JP4759821B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、詳しくはDRAM(Dynamic Random Access Memory)とロジック素子とを混載した半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
年々加速される微細化競争によって、特に大容量のDRAMと高速ロジック素子とを1チップに搭載する複合デバイスの開発が行われている。その構成の一例としては、DRAMのメモリセルゲートを基板の上に積み上げ、メモリセルトランジスタの拡散層の取り出しには、いわゆるセルフアラインコンタクトを用い、一方、ロジック素子はセルフアラインコンタクトを用いずに形成するという構成のものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、積み上げ型のDRAMもさまざまな問題が顕在化してきている。
【0004】
トランジスタ性能を維持するため、DRAMメモリセルの縮小とともに基板濃度はますます高くなってきていて、DRAM領域の接合リークも厳しい状態に近づいている。このため、メガビット級のDRAMでの接合リークの抑制が困難になってきている。すなわち、従来は余裕を持って制御可能であったDRAMのデータ保持特性の維持が困難なものとなってきている。このままでは世代ごとにキャパシタ容量を増大させていくしか有効な手段が見当たらない。
【0005】
また、DRAMセルの縮小化にともない、拡散層と取り出し電極との接触面積が狭くなり、世代ごとに2倍の勢いでコンタクト抵抗が上昇するようになっている。0.1μm以降の世代では、このコンタクト抵抗が数キロΩになることが予想され、メモリセルのワードトランジスタのオン抵抗に匹敵してくるようになると予想される。したがって、セルトランジスタのみならず、このコンタクト抵抗のばらつきがDRAM動作に厳しく影響してくるようになり、製造上、一層の精密性が要求されるようになって来ている。
【0006】
また、DRAMセルの縮小化にともない、ワード線とその脇に形成される拡散層の取り出しコンタクトとの層間絶縁距離は世代ごとに近づきつつある。メガビット級のDRAMを製造する上で、この耐圧を確保するためには20nm〜30nmが限界の距離といわれている。そのため、0.1μm以降の世代のDRAMでは、この耐圧限界距離以下の距離で拡散層の取り出しコンタクトを形成することが必要になってしまう。
【0007】
従来は、タングステンシリサイド(WSi2 )/ドープトポリシリコンのポリサイド構造の採用で遅延を押さえてきたDRAMのワード線も、近年の微細化とともに、アスペクト比も厳しくなり、また、ワード線の遅延を抑えるための十分な低抵抗を得ることが困難となってきた。特に高速動作を要求される積み上げDRAMなどでは、このワード線遅延がDRAMのアクセスタイムに影響する深刻な問題となる。ゲートの抵抗を下げる技術として、サリサイドによる配線の低抵抗化が実用化されている。しかしながら、DRAMメモリセルのゲートに適用するためには、オフセット酸化シリコン膜を使えなくなることによるDRAMメモリセル縮小化の障害とデータ保持特性の維持のために、DRAMの拡散層にはサリサイドを形成しないプロセスを必要とするなどの困難から通常は採用できない。
【0008】
一方、ロジック部のトランジスタ性能の向上も目覚しく、0.1μm以降の世代のロジックトランジスタでは、そのゲート長が50nm〜70nm、ゲート絶縁膜が1.5nm以下の極薄膜を形成することが要求されるようになると予想される。この厚さ以下から、従来から用いられてきた良質な絶縁膜である酸化シリコン(SiO2 )の適用が限界となり、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化アルミニウム、BST(BaTiO3 とSrTiO3 との混晶)等の新たな絶縁膜の適用が不可欠になると予想されている。
【0009】
上記酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化アルミニウム、BST等の絶縁材料からなるゲート絶縁膜は、拡散層の活性化に必要な熱処理を避けるため、またゲート電極を形成する際のプラズマダメージを回避するために、拡散層を形成した後にダミーゲートを置き換えるリプレースメントゲート電極が提案されている。このリプレースメントゲート電極構造であっても、従来のポリシリコンゲート電極で問題となる空乏化抑制のために、比較的耐熱性の低い上記材料の採用が必要となってくると予想される。
