JP2014120652A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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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.
現在、DRAM(Dynamic Random Access Memory)では、特許文献1に示されている様な埋め込み型ゲート電極を採用している。理由は、(1)ゲート電極を基板中に埋設することにより、三次元化されたチャネル構造を形成することができるようになり、微細化に伴う有効チャネル長の減少を補うことができる、(2)ゲート電極を基板中に埋め込むことで、基板上に設置されるコンタクトプラグ、ビット線、キャパシタの配置が比較的容易に進められる、などが挙げられる。
Currently, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) employs a buried gate electrode as disclosed in
特許文献1では、DRAMメモリセルの選択トランジスタとして、ビット線が接続される不純物拡散層(ビットコン拡散層という)を埋め込み型ゲート電極の底部近傍まで深く形成し、キャパシタなどの容量素子と容量コンタクトを介して接続される不純物拡散層(容コン拡散層という)を浅く形成する非対称構造を有している。ビットコン拡散層の形成は、埋め込み型ゲート電極を形成し、その上にビットコン層間絶縁膜を形成し、ビットコン層間絶縁膜にビットコンタクトホールを形成した後、ビットコン層間絶縁膜をマスクにして基板表面にイオン注入を実施する(特許文献1の図17及び18参照)。このとき、ビットコンタクトホールパターンと埋め込み型ゲート電極パターンとの重ねズレや、ビットコンタクトホール径がビットコン拡散層幅よりも大きいことが影響し、埋め込み型ゲート電極をスルーして容量コンタクト側の基板へもイオン注入され、本来浅く形成すべき容コン拡散層が深くなってしまい、STH特性(リフレッシュ特性)などの特性悪化要因となる可能性がある。
In
又、特許文献1では、ゲートトレンチを形成する前にイオン注入用のマスクを形成してビットコン拡散層を形成する形態も示されている(図24)。この場合は、容量コンタクト側の基板へのイオン注入は抑えることができるが、イオン注入用マスクを形成するフォトリソグラフィ工程が追加され、またゲートトレンチとの位置合わせずれが生じると両側のゲートトレンチに形成されるトランジスタ特性が異なってしまう可能性がある。
このように、従来のビットコン拡散層形成方法には更に改善すべき余地がある。
Thus, there is room for further improvement in the conventional bitcon diffusion layer forming method.
本発明では、埋め込み型ゲート電極を形成するための溝の形成時に、ビットコン拡散層形成をセルフアラインで行う。 In the present invention, the bit-con diffusion layer is formed by self-alignment when forming the trench for forming the buried gate electrode.
すなわち、本発明の一実施形態によれば、
半導体基板上に第1のマスク膜を形成する工程と、
前記第1のマスク膜の一部を貫通したスペース部を形成する工程と、
前記第1のマスク膜の上面と前記スペース部の前記第1のマスク膜の側面を覆う様にサイドウォール膜を形成する工程と、
前記スペース部内であり、且つ前記第1のマスク膜の側面を覆う前記サイドウォール膜を除いた空間の直下に相当する前記半導体基板の一部分にイオン注入する工程と、
前記空間を第2のマスク膜で埋め込む工程と、
前記第1のマスク膜と前記第2のマスク膜をマスクとして前記サイドウォール膜を選択的に除去し、前記第1のマスク膜と前記第2のマスク膜間に前記半導体基板に転写される第1の溝を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法、が提供される。
That is, according to one embodiment of the present invention,
Forming a first mask film on the semiconductor substrate;
Forming a space portion penetrating a part of the first mask film;
Forming a sidewall film so as to cover an upper surface of the first mask film and a side surface of the first mask film in the space portion;
Ion implantation into a portion of the semiconductor substrate corresponding to the space portion and directly under the space excluding the sidewall film covering the side surface of the first mask film;
Filling the space with a second mask film;
The sidewall film is selectively removed using the first mask film and the second mask film as a mask, and transferred to the semiconductor substrate between the first mask film and the second mask film. Forming a groove of 1;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
又、本発明の別の実施形態によれば、
半導体基板上に素子分離層によって同一形状を呈して第1の方向に延在し、前記第1の方向と交差する第2の方向に整列して配置された複数の活性領域を形成する工程と、
前記半導体基板上に第1のマスク膜で前記第2の方向に延在する複数のラインパターンを形成する工程と、
前記ラインパターンの上面と側面を覆う様にサイドウォール膜を形成する工程と、
前記ラインパターン間のスペース部であり、且つ前記第1のマスク膜の側面を覆うサイドウォール膜を除いたスペース部の直下に相当する前記複数の活性領域の一部分にイオン注入する工程と、
を有し、前記スペース部の各々は前記第2の方向に配列された複数の活性領域に対し個々の中心点を同一スペース部内で跨ぐことを特徴とする半導体装置の製造方法、が提供される。
Also, according to another embodiment of the present invention,
Forming a plurality of active regions on a semiconductor substrate having the same shape by an element isolation layer, extending in a first direction, and aligned in a second direction intersecting the first direction; ,
Forming a plurality of line patterns extending in the second direction with a first mask film on the semiconductor substrate;
Forming a sidewall film so as to cover an upper surface and a side surface of the line pattern;
A step of ion-implanting into a part of the plurality of active regions corresponding to a space portion between the line patterns and directly under a space portion excluding a sidewall film covering a side surface of the first mask film;
There is provided a method of manufacturing a semiconductor device, wherein each of the space portions straddles an individual center point within the same space portion with respect to a plurality of active regions arranged in the second direction. .
