JP2024088045A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体基板と、半導体基板に設けられたトランジスタとを備えた半導体装置が知られている。 A semiconductor device is known that includes a semiconductor substrate and a transistor disposed on the semiconductor substrate.
本発明の一実施形態は、電気的特性の向上を図ることができる半導体装置、および半導体装置の製造方法を提供する。 One embodiment of the present invention provides a semiconductor device that can improve electrical characteristics, and a method for manufacturing the semiconductor device.
実施形態の半導体装置は、基板と、トランジスタと、を備える。前記基板は、活性化領域と、素子分離部とを含む。前記素子分離部は、前記活性化領域を囲む。前記トランジスタは、第1拡散層領域および第2拡散層領域と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する。前記第1拡散層領域および前記第2拡散層領域は、前記活性化領域に設けられている。前記ゲート絶縁膜は、前記活性化領域上に設けられている。前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜に対して前記基板とは反対側に位置している。前記第1拡散層領域と第2拡散層領域とが並ぶ第1方向とは交差するとともに前記基板の表面に沿う第2方向において、前記ゲート電極の幅は、前記活性化領域の幅と比べて、同じまたは小さい。 The semiconductor device of the embodiment includes a substrate and a transistor. The substrate includes an activation region and an isolation portion. The isolation portion surrounds the activation region. The transistor has a first diffusion layer region and a second diffusion layer region, a gate insulating film, and a gate electrode. The first diffusion layer region and the second diffusion layer region are provided in the activation region. The gate insulating film is provided on the activation region. The gate electrode is located on the opposite side of the gate insulating film to the substrate. In a second direction that intersects with a first direction in which the first diffusion layer region and the second diffusion layer region are aligned and runs along the surface of the substrate, the width of the gate electrode is the same as or smaller than the width of the activation region.
以下、実施形態の半導体装置および半導体装置の製造方法を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。「平行」、「直交」、または「同じ」とは、それぞれ「略平行」、「略直交」、または「略同じ」である場合を含み得る。「接続」とは、機械的な接続に限定されず、電気的な接続を含み得る。すなわち「接続」とは、複数の要素が直接に接続される場合に限定されず、複数の要素が別の要素を間に介在させて接続される場合を含み得る。「面する」とは、ある方向で見た場合に2つの部材が重なることを意味し、上記2つの部材の間に別の部材が存在する場合も含み得る。 The semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are used for components having the same or similar functions. The duplicated description of those components may be omitted. "Parallel", "orthogonal", or "same" may include the cases of "substantially parallel", "substantially orthogonal", or "substantially the same", respectively. "Connection" is not limited to mechanical connection, but may include electrical connection. In other words, "connection" is not limited to the case where multiple elements are directly connected, but may include the case where multiple elements are connected with another element interposed therebetween. "Facing" means that two members overlap when viewed in a certain direction, and may also include the case where another member exists between the two members.