【0010】
また、上記リプレースメントゲートの製造プロセスでは、ダミーゲート上を化学的機械研磨(以下CMPという、CMPはChemical Mechanical Polishing )によって露出させる工程をともなうため、ゲート電極上部にセルフアラインコンタクトとキャパシタを形成するスタック型のDRAMセルとは整合性が良くなく、また、DRAMのコンタクト活性化に必要な熱処理に対しても整合性が良くない。
【0011】
また、この世代でもアナログ回路、外部との高電圧インターフェイス(Vpp;1.5V〜2.5V)、DRAM動作に必要なワード線昇圧用の回路等には、その電圧ゆえに、上記新材料による高誘電体ゲート絶縁膜以外の従来の酸化シリコン系のロジック回路も同一チップに混載する必要があった。
【0012】
このように、現在の0.18μm世代では、何とか許容できている技術であっても、今後の0.1μm世代以降では、何らかの対策が必要となり、チップの性能トレンドを維持するためには、積み上げ型のDRAM構造の抜本的な改良が必要となると予想される。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体装置の製造方法である。
【0021】
本発明の半導体装置の製造方法は、メモリ素子とロジック素子とを同一半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法において、半導体基板に素子分離領域を形成した後、該半導体基板表面側にメモリ素子領域の拡散層を形成する工程と、半導体基板および前記素子分離領域におけるメモリ素子領域および第1のロジック素子領域の所定位置に溝を形成する工程と、前記溝内にゲート絶縁膜を形成する工程と、メモリ素子領域の前記溝の上部を残した状態で溝内を埋め込むワード線を形成する工程と、前記ワード線と同一層で第2のロジック素子領域の前記半導体基板上にダミーゲートを形成するとともに、第1のロジック素子領域の溝内にゲート電極を形成する工程と、前記第1、第2のロジック素子領域の前記半導体基板にロジックトランジスタの拡散層を形成する工程と、前記ワード線上の前記溝側壁にサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、前記ワード線上層および前記第1、第2のロジック素子領域の拡散層上層にシリサイド層を形成する工程と、前記溝の上部を埋め込むとともに前記ダミーゲートを覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記拡散層上から前記ワード線上にかけて前記絶縁膜を介して前記ワード線にオーバラップする状態で前記拡散層の表面全面に達する接続孔を形成する工程と、前記接続孔内に、前記絶縁膜を介して前記ワード線にオーバラップする状態で、前記拡散層の表面全面にコンタクトする取り出し電極を形成する工程と、前記絶縁膜表面を平坦化するとともに前記ダミーゲートの上部を露出させる工程と、前記取り出し電極を活性化する熱処理を行う工程と、前記ダミーゲートを除去してゲート溝を形成する工程と、前記ゲート溝にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程とを備えている。また、前記拡散層は深さ方向に不純物濃度が薄くなるように形成する。
【0022】
上記半導体装置の製造方法では、ワード線上層にシリサイド層を形成することから、ワード線の抵抗が低減され、遅延の問題が回避される。また、ロジック素子の拡散層上にシリサイド層を形成することから、この拡散層へのコンタクト抵抗が低減される。
【0023】
また、半導体基板表面側にメモリ素子領域の拡散層を形成し、この半導体基板にゲート絶縁膜を介してワード線を埋め込むように形成することから、チャネルはワード線(ゲート電極)が形成されている溝底部側の半導体基板を廻り込むように形成される。そのため、実効的なチャネル長が十分に確保されるため、バックバイアスを印加して、短チャネル効果が厳しいメモリ素子(例えばDRAM)のトランジスタ特性が安定化される。
【0024】
また、ゲート絶縁膜を介して半導体基板に形成された溝内に埋め込まれたワード線上に、絶縁膜を介してこのワード線にオーバラップする状態で、半導体基板表面に形成した拡散層に接続される取り出し電極を形成することから、ワード線上の絶縁膜は20nm〜30nm以上の十分な膜厚が確保される。それによって、拡散層に接続される取り出し電極との耐圧が確保される。そのため、メモリ素子の拡散層上の全面をコンタクトに使用できるようになるので、実効面積を有効に使用できる。よって、セルデザインで実現可能な最低の抵抗値を実現することができ、コンタクト抵抗の低減が図れる。
