
前記第1の拡散層および前記第2の拡散層の各々は第2の導電型を有し、
前記チャネル領域の第2の導電型を有する部分と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層の各々との間にそれぞれ第1の導電型を有する部分を備えること、
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Each of the first diffusion layer and the second diffusion layer has a second conductivity type;
A portion having the second conductivity type of the channel region, and a portion having the first conductivity type between each of the first diffusion layer and the second diffusion layer;
The semiconductor device according to claim 1.
前記第2の方向で前記半導体領域から前記素子分離領域へ連続して延在する溝を備え、
前記チャネル領域の上表面は前記半導体領域の当該溝の底部にあって、前記ゲート電極は前記溝の底部を前記半導体領域から前記素子分離領域へ渡って連続して覆いながら延在し、
前記半導体領域から前記素子分離領域へ前記ゲート電極の上表面を連続して覆う絶縁膜を備えること、を特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
A groove extending continuously from the semiconductor region to the element isolation region in the second direction;
The upper surface of the channel region is at the bottom of the trench in the semiconductor region, and the gate electrode extends while continuously covering the bottom of the trench from the semiconductor region to the element isolation region,
The semiconductor device according to claim 2, further comprising an insulating film that continuously covers an upper surface of the gate electrode from the semiconductor region to the element isolation region.
前記素子分離領域内の前記溝の深さは前記半導体領域内の前記溝の深さよりも深く、前記溝の底部の前記チャネル領域はその両側の前記素子分離領域の絶縁膜から突起した形状を備える、ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。   The depth of the trench in the element isolation region is deeper than the depth of the trench in the semiconductor region, and the channel region at the bottom of the trench has a shape protruding from the insulating film of the element isolation region on both sides thereof. The semiconductor device according to claim 3. 前記溝の前記素子分離領域における底部が前記素子分離領域の深さの2/3の深さまでに形成され、前記溝の前記半導体領域の底部が前記素子分離領域の深さの1/3の深さまでに形成される請求項4に記載の半導体装置。   The bottom of the trench in the element isolation region is formed to a depth of 2/3 of the depth of the element isolation region, and the bottom of the semiconductor region of the groove is a depth of 1/3 of the depth of the element isolation region. The semiconductor device according to claim 4 formed so far. 前記第1の拡散層上の第1のコンタクトプラグと、
当該第1のコンタクトプラグ上の第1の導電層と、
前記第2の拡散層上の第2のコンタクトプラグと、
当該2のコンタクトプラグ上のストレージ素子と、
を備えることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体装置。
A first contact plug on the first diffusion layer;
A first conductive layer on the first contact plug;
A second contact plug on the second diffusion layer;
A storage element on the two contact plugs;
The semiconductor device according to claim 4, further comprising:
前記ストレージ素子は、下部電極と、当該下部電極を覆う容量絶縁膜と、当該容量絶縁膜を覆う上部電極で構成される容量素子であること、を特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the storage element is a capacitive element including a lower electrode, a capacitive insulating film that covers the lower electrode, and an upper electrode that covers the capacitive insulating film. 前記溝は、前記半導体領域に2本形成され、
前記溝間に前記第1の拡散層が配置され、
前記2本の溝を介して前記第1の拡散層と対向する2つの活性領域に前記第2の拡散層がそれぞれ配置される請求項4乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。
Two grooves are formed in the semiconductor region,
The first diffusion layer is disposed between the grooves;
8. The semiconductor device according to claim 4, wherein the second diffusion layer is disposed in each of two active regions facing the first diffusion layer via the two grooves. 9.
