JP2904635B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Description
の製造方法に係わり、特に半導体基板の内部に配線層を
持つ半導体装置およびその製造方法に関する。
半導体装置としては、“A 4.2 μm2 Half-Vcc Sheath-P
late Capacitor DRAM Cell with Self-Aligned Buried
Plate-Wiring.T.Kaga et al,International Electron D
evices Meeting Technical Digest,1987, p332 〜p33
5”に開示されているダイナミック型RAMセルや、“H
alf-Vcc Sheath-Plate Capacitor DRAM Cell with Self
-Aligned Buried Plate Wiring.T.Kaga et al,IEEE TRA
NSACTIONS ON ELECTRON DEVICES VOL.35,NO.8,August 1
988,p1257〜p1263 ”に開示されているダイナミック型
RAMセルがある。
トレンチの底からそれぞれP型基板内に拡散形成された
N型拡散層を持ち、そして、N型拡散層はそれぞれ互い
に接触することにより基板の内部で配線層を構成してい
る。上記セルにおける配線層は、キャパシタのプレ−ト
電極に電位を与える配線として機能している。
の内部に形成されるため、その配線層へ電位を与えるに
は、例えばトレンチの一つを電位供給用のタ−ミナルと
して機能させるような特殊な工夫が必要である。上記セ
ルでは、次のようにして、トレンチの一つをタ−ミナル
(以下タ−ミナル・トレンチと称す)として機能させて
いる。
パシタ”を構成するために、酸化膜が形成されている。
この酸化膜を、タ−ミナル・トレンチにおいては写真蝕
刻法を用いて除去するようにし、タ−ミナル・トレンチ
では、トレンチ周囲の全面にN型拡散層が形成されるよ
うにする。そして、このN型拡散層に、その他の各トレ
ンチの底からP型基板内に拡散形成された配線層となる
N型拡散層を接触させる。配線層となるN型拡散層への
電位供給は、トレンチ周囲の全面から形成された拡散層
から行われる。
基板の内部に配線層を持つ半導体装置では、その配線層
に電位を与えることが容易ではなく、例えばタ−ミナル
・トレンチを形成する等、特殊な工夫をして電位を与え
ているのが実情である。このため、写真蝕刻工程が増加
する等、工程が繁雑化する問題がある。特にタ−ミナル
・トレンチの形成に際しては、トレンチ側面の酸化膜を
選択して除去するため、タ−ミナル・トレンチよりレジ
ストを除去する必要がある。この時、レジストが完全に
除去されずに、タ−ミナル・トレンチ内に残留してしま
う確率が非常に高い。レジストがトレンチ内に残ると、
酸化膜が完全に除去されずに残留するようになり、この
残留酸化膜が拡散マスクとなって拡散不良等を発生させ
る。拡散不良が発生すると、配線層とタ−ミナルとの接
触抵抗が増加する等の問題を生ずる。さらに、レジスト
がトレンチ内に残ると、このレジストに含まれた有害不
純物(重金属等)が装置内に拡がり、装置が不純物によ
って汚染されてしまう、という恐れもある。
たもので、その目的は、半導体基体内に形成された配線
層に対して簡単に電位を供給でき、かつ容易に形成でき
る構造を持つ半導体装置およびその製造方法を提供する
ことにある。
に、この発明に係る半導体装置では、第1導電型の半導
体基体と、この基体内に形成された、この基体の表面に
接する第2導電型の半導体領域と、前記基体内に形成さ
れたトレンチ群と、前記基体の表面から離れた前記基体
の内部領域に形成され、前記トレンチ群を成す各トレン
チそれぞれの少なくとも底に接し、かつ互いに接触して
いる第2導電型の拡散領域群を含む第2導電型の埋込半
導体領域とを具備する。そして、前記半導体領域に、所
定の電位を与える電極を電気的に接続し、前記トレンチ
群を成すトレンチのうちの少なくとも一つを前記半導体
領域内に配置し、この少なくとも一つのトレンチの底に
接する拡散領域を前記半導体領域に接触させることによ