本発明の一実施形態によれば、埋め込み型ゲート電極用の溝をダブルパターニングで形成する途中に、ビットコンタクト接続部に相当する基板部にセルフアラインで不純物を注入して不純物拡散層を形成できるようになる。これにより埋め込み型ゲート電極をスルーして不純物が容量コンタクト側基板に注入されることが無くなり、STHなどの特性低下を招く心配がなくなった。 According to an embodiment of the present invention, an impurity diffusion layer can be formed by implanting impurities into a substrate portion corresponding to a bit contact connection portion in the course of forming a trench for a buried gate electrode by double patterning. It becomes like this. As a result, the impurity is not injected into the capacitor contact side substrate through the buried gate electrode, and there is no fear of deteriorating characteristics such as STH.
以下、図面を参照して、本発明の具体的な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。なお、これらの図のうち、断面図における縦横比は実際の構造とは異なる。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments. Of these figures, the aspect ratio in the sectional views is different from the actual structure.
実施形態例1
図1は、本発明の一実施形態例に係る半導体装置のメモリセル部の主要部とメモリセルを駆動する回路を含む周辺回路部の一部の平面レイアウトを示す図である。メモリセル部にはメモリセルの制御トランジスタを形成する活性領域Kが略同一の形状を呈してα方向又はα’方向(両者を併せて第1の方向という)に延在し、Y方向(第2の方向)に等間隔に平行に配列されている。各活性領域Kの中央の拡散層はビットコンタクトホール24に形成されたビットコンタクト25Pを介してX方向(第3の方向)に延在するビット線BLに接続され、周辺回路部のセンスアンプ100に接続されている。一方、半導体基板中に埋め込まれたゲート電極となるワード線mWLがY方向に延在しており、周辺回路のワードドライバー200に接続されている。Y方向に配列された各活性領域Kには、それぞれ2本のワード線mWLが跨がっており、ワード線mWL間にビットコンタクト25Pが接続されるビットコン拡散層、ワード線mWLの両外側に容量コンタクト35に接続される容コン拡散層が配置される。容量コンタクト35はパッド電極37を介してキャパシタの下部電極39に接続される。この例では、キャパシタの下部電極39をX方向に3F、Y方向に2Fのピッチで四方配置する例を示しているがこれに限定されるものではない。なお、ここで、Fは最小加工寸法、あるいは最小プロセス寸法を表し、例えば、1F=35nmである。
FIG. 1 is a diagram showing a planar layout of a main part of a memory cell part and a part of a peripheral circuit part including a circuit for driving the memory cell of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In the memory cell portion, the active region K forming the control transistor of the memory cell has substantially the same shape and extends in the α direction or the α ′ direction (both are referred to as the first direction), and in the Y direction (the first direction). 2 direction) in parallel with equal intervals. The diffusion layer at the center of each active region K is connected to a bit line BL extending in the X direction (third direction) via a
図2Aは、図1のA−A’線での断面図、図2Bは図1のB−B’線(ワード線mWL)での断面図、図2Cは周辺回路部の断面図をそれぞれ示す。 2A is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB ′ (word line mWL) of FIG. 1, and FIG. 2C is a cross-sectional view of a peripheral circuit portion. .
