JP2015207692A - Semiconductor device and method for manufacturing 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し、特に、セルトランジスタを備える半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including a cell transistor and a manufacturing method thereof.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの半導体装置に設けられるセルトランジスタは、ソース/ドレイン領域の一方が記憶素子に接続され、ソース/ドレイン領域の他方がビット線に接続される。例えば、特許文献1に記載された半導体装置では、1つの活性領域内に3つの不純物拡散層が設けられ、両端に位置する2つの不純物拡散層がそれぞれセルキャパシタに接続され、中央に位置する1つの不純物拡散層がビット線に接続される。そして、隣接する不純物拡散層間にはそれぞれゲートトレンチが設けられ、その内部にゲート電極が埋め込まれる。
In a cell transistor provided in a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), one of source / drain regions is connected to a memory element, and the other of the source / drain regions is connected to a bit line. For example, in the semiconductor device described in
近年、半導体装置の微細化がさらに進行しており、これに伴って2つのゲートトレンチの間隔が狭くなっている。ゲートトレンチの間隔が狭くなると、一方のセルトランジスタを構成するゲート電極の電位によって、他方のセルトランジスタの特性が変化するという現象が生じる。これは、ゲート電極の電位が中央に位置する不純物拡散層に影響を与え、これによりトランジスタの表面ポテンシャルが変化するためである。 In recent years, further miniaturization of semiconductor devices has progressed, and accordingly, the interval between two gate trenches has become narrower. When the interval between the gate trenches is narrowed, a phenomenon occurs in which the characteristics of the other cell transistor change depending on the potential of the gate electrode constituting the one cell transistor. This is because the potential of the gate electrode affects the impurity diffusion layer located in the center, thereby changing the surface potential of the transistor.
図16は、ゲート電極の間隔とセルトランジスタのしきい値の関係を示すグラフである。図16において、□印でプロットされているのは、隣接するセルトランジスタのゲート電極に2.6Vの電圧(オン電圧)が印加されている場合のしきい値を示し、×印でプロットされているのは、隣接するセルトランジスタのゲート電極に0Vの電圧(オフ電圧)が印加されている場合のしきい値を示している。図17においても同様である。 FIG. 16 is a graph showing the relationship between the gate electrode interval and the threshold value of the cell transistor. In FIG. 16, what is plotted with a square is the threshold when a voltage of 2.6 V (on voltage) is applied to the gate electrode of an adjacent cell transistor, and plotted with a cross This shows the threshold value when a voltage of 0 V (off voltage) is applied to the gate electrode of the adjacent cell transistor. The same applies to FIG.
図16に示すように、ゲート電極の間隔が25nm以下まで狭くなると、隣接するセルトランジスタのゲート電極に2.6Vの電圧(オン電圧)が印加されている場合のしきい値と、隣接するセルトランジスタのゲート電極に0Vの電圧(オフ電圧)が印加されている場合のしきい値が大きく相違することが分かる。このことは、一方のセルトランジスタがオンすると、これに隣接する他方のセルトランジスタのしきい値が低下し、オフリーク電流の増大によって情報保持特性が低下することを意味する。オフリーク電流を抑制するためには、オフ時におけるゲート電圧をより低くすればよいが、この場合、ゲート−ドレイン間の電界が強くなりリフレッシュ特性が悪化してしまう。 As shown in FIG. 16, when the gap between the gate electrodes is narrowed to 25 nm or less, the threshold value when a voltage (ON voltage) of 2.6 V is applied to the gate electrode of the adjacent cell transistor, and the adjacent cell It can be seen that the threshold values differ greatly when a voltage of 0 V (off voltage) is applied to the gate electrode of the transistor. This means that when one cell transistor is turned on, the threshold value of the other cell transistor adjacent to the cell transistor is lowered, and the information retention characteristic is lowered due to an increase in off-leakage current. In order to suppress the off-leakage current, the gate voltage at the time of off may be lowered, but in this case, the electric field between the gate and the drain becomes strong and the refresh characteristic is deteriorated.
図17は、ゲート電極の間隔とサブスレッショルド係数の関係を示すグラフである。 FIG. 17 is a graph showing the relationship between the gate electrode spacing and the subthreshold coefficient.