り、前記埋込半導体領域へ前記所定の電位を供給するこ
とを特徴としている。
電位を与える電極が電気的に接続されている半導体領域
を有し、前記トレンチ群を成すトレンチのうちの少なく
とも一つを前記半導体領域内に配置し、この少なくとも
一つのトレンチの底に接し、第2の導電型の埋込半導体
領域を構成している拡散領域を、前記半導体領域に接触
させている。これにより、トレンチの一つに、互いに接
触している拡散領域群により構成された埋込半導体領域
へ、所定の電位を供給するために特殊な工夫が施された
ターミナル・トレンチを形成しなくても、上記構造の埋
込半導体領域に、所定の電位を供給することができる。
したがって、上記構造の埋込半導体領域に対して所定の
電位を供給する構造を、ターミナル・トレンチを備えた
装置に比べ、歩留りが良く、また、装置の信頼性を損な
わずに得ることができる。さらに、前記トレンチ群を成
すトレンチのうちの少なくとも一つを前記半導体領域内
に配置することにより、トレンチを形成するときのマス
クずれによる接触不良の可能性を、さらに低くでき、よ
り高い歩留りで形成できる構造が得られる。
導体領域を形成するだけで済み、例えばトレンチ内から
レジストを除去することに比べて簡単である。また、第
1の半導体領域は、例えばウェルや深い拡散層(deep d
iffusion)と同一の工程で形成することも可能であり、
工程を増加させずに得ることもできる。
り説明する。図1は、この発明の第1の実施例に係わる
半導体装置の断面図である。
基板10内には、トレンチ121 〜124 が形成されて
いる。基板10内には、トレンチ121 〜124 の底か
らそれぞれイオン注入法や不純物の拡散により形成され
たN型拡散層141 〜144が形成されている。N型拡
散層141 〜144 は互いに接触することにより電気的
に接続され、これにより、基板10内に形成された埋込
型配線層16を構成している。更に基板10内には、イ
オン注入法や基板10の表面から不純物を拡散すること
により形成されたN型領域18が形成されている。N型
領域18は、電極層20に電気的に接続されるととも
に、配線層16にも電気的に接続されている。また、特
に図示はしないが、トレンチ121 〜124 内には、1
つの電極を配線層16に電気的に接続するキャパシタ
や、ソ−スまたはドレインの一方を配線層16に電気的
に接続した絶縁ゲ−ト型FET(例えばMOSFET)
等の素子が形成される。
6の電位は、電極層20からN型領域18を介して供給
される。このため、従来のように、タ−ミナル・トレン
チ等、特殊な構造を形成しなくても、配線層16への供
給が可能である。また、N型領域18は、例えばトレン
チ内からのレジストを除去等、難易な工程を経なくて
も、イオン注入法、あるいは基板10表面からの不純物
の拡散等により形成できるので、その形成が容易であ
る。従って、製造ミスの発生を減少させることができ、
装置の歩留りを下げることもない。また、N型領域18
は、例えば図示せぬN型ウェル領域、あるいは縦型バイ
ポ−ラトランジスタで用いられるN型コレクタ取り出し
領域と同時に形成できる。このため、N型領域18を、
N型ウェル領域、あるいはN型コレクタ取り出し領域と
同時に形成すれば、工程数の増加を抑えることができ
る。図2は、この発明の第2の実施例に係わる半導体装
置の断面図である。図2に示すように、N型領域18内
に、少なくとも1つのトレンチ120 が形成されるよう
にしても良い。
120 〜124 を形成する際、マスクずれが発生したと
しても、N型領域18と配線層16とを接触させること
ができ、N型領域18と配線層16との電気的な導通を
常に確保できる。
導体装置について説明する。第3の実施例は、この発明
に係わる半導体装置を、シ−ス型キャパシタを有し、周
辺回路をCMOS回路にて構成したダイナミック型RA
Mに用いた例である。
断面図で、図3(b)は埋込型配線層接続部b近傍の拡
大図、図3(c)はシ−ス型キャパシタ部c近傍の拡大
図である。図4(a)、(b)、(c)〜図10
(a)、(b)、(c)は、その装置を主要な工程毎に
示した断面図である。以下、第3の実施例に係わる装置