図2Aに示すように、メモリセル部では半導体基板(以下、基板1という)中に、活性領域Kを規定する素子分離層5がSTI法で形成されており、活性領域Kには、ゲート絶縁膜18を介して基板1と絶縁されたバリア膜19a、メタル膜19bからなる導電体19が埋め込まれ、埋め込み型ゲート電極(ワード線mWL)が形成されている。2本のワード線mWL間には、ビットコンタクト25Pに接続されるビットコン拡散層11が形成されており、2本のワード線mWLの両外側には容量コンタクト35に接続された容コン拡散層6が形成されている。つまり、ビットコン拡散層11が容コン拡散層6よりも深く形成された非対称構造を有するメモリセルが各活性領域Kに2つずつ形成されている。この例ではまた、ワード線mWLの下方に特許文献1に示すようなトレンチ拡散層17を形成しているが、トレンチ拡散層17は必須ではない。このような構成、すなわち隣接するワード線mWL間の基板領域をチャネル領域とせずに、高濃度の不純物からなるビットコン拡散層11で置き換え、さらにゲートトレンチの底部にトレンチ拡散層17を形成しているので、各々のトランジスタのチャネル領域は、各々のゲートトレンチのそれぞれビットコンタクト25Pから遠い側の側壁にしか形成されない構成となる。これにより、同一活性領域内に位置する2本のワード線mWL(埋め込みゲート電極19)の各々に対応するメモリセルの内、一方のメモリセル(キャパシタ)が“1”情報を記憶している状態で、他方のメモリセルを構成する埋め込みゲート電極がオン、オフ動作を繰り返した時に、“1”状態にある一方のメモリセルの記憶状態を“0”に変化させてしまうディスターブ不良を回避できる構成となっている。
As shown in FIG. 2A, in the memory cell portion, an
基板1上には、パッド酸化膜2、ワード線トレンチ形成時のハードマスクとビットコン層間膜を兼ねる酸化シリコン膜7a、ビットコン層間膜を兼ねるワード線mWL上の埋め込み絶縁膜20が形成されており、埋め込み絶縁膜20上にメタル層26、キャップ層27からなるビット線BL、ビット線BLの側面にビット線サイドウォール29BS、これらを覆うカバー膜33が形成されている。カバー膜33上には第1層間絶縁膜34、エッチングストッパ膜38が積層されている。容量コンタクト35は、第1層間絶縁膜34を貫通し基板1上の容コン拡散層6に達しており、容量コンタクト35上にエッチングストッパ膜38で覆われたパッド電極37、パッド電極37上にキャパシタの下部電極39、下部電極39を覆って、図示しない容量絶縁膜を介してキャパシタの上部電極40が形成されている。上部電極40は、第2層間絶縁膜41中に形成されたコンタクトプラグ42を介して上層配線43に接続されている。
On the
ワード線mWLは、図2Bに示すように、素子分離層5上での底面が基板1(活性領域K)上での底面より深くなるように形成されており、活性領域Kのトレンチ拡散層17を挟み込むサドルフィン構造に形成されている。
2B, the word line mWL is formed so that the bottom surface on the
一方、周辺回路部では、図2Cに示すように、基板1に素子分離層5によって区画された、nMOSトランジスタが形成されるNMOS領域とpMOSトランジスタが形成されるPMOS領域が設けられている。基板1がp型なので、PMOS領域にはn−wellが形成されている。pMOSトランジスタはnMOSトランジスタと、ほぼ同様の構成を有しており、導電型の異なる構成には符号に「’」をつけて表示している。ここでは、ドレイン同士が接続されてCMOSを構成する例を示している。これらのトランジスタは、LDD領域30(30’)と高濃度拡散領域32(32’)からなるLDD構造の拡散層を有しており、素子分離層5はメモリセル部よりも幅広に形成されるため、メモリセル部と同じ第1素子分離絶縁膜5aと第2素子分離絶縁膜5bとで構成される。両トランジスタのゲート電極(PG)には、ビット線のメタル層26と同層に形成されるメタル層26を有し、ゲート絶縁膜21を介して基板1上に形成されたゲートポリシリコン22(22’)と接してポリメタル構造を形成している。
On the other hand, in the peripheral circuit portion, as shown in FIG. 2C, an NMOS region in which an nMOS transistor is formed and a PMOS region in which a pMOS transistor is formed are provided on the
次に、本実施形態例に係る半導体装置の製造方法について図4〜図52を参照して説明する。適宜、メモリセル部の平面図を示し、図2A〜図2C(NMOS領域)に対応する断面図を用いてそれぞれ説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. The plan view of the memory cell portion is shown as appropriate, and each will be described with reference to cross-sectional views corresponding to FIGS. 2A to 2C (NMOS regions).
まず、図4,図5に示すように、基板1(p型シリコン基板)上に、パッド酸化膜2とマスク3を形成し、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチングにより深さ250〜300nmの素子分離用の溝4を形成する。ここでは300nmとする。図4はメモリセル部の平面図、図5は、図4のA−A’線での断面図(a)、B−B’線での断面図(b)、更に図2C(NMOS領域)に対応する周辺回路部の断面図(c)を示す。以下、平面図に続く断面図も同様である。
First, as shown in FIGS. 4 and 5, a
メモリセル部においてはX方向にスネーク状に折れ曲がって延在する帯状の活性領域のパターンを有し、周辺回路部においてはトランジスタが形成される活性領域のパターンを有するマスクパターンを基板1の表面に形成する。マスク3には、窒化シリコン膜、アモルファスカーボン膜、アモルファスシリコン膜などの単層膜あるいは積層膜を用いることができる。また、メモリセル部の微細パターンの形成には、後述するゲートトレンチの形成と同様にダブルパターニング技術を用いることができるが、詳細については省略する。
The memory cell portion has a strip-like active region pattern extending in a snake shape in the X direction, and the peripheral circuit portion has a mask pattern having an active region pattern in which a transistor is formed on the surface of the