図17に示すように、ゲート電極の間隔が25nm以下まで狭くなると、隣接するセルトランジスタのゲート電極に2.6Vの電圧(オン電圧)が印加されている場合のサブスレッショルド係数と、隣接するセルトランジスタのゲート電極に0Vの電圧(オフ電圧)が印加されている場合のサブスレッショルド係数が大きく異なることが分かる。これは、セルトランジスタをオフからオンに変化させる場合、空乏化している中央の不純物拡散層(ビット線に接続された不純物拡散層)をゲート電圧によって反転させる必要があるのに対し、隣接するセルトランジスタがすでにオンしている場合は当該不純物拡散層が容易に反転するからである。 As shown in FIG. 17, when the gap between the gate electrodes is narrowed to 25 nm or less, the subthreshold coefficient in the case where a voltage (ON voltage) of 2.6 V is applied to the gate electrode of the adjacent cell transistor, and the adjacent cell It can be seen that the subthreshold coefficients differ greatly when a voltage of 0 V (off voltage) is applied to the gate electrode of the transistor. This is because when the cell transistor is changed from OFF to ON, the depleted central impurity diffusion layer (impurity diffusion layer connected to the bit line) needs to be inverted by the gate voltage, whereas the adjacent cell This is because the impurity diffusion layer is easily inverted when the transistor is already turned on.
ゲート電極の間隔縮小に伴う不純物拡散層の空乏化を抑制するためには、ビット線に接続される中央の不純物拡散層の不純物濃度を高めることが有効である。 In order to suppress the depletion of the impurity diffusion layer due to the reduction in the distance between the gate electrodes, it is effective to increase the impurity concentration of the central impurity diffusion layer connected to the bit line.
しかしながら、ビット線に接続される不純物拡散層の不純物濃度を高めると、イオン注入によって注入されたドーパントが両端側の不純物拡散層にも拡散してしまう。これにより、セルキャパシタに接続される不純物拡散層の接合電界が強くなり、リフレッシュ特性が悪化するおそれがあった。 However, when the impurity concentration of the impurity diffusion layer connected to the bit line is increased, the dopant implanted by ion implantation diffuses into the impurity diffusion layers on both ends. As a result, the junction electric field of the impurity diffusion layer connected to the cell capacitor becomes strong, and the refresh characteristics may be deteriorated.
本発明による半導体装置は、素子分離領域によって区画された半導体基板からなる活性領域と、前記活性領域に設けられた第1、第2及び第3の不純物拡散層と、前記第1及び第2の不純物拡散層間に第1のゲート絶縁膜を介して設けられた第1のゲート電極と、前記第1及び第3の不純物拡散層間に第2のゲート絶縁膜を介して設けられた第2のゲート電極と、を備え、前記第2及び第3の不純物拡散層は前記半導体基板の一部によって構成され、前記第1の不純物拡散層の少なくとも一部はポリシリコンによって構成されることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention includes an active region made of a semiconductor substrate partitioned by an element isolation region, first, second, and third impurity diffusion layers provided in the active region, and the first and second A first gate electrode provided between the impurity diffusion layers via a first gate insulating film; and a second gate provided between the first and third impurity diffusion layers via a second gate insulating film. An electrode, wherein the second and third impurity diffusion layers are constituted by a part of the semiconductor substrate, and at least a part of the first impurity diffusion layer is constituted by polysilicon. .
本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板に第1のトレンチを形成する工程と、前記第1のトレンチの少なくとも一部をポリシリコンで埋めることによって第1の不純物拡散層を形成する工程と、前記半導体基板に第2及び第3の不純物拡散層を形成する工程と、前記第1及び第2の不純物拡散層間に第1のゲート絶縁膜を介して第1のゲート電極を形成し、前記第1及び第3の不純物拡散層間に第2のゲート絶縁膜を介して第2のゲート電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first trench in a semiconductor substrate, and a step of forming a first impurity diffusion layer by filling at least part of the first trench with polysilicon. Forming a second and a third impurity diffusion layer on the semiconductor substrate, forming a first gate electrode between the first and second impurity diffusion layers via a first gate insulating film, Forming a second gate electrode between the first and third impurity diffusion layers with a second gate insulating film interposed therebetween.
本発明によれば、一方の不純物拡散層がポリシリコンによって構成されていることから、当該不純物濃度を高めた場合であっても、他方の不純物拡散層への不純物の拡散を抑制することができる。 According to the present invention, since one impurity diffusion layer is made of polysilicon, diffusion of impurities into the other impurity diffusion layer can be suppressed even when the impurity concentration is increased. .