先に、X方向、Y方向、およびZ方向について定義する。X方向およびY方向は、後述する半導体基板20の表面20aに沿う方向である(図1、図2参照)。X方向は、後述するトランジスタ30において、ソース領域31とドレイン領域32とが並ぶ方向である。本実施形態では、例えばソース領域31からドレイン領域32に向かう方向をX方向としている(図2参照)。Y方向は、X方向と交差(例えば直交)するとともに、半導体基板20の表面20aに沿う方向である。さらに、Y方向における一方を第1側、Y方向において第1側とは反対側を第2側とする。また、Z方向は、半導体基板20の表面20aに交差する厚さ方向であり、X方向およびY方向とは交差(例えば直交)している(図1、図2参照)。以下の説明では、半導体基板20に対してトランジスタ30が位置する側を「上」、その反対側を「下」と称する場合がある。ただしこれら表現は、便宜上のものであり、重力方向を規定するものではない。X方向は、「第1方向」の一例である。Y方向は、「第2方向」の一例である。Z方向は、「第3方向」および「厚さ方向」の一例である。
First, the X-direction, the Y-direction, and the Z-direction are defined. The X-direction and the Y-direction are directions along the
(第1実施形態)
<1. 半導体装置の構成例>
第1実施形態について説明する。図1は、半導体装置1の構成例を示す断面図である。半導体装置1は、例えば、NAND型フラッシュメモリのような半導体記憶装置である。半導体装置1は、例えば、アレイチップ2、回路チップ3等を備える。
First Embodiment
1. Configuration example of semiconductor device
A first embodiment will be described. Fig. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a
アレイチップ2は、情報を記憶可能なチップである。アレイチップ2は、例えば、積層体11と、複数のメモリピラー12と、ソース線SLと、複数のビット線BLとを含む。積層体11は、複数のワード線11aと、複数の絶縁層11bとを含む。複数のワード線11aと複数の絶縁層11bとは、Z方向に1層ずつ交互に積層されている。
The
複数のメモリピラー12は、積層体11内をZ方向に延びている。各メモリピラー12は、メモリピラー12の中心部から外周側に向けて、絶縁部、チャネル層、トンネル絶縁膜、電荷蓄積部、およびブロック絶縁膜を含む。各メモリピラー12の一端部は、ソース線SLと接続されている。各メモリピラー12の他端部は、ビット線BLと接続されている。各メモリピラー12と各ワード線11aとの交差部分には、メモリセルトランジスタMCが形成されている。メモリセルトランジスタMCは、電荷が蓄積されることで情報を記憶可能な記憶素子である。
The
回路チップ3は、アレイチップ2の動作を制御する制御回路である。回路チップ3は、例えば、半導体基板20、複数のトランジスタ30、複数の配線L、後述の第1絶縁膜23、コンタクト電極C1,C2,C3等を備える。複数のトランジスタ30は、半導体基板20上に設けられている。配線Lは、トランジスタ30とアレイチップ2とを接続している。
The
<2.半導体基板およびトランジスタの構成>
次に、半導体基板20およびトランジスタ30の構成について詳しく説明する。
2. Configuration of Semiconductor Substrate and Transistor
Next, the configurations of the
<2.1 半導体基板>
図2は、1つのトランジスタ30に係る半導体装置1の構成例を示す断面図である。
半導体基板20は、例えば、シリコン基板である。半導体基板20は、「基板」の一例である。図2に示すように、半導体基板20は、例えば、基板本体21と、素子分離部22(Shallow Trench Isolation;STI)とを有する。
2.1 Semiconductor substrate
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the
The
基板本体21は、トランジスタ30が設けられる土台となる部分である。基板本体21は、シリコン材料を含む。基板本体21には、活性化領域Aが設けられている。基板本体21は、活性化領域Aのうち少なくともトランジスタ30が設けられる領域の一部に、後述するトランジスタ30のソース領域31およびドレイン領域32とは異なる極性(異なる導電形)のウェル領域を有する。
The
素子分離部22は、半導体基板20に設けられる複数のトランジスタ30を電気的に分離する分離部である。素子分離部22は、Z方向から見て、活性化領域Aを囲うように形成された第1空間S1を埋める絶縁層である。すなわち、素子分離部22は、Z方向から見て各トランジスタ30の活性化領域Aを囲っている。素子分離部22は、例えばシリコン酸化物等により形成されている。
The
Y方向における活性化領域Aと素子分離部22との境界25には、第1絶縁膜23が該境界25に隣接して設けられている。第1絶縁膜23は、素子分離部22の表面22aからZ方向に延びている。より詳細に説明すると、本実施形態では、第1絶縁膜23は、Y方向における後述するゲート33と素子分離部22との境界、およびX方向におけるゲート33と素子分離部22との境界に形成されて、素子分離部22の表面22aおよび基板本体21の表面21aからZ方向に向けて延びている。このため、本実施形態の第1絶縁膜23は、Z方向から見て内側に第2空間S2を有した環状に形成されている。
At the
また、第1絶縁膜23は、第1材料を含む。第1材料の例として、シリコン酸化物が挙げられる。すなわち、本実施形態では、第1絶縁膜23は、素子分離部22と同様に例えばシリコン酸化物等により形成されている。
The first insulating
<2.2 トランジスタ>
トランジスタ30の各々は、電界効果型トランジスタであり、例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)である。複数のトランジスタ30によって、CMOS(Complementary MOS)回路が構成されている。
2.2 Transistors
Each of the
トランジスタ30は、例えばn型のトランジスタであってもよく、p型のトランジスタであってもよい。図2に示すように、トランジスタ30は、ソース領域31と、ドレイン領域32と、ゲート33と、を有する。