【0025】
また、メモリ素子領域の拡散層は、その深さ方向に不純物濃度が薄くなるように形成されていることから、メモリ素子領域の拡散層下部の半導体基板濃度をセルトランジスタに要求されるほどに濃くしなくともよいので、接合の電界が緩和され、メモリ素子のセル縮小化にともない厳しくなるデータ保持特性の性能が維持される。
【0026】
また、ロジック領域の高駆動力トランジスタを実現するためのリプレースメントにより形成されるゲート電極を有するロジックトランジスタとメモリ素子との1チップ化が実現される。これによって、ロジック領域のゲートは、熱処理に対するケアが不要となり、ゲート絶縁膜に高誘電率材料を用いることが可能となり、ゲート電極をポリメタル構造または金属材料で形成することが可能になる。
【0027】
また、上記製造方法によって、アナログ回路や外部インターフェイス、メモリ素子のワード線昇圧に必要な高電圧動作を可能にする高電圧ロジック素子を標準電圧ロジック素子とともに一つの半導体基板に混載することが可能になる。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置に係る一実施の形態を、図1の概略構成断面図によって説明する。
【0029】
図1に示すように、半導体基板11には、メモリ素子領域(以下DRAM領域として説明し、図面ではDRAM領域と記す)、標準電圧ロジック領域、高電圧ロジック領域等を分離する素子分離領域12が形成されている。この素子分離領域12は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation )技術によって、例えば0.1μm〜0,2μm程度の深さに形成されている。上記半導体基板11上のDRAM領域には、バッファ層72が例えば酸化シリコン膜で20nm〜30nmの厚さに形成されている。
【0030】
上記半導体基板11の上層には、DRAMのメモリセルトランジスタのソース・ドレインとなる第1の拡散層(拡散層)13が形成されている。この拡散層13は、一例として、不純物にリンを用い、ドーズ量を1×1013/cm2 〜5×1013/cm2 、加速電圧を10keV〜40keVに設定したイオン注入により形成される。
【0031】
上記バッファ層72、半導体基板11および上記素子分離領域12には、溝14が例えば50nm〜100nm程度の深さに形成されている。その溝14内にはゲート絶縁膜15を介してワード線(ゲート電極も含む)16が形成されている。上記ワード線16は、下層をポリシリコン層で形成され、上層がシリサイド(例えばサリサイド)層18で形成されている。少なくとも後に説明する取り出し電極21との耐圧が確保される距離として、その表面が溝14の上部の半導体基板11表面より少なくとも30nm以上50nm以下、好ましくは40nm以上50nm以下、下がった状態に形成されている。この実施の形態では、例えば50nm程度下がった状態に形成されている。なお、半導体基板11に形成された溝14の深さと素子分離領域12に形成された溝14の深さに多少の差を生じていても差し支えはない。
【0032】
さらに上記ワード線16(ポリシリコン層)上の溝14の側壁には、サイドウォール絶縁膜17が例えば窒化シリコン膜で形成されている。さらに、上記ポリシリコン層16pの上層には上記シリサイド層18が形成されている。このシリサイド層18としては、例えばコバルトシリサイド(CoSi2 )、チタンシリサイド(TiSi2 )ニッケルシリサイド(NiSi2 )等を用いることができる。なお、半導体基板11に形成された溝14の深さと素子分離領域12に形成された溝14の深さに多少の差を生じていても差し支えはない。
【0033】
さらに、上記溝14の底部における半導体基板11にはチャネル拡散層(図示せず)が形成されている。上記チャネル拡散層は、高濃度(例えば1.0×1018/cm3 〜1.0×1019/cm3 )にしなければならないが、半導体基板11を掘り下げた溝14底部の半導体基板11部分に形成されているものであり、溝14の側壁や上部はほとんど基板濃度としてよく、その領域は極めて低濃度(例えば1.0×1016/cm3 〜1.0×1018/cm3 )となっている。
【0034】
上記ゲート絶縁膜15は、最先端のロジックのトランジスタよりもやや厚めの膜厚を有し、またゲート長もやや長く形成されるため、この世代であっても、熱酸化による酸化シリコン膜の適用が可能である。したがって、DRAM領域の上記ゲート絶縁膜15は、例えば1.5nm〜5nm程度の厚さの酸化シリコン膜で形成されている。