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and the size, thickness, dimensions, and the like of each part shown in the drawings are different from the dimensional relationship of an actual semiconductor device. There is.
図1は、本発明の第1の実施形態による半導体装置100の構造を説明するための断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the structure of a
本実施形態による半導体装置100はDRAMであり、図1には、メモリセルアレイ領域に形成される1つの活性領域ARに対応する部分が示されている。活性領域ARは素子分離領域STIによって区画されたp型の半導体基板10の一部である。活性領域ARには、n型である3つの不純物拡散層11〜13が設けられている。このうち、不純物拡散層11は活性領域ARの長手方向における中央に位置し、不純物拡散層12,13は活性領域ARの長手方向における両端部に位置する。
The
不純物拡散層11と不純物拡散層12との間に位置する半導体基板10には、ゲートトレンチTR2が設けられている。ゲートトレンチTR2の内部には、ゲート絶縁膜21を介してゲート電極22が埋め込まれている。ゲート電極22の上部には、ゲートキャップ絶縁膜23が配置されている。かかる構成により、不純物拡散層11,12及びゲート電極22は、ゲートトレンチTR2の底部に位置する半導体基板10をチャネルとするMOS型のセルトランジスタを構成する。ゲート電極22はワード線として用いられる。
The
同様に、不純物拡散層11と不純物拡散層13との間に位置する半導体基板10には、ゲートトレンチTR3が設けられている。ゲートトレンチTR3の内部には、ゲート絶縁膜31を介してゲート電極32が埋め込まれている。ゲート電極32の上部には、ゲートキャップ絶縁膜33が配置されている。かかる構成により、不純物拡散層11,13及びゲート電極32は、ゲートトレンチTR3の底部に位置する半導体基板10をチャネルとするMOS型のセルトランジスタを構成する。ゲート電極22はワード線として用いられる。
Similarly, the
不純物拡散層11は半導体基板10の一部からなるのではなく、半導体基板10に形成されたトレンチTR1に埋め込まれたポリシリコンによって構成されている。不純物拡散層11を構成するポリシリコンには、n型の不純物がドープされている。不純物拡散層11は、ビット線BLに接続されている。ビット線BLの上面及び側面は、絶縁膜41によって覆われている。
The
これに対し、不純物拡散層12,13は半導体基板10の一部からなる。不純物拡散層12,13は、それぞれコンタクトプラグ51,61に接続されている。コンタクトプラグ51,61の側面は、絶縁膜41によって覆われている。
On the other hand, the impurity diffusion layers 12 and 13 are formed of a part of the
ビット線BL及びコンタクトプラグ51,61は、層間絶縁膜42に埋め込まれている。層間絶縁膜42の表面には、コンタクトプラグ51,61にそれぞれ接続されたコンタクトパッド52,62が設けられている。コンタクトパッド52,62は、セルキャパシタの下部電極53,63に接続されている。下部電極53,63の表面は容量絶縁膜71を介してセルキャパシタの上部電極72に覆われている。
The bit line BL and the contact plugs 51 and 61 are embedded in the
かかる構成により、下部電極53、容量絶縁膜71及び上部電極72は、一方のセルキャパシタC1を構成し、下部電極63、容量絶縁膜71及び上部電極72は、他方のセルキャパシタC2を構成する。そして、ビット線BLは、これらセルキャパシタC1,C2に対して共通に割り当てられる。
With this configuration, the
このように、本実施形態による半導体装置100は、コンタクトプラグ51,61に接続される不純物拡散層12,13については、半導体基板10の一部である単結晶シリコンからなるのに対し、ビット線BLに接続される不純物拡散層11については、トレンチTR1に埋め込まれたポリシリコンによって構成されている。不純物拡散層11の不純物濃度は、不純物拡散層12,13の不純物濃度よりも高く設定されており、これによりゲートトレンチTR2,TR3の間隔が狭い場合であっても、不純物拡散層11の空乏化を抑制することができる。
As described above, in the
そして、本実施形態においては、不純物拡散層11がポリシリコンによって構成されていることから、不純物拡散層11にイオン注入を行う必要がない。このため、不純物拡散層12,13の不純物濃度に影響を与えることがない。しかも、単結晶シリコンよりもポリシリコンの方がヒ素(As)などのドーパントの拡散係数が大きいため、不純物拡散層11からのドーパントの拡散も抑制される。
からである。
In this embodiment, since the
Because.