次に、図6,図7に示すように、素子分離用の溝4内に絶縁膜を埋め込み、素子分離層5を形成する。メモリセル部では、幅の狭い溝4に十分に絶縁膜が埋め込めるように、SOD法やflowable−CVD法などにより第1素子分離絶縁膜5aが形成され、周辺回路部の幅の広い溝4には、第1素子分離絶縁膜5a上にプラズマCVD法などにより第2素子分離絶縁膜5bが形成される。
Next, as shown in FIGS. 6 and 7, an insulating film is embedded in the
マスク3を除去し、各活性領域に必要なチャネルイオン注入を行う。なお、このとき、活性領域と素子分離層5の最表面が面一になるように酸化膜エッチングを施す。周辺回路部では、所望によりn−well形成やn−well内に更にp−wellを形成するダブルウエルなどの形成のためのイオン注入を行ってもよい。
The
更に図8に示すように、周辺回路部をフォトレジストPR1でマスクして、メモリセル部の活性領域Kにリン(P)やヒ素(As)などのn型不純物をイオン注入して拡散層6を形成する。
Further, as shown in FIG. 8, the peripheral circuit portion is masked with a photoresist PR1, and n-type impurities such as phosphorus (P) and arsenic (As) are ion-implanted into the active region K of the memory cell portion to diffuse the
次に、図9に示すように、基板1上にゲートトレンチ形成のためのハードマスク層を形成する。ハードマスク層としては、最終的にはビットコン層間絶縁膜の一部となる酸化シリコン膜7aを300nmの厚みに成膜し、その上に200nm厚のアモルファスカーボン膜7b、60nm厚の窒化シリコン膜7c、40nm厚の酸化シリコン膜8を成膜する。酸化シリコン膜7aから窒化シリコン膜7cまでをまとめて第2のハードマスク層7、酸化シリコン膜8を第1のハードマスク層8という。
Next, as shown in FIG. 9, a hard mask layer for forming a gate trench is formed on the
更に、図10,図11に示すように、第1のハードマスク層8上に第1のマスク膜9を形成する。第1のマスク膜9としては、反射防止機能を有する有機塗布膜が好適に使用される。ここでは、第1のマスク膜9として、200nm厚のシリコンを含有しないボトム反射防止コーティング(Bottom Anti-Reflection Coating:BARC)膜9aと30nm厚のシリコン含有BARC(Si−BARC)膜9bを積層し、その上にフォトレジストPR2を形成する。フォトレジストPR2には、Y方向に延在し、各活性領域K上で2本の形成すべきワードトレンチの両外側面となる位置及び幅の開口を形成する。つまり、開口が、Y方向に配列された活性領域の各中心点を跨いで通過するように形成する。
Further, as shown in FIGS. 10 and 11, a
次に、図12,図13に示すように、フォトレジストPR2をマスクに第1のマスク膜9をエッチングする。エッチングは、CF4/O2系ガスのRIEドライエッチングにて行われ、BARC膜9aのエッチング中にフォトレジストPR2はなくなり、その後、Si−BARC膜9bをマスクにエッチングが進行する。これによりフォトレジストPR2の開口を転写したスペース部9−Spが第1のマスク膜9を貫通して形成される。
Next, as shown in FIGS. 12 and 13, the
次に、図14,図15に示すように、プラズマCVD法で酸化シリコンからなる第1サイドウォール膜10を形成する。このとき、第1のマスク膜9に形成したスペース部9−Spの形状が損なわれない範囲、例えば400℃以下の低温で成膜する。スペース部9−Spでは、第1サイドウォール膜10は空間(凹部)10rを形成しており、凹部10rの側壁面が後工程で形成する2本のゲートトレンチの対向する内側面に対応するように、第1サイドウォール膜10の膜厚を調整する。本実施形態例では第1サイドウォール膜10は35nm厚に形成した。
Next, as shown in FIGS. 14 and 15, a
続いて、本発明では、第1サイドウォール膜10を形成した後、ビットコン拡散層11を形成するためのイオン注入を行う。第1のマスク膜9の膜厚分、イオン照射の射程距離に差が生じ、凹部10rに対応する基板1部分に優先的にイオンが注入され、第1のマスク膜9の膜厚や注入条件を調整することで、拡散層6よりも深い領域までリン(P)やヒ素(As)などのn型不純物をイオン注入してビットコン拡散層11を形成する。なお、第1のマスク膜9のイオン透過性よりも第1及び第2のハードマスク層のイオン透過性が良好な場合、第1のマスク膜9の膜厚を薄くすることもできる。
Subsequently, in the present invention, after the
次に、図16,図17に示すように、第2のマスク膜12を全面に形成し、エッチバックすることで、凹部10r内に第2のマスク膜12を埋め込む。第2のマスク膜としては、第1のマスク膜9に使用したBARC9aと同じ材料を用いることができ、エッチバックはCF4/O2系ガスのRIEドライエッチングにて行うことができる。第2のマスク膜12の上面は第1サイドウォール膜10の最上面とほぼ同等の高さとなる。
Next, as shown in FIGS. 16 and 17, the
次に、図18,図19に示すように、第1サイドウォール膜10をドライエッチングにより除去する。ドライエッチングは、CH2F2/CHF3/O2ガスのRIEドライエッチングにて行う。このドライエッチングにより、第1のマスク膜9上及び第2のマスク膜12が形成されていない側壁部の第1サイドウォール膜10が選択的に除去され、後述するゲートトレンチに対応する第1の溝13が形成される。なお、第1サイドウォール10と共に第1のハードマスク層8も除去される。