ソース領域31およびドレイン領域32は、半導体基板20の上部の一部として設けられている。ソース領域31およびドレイン領域32は、1つのトランジスタ30に対応する活性化領域Aに設けられている。すなわち、ソース領域31およびドレイン領域32は、素子分離部22によって囲われた活性化領域Aに設けられている。ソース領域31およびドレイン領域32は、X方向に互いに離れている。ソース領域31およびドレイン領域32は、半導体基板20の上部にキャリアとなる不純物を、例えばイオン注入によりドープすることで形成されている。ソース領域31は、「第1拡散層領域」の一例である。ドレイン領域32は、「第2拡散層領域」の一例である。
The
ソース領域31の上方には、例えばコンタクト電極C1が設けられている。コンタクト電極C1は、Z方向でソース領域31に接続されている。本実施形態では、コンタクト電極C1は、ソース領域31上に、Y方向に間隔を空けて2本設けられている。ドレイン領域32の上方には、例えばコンタクト電極C2が設けられている。コンタクト電極C2は、Z方向でドレイン領域32に接続されている。本実施形態では、コンタクト電極C2は、ドレイン領域32上に、Y方向に間隔を空けて2本設けられている。
Above the
ゲート33は、活性化領域A上に設けられている。ゲート33は、ソース領域31及びドレイン領域32に架け渡されている。ゲート33は、Z方向から見て第1絶縁膜23の内側の第2空間S2内に設けられている。ゲート33は、ゲート絶縁膜34と、機能膜35と、ゲート電極36とを有する。
The
ゲート絶縁膜34は、半導体基板20とゲート電極36との間に位置し、半導体基板20とゲート電極36とを電気的に絶縁する絶縁膜である。ゲート絶縁膜34は、素子分離部22によって囲われた活性化領域A上に設けられている。ゲート絶縁膜34の少なくとも一部は、ソース領域31とドレイン領域32との間の領域にZ方向で面する。ゲート絶縁膜34は、例えばシリコン酸化物等により形成されている。
The
本実施形態では、ゲート絶縁膜34は、基板本体21および第1絶縁膜23に沿って設けられている。このため、ゲート絶縁膜34の一部(後述する第2部分34b)は、Y方向で、後述するゲート電極36と第1絶縁膜23との間に設けられている。ゲート絶縁膜34は、第1部分34aと、第2部分34bとを有する。第1部分34aは、基板本体21の表面21aに沿って設けられている。第2部分34bは、第1部分34aからZ方向に延びている。本実施形態では、第2部分34bは、第1絶縁膜23に沿って形成されている。第2部分34bは、Z方向から見て環状に形成されている。
In this embodiment, the
機能膜35は、ゲート絶縁膜34とゲート電極36との間に設けられている。機能膜35は、ソース領域31とドレイン領域32間のリーク電流を抑制する絶縁膜である。機能膜35は、ゲート絶縁膜34上に形成されている。機能膜35は、第1材料よりも誘電率が高い第2材料を含む。本実施形態の機能膜35は、第2材料として、ハフニウム系、タングステン系、コバルト系の材料などのHigh-K材を用いたHigh-K膜である。
The
本実施形態では、機能膜35は、ゲート絶縁膜34を介して基板本体21および第1絶縁膜23に沿って設けられている。このため、機能膜35の一部(後述する第2部分35b)は、Y方向で、ゲート電極36と第1絶縁膜23との間に設けられている。機能膜35は、第1部分35aと、第2部分35bとを有する。第1部分35aは、ゲート絶縁膜34を介して基板本体21の表面21aに沿って設けられている。第2部分35bは、第1部分35aからZ方向に延びている。本実施形態では、第2部分35bは、ゲート絶縁膜34を介して第1絶縁膜23に沿って形成されている。第2部分35bは、Z方向から見て環状に形成されている。
In this embodiment, the
ゲート電極36は、第2空間S2内に形成されている。ゲート電極36は、第2空間S2内のゲート絶縁膜34及び機能膜35以外の領域を埋めている。ゲート電極36は、ゲート絶縁膜34に対して半導体基板20とは反対側に位置する。また、本実施形態では、ゲート電極36の少なくとも一部は、ゲート絶縁膜34を間に挟んで半導体基板20のソース領域31とドレイン領域32との間の領域にZ方向で面している。ゲート電極36は、例えば、金属材料により形成されている。ゲート電極36の上方には、例えばゲート電極36に電圧を印加するコンタクト電極C3が設けられている。コンタクト電極C3は、Z方向でゲート電極36に接続されている。
The
本実施形態では、Y方向において、ゲート電極36の幅W2は、ゲート絶縁膜34及び機能膜35の分、素子分離部22によって囲われた活性化領域Aの幅W1と比べて、小さくなっている。
In this embodiment, in the Y direction, the width W2 of the
また別の表現では、ゲート電極36は、Y方向第1側に位置した第1端P1を有する。活性化領域AはY方向第1側に位置した第2端P2を有する。Z方向から見た場合、第1端P1の位置は、第2端P2の位置よりもY方向第2側にある。さらに、ゲート電極36は、Y方向第2側に位置した第3端P3を有する。活性化領域AはY方向第2側に位置した第4端P4を有する。Z方向から見た場合、第3端P3の位置は、第4端P4の位置よりもY方向第1側にある。
In another expression, the
上述した半導体基板20上のトランジスタ30およびコンタクト電極C1、C2、C3以外の空間は、例えば層間絶縁膜15によって埋められている。
The space on the
<3 半導体装置の製造方法>
次に、半導体装置1の製造方法について説明する。ここでは、トランジスタ30に関する製造方法について説明する。半導体装置1の他の構成の製造工程については、公知の方法を用いることができる。
<3. Method for manufacturing semiconductor device>
Next, a method for manufacturing the
図3から図12は、第1実施形態の半導体装置1の製造方法を説明するための図である。
まず、図3に示すように、半導体基板20上に、半導体基板20の表面20aに沿うX方向とY方向とに延びた犠牲膜101を形成する。犠牲膜101は、例えば第1犠牲膜102と、第2犠牲膜103とを有する。第1犠牲膜102は、基板本体21の表面21a上に形成される。第1犠牲膜102は、例えばポリシリコンにより形成されている。第1犠牲膜102の形成後に、第1犠牲膜102上にキャップとして第2犠牲膜103dが形成される。第2犠牲膜は、例えばシリコン窒化物により形成されている。
3 to 12 are diagrams for explaining a manufacturing method of the
First, as shown in Fig. 3, a