第1の導電型を有する半導体基板上に形成された素子分離領域と、当該素子分離領域に囲まれ、第1の方向にドレイン領域とチャネル領域とソース領域の順序で配列された各領域を含む半導体領域があって、
当該ドレイン領域および当該ソース領域は第2の導電型を有し、
前記チャネル領域は第1の導電型の部分と第2の導電型の部分の両方を含み、当該チャネル領域の第2の導電型の部分と前記ドレインおよびソース領域のそれぞれとの間に挟まれた各々の第1の導電型の部分を備え、
前記チャネル領域を覆うゲート絶縁膜と、
当該ゲート絶縁膜を覆うゲート電極と、を備えることを特徴とする半導体装置。
An element isolation region formed on a semiconductor substrate having the first conductivity type, and each region surrounded by the element isolation region and arranged in the order of a drain region, a channel region, and a source region There is a semiconductor area,
The drain region and the source region have a second conductivity type;
The channel region includes both a first conductivity type portion and a second conductivity type portion, and is sandwiched between the second conductivity type portion of the channel region and each of the drain and source regions. Comprising a portion of each first conductivity type;
A gate insulating film covering the channel region;
And a gate electrode covering the gate insulating film.
前記半導体領域から前記素子分離領域に渡って、前記第1の方向と交差する第2の方向に延在する溝を備え、
前記ゲート電極は半導体領域から素子分離領域に渡って連続して前記溝内部に埋設されていること、を特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
A groove extending in a second direction intersecting the first direction from the semiconductor region to the element isolation region;
The semiconductor device according to claim 9, wherein the gate electrode is embedded in the trench continuously from the semiconductor region to the element isolation region.
サドルフィン構造を含むトランジスタを備える半導体装置であって、
第1導電型の半導体基板の活性領域中に所定の深さを有する溝と、
前記活性領域を囲み、前記活性領域の溝内にサドルフィン構造を構成する後退した絶縁分離部を備える素子分離領域と、
前記溝及び前記後退した絶縁分離部内に埋め込まれた前記トランジスタのゲート電極と、
前記第1導電型と異なる第2導電型であって、前記溝を介して対向する前記活性領域上に形成されるソース・ドレイン領域と、
前記ソース・ドレイン領域に挟まれ、前記ゲート電極と対向する第1導電型のチャネル部と
を備え、
前記チャネル部は前記サドルフィン構造を経由して前記ソース・ドレイン間の電荷移動を行い、
前記サドルフィン構造が前記第2導電型を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a transistor including a saddle fin structure,
A groove having a predetermined depth in the active region of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
An element isolation region that includes a receding isolation portion that surrounds the active region and forms a saddle fin structure in a groove of the active region;
The gate electrode of the transistor embedded in the trench and the recessed isolation portion;
A source / drain region that is a second conductivity type different from the first conductivity type and is formed on the active region opposite to the groove;
A channel portion of a first conductivity type sandwiched between the source / drain regions and facing the gate electrode;
The channel portion performs charge transfer between the source and drain via the saddle fin structure,
A semiconductor device, wherein the saddle fin structure has the second conductivity type.
前記ゲート電極の上表面は前記半導体基板の表面から後退した位置に配置され、
前記ゲート電極の前記上表面に絶縁膜を有する請求項11に記載の半導体装置。
The upper surface of the gate electrode is disposed at a position recessed from the surface of the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 11, further comprising an insulating film on the upper surface of the gate electrode.
前記ソース・ドレイン領域の一方に電気的に接続されるビット線と、
前記ソース・ドレイン領域の他方に電気的に接続されるストレージ素子と
を備えることを特徴とする請求項11又は12に記載の半導体装置。
A bit line electrically connected to one of the source / drain regions;
The semiconductor device according to claim 11, further comprising a storage element electrically connected to the other of the source / drain regions.
前記ゲート電極は前記活性領域中に隣接して2つ配置され、前記ビット線に接続される前記ソース・ドレイン領域の一方を共通として前記ゲート電極間に位置し、前記ソース・ドレイン領域の他方がそれぞれのゲート電極を介して前記ソース・ドレイン領域の一方に対向して位置する請求項13に記載の半導体装置。   Two of the gate electrodes are disposed adjacent to each other in the active region, and one of the source / drain regions connected to the bit line is common and located between the gate electrodes, and the other of the source / drain regions is The semiconductor device according to claim 13, wherein the semiconductor device is located opposite to one of the source / drain regions via each gate electrode.
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