をその製造方法とともに以下に説明する。
P型シリコン基板10内に深いN型ウェル181 、18
2 を、例えばイオン注入法を用いて形成する。次いで、
基板10内にN型ウェル22およびP型ウェル241 、
242 をそれぞれ、例えばイオン注入法を用いて形成す
る。次いで、基板10上にフィ−ルド酸化膜26を、例
えばLOCOS法を用いて形成する。
基板10上に薄いシリコン酸化膜(SiO2 )28を、
熱酸化法あるいはCVD法を用いて形成する。次いで、
酸化膜28上にシリコン窒化膜(SiNX )30を、例
えばCVD法を用いて形成する。次に、基板10内に深
さ3μm程度のトレンチ120 〜123 を、写真蝕刻法
およびRIE法を用いて形成する。トレンチ120 〜1
23 は、基板10の特にメモリセルアレイ形成部、すな
わち、P型ウェル241 が形成された領域に形成され、
フィ−ルド酸化膜26のエッジ、およびP型ウェル24
1 を貫通して基板10に達するように形成される。ま
た、少なくとも1つのトレンチ(図中では240 )は、
深いN型ウェル181 内に形成される。次いで、基板1
0の上方全面に約50nmの厚みを有するシリコン酸化
膜(SiO2 )を、例えばCVD法を用いて形成する。
次いで、このシリコン酸化膜を、RIE法を用いてエッ
チバックすることによりトレンチ120 〜123 の側面
上のみに残す。これにより、約50nmの厚みを有する
シリコン酸化膜で成るシ−ス32が形成される。次い
で、トレンチ120 〜123 の底より基板10内に、例
えばイオン注入法を用いてN型不純物、例えばリン
(P)をド−ズ量1×1016cm-2程度で打ち込む。こ
れにより、トレンチ120 〜123 の底に露呈する基板
10内には、N型不純物注入領域340 〜343 が得ら
れる。このイオン注入工程は、図示せぬホトレジストを
マスクに用いる、あるいは窒化膜30や側壁絶縁膜32
をマスクに用いるかのうち、いずれかで行われる。
基板10の上方全面にリンがド−プされたN型ポリシリ
コン膜を、例えばCVD法を用いて形成する。次いで、
熱処理することにより、注入領域340 〜343 に存在
するリンを活性化させ、N型拡散層140 〜143 を形
成する。これらの拡散層140 〜143 は互いに接触す
るように基板10内に拡散されることにより、埋込型配
線層16を成す。また、配線層16は、深いN型ウェル
181 にも接触させることにより、配線層16とN型ウ
ェル181 とを互いに電気的に導通される。次いで、基
板10の上方全面にホトレジストを塗布する。次いで、
全面露光によりホトレジストをトレンチ120 〜123
内の途中まで露光する。次いで、ホトレジストの露光部
分を除去する。これにより、トレンチ120 〜123 内
の途中まで埋め込まれたホトレジスト層36が得られ
る。次いで、ホトレジスト層36をマスクに用いてポリ
シリコン膜を除去する。これにより、トレンチ120 〜
123 内の途中まで形成されたポリシリコン膜380 〜
383 が得られる。ポリシリコン膜380 〜383 は配
線層16に電気的に接続されており、将来、シ−ス型キ
ャパシタのプレ−ト電極となる。
ホトレジスト層36を除去した後、ポリシリコン膜38
0 〜383 上に酸化膜換算で約5nmの厚みを有する酸
化膜(SiO2 )および窒化膜(SiNX )で成る積層
絶縁膜40を、例えばCVD法、あるいは熱酸化法/熱
窒化法等を用いて形成する。積層膜40は将来、シ−ス
型キャパシタの誘電体膜となる。次いで、基板10の上
方全面にリンがド−プされたN型ポリシリコン膜を、例
えばCVD法を用いて形成する。次いで、このポリシリ
コン膜をトレンチ120 〜123 内の途中まで残置する
ようにエッチバックする。これにより、ポリシリコン膜
420 〜423 が得られる。このポリシリコン膜420
〜423 は将来、シ−ス型キャパシタのストレ−ジ・ノ
−ド電極となる。次いで、基板10の上方全面にホトレ
ジスト44を塗布する。次いで、ホトレジスト44のう
ち、将来ストレ−ジ・ノ−ド接続部となる部分に窓46
1、462 を形成する。次いで、ホトレジスト44およ
びポリシリコン膜422 、423 をマスクに用いて、例