続いて、図4に示すように、半導体基板20および犠牲膜101の一部をエッチング(例えば反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE))によって除去する。これにより、犠牲膜101を囲う第1空間S1が形成される。その後、半導体基板20上にNSG(NondopedSiliateGlass)膜を例えば化学蒸着により形成する。そして、素子分離部22によって囲まれた領域A1上のNSG膜を、例えば化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)により除去する。これにより、第1空間S1内に素子分離部22が形成される。
Next, as shown in FIG. 4, the
続いて、図5に示すように、レジスト膜104を形成する。レジスト膜104は、X方向において、領域A1の中間部に設けられる。レジスト膜104は、Y方向に延びて、領域A1に対してY方向両側の素子分離部22に架け渡されている。
Next, as shown in FIG. 5, a resist
続いて、図6に示すように、領域A1上の犠牲膜101にエッチングを行い、レジスト膜104の形成箇所以外の犠牲膜101を除去する。これにより、レジスト膜104下の犠牲膜101が残留する。以下では、このレジスト膜104下に残留した犠牲膜101をダミーゲート105と称し、ダミーゲート105を構成する犠牲膜102をダミーポリと称する場合がある。
Next, as shown in FIG. 6, the
続いて、図7に示すように、例えばRIEによって、Z方向で、半導体基板20と犠牲膜101との境界106に向けて素子分離部22を除去する。ここで、素子分離部22の除去範囲には、半導体基板20と犠牲膜101との境界106からZ方向に僅かにずれる場合も含まれる。なお、この工程では、半導体基板20と犠牲膜101との境界106と、素子分離部22の表面22aとが面一にとなるように、素子分離部22を除去することが好ましい。半導体基板20と犠牲膜101との境界106に向けて素子分離部22を除去した後、ダミーゲート105付近に、ハローイオン注入を行う。
7, the
続いて、図8に示すように、残留した犠牲膜101(ダミーゲート105)の周りに、素子分離部22からZ方向に延びた第1絶縁膜23を形成する。すなわち、犠牲膜101(ダミーゲート105)Y方向に向いた側面101aに沿って第1絶縁膜23が形成される。なお、本実施形態では、第1絶縁膜23は、犠牲膜101のY方向に向いた側面101aだけでなく、犠牲膜101のX方向に向いた側面にも形成されている。第1絶縁膜23の形成後、エクステンション部分へのイオン注入を行う。また、本実施形態では、この工程で領域A1に不純物ドープを行い活性化領域Aを形成する。なお、活性化領域Aを形成するタイミングは、適宜変更可能である。
Next, as shown in FIG. 8, a first insulating
続いて、図9に示すように、素子分離部22上にNSG層を蒸着し、絶縁膜107を形成する。その後、犠牲膜101(ダミーゲート105)上の絶縁膜107を、例えばCMPによって除去する。
Next, as shown in FIG. 9, an NSG layer is deposited on the
続いて、図10に示すように、半導体基板20上から犠牲膜101(ダミーゲート105)を例えばエッチングにより除去して第1絶縁膜23の内側に第2空間S2を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, the sacrificial film 101 (dummy gate 105) is removed from above the
続いて、図11に示すように、第2空間S2を含む半導体基板20上の領域に、ゲート絶縁膜34、機能膜35、ゲート電極36を例えば化学蒸着により形成する。この工程では、例えば半導体基板20上にゲート絶縁膜34を形成した後、ゲート絶縁膜34上に機能膜35を形成する。ゲート絶縁膜34および機能膜35は、厚さが一様な薄膜状に形成される。さらにその後、機能膜35上にゲート電極36を形成する。
Next, as shown in FIG. 11, a
続いて、図12に示すように、例えばCMPを行い、絶縁膜107上の不要な絶縁膜50、51、金属層52(図11参照)を除去する。これにより、第2空間S2内のゲート絶縁膜34、機能膜35、ゲート電極36が残留し、ゲート33が形成される。
Next, as shown in FIG. 12, for example, CMP is performed to remove unnecessary insulating
その後、ソース領域31、ドレイン領域32、およびゲート電極36上にコンタクト電極C1、C2、C3をそれぞれ形成する。そして、絶縁膜107を置換、または絶縁膜107を成長させて層間絶縁膜15を形成する。その後、アレイチップ2および回路チップ3等の上部構造が形成されて、図2に示すトランジスタ30を有した半導体装置1が製造される。
Then, contact electrodes C1, C2, and C3 are formed on the
<4 利点>
従来の、いわゆる素子分離部(STI)後作りのCMOSトランジスタでは、ゲートの活性化領域に対する合わせを考慮して、厚さ方向から見てゲートの端部が素子分離部側に突き出すように形成されていた。しかしながら、この従来の方法では、ゲートの突き出し分だけ寸法が大きくなってしまう。さらに、素子分離部のゲートと厚さ方向に重なる領域でハローイオン注入が阻害され、ハローインプラのシャドーイングの要因にもなる。
<4 Advantages>
In conventional CMOS transistors fabricated after the so-called STI, the end of the gate is formed to protrude toward the isolation region when viewed from the thickness direction, taking into consideration the alignment of the gate with the active region. However, this conventional method results in a larger dimension due to the gate protrusion. Furthermore, the halo ion implantation is hindered in the region where the isolation region overlaps with the gate in the thickness direction, which also causes shadowing of the halo implantation.