図2は、半導体装置100におけるゲート電極の間隔とセルトランジスタのしきい値の関係を示すグラフである。図2において、○印でプロットされているのは、隣接するセルトランジスタのゲート電極に2.6Vの電圧(オン電圧)が印加されている場合のしきい値を示し、+印でプロットされているのは、隣接するセルトランジスタのゲート電極に0Vの電圧(オフ電圧)が印加されている場合のしきい値を示している。図3においても同様である。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the gate electrode spacing and the cell transistor threshold in the
図2に示すように、本実施形態による半導体装置100では、隣接するセルトランジスタのゲート電極に2.6Vの電圧(オン電圧)が印加されている場合のしきい値と、隣接するトランジスタのゲート電極に0Vの電圧(オフ電圧)が印加されている場合のしきい値がほぼ一致することが分かる。このため、一方のセルトランジスタがオンしても、これに隣接する他方のセルトランジスタのしきい値が変化しないため、オフリーク電流の増大による情報保持特性の低下が防止される。
As shown in FIG. 2, in the
図3は、半導体装置100におけるゲート電極の間隔とサブスレッショルド係数の関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the gate electrode spacing and the subthreshold coefficient in the
図3に示すように、本実施形態による半導体装置100では、隣接するセルトランジスタのゲート電極に2.6Vの電圧(オン電圧)が印加されている場合のサブスレッショルド係数と、隣接するセルトランジスタのゲート電極に0Vの電圧(オフ電圧)が印加されている場合のサブスレッショルド係数がほぼ一致することが分かる。
As shown in FIG. 3, in the
このように、本実施形態による半導体装置100は、不純物拡散層12,13に実質的な影響を与えることなく、不純物拡散層11の不純物濃度を高くすることができるため、良好なトランジスタ特性を得ることが可能となる。
As described above, since the
次に、本実施形態による半導体装置100の製造方法について、図4〜図6を参照しながら説明する。図4〜図6において、(a)は(b)に示すA−A線に沿った断面図である。
Next, the method for fabricating the
まず、図4に示すように、単結晶シリコンからなる半導体基板10を熱酸化することにより、半導体基板10の表面10Aに厚さ10nmのシリコン酸化膜14を形成する。次に、フォトリソグラフィー法によってシリコン酸化膜14をライン状にパターニングした後、パターニングされたシリコン酸化膜14をマスクとして半導体基板10をエッチングする。これにより、半導体基板10には、深さ約180nmのトレンチTR1がライン状に形成される。
First, as shown in FIG. 4, the
次に、CVD法によってヒ素(As)がドープされたポリシリコンを堆積させることにより、トレンチTR1の内部をポリシリコンからなる不純物拡散層11で埋めこむ。ヒ素(As)の濃度は、例えば1×1020atm/cm3である。そして、CMP法などを用いて、シリコン酸化膜14の上面に形成された不要なポリシリコンを除去することにより、トレンチTR1の内部にのみポリシリコンを残存させる。
Next, polysilicon doped with arsenic (As) is deposited by CVD to fill the trench TR1 with the
次に、図5に示すように、素子分離領域STIを形成すべき部分にトレンチを形成し、このトレンチを酸化シリコンで埋めることにより、素子分離領域STIを形成する。これにより、半導体基板10のうち平面視で素子分離領域STIによって囲まれた部分は、活性領域ARとなる。活性領域ARの長手方向における中央部には、トレンチTR1に埋め込まれた不純物拡散層11が存在している。
Next, as shown in FIG. 5, a trench is formed in a portion where the element isolation region STI is to be formed, and this trench is filled with silicon oxide, thereby forming the element isolation region STI. Thereby, a portion of the
次に、図6に示すように、活性領域ARを横断する2つのゲートトレンチTR2,TR3を半導体基板10に形成する。ゲートトレンチTR2,TR3の深さは例えば200nmである。ゲートトレンチTR2,TR3は、不純物拡散層11の両端に沿って形成される。これにより、ゲートトレンチTR2,TR3を介して半導体基板10と不純物拡散層11とが横方向に分離される。