えばRIE法によりシ−ス(SiO2 )32および積層
絶縁膜40を部分的に除去する。これにより、トレンチ
122 、123 の側面にP型ウェル241 が露呈したス
トレ−ジ・ノ−ド接続部481 、482 が形成される。
ホトレジスト44を除去した後、接続部481 、482
よりP型ウェル241 内に、例えばイオン注入法を用い
てN型不純物、例えばリン(P)を打ち込む。これによ
り、P型ウェル241 内にN型領域501 、502 が得
られる。次いで、基板10の上方全面にリンがド−プさ
れたN型ポリシリコン膜を、例えばCVD法を用いて形
成する。次いで、このポリシリコン膜をトレンチ120
〜123 内の途中まで残置するようにエッチバックす
る。これにより、ポリシリコン膜520 〜523 が得ら
れる。N型領域501 とポリシリコン膜422 、および
N型領域502 とポリシリコン膜423 はそれぞれ、ポ
リシリコン膜522 、523 を介して電気的に接続され
る。尚、N型領域501 、502 はそれぞれ、ポリシリ
コン膜522 、523 からの不純物拡散によって形成さ
れても良い。
窒化膜30をマスクとして用いて、ポリシリコン膜52
0 〜523 の表面領域を、例えば熱酸化法により酸化
し、シリコン酸化膜(SiO2 )540 〜543 を形成
する。これにより、トレンチ120 〜123 の周囲には
サヤ状に酸化膜が形成されることとなり、キャパシタ
は、サヤ状の酸化膜で覆われたトレンチ120 〜123
の内部に形成された形(シ−ス型)となる。
に、酸化膜28、窒化膜30および積層絶縁膜40の露
出している部分を除去する。次いで、N型ウェル22お
よびP型ウェル241 、242 等における素子形成領域
表面を例えば熱酸化することにより、ゲ−ト酸化膜(S
iO2 )56、581 、582 をそれぞれ形成する。次
いで、基板10の上方全面に、例えばN型ポリシリコン
あるいはシリサイド等で成る導電層を、例えばCVD法
を用いて形成し、この導電層をパタ−ニングすることに
より、メモリセルアレイ領域上にワ−ド線601 〜60
3 、および周辺回路領域上にゲ−ト621 、622 をそ
れぞれ形成する。次いで、レジスト(図示せず)等をマ
スクに用いて、P型ウェル241 、242 内にそれぞれ
N型不純物、例えばリンをイオン注入し、セルトランジ
スタのN型ソ−ス領域701 、702 、N型ドレイン領
域703 、周辺回路用Nチャネル型MOSFETのN型
ソ−ス/ドレイン領域721 、722 、並びにN型コン
タクト領域761 、762 を形成する。この時、N型ソ
−ス領域701 、702 はそれぞれ、N型領域501、
502 と接触することにより、互いに電気的に接続され
る。次いで、上記レジストを除去した後、新たなレジス
ト(図示せず)等形成し、このレジストをマスクに用い
て、N型ウェル22にP型不純物、例えばボロンをイオ
ン注入し、周辺回路用Pチャネル型MOSFETのP型
ソ−ス/ドレイン領域741 、742 、並びにP型コン
タクト領域781 、782 を形成する。
基板10上方に、例えばCVD法を用いて、シリコン酸
化膜(SiO2 )等で成る層間絶縁膜80を形成する。
次いで、層間絶縁膜80内に、N型ドレイン領域703
等に通じるコンタクト孔を形成する。次いで、層間絶縁
膜80上に、例えばシリサイドあるいはアルミニウム合
金等の導電層を、例えばCVD法あるいはスパッタ法等
を用いて形成し、この導電層をパタ−ニングすることに
より、ビット線等の配線層82を形成する。次いで、配
線層82を覆うように層間絶縁膜80上に、例えばCV
D法を用いて、シリコン酸化膜(SiO2 )等で成る層
間絶縁膜84を形成する。次いで、層間絶縁膜80、8
4内に、N型コンタクト領域761 、762 、P型コン
タクト領域781 、782 等に通じるコンタクト孔を形
成する。次いで、層間絶縁膜84上に、例えばアルミニ
ウム合金等の導電層を、例えばスパッタ法等を用いて形
成し、この導電層をパタ−ニングすることにより、配線
層16へ電位を供給する電極層20、各種配線層861
〜863 、各ウェルへ電位を供給する電極層881〜8