そこで、本実施形態では、Y方向において、ゲート電極36の幅W2は、素子分離部22に囲まれた活性化領域Aの幅W1と比べて小さくなっている。これにより、Z方向から見て、ゲート33が素子分離部22に囲われた活性化領域AとY方向で同範囲に形成されるとともに、ゲート33が素子分離部22側に突き出してゲート33と素子分離部22とがZ方向に重なることがなくなる。このため、少なくともY方向の寸法が小さくなる。よって、半導体装置1の大型化が抑制され、製造性が向上される。さらに、半導体装置1の製造工程において、ゲート33の領域に形成される犠牲膜101(ダミーゲート105)によって、ハローイオン注入が阻害されることがなくなる。よって、ハローインプラのシャドーイングを抑制することができるので、電気的特性が向上される。
Therefore, in this embodiment, in the Y direction, the width W2 of the
また、本実施形態では、ゲート絶縁膜34の第2部分34bは、Y方向で、ゲート電極36と第1絶縁膜23との間に設けられている。これにより、ゲート絶縁膜34が活性化領域AのY方向全域に確実に形成されていることになり、リーク電流がより一層抑制される。
In addition, in this embodiment, the
また、本実施形態に係る半導体装置1の製造方法では、Z方向で、半導体基板20と犠牲膜101との境界106に向けて素子分離部22を除去する。続いて、犠牲膜101のX方向およびY方向の側面101aに沿って、素子分離部22からZ方向に延びた第1絶縁膜23を形成する。そして、半導体基板20上から犠牲膜101を除去して第2空間S2を形成する。その後、第2空間S2内にゲート絶縁膜34を形成する。ゲート絶縁膜34の形成後、第2空間S2内に機能膜35を形成する。機能膜35の形成後、第2空間S2内にゲート電極36を形成する。
In addition, in the manufacturing method of the
このような、製造手順を経ることにより、第1絶縁膜23に沿ってゲート絶縁膜34、機能膜35、ゲート電極36が形成される。これにより、Z方向から見て、ゲート33と活性化領域AとがY方向で同範囲に形成されるので、簡単な方法でゲート33の突き出しを抑制することができる。よって、半導体装置1の大型化を抑制して製造性が向上されるとともに、製造工程でハローインプラのシャドーイングを抑制して電気的特性が向上される。
Through this manufacturing procedure, the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、ゲート33がゲート電極36からY方向に突き出したゲート配線37を有する点で、第1実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第1実施形態と同じである。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in that the
図13は、1つのトランジスタ30に係る半導体装置1の構成例を示す図である。図13に示すように、ゲート33は、ゲート絶縁膜34、機能膜35、およびゲート電極36に加えてゲート配線37を有する。Z方向において、ゲート電極36が配置される第2空間S2の半導体基板20とは反対側の端部には、第2空間S2からY方向第1側に延びる第3空間S3が設けられている。
Figure 13 is a diagram showing an example of the configuration of a
本実施形態では、ゲート絶縁膜34および機能膜35は、第2空間S2から第3空間S3に亘って形成されている。このため、Y方向第1側のゲート絶縁膜34の第2部分34bおよび機能膜35の第2部分35bは、階段状に形成されている。すなわち、Y方向第1側のゲート絶縁膜34の第2部分34bは、第1絶縁膜23に沿ってZ方向に延びる第1部分34b1と、Z方向において第1部分34b1の半導体基板20とは反対側の端部からY方向第1側に延びる第2部分34b2と、Y方向において第2部分34b2のゲート電極36とは反対側の端部からZ方向に延びる第3部分34b3とをさらに有する。また、Y方向第1側の機能膜35の第2部分35bは、ゲート絶縁膜34の第1部分34b1に沿ってZ方向に延びる第1部分35b1と、ゲート絶縁膜34の第2部分34b2に沿ってY方向に延びる第2部分35b2と、ゲート絶縁膜34の第3部分34b3に沿ってZ方向に延びる第3部分35b3とをさらに有する。
In this embodiment, the
また、本実施形態では、ゲート電極36のうち活性化領域AとZ方向に重なる部分は、X方向でコンタクト電極C3と同等の幅もしくは狭小幅に形成されている。このため、コンタクト電極C3を活性化領域A上に設けることが比較的困難となる。この対策として、本実施形態では、ゲート配線37が設けられている。
In addition, in this embodiment, the portion of the
ゲート配線37は、ゲート絶縁膜34および機能膜35以外の第3空間S3を埋めるように形成されている。ゲート配線37は、ゲート電極36のY方向第1側の側面から、さらにY方向一方側に延びている。本実施形態では、Z方向で半導体基板20とは反対側のゲート配線37の表面は、ゲート電極36の表面と面一に形成されている。なお、ゲート配線37のZ方向の形成位置は、任意の位置に適宜変更可能とされている。
The