Next, as shown in FIGS. 18 and 19, the
次に、図20,図21に示すように、第2のマスク膜12及び第1のマスク膜9を酸素プラズマアッシングにより除去する。なお、第2のマスク膜12及び第1のマスク膜9を除去せずに、次の工程に進んでも良い。第1のハードマスク層8には、第1の溝13を転写して第2の溝14が形成されている。
Next, as shown in FIGS. 20 and 21, the
引き続き、図22,図23に示すように、露出した第1のハードマスク層8及び第1サイドウォール膜10をマスクに、下層の第2のハードマスク層7をエッチングして、第2の溝14を転写した第3の溝15を形成する。窒化シリコン膜7cは、CF4/CHF3系ガスのRIEドライエッチング、アモルファスカーボン膜7bは、O2/Ar系ガスのRIEドライエッチング、酸化シリコン膜7aは、CHF3/O2系ガスのRIEドライエッチングにて行う。基板1の表面のパッド酸化膜2も同時に除去され、基板1の表面が露出する。酸化シリコン膜7aのエッチングは主にアモルファスカーボン膜7bがマスクとして作用する。この段階でアモルファスカーボン膜7b上の膜は全て除去されている。第2のマスク膜12及び第1のマスク膜9を除去せずに第2ハードマスク層8のドライエッチングを行った場合にも、アモルファスカーボン膜7bのRIEドライエッチング過程で第2のマスク膜12及び第1のマスク膜9は完全になくなる。なお、図23(b)には、酸化シリコン膜7aの上面位置7a−s、アモルファスカーボン膜7bの上面位置7b−sを破線で示す。
Subsequently, as shown in FIGS. 22 and 23, the exposed second
続いて、図24,図25に示すように、残存する第2のハードマスク層7をマスクに基板1及び素子分離層5をエッチングして、第3の溝15を転写した第4の溝(ゲートトレンチ)16を形成する。エッチングは、HBr/SF6系ガスのRIEドライエッチングにて行い、エッチング中にアモルファスカーボン膜7bはなくなる。又、素子分離層5では、活性領域のシリコン部分よりも深くエッチングされ、図26(b)に示すように、ゲートトレンチ16の底部はシリコン部分が凸状に突き出たサドルフィン状に形成される。ゲートトレンチ16は基板1の表面から深さ150〜200nmとすることができ、ここでは、素子分離層5で200nmの深さとなるように形成する。なお、本発明はこのような形状に限定されず、素子分離層5と基板1とがほぼ同等の深さにエッチングされていてもよい。なお、図25(b)には、半導体基板1の上面位置1−s、酸化シリコン膜7aの上面位置7a−sを破線で示す。後述する図26(b)、図27(b)、図30(b)も同様である。
Subsequently, as shown in FIG. 24 and FIG. 25, the
以上のRIEエッチング工程は、同じ装置内でエッチャントを変更しつつ連続して実施することができる。 The above RIE etching process can be continuously performed while changing the etchant in the same apparatus.
次に、図26に示すように、周辺回路部をフォトレジストPR3でマスクした後、メモリセル領域にn型不純物を注入して、トレンチ拡散層17を活性領域Kのゲートトレンチ16底部に形成する。なお、本工程は必須ではないので省略することができる。
Next, as shown in FIG. 26, after the peripheral circuit portion is masked with a photoresist PR3, an n-type impurity is implanted into the memory cell region to form a
続いて、図27に示すように、ゲートトレンチ16内に露出する基板1を酸化してゲート絶縁膜18を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 27, the
次に、図28に示すように、TiNバリア膜19a、W膜19bの積層からなる導体膜19を成膜する。
Next, as shown in FIG. 28, a
次に、図29,図30に示すように、導体膜19の表面が基板1の表面より下、好ましくは拡散層6の底部よりも基板表面から深くなるようにエッチバックして埋め込み型ゲート電極(ワード線mWL)を形成する。エッチバックは、CF4/Cl2系ガスのRIEドライエッチングにて行うことができる。このとき、第2のハードマスク層7の残存する酸化シリコン膜7aもエッチバックされ、20nmの膜厚となる。
Next, as shown in FIGS. 29 and 30, the buried
次に、図31に示すように全面にビットコン層間膜の一部となる絶縁膜(窒化シリコン膜)20を50nm厚に成膜する。これによりワード線mWL上に埋め込み絶縁膜20が埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 31, an insulating film (silicon nitride film) 20 to be a part of the bit-con interlayer film is formed on the entire surface to a thickness of 50 nm. Thus, the buried insulating
次に、図32に示すように、周辺回路部の埋め込み絶縁膜20、酸化シリコン膜7a、パッド酸化膜2を除去し、熱酸化により周辺回路部の基板1上にゲート絶縁膜21を形成する。このとき、埋め込み絶縁膜20の表面も酸化される(符号21’)。さらに、50nm厚のゲートポリシリコン膜22、50nm厚の酸化シリコン膜23を成膜する。
Next, as shown in FIG. 32, the buried insulating
続いて、図33に示すように、周辺回路部にフォトレジストPR3でマスクした後、メモリセル部の酸化シリコン膜23及びゲートポリシリコン膜22を除去する。この際、埋め込み絶縁膜20の表面もエッチングされて、40nm厚となる。