83 等を形成する。以上のような工程を経ることによ
り、この発明の第3の実施例に係わる装置が製造され
る。
イナミック型RAMによれば、N型ウェル181 を介し
て配線層16へ所定の電位、例えばハ−フVCCレベル
電位等を供給することができる。また、その製造に際し
ては、この種の従来装置で問題となっていた、タ−ミナ
ル・トレンチを形成するための工程を省略することがで
きる。これにより、タ−ミナル・トレンチの側面から酸
化膜を除去するための写真蝕刻工程が無くなり、残留酸
化膜の問題が解消され、配線層とタ−ミナルとの接触抵
抗が増加する等の問題を改善できる。さらに、上記の工
程では、レジストがトレンチ内に残留する確率も、従来
装置の工程に比べ減少させることができ、不純物汚染の
問題も改善できる。
ク型RAMは、例えば“Process Technologies for A H
igh Speed 16MDRAM with Trench Type Cell ,S Yoshik
awaet al.,Symposium on VLSI Technology Digest of
Technical Papers,1989,p67〜p68 ”に紹介されている
ダイナミック型RAMと同等の効果を得られるように動
作させることもできる。
ミック型RAMでは、P型シリコン基板10内に深いN
型ウェル182 が形成されているので、電極層881 に
は電位Vbbを、電極層882 には電位Vcc(電源電
圧)を、電極層883 には電位Vssを、電極層20に
は電位Vcc/2(プレ−ト電位)をそれぞれ供給する
ことによって、トリプルウェル構造のダイナミック型R
AMと同様な動作が可能となる。
ナミック型RAMに、上記のような電位を供給すれば、
トリプルウェル構造とほぼ等価な動作状態を得ることが
でき、回路パフォ−マンスが向上する、という効果を得
ることができる。
ば、半導体基体内に形成された配線層に対して簡単に電
位を供給でき、かつ容易に形成できる構造を持つ半導体
装置およびその製造方法を提供できる。
装置の断面図。
装置の断面図。
装置の断面図。
装置の主要な第1の工程における断面図。
装置の主要な第2の工程における断面図。
装置の主要な第3の工程における断面図。
装置の主要な第4の工程における断面図。
装置の主要な第5の工程における断面図。
装置の主要な第6の工程における断面図。
導体装置の主要な第7の工程における断面図。
140 〜144 …N型拡散層、16…埋込型配線層、1
8、181 、182 …深いN型領域(ウェル)、20…
電極層、22…N型ウェル、241 、242 …P型ウェ
ル、26…フィ−ルド酸化膜、28…シリコン酸化膜、
30…シリコン窒化膜、32…シ−ス(シリコン酸化
膜)、340 〜343 …N型不純物注入領域、36…ホ
トレジスト層、380 〜383 …ポリシリコン膜(プレ
−ト電極)、40…積層絶縁膜(誘電体膜)、420 〜
423 …ポリシリコン膜(ストレ−ジ・ノ−ド電極)、
44…ホトレジスト、461 、462 …窓、481 、4
82 …ストレ−ジ・ノ−ド接続部、501 、502 …N
型領域、520 〜523 …ポリシリコン膜、540 〜5
43 …シリコン酸化膜、56…ゲ−ト酸化膜、581 、
582 …ゲ−ト酸化膜、601 〜603 …ワ−ド線、6
21 、622 …ゲ−ト、701 、702 …N型ソ−ス領
域、703 …N型ドレイン領域、721 、722 …N型
ソ−ス/ドレイン領域、741 、742 …P型ソ−ス/
ドレイン領域、761 、762 …N型コンタクト領域、
781 、782 …P型コンタクト領域、80…層間絶縁
膜、82…配線層(ビット線)、84…層間絶縁膜、8
61 〜863 …配線層、881 〜883 …電極層。
Claims (7)
- 【請求項1】 第1導電型の半導体基体と、 前記基体内に形成された、前記基体の表面に接する第2
導電型の半導体領域と、 前記基体内に形成された、少なくとも一つのトレンチが
前記半導体領域内に配置されているトレンチ群と、前記基体の表面から離れた前記基体の内部領域に形成さ
れ、 前記トレンチ群を成す各トレンチそれぞれの少なく