ゲート配線37には、ゲート電極36に電圧を印加するコンタクト電極C3が接続されている。ゲート配線37は、第1部分37aと、第2部分37bとを含む。第1部分37aは、ゲート電極36からY方向第1側の側面に設けられている。第2部分37bは、Y方向において第1部分37aに対してゲート電極36とは反対側に位置し、第1部分37aと一体形成されている。第2部分37bのX方向の幅W4は、ゲート電極36のX方向の幅W3よりも大きい。第2部分37bには、コンタクト電極C3が接続されている。1つのゲート配線37にコンタクト電極C3が1つ設けられている。
A contact electrode C3 that applies a voltage to the
また、上述したゲート配線37は、Z方向で素子分離部22から離れて配置されている。素子分離部22、第1絶縁膜23、ゲート絶縁膜34、機能膜35、ゲート配線37は、この順番でZ方向に並んでいる。このため、本実施形態では、機能膜35の一部は、Z方向で、素子分離部22とゲート配線37との間に配置されている。
The
次に、第2実施形態に係る半導体装置1の製造方法について説明する。ダミーゲート105の周囲に絶縁膜107を形成するまでは、第1実施形態と同様の工程が行われる。第1実施形態と同様の工程については、説明を適宜省略する。
Next, a method for manufacturing the
図14から図18は、第2実施形態の半導体装置1の製造方法を説明するための図である。ダミーゲート105の形成後、図14に示すように、半導体基板20上に、Z方向に貫通した穴120aを有したレジスト膜120を形成する。穴120aは、残留した犠牲膜101(ダミーゲート105)に対してY方向第1側に設けられている。穴120aのY方向他方側の端は、ダミーゲート105とZ方向に重なっている。穴120aのX方向の寸法は、ダミーゲート105のX方向の寸法およびコンタクト電極C3のX方向寸法よりも大きい。
Figures 14 to 18 are diagrams for explaining the manufacturing method of the
続いて、絶縁膜107をZ方向に半分だけ除去するエッチングを行う。すると、図15に示すように、穴120aとZ方向に重なる領域にのみエッチングが行われる。これにより、穴120aとZ方向に重なる絶縁膜107、第1絶縁膜23、およびダミーゲート105がZ方向で半分の高さだけ除去される。このようにして、犠牲膜101のY方向第1側に第3空間S3が形成される。
Next, etching is performed to remove half of the insulating
続いて、図16に示すように、半導体基板20上から犠牲膜101(ダミーゲート105)を例えばエッチングにより除去して第1絶縁膜23の内側に第2空間S2を形成する。形成された第2空間S2は、第3空間S3と連通する。
Next, as shown in FIG. 16, the sacrificial film 101 (dummy gate 105) is removed from the
続いて、図17に示すように、第2空間S2および第3空間S3を含む半導体基板20上の領域に、ゲート絶縁膜34、機能膜35、ゲート電極36、ゲート配線37を例えば化学蒸着により形成する。この工程では、半導体基板20上にゲート絶縁膜34を形成した後、ゲート絶縁膜34上に機能膜35を形成する。ゲート絶縁膜34および機能膜35は、厚さが一様な薄膜状に形成される。さらにその後、機能膜35上にゲート電極36の形成とともに、ゲート配線37を一括して形成する。
Next, as shown in FIG. 17, a
続いて、図18に示すように、例えばCMPを行い、絶縁膜107上の不要な絶縁膜50、51および金属層52(図17参照)を除去する。これにより、第2空間S2および第3空間S3内のゲート絶縁膜34、機能膜35、ゲート電極36、ゲート配線37が残留し、ゲート33が形成される。
Next, as shown in FIG. 18, for example, CMP is performed to remove unnecessary insulating
その後、ソース領域31、ドレイン領域32、およびゲート配線37上にコンタクト電極C1、C2、C3をそれぞれ形成する。そして、絶縁膜107を置換、または絶縁膜107を成長させて層間絶縁膜15を形成する。その後、アレイチップ2および回路チップ3等の上部構造が形成されて、図13に示すトランジスタ30を有した半導体装置1が製造される。
Then, contact electrodes C1, C2, and C3 are formed on the
本実施形態では、トランジスタ30は、ゲート配線37を有する。ゲート配線37は、Z方向で素子分離部22から離れて配置されている。ゲート配線37は、X方向の幅W4がゲート電極36のX方向の幅W3よりも大きい第2部分37bを含む。第2部分37bには、コンタクト電極C3が接続されている。これにより、コンタクト電極C3の設置領域の確保を考慮せずに、ゲート電極36を形成することができるので、製造性がより一層向上される。
In this embodiment, the
また、本実施形態に係る半導体装置1の製造方法では、ゲート電極36の形成とともにゲート配線37を形成する。これにより、半導体装置1の製造時間を短縮することができ、製造性がより一層向上される。
In addition, in the method for manufacturing the
なお、第2実施形態では、ゲート電極36に対してY方向第1側にのみゲート配線37が形成される場合について説明したが、これに限られない。ゲート配線37は、ゲート電極36に対してY方向第2側、またはY方向両側に設けられていてもよい。
In the second embodiment, the