Next, as shown in FIG. 6, two gate trenches TR <b> 2 and TR <b> 3 that cross the active region AR are formed in the
次に、ヒ素(As)などのn型不純物をイオン注入することにより、半導体基板10の表面に不純物拡散層12,13を形成する。そして、図1に示すように、ゲートトレンチTR2,TR3の内壁にゲート絶縁膜21,31を形成した後、ゲート電極22,32を埋め込み、さらに、ゲートキャップ絶縁膜23,33を埋め込む。その後は、公知のプロセスを用いてビット線BL、コンタクトプラグ51,61、コンタクトパッド52,62、セルキャパシタC1,C2などを形成すれば、本実施形態による半導体装置100が完成する。
Next, impurity diffusion layers 12 and 13 are formed on the surface of the
このように、本実施形態による半導体装置100は、素子分離領域STIを形成する前に半導体基板10にトレンチTR1を形成し、トレンチTR1をポリシリコンで埋める工程を追加することにより作製することが可能である。
As described above, the
図7は、本発明の第2の実施形態による半導体装置200の構造を説明するための断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the structure of a semiconductor device 200 according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態による半導体装置200は、ゲートトレンチTR2,TR3の底部に位置する半導体基板10に不純物拡散層11Aが設けられている点において、図1に示した第1の実施形態による半導体装置100と相違している。その他の構成は、第1の実施形態による半導体装置100と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
The semiconductor device 200 according to the present embodiment is different from the
不純物拡散層11Aは、半導体基板10にヒ素(As)などのn型不純物が拡散されてなる領域である。不純物拡散層11Aは、ポリシリコンからなる不純物拡散層11と接しており、これにより不純物拡散層11の一部と見なすことができる。かかる構成により、ゲートトレンチTR2,TR3の側壁に沿った部分のみをセルトランジスタのチャネルとして機能させることができる。
The
本実施形態による半導体装置200は、半導体基板10にゲートトレンチTR2,TR3を形成した後、ゲート電極22,32を形成する前に、ゲートトレンチTR2,TR3の内部にイオン注入を行う工程を追加することにより作製することが可能である。
In the semiconductor device 200 according to the present embodiment, after forming the gate trenches TR2 and TR3 in the
図8は、本発明の第3の実施形態による半導体装置300の構造を説明するための断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the structure of a semiconductor device 300 according to the third embodiment of the present invention.
本実施形態による半導体装置300は、不純物拡散層11がポリシリコンからなる部分11Bと半導体基板10の一部からなる部分11Cによって構成されている点において、図1に示した第1の実施形態による半導体装置100と相違している。その他の構成は、第1の実施形態による半導体装置100と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
The semiconductor device 300 according to the present embodiment is in accordance with the first embodiment shown in FIG. 1 in that the
ポリシリコンからなる不純物拡散層11Bは、第1の実施形態における不純物拡散層11と同様、トレンチTR1に埋め込まれたポリシリコンによって構成されている。これに対し、半導体基板10の一部からなる不純物拡散層11Cは、トレンチTR1の底部に位置する半導体基板10にヒ素(As)などのn型不純物が拡散されてなる部分である。ポリシリコンからなる不純物拡散層11Bと、半導体基板10の一部からなる不純物拡散層11Cは互いに接しており、これにより一つの不純物拡散層11が構成される。
The
本実施形態による半導体装置300の製造方法は次の通りである。 A method for manufacturing the semiconductor device 300 according to the present embodiment is as follows.