Subsequently, as shown in FIG. 33, after the peripheral circuit portion is masked with the photoresist PR3, the
次に、図34,図35に示すように、メモリセル部にビットコンタクトホール24を2本のワード線mWL間にY方向に延在する溝パターンで開口する。従来技術では、ビットコンタクトホール24を開口した後、露出した基板1上にイオン注入してビットコン拡散層を形成していたため、ビットコンタクトホール24の位置合わせずれにより、容コン拡散層側にもイオンが注入されてしまう場合があったが、本発明では、ゲートトレンチ形成時のマスクを用いて自己整合的にビットコン拡散層11を形成しているので、容コン拡散層側に不純物イオンが注入されることがなくなっている。なお、ここでは、ビットコンタクトホール24は、各活性領域Kを横断してY方向に延在する溝パターンとして形成しているが、これに限定されず、各ビットコン拡散層11を露出するように個々に形成しても良い。
Next, as shown in FIGS. 34 and 35, a
次に、図36に示すように、ビットコンタクト用のポリシリコン膜25を成膜する。続いて、図37に示すように、ポリシリコン膜25をエッチバックして、埋め込み絶縁膜20を露出させる。このとき埋め込み絶縁膜20もエッチバックされて、酸化シリコン膜7a上の膜厚として15nmまで減少する。周辺回路部では、酸化シリコン膜23をエッチバック後に除去する。ビットコンタクトホール24を個々に形成した場合には、この段階でポリシリコン膜25によりビットコンタクトが形成される。
Next, as shown in FIG. 36, a
次に、図38,図39に示すように、ビット線となるTiNバリア膜とW膜の積層からなるメタル膜26と、窒化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜27及び酸化膜ハードマスク28を成膜し、メモリセル部ではビット線パターンに、周辺回路部ではゲート電極パターンにフォトレジストPR4のマスクパターンを形成する。
Next, as shown in FIGS. 38 and 39, a
次に、図40に示すように、フォトレジストPR4をマスクに酸化膜ハードマスク28をエッチングし、更に酸化膜ハードマスク28をマスクにキャップ絶縁膜27をエッチングする。続いて、図41に示すように、残存する酸化膜ハードマスク28及びキャップ絶縁膜27をマスクにメタル膜26とゲートポリシリコン膜22をエッチングする。メモリセル部のビットコンタクトホール24をラインパターンに形成した場合には、ゲートポリシリコン膜22と同時にビットポリシリコン膜25もエッチングしてビットコンタクト25Pとして分離する。
Next, as shown in FIG. 40, the oxide film
続いて、図42に示すように、窒化シリコンからなる第2サイドウォール膜29を全面に形成した後、図43に示すように、メモリセル部をフォトレジストPR5でマスクし、周辺回路部の第2サイドウォール膜29をエッチバックして、第1LDDサイドウォール29Sを形成する。更に、周辺回路部にイオン注入してLDD領域30を形成する。LDD領域30は、PMOS用とNMOS用でそれぞれ異なる導電型のイオンを注入する。
Subsequently, after forming a
次に、図44に示すように、周辺回路部のLDD構造を形成するための酸化シリコンからなる第3サイドウォール膜31を形成する。メモリセル部では、ビット線BL間が第3サイドウォール膜31で埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 44, a
次に、図45,図46に示すように、周辺回路部をフォトレジストPR6でマスクし、メモリセル部の第3サイドウォール膜31を選択的に除去した後、第2サイドウォール膜31をエッチバックしてビット線サイドウォール29BSを形成する。
Next, as shown in FIGS. 45 and 46, the peripheral circuit portion is masked with a photoresist PR6, the
次に、図47に示すように、メモリセル部をフォトレジストPR7でマスクし、第3サイドウォール膜31をエッチバックして第2LDDサイドウォール31Sを形成する。更に、周辺回路部にイオン注入して、高濃度拡散層領域32を形成する。高濃度拡散層領域32もPMOS用とNMOS用でそれぞれ異なる導電型のイオンを注入する。
Next, as shown in FIG. 47, the memory cell portion is masked with a photoresist PR7, and the
図48、図49に示すように、全面にカバー窒化膜33を形成する。続いて、図50に示すように、全面にSOD法により酸化シリコンからなる第1層間絶縁膜34を形成する。その後、図51、図52に示すようにメモリセル部では容コン拡散層6に接続する容量コンタクトホールを形成し、容量コンタクト35を形成する。周辺回路部には、高濃度拡散層領域(ソース/ドレイン領域)32に接続するコンタクトホールを形成し、ソース/ドレイン・コンタクト36を形成する。ここでは、容量コンタクト35は一つのプラグ構造として示しているが、基板に接続するポリシリコンプラグと、ポリシリコンプラグ上に金属シリサイド介して接続されたメタルプラグの複合プラグ構造としても良い。周辺回路部のソース/ドレイン・コンタクト36はバリア膜とタングステンとの積層からなるメタルプラグとすることができ、高濃度拡散層領域32との接続部に金属シリサイドを形成することができる。
As shown in FIGS. 48 and 49, a
その後、公知の方法により、メモリセル部では容量パッド37,周辺回路部では第1配線37aとなる導体配線を形成し、エッチングストッパ膜38で覆い、メモリセル部にキャパシタCapを形成する。キャパシタ形成後、第2層間絶縁膜41、コンタクトプラグ42,42a、上層配線43、43aを形成することで、図2A〜2Cに示す半導体装置が完成する。
Thereafter, by a well-known method, a conductor wiring that becomes a
変形例