以上、実施形態について説明した。ただし、実施形態は上述した例に限定されない。 The above describes the embodiments. However, the embodiments are not limited to the above examples.
実施形態では、第1拡散層領域がソース領域31であり、第2拡散層領域がドレイン領域32である場合について説明したがこれに限られない。第1拡散層領域がドレイン領域32であり、第2拡散層領域がソース領域31であってもよい。
In the embodiment, the first diffusion layer region is the
実施形態では、ダミーポリの犠牲膜102、及び犠牲膜103を形成した後にゲート絶縁膜34および機能膜35を形成する場合について説明したが、これに限られない。犠牲膜102の形成前にゲート絶縁膜34および機能膜35を形成してもよい。この場合、図19に示すように、ゲート絶縁膜34および機能膜35の全体が、基板本体21の表面21aに沿うよう設けられる。この場合、例えば、ゲート電極36と第1絶縁膜23とがY方向で接し、Y方向において、ゲート電極36の幅W2は、活性化領域Aの幅W1と比べて同じになる。すなわち、Z方向から見た場合、ゲート電極36の第1端P1の位置は、活性化領域Aの第2端P2の位置と一致し、ゲート電極36の第3端P3の位置は、活性化領域Aの第4端P4の位置と一致する。このような変形例では、ゲート電極36の形成領域をY方向に拡大することができる。よって、コンタクト電極C3の設置が容易となり、製造性を向上させることができる。
In the embodiment, the case where the
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、半導体装置は、基板と、トランジスタと、を備える。基板は、活性化領域と、素子分離部とを含む。素子分離部は、活性化領域を囲む。トランジスタは、第1拡散層領域および第2拡散層領域と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する。第1拡散層領域および第2拡散層領域は、活性化領域に設けられている。ゲート絶縁膜は、活性化領域上に設けられている。ゲート電極は、ゲート絶縁膜に対して基板とは反対側に位置している。第1拡散層領域と第2拡散層領域とが並ぶ第1方向とは交差するとともに基板の表面に沿う第2方向において、ゲート電極の幅は、活性化領域の幅と比べて、同じまたは小さい。このような構成によれば、電気的特性の向上を図ることができる。 According to at least one embodiment described above, the semiconductor device includes a substrate and a transistor. The substrate includes an activation region and an isolation portion. The isolation portion surrounds the activation region. The transistor has a first diffusion layer region and a second diffusion layer region, a gate insulating film, and a gate electrode. The first diffusion layer region and the second diffusion layer region are provided in the activation region. The gate insulating film is provided on the activation region. The gate electrode is located on the opposite side of the gate insulating film to the substrate. In a second direction that intersects with a first direction in which the first diffusion layer region and the second diffusion layer region are aligned and runs along the surface of the substrate, the width of the gate electrode is the same as or smaller than the width of the activation region. With this configuration, it is possible to improve electrical characteristics.
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although an embodiment of the present invention has been described, the embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. The embodiment and its modifications are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims, as well as in the scope and gist of the invention.