とも底に接し、かつ互いに接触している第2導電型の拡
散領域群により構成され、これら拡散領域群のうち、前
記半導体領域内に配置されている少なくとも一つのトレ
ンチの底に接する拡散領域が前記半導体領域に接触され
ている第2導電型の埋込半導体領域と、 前記半導体領域に電気的に接続された、この半導体領域
を介して前記埋込半導体領域に所定の電位を与える電極
とを具備することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記トレンチ群は、前記半導体領域内に
配置されている少なくとも一つトレンチから離れた位置
に配置されている、メモリセルを構成するためのトレン
チ群と、 前記メモリセルを構成するためのトレンチ群と、前記半
導体領域内に配置されている少なくとも一つのトレンチ
との間に配置されている、前記埋込半導体領域を構成す
る前記拡散領域を形成するための少なくとも一つのトレ
ンチと を含み、 前記メモリセルを構成するためのトレンチ群それぞれの
少なくとも底に接する拡散領域群が、前記拡散領域を形
成するための少なくとも一つのトレンチの少なくとも底
に接する拡散領域を介して、前記半導体領域内に配置さ
れている少なくとも一つのトレンチの少なくとも底に接
する拡散領域に接続されている ことを特徴とする請求項
1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記基体内に形成された、前記基体の表
面に接する、周辺回路用のトランジスタを構成するため
の領域として用いられている第2導電型の他の半導体領
域を、さらに具備し、 前記半導体領域の、前記基体の表面からの深さが、前記
他の半導体領域の、前記基体の表面からの深さと、実質
的に同じ深さとされている ことを特徴とする請求項1お
よび請求項2いずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記トレンチ群を成す各トレンチ内には
それぞれ、メモリセルのキャパシタを構成するためのキ
ャパシタ構造体が形成され、これらキャパシタ構造体は
おのおの、同一の構造を有していることを特徴とする請
求項1乃至請求項3いずれか一項に記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記キャパシタ構造体はそれぞれ、スト
レージ・ノード電極となる部分を含み、 前記メモリセルを構成するためのトレンチ群に対しての
み、前記ストレージ・ノード電極となる部分にのみ、ゲ
ートをワード線に結合し、ワード線の電位に応じて、前
記ストレージ・ノード電極をビット線に結合させるセル
トランジスタが設けられていることを特徴とする請求項
2乃至請求項4いずれか一項に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 第1導電型の半導体基体内に、前記基体
の表面に接する第2導電型の半導体領域を形成する工程
と、 前記基体内に、少なくとも一つのトレンチが前記半導体
領域内に配置されているトレンチ群を形成する工程と、前記基体の表面から離れた前記基体の内部領域に、 前記
トレンチ群を成す各トレンチそれぞれの少なくとも底か
ら第2導電型の不純物を拡散させ、互いに接触している
第2導電型の拡散領域群により構成され、これら拡散領
域群のうち、前記半導体領域内に配置されている少なく
とも一つのトレンチの底に接する拡散領域が前記半導体
領域に接触されている第2導電型の埋込半導体領域を形
成する工程と、 前記半導体領域に、この半導体領域を介して前記埋込半
導体領域に所定の電位を与える電極を電気的に接続する
工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項7】 前記基体内に、前記基体の表面に接す
る、周辺回路用のトラ ンジスタを構成するための領域と
して用いられる第2導電型の他の半導体領域を形成する
工程を具備し、前記半導体領域を、前記他の半導体領域
と同時に形成することを特徴とする請求項6に記載の半
導体装置の製造方法。
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