【0035】
したがって、上記溝14の側壁上部における半導体基板11表面側には、DRAM領域の拡散層13が形成されている。この拡散層13の底部はでき得る限り薄い濃度に設定され、半導体基板11との電界を緩和させることが望ましい。もともと半導体基板11側は、この拡散層13の接合部では低濃度に設定されているため、拡散層13とともに、低電界強度の接合が形成されている。この接合によってDRAMデータ保持特性が維持される。
【0036】
上記説明したように、半導体基板11にゲート絶縁膜15を介してワード線(ゲート電極)16が埋め込まれ、第1の拡散層13が半導体基板11表面側に形成されていることから、チャネルはワード線(ゲート電極)16が形成されている溝14底部側の半導体基板11を廻り込むように形成されている。そのため、実効的なチャネル長を確保することもでき、バックバイアスを印加して短チャネル効果が厳しいDRAMセルのトランジスタ特性を安定化させることもできる。
【0037】
一方、標準電圧ロジック領域の半導体基板11上には、側壁にサイドウォール54を有するダミーゲートと置き換えて形成されたゲート電極51がゲート絶縁膜82を介して形成されている。したがって、このゲート電極51の側壁にはゲート絶縁膜82を介して上記サイドウォール54が形成されている。上記サイドウォール54下部における半導体基板11には低濃度拡散層52、52が形成され、この低濃度拡散層52、52を介したゲート電極51の両側の半導体基板11には拡散層55、55が形成されている。さらに、上記拡散層55、55の上層には上記シリサイド層58が形成されている。このシリサイド層58としては、例えばコバルトシリサイド(CoSi2 )、チタンシリサイド(TiSi2 )ニッケルシリサイド(NiSi2 )等を用いることができる。
【0038】
また、ロジック領域の素子分離領域12上には、上記ゲート電極51と同様な構造のゲート電極(ゲート配線)51が形成されている。
【0039】
また、上記高電圧ロジック領域の半導体基板11には、DRAM領域と同様に溝14が形成され、その溝14の内部にはゲート絶縁膜15を介してゲート電極61が形成されている。このゲート電極61は、例えばワード線16と同一層からなり、少なくとも後に説明する取り出し電極126との耐圧が確保される距離として、その表面が溝14の上部の半導体基板11表面より少なくとも30nm以上50nm以下、好ましくは40nm以上50nm以下、下がった状態に形成されている。この実施の形態では、例えば50nm程度下がった状態に形成されている。
【0040】
上記ゲート電極61の両側における半導体基板11表面には拡散層65が形成され、その下部に低濃度拡散層62が形成されている。上記拡散層65の上層には上記シリサイド層58が形成されている。このシリサイド層58としては、例えばコバルトシリサイド(CoSi2 )、チタンシリサイド(TiSi2 )ニッケルシリサイド(NiSi2 )等を用いることができる。また、上記ゲート電極61上の溝14側壁には酸化シリコンからなるサイドウォール64が形成されている。さらに、上記ゲート電極61上部には例えばコバルトシリサイド(CoSi2 )からなるシリサイド層69が形成されている。上記サイドウォール64はシリサイド層69と拡散層65との間の耐圧を確保する機能を有する。
【0041】
上記半導体基板11上の全面には、上記DRAM領域のトランジスタ2、高電圧ロジック領域のトランジスタ6を覆い、上記標準電圧ロジック領域のゲート電極51の頂部が露出するように、第1の絶縁膜(絶縁膜)19が形成されている。この第1の絶縁膜19表面は平坦化されている。上記第1の絶縁膜19にはDRAM領域の拡散層13に達する接続孔20が形成されている。上記接続孔20内には、例えばリンドープトポリシリコンで形成される取り出し電極21が形成されている。
【0042】
上記接続孔20は、拡散層13の表面全面で取り出し電極をコンタクトさせることが可能なように、接続孔20の開口径をでき得る限り大きく形成することが望ましい。それによってコンタクト抵抗の低減が図られる。また、図面では、多少アライメントずれを起こした状態をわざと記載したが、接続孔20開口時に過剰なオーバエッチングを施さなければ、接続孔20内に形成されるワード線16に接続される上記取り出し電極21の物理的な距離を確保することが可能となる。なお、上部からみた投影デザインでは、この接続孔20が完全にワード線(ゲート電極)16にオーバラップする形となっている。