本実施形態例では、第2のハードマスク層7として、酸化シリコン膜7a、アモルファスカーボン膜7b、窒化シリコン膜7cの三層構造を用いているが、これに限定されない。例えば、第2のハードマスク層7中のアモルファスカーボン膜7bを形成せず、酸化シリコン膜7a、窒化シリコン膜7cの二層構造を用いることができる。このとき、第2のハードマスク層7を貫通する第3の溝15以外の部分では酸化シリコン膜7aがエッチングされないように、例えば、窒化シリコン膜7cの膜厚を60nmから80nmに変更して同様に行う。図53は、図14,図15の工程に対応する本変形例の工程断面図である。アモルファスカーボン膜7bを形成しないことで、工程数の削減が可能となる。なお、アモルファスカーボン膜7bを形成せずに窒化シリコン膜7cの厚みを増加させたことで、第3の溝15を基板表面まで露出させた段階では窒化シリコン膜7cの一部が残っている。残存する窒化シリコン膜7cは熱リン酸により除去してから以降の工程を実施することができる。
In this embodiment, the second
以上の説明では、DRAMのワード線mWLとビットコン拡散層11を自己整合的に形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の製品の類似フローに適用できる。
In the above description, an example in which the word line mWL of the DRAM and the bit-
その場合、上記実施形態例で第1のマスク膜9、第2のマスク膜12として使用したBARCなどの有機塗布膜に代えて第1サイドウォール膜10とエッチング選択比のとれる材料を用いても良い。但し、微細なスペース部9−spの形成にはフォトレジスト下の反射防止が必要不可欠となり、第1のマスク膜9、特にBARCの使用が推奨される。一方、第2のマスク膜12については、微細なスペース部9−spよりも更に微細となる凹部10rについて埋設可能であれば、第1のマスク膜のように制限されることはない。
In that case, instead of the organic coating film such as BARC used as the
なお、本発明では、メモリセル部における活性領域の形状や配置は、図1に示すレイアウト例に限定されず、図3に示すように、全ての活性領域Kが第1の方向(X’方向)に延在して同一形状で形成されるレイアウトでもよく、その場合も、各活性領域KはY方向に所定の間隔で整列して配置され、Y方向に延在する2本のワード線mWLが活性領域Kを横断して配置され、X方向に延在するビット線BLが各活性領域の2本のワード線mWLで挟まれたビットコン拡散層上を通過して配置される。この例ではキャパシタ(Cap)を構成する下部電極が六方配置される例を示している。 In the present invention, the shape and arrangement of the active regions in the memory cell portion are not limited to the layout example shown in FIG. 1, and all the active regions K are in the first direction (X ′ direction) as shown in FIG. In this case, the active regions K are arranged at a predetermined interval in the Y direction, and two word lines mWL extending in the Y direction are formed. Is arranged across the active region K, and the bit line BL extending in the X direction is disposed passing over the bit-con diffusion layer sandwiched between the two word lines mWL of each active region. In this example, the lower electrode constituting the capacitor (Cap) is arranged in six directions.
1.半導体基板
2.パッド酸化膜
3.マスク
4.素子分離溝
5.素子分離層
5a.第1素子分離絶縁膜
5b.第2素子分離絶縁膜
6.拡散層(容コン拡散層)
7.第2のハードマスク層
7a.酸化シリコン膜
7b.アモルファスカーボン膜
7c.窒化シリコン膜
8.第1のハードマスク層(酸化シリコン膜)
9.第1のマスク膜
9a.BARC
9b.Si−BARC
9−Sp.スペース部
10.第1サイドウォール膜
10r.空間(凹部)
11.ビットコン拡散層
12.第2のマスク膜(BARC)
13.第1の溝
14.第2の溝
15.第3の溝
16.第4の溝(ゲートトレンチ)
17.トレンチ拡散層
18.ゲート絶縁膜
19.導体膜
19a.TiNバリア膜
19b.タングステン膜
20.埋め込み絶縁膜
21.ゲート絶縁膜
22.ゲートポリシリコン膜
23.酸化シリコン膜
24.ビットコンタクトホール
25.ビットポリシリコン膜
25P.ビットコンタクト
26.メタル層
27.キャップ絶縁膜
28.酸化シリコン膜
29.第2サイドウォール膜
29S.第1LDDサイドウォール
29BS.ビット線サイドウォール
30.LDD領域
31.第3サイドウォール膜
31S.第2LDDサイドウォール
32.高濃度拡散層領域
33.カバー窒化膜
34.第1層間絶縁膜
35.容量コンタクト
36.ソース/ドレイン・コンタクト
37.容量パッド
37a.第1配線
38.エッチングストッパ膜
39.下部電極
40.上部電極
41.第2層間絶縁膜
42,42a.コンタクトプラグ
43,43a.上層配線
K.活性領域
mWL.ワード線(埋め込み型ゲート電極)
BL.ビット線
Cap.キャパシタ
PG.周辺ゲート電極
PR1〜7.フォトレジスト
1. 1.
7). Second
9.
9b. Si-BARC
9-Sp.
11.
13.
17.