1…半導体装置、20…半導体基板(基板)、20a…表面、22…素子分離部、23…第1絶縁膜、25…境界、30…トランジスタ、31…ソース領域(第1拡散層領域)、32…ドレイン領域(第2拡散層領域)、34…ゲート絶縁膜、34b…第2部分(一部)、35…機能膜、35b…第2部分(一部)、36…ゲート電極、37…ゲート配線、37b…第2部分(部分)、101…犠牲膜、101a…側面、A…活性化領域、C3…コンタクト電極、S1…第1空間、S2…第2空間 1...semiconductor device, 20...semiconductor substrate (substrate), 20a...surface, 22...element isolation portion, 23...first insulating film, 25...boundary, 30...transistor, 31...source region (first diffusion layer region), 32...drain region (second diffusion layer region), 34...gate insulating film, 34b...second portion (part), 35...functional film, 35b...second portion (part), 36...gate electrode, 37...gate wiring, 37b...second portion (part), 101...sacrificial film, 101a...side, A...active region, C3...contact electrode, S1...first space, S2...second space
Claims (9)
前記活性化領域に設けられた第1拡散層領域および第2拡散層領域と、前記活性化領域上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に対して前記基板とは反対側に位置したゲート電極とを有したトランジスタと、
を備え、
前記第1拡散層領域と第2拡散層領域とが並ぶ第1方向とは交差するとともに前記基板の表面に沿う第2方向において、前記ゲート電極の幅は、前記活性化領域の幅と比べて、同じまたは小さい、
半導体装置。 a substrate including an active region and an isolation portion surrounding the active region;
a transistor having a first diffusion layer region and a second diffusion layer region provided in the activation region, a gate insulating film provided on the activation region, and a gate electrode located on the opposite side of the gate insulating film to the substrate;
Equipped with
a width of the gate electrode is equal to or smaller than a width of the active region in a second direction that intersects with a first direction in which the first diffusion layer region and the second diffusion layer region are aligned and that is along a surface of the substrate;
Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置。 a first insulating film provided adjacent to a boundary between the active region and the element isolation portion in the second direction and extending from the element isolation portion in a third direction intersecting the first direction and the second direction;
The semiconductor device according to claim 1 .
請求項2に記載の半導体装置。 the gate electrode is in contact with the first insulating film in the second direction;
The semiconductor device according to claim 2 .
請求項2に記載の半導体装置。 a portion of the gate insulating film is provided between the gate electrode and the first insulating film in the second direction;
The semiconductor device according to claim 2 .
前記トランジスタは、前記第1材料よりも誘電率が高い第2材料を含む機能膜をさらに有し、
前記機能膜の一部は、前記第2方向で、前記ゲート電極と前記第1絶縁膜との間に設けられた、
請求項2に記載の半導体装置。 the first insulating film includes a first material;
The transistor further includes a functional film including a second material having a higher dielectric constant than the first material;
a portion of the functional film is provided between the gate electrode and the first insulating film in the second direction;
The semiconductor device according to claim 2 .
前記トランジスタは、ゲート配線をさらに有し、
前記ゲート配線は、前記第3方向で前記素子分離部から離れて配置されるとともに、前記第1方向の幅が前記ゲート電極の前記第1方向の幅よりも大きい部分を含み、前記部分に前記コンタクト電極が接続された、
請求項2に記載の半導体装置。 a contact electrode for applying a voltage to the gate electrode;
The transistor further includes a gate wiring,
the gate wiring is disposed apart from the element isolation portion in the third direction, includes a portion whose width in the first direction is larger than the width in the first direction of the gate electrode, and the contact electrode is connected to the portion.
The semiconductor device according to claim 2 .
前記トランジスタは、前記第1材料よりも誘電率が高い第2材料を含む機能膜をさらに有し、
前記機能膜の一部は、前記第3方向で、前記素子分離部と前記ゲート配線との間に配置された、
請求項6に記載の半導体装置。 the first insulating film includes a first material;
The transistor further includes a functional film including a second material having a higher dielectric constant than the first material;
a portion of the functional film is disposed between the element isolation portion and the gate line in the third direction;
The semiconductor device according to claim 6.
前記基板および前記犠牲膜の一部をエッチングによって除去することで、前記犠牲膜を囲う第1空間を形成し、
前記第1空間内に素子分離部を形成し、
前記基板の厚さ方向で、前記基板と前記犠牲膜との境界に向けて前記素子分離部を除去し、
前記犠牲膜の前記第2方向に向いた側面に沿って、前記素子分離部から前記厚さ方向に延びた第1絶縁膜を形成し、
前記犠牲膜を除去して第2空間を形成し、
前記第2空間内にゲート電極を形成する、
半導体装置の製造方法。 forming a sacrificial film extending in a first direction along a surface of a substrate and in a second direction along the surface of the substrate and intersecting the first direction;
removing a portion of the substrate and the sacrificial film by etching to form a first space surrounding the sacrificial film;
forming an element isolation portion in the first space;
removing the element isolation portion in a thickness direction of the substrate toward a boundary between the substrate and the sacrificial film;
forming a first insulating film extending in the thickness direction from the element isolation portion along a side surface of the sacrificial film facing the second direction;
removing the sacrificial film to form a second space;
forming a gate electrode in the second space;
A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 forming a gate wiring extending from the gate electrode in the second direction and connected to a contact electrode at the same time;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8 .
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