まず、図4を用いて説明したように、パターニングされたシリコン酸化膜14をマスクとして半導体基板10をエッチングすることにより、半導体基板10にトレンチTR1を形成する。この時、トレンチTR1の深さは、第1の実施形態よりも浅く設定する。
First, as described with reference to FIG. 4, the trench TR <b> 1 is formed in the
そして、素子分離領域STIを形成した後、図9に示すように、トレンチTR1の底部にヒ素(As)などのn型不純物91をイオン注入する。これにより、トレンチTR1の底部に位置する半導体基板10には、不純物拡散層11Cが形成される。その後、図10に示すように、不純物がドープされたポリシリコンでトレンチTR1を埋め込むことによって不純物拡散層11Bを形成すれば、不純物拡散層11が完成する。
Then, after forming the element isolation region STI, as shown in FIG. 9, an n-
このように、本実施形態による半導体装置300では、トレンチTR1の深さを浅く設定することができることから、ポリシリコンの埋め込みが容易となる。このため、トレンチTR1に対するポリシリコンの埋め込み性に問題がある場合であっても、容易に製造することが可能となる。また、半導体基板10の一部からなる不純物拡散層11Cに注入された不純物は、半導体基板10の横方向にも拡散するが、拡散した領域は、ゲートトレンチTR2,TR3を形成する工程で除去されるため、不純物拡散層12,13に影響を与えることはほとんどない。
Thus, in the semiconductor device 300 according to the present embodiment, since the depth of the trench TR1 can be set shallow, it is easy to bury polysilicon. For this reason, even if there is a problem in the embedding property of the polysilicon in the trench TR1, it can be easily manufactured. Further, the impurity implanted into the
図11及び図12は、本発明の第4の実施形態による半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。 11 and 12 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施形態による半導体装置の製造工程では、まず、図11に示すようにパターニングされたシリコン酸化膜14をマスクとして半導体基板10をエッチングすることにより、半導体基板10にトレンチTR1を形成した後、その側壁に絶縁膜80を形成する。絶縁膜80は、例えば、CVD法によってトレンチTR1の内壁を含む全面に酸化シリコンを堆積させた後、エッチバックを行うことによって、トレンチTR1の側壁部分にのみ残存させることができる。或いは、半導体基板10を熱酸化することにより絶縁膜80を形成しても構わない。
In the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment, first, the trench TR1 is formed in the
次に、図12に示すように、n型の不純物がドープされたポリシリコンでトレンチTR1を埋め込むことにより、不純物拡散層11を形成する。その後は、図5及び図6を用いて説明した工程を行えば、本実施形態による半導体装置が完成する。ここで、トレンチTR1の側壁に設けられた絶縁膜80は、ゲートトレンチTR2,TR3を形成する際に全て除去されるため、完成した半導体装置の構成は、第1の実施形態と同じである。
Next, as shown in FIG. 12, the
本実施形態によれば、途中の工程までトレンチTR1の側壁が絶縁膜80で覆われることから、ポリシリコンからなる不純物拡散層11から半導体基板10への不純物の拡散を防止することが可能となる。
According to the present embodiment, since the sidewall of the trench TR1 is covered with the insulating
図13〜図15は、本発明の第5の実施形態による半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。 13 to 15 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
本実施形態による半導体装置の製造工程では、図13に示すように、パターニングされたシリコン酸化膜14をマスクとして半導体基板10をエッチングすることにより、半導体基板10にトレンチTR1を形成した後、ノンドープのポリシリコンを堆積させることにより、トレンチTR1の内部をノンドープのポリシリコン11Dで埋める。
In the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, the trench TR1 is formed in the
次に、図5及び図6を用いて説明した工程を行った後、図14に示すように、ポリシリコン11Dを露出させるマスク90で半導体基板10を覆った状態で、ヒ素(As)などのn型不純物91をイオン注入する。マスク90は、ビット線BLの形成に用いるマスクをそのまま用いることができる。イオン注入時のエネルギーは、不純物拡散層12,13への影響が無いよう、ポリシリコン11Dの上部に注入される程度の低エネルギーとすることが好ましい。
Next, after performing the steps described with reference to FIGS. 5 and 6, as shown in FIG. 14, the
その後、RTA処理などの熱処理を行えば、注入したn型不純物91がポリシリコン11D中に拡散し、図15に示すように、ポリシリコンからなる不純物拡散層11を得ることができる。ここで、ポリシリコンは、単結晶シリコンよりもヒ素(As)などのドーパントの拡散係数が大きいため、ポリシリコン11Dに注入されたn型不純物91の半導体基板10への拡散は十分に抑制される。このため、ポリシリコン11Dに含まれる不純物が不純物拡散層12,13に到達することはほとんど無い。また、不純物拡散層11の深さについても、トレンチTR1の深さによってほぼ定義されるため、不純物拡散層11を設計通りの深さに形成することが可能となる。
Thereafter, if heat treatment such as RTA treatment is performed, the implanted n-
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.