BL. Bit line Cap. Capacitor PG. Peripheral gate electrodes PR1-7. Photo resist
Claims (20)
前記第1のマスク膜の一部を貫通したスペース部を形成する工程と、
前記第1のマスク膜の上面と前記スペース部の前記第1のマスク膜の側面を覆う様にサイドウォール膜を形成する工程と、
前記スペース部内であり、且つ前記第1のマスク膜の側面を覆う前記サイドウォール膜を除いた空間の直下に相当する前記半導体基板の一部分にイオン注入する工程と、
前記空間を第2のマスク膜で埋め込む工程と、
前記第1のマスク膜と前記第2のマスク膜をマスクとして前記サイドウォール膜を選択的に除去し、前記第1のマスク膜と前記第2のマスク膜間に前記半導体基板に転写される第1の溝を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first mask film on the semiconductor substrate;
Forming a space portion penetrating a part of the first mask film;
Forming a sidewall film so as to cover an upper surface of the first mask film and a side surface of the first mask film in the space portion;
Ion implantation into a portion of the semiconductor substrate corresponding to the space portion and directly under the space excluding the sidewall film covering the side surface of the first mask film;
Filling the space with a second mask film;
The sidewall film is selectively removed using the first mask film and the second mask film as a mask, and transferred to the semiconductor substrate between the first mask film and the second mask film. Forming a groove of 1;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1のマスク膜と前記第2のマスク膜をマスクとして前記第1のハードマスク層を選択的に除去し、前記第1の溝を前記第1のハードマスク層中に転写して第2の溝を形成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。 Forming a first hard mask layer between the first mask film and the semiconductor substrate;
The first hard mask layer is selectively removed using the first mask film and the second mask film as a mask, and the first groove is transferred into the first hard mask layer to form a second The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is formed.
前記第1のハードマスク層をマスクとして、前記第2のハードマスク層を選択的に除去し、前記第2の溝を前記第2のハードマスク層中に転写して第3の溝を形成することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a second hard mask layer between the first hard mask layer and the semiconductor substrate;
Using the first hard mask layer as a mask, the second hard mask layer is selectively removed, and the second groove is transferred into the second hard mask layer to form a third groove. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
前記第1のマスク膜に形成されるスペース部は前記第2の方向に延在する溝パターンであって、前記第2の方向に整列して配置された複数の活性領域の個々の中心点を跨ぐことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a plurality of active regions on the semiconductor substrate having the same shape by an element isolation layer, extending in a first direction, and aligned in a second direction intersecting the first direction; Have
The space portion formed in the first mask film is a groove pattern extending in the second direction, and each central point of a plurality of active regions arranged in alignment in the second direction is defined as a space pattern. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is straddled.
前記第2のハードマスク層は、酸化シリコン膜、アモルファスカーボン、窒化シリコン膜が順に成膜された積層膜、或いは酸化シリコン膜、窒化シリコン膜が順に成膜された積層膜であることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The first hard mask layer is a silicon oxide film;
The second hard mask layer is a laminated film in which a silicon oxide film, amorphous carbon, and a silicon nitride film are sequentially formed, or a laminated film in which a silicon oxide film and a silicon nitride film are sequentially formed. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 3 to 7.
前記半導体基板上に第1のマスク膜で前記第2の方向に延在する複数のラインパターンを形成する工程と、
前記ラインパターンの上面と側面を覆う様にサイドウォール膜を形成する工程と、
前記ラインパターン間のスペース部であり、且つ前記第1のマスク膜の側面を覆うサイドウォール膜を除いたスペース部の直下に相当する前記複数の活性領域の一部分にイオン注入する工程と、
を有し、前記スペース部の各々は前記第2の方向に整列して配置された複数の活性領域に対し個々の中心点を同一スペース部内で跨ぐことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a plurality of active regions on a semiconductor substrate having the same shape by an element isolation layer, extending in a first direction, and aligned in a second direction intersecting the first direction; ,
Forming a plurality of line patterns extending in the second direction with a first mask film on the semiconductor substrate;
Forming a sidewall film so as to cover an upper surface and a side surface of the line pattern;
A step of ion-implanting into a part of the plurality of active regions corresponding to a space portion between the line patterns and directly under a space portion excluding a sidewall film covering a side surface of the first mask film;
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that each of the space portions straddles each central point within the same space portion with respect to a plurality of active regions arranged in alignment in the second direction.
前記第1のマスク膜と前記第2のマスク膜をマスクとしてサイドウォール膜を選択的に除去し、前記第1のマスク膜と前記第2のマスク膜間に前記半導体基板に転写される第1の溝を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 Burying the plurality of spaces with a second mask film;
A sidewall film is selectively removed using the first mask film and the second mask film as a mask, and transferred to the semiconductor substrate between the first mask film and the second mask film. Forming a groove of
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, comprising:
前記第1のマスク膜と前記第2のマスク膜をマスクとして前記第1のハードマスク層を選択的に除去し、前記第1の溝を前記第1のハードマスク層中に転写して第2の溝を形成することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a first hard mask layer between the first mask film and the semiconductor substrate;
The first hard mask layer is selectively removed using the first mask film and the second mask film as a mask, and the first groove is transferred into the first hard mask layer to form a second The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein a groove is formed.
前記第1のハードマスク層をマスクとして、前記第2のハードマスク層を選択的に除去し、前記第2の溝を前記第2のハードマスク層中に転写して第3の溝を形成することを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a second hard mask layer between the first hard mask layer and the semiconductor substrate;
Using the first hard mask layer as a mask, the second hard mask layer is selectively removed, and the second groove is transferred into the second hard mask layer to form a third groove. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15.
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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