例えば、上記の各実施形態で説明したトランジスタは、ゲート電極がゲートトレンチに埋め込まれた構造を有しているが、本発明がこれに限定されるものではなく、フィン型構造のチャネルを有するトランジスタであっても構わない。 For example, the transistor described in each of the above embodiments has a structure in which the gate electrode is embedded in the gate trench, but the present invention is not limited thereto, and the transistor has a fin-type structure channel. It does not matter.
10 半導体基板
10A 半導体基板の表面
11〜13,11A〜11C 不純物拡散層
11D ノンドープのポリシリコン
14 シリコン酸化膜
21,31 ゲート絶縁膜
22,32 ゲート電極
23,33 ゲートキャップ絶縁膜
41 絶縁膜
42 層間絶縁膜
51,61 コンタクトプラグ
52,62 コンタクトパッド
53,63 下部電極
71 容量絶縁膜
72 上部電極
80 絶縁膜
90 マスク
91 n型不純物
100,200,300 半導体装置
AR 活性領域
BL ビット線
C1,C2 セルキャパシタ
STI 素子分離領域
TR1 トレンチ
TR2,TR3 ゲートトレンチ
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記活性領域に設けられた第1、第2及び第3の不純物拡散層と、
前記第1及び第2の不純物拡散層間に第1のゲート絶縁膜を介して設けられた第1のゲート電極と、
前記第1及び第3の不純物拡散層間に第2のゲート絶縁膜を介して設けられた第2のゲート電極と、を備え、
前記第2及び第3の不純物拡散層は前記半導体基板の一部によって構成され、
前記第1の不純物拡散層の少なくとも一部はポリシリコンによって構成されることを特徴とする半導体基板。 An active region made of a semiconductor substrate partitioned by an element isolation region;
First, second and third impurity diffusion layers provided in the active region;
A first gate electrode provided between the first and second impurity diffusion layers via a first gate insulating film;
A second gate electrode provided between the first and third impurity diffusion layers via a second gate insulating film,
The second and third impurity diffusion layers are constituted by a part of the semiconductor substrate;
A semiconductor substrate, wherein at least a part of the first impurity diffusion layer is made of polysilicon.
前記第1のゲート絶縁膜及び前記第1のゲート電極は、前記第2のトレンチの内部に設けられ、
前記第2のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート電極は、前記第3のトレンチの内部に設けられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置。 The active region has second and third trenches;
The first gate insulating film and the first gate electrode are provided inside the second trench,
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate insulating film and the second gate electrode are provided inside the third trench. 5.
前記第2の不純物拡散層に接続された第1のセルキャパシタと、
前記第3の不純物拡散層に接続された第2のセルキャパシタと、をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 A bit line connected to the first impurity diffusion layer;
A first cell capacitor connected to the second impurity diffusion layer;
The semiconductor device according to claim 6, further comprising a second cell capacitor connected to the third impurity diffusion layer.
前記第1のトレンチの少なくとも一部をポリシリコンで埋めることによって第1の不純物拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板に第2及び第3の不純物拡散層を形成する工程と、
前記第1及び第2の不純物拡散層間に第1のゲート絶縁膜を介して第1のゲート電極を形成し、前記第1及び第3の不純物拡散層間に第2のゲート絶縁膜を介して第2のゲート電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体基板の製造方法。 Forming a first trench in a semiconductor substrate;
Forming a first impurity diffusion layer by filling at least a portion of the first trench with polysilicon;
Forming second and third impurity diffusion layers in the semiconductor substrate;
A first gate electrode is formed between the first and second impurity diffusion layers via a first gate insulating film, and a first gate electrode is formed between the first and third impurity diffusion layers via a second gate insulating film. And a step of forming a second gate electrode.
前記第1のゲート絶縁膜及び前記第1のゲート電極は、前記第2のトレンチの内部に設けられ、
前記第2のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート電極は、前記第3のトレンチの内部に設けられることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a second trench and a third trench in the semiconductor substrate;
The first gate insulating film and the first gate electrode are provided inside the second trench,
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the second gate insulating film and the second gate electrode are provided in the third trench.
前記第2及び第3の不純物拡散層にそれぞれ接続された第1及び第2のセルキャパシタを形成する工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項8乃至14のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a bit line connected to the first impurity diffusion layer;
The method further includes: forming first and second cell capacitors connected to the second and third impurity diffusion layers, respectively. A method for manufacturing a semiconductor device.
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