【0043】
さらに、上記第1の絶縁膜19上には、DRAM領域の取り出し電極21上およびロジック領域のゲート電極51上を覆う第2の絶縁膜(キャップ絶縁膜)22が形成されている。
【0044】
上記第2の絶縁膜22には、所定の上記取り出し電極21に接続するビットコンタクトホール23が形成されている。また、上記第2の絶縁膜22上には、上記ビットコンタクトホール23を通じて取り出し電極21に接続するビット線24が例えば金属電極で形成されている。このビット線24は、その下部に密着層が形成され、その上部にオフセット絶縁膜25が形成されている。
【0045】
上記第2の絶縁膜22上には、上記ビット線24を覆うエッチングストッパ層26および第3の絶縁膜27が形成されている。この第3の絶縁膜27表面は平坦化されている。上記第3の絶縁膜27には、上記取り出し電極21に接続する接続孔28を自己整合コンタクトを形成する技術によって形成されている。この接続孔28内にはビット線24との絶縁を図るためにサイドウォール絶縁膜29が形成されている。
【0046】
上記第3の絶縁膜27上には、熱処理が不要なMIM(Metal/insulator/Metal)構造のキャパシタ31が形成されている。このキャパシタの下部電極32は接続孔28を通じて上記取り出し電極21に接続されている。MIM構造のキャパシタ31は0.1μm以降のDRAMでは必須になると予想され、現在では、一例として、上部、下部電極34,32にルテニウム(Ru)、酸化ルテニウム(RuO)系材料が用いられ、キャパシタ31の誘電体膜33にはBST(BaTiO3 とSrTiO3 との混晶)系の膜が採用されている。
【0047】
上記第3の絶縁膜27上には、上記MIM構造のキャパシタ31を覆う第4の絶縁膜35が形成されている。この第4の絶縁膜35表面は平坦化されている。上記第4の絶縁膜35ないし第1の絶縁膜19には、キャパシタ取り出し電極、ワード線取り出し電極、ビット線取り出し電極、標準電圧ロジック領域の拡散層取り出し電極、ロジック領域のゲート取り出し電極、高電圧ロジック領域の拡散層取り出し電極等を形成するための接続孔111、112、113、114a,114b、115、116a,116bが形成されている。
【0048】
さらに、上記接続孔111〜116bには、キャパシタ取り出し電極121、ワード線取り出し電極122、ビット線取り出し電極123、標準電圧ロジック領域の拡散層取り出し電極124、ロジック領域のゲート取り出し電極125、高電圧ロジック領域の拡散層取り出し電極126等が形成されている。さらに、第4の絶縁膜35上には第5の絶縁膜36が形成されている。この第5の絶縁膜36には各取り出し電極121〜126に達する各配線溝131が形成され、配線溝131には第1の配線141が例えば銅配線により形成されている。この第1の配線41には、図示はしないが、必要に応じて、銅の拡散を防止するバリア層、密着層が形成されている。また、さらに必要に応じて上層配線が形成される。
【0049】
なお、上記キャパシタ31は、上記MIM構造に限定されることはなく、例えばポリシリコンの結晶粒を利用したHSGの記憶ノード電極もしくはシリンダ形状の記憶ノード電極を適用することも可能であり、絶縁膜に従来から用いられている酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜(ONO膜)、酸化タンタル膜、酸化アルミニウム膜等を用いることができる。
【0050】
上記半導体装置1では、ゲート絶縁膜15を介して半導体基板11に埋め込まれたゲート電極16上に第1の絶縁膜(絶縁膜)18を介してこのゲート電極15にオーバラップする状態で拡散層17に接続される取り出し電極20を備えていることから、ゲート電極16上の第1の絶縁膜18を20nm〜30nm以上の十分な膜厚を確保することが可能になり、それによって、ゲート電極(ワード線)16と拡散層17に接続される取り出し電極20との耐圧が確保されるようになる。
【0051】
また、半導体基板11にゲート絶縁膜15を介してゲート電極16が埋め込まれ、拡散層17が半導体基板11表面側に形成されていることから、チャネルはゲート電極16が形成されている溝13底部側の半導体基板11を廻り込むように形成されている。そのため、実効的なチャネル長が十分に確保されるため、バックバイアスを印加して、短チャネル効果が厳しいDRAMのトランジスタ特性が安定化される。さらに、取り出し電極20は拡散層17の半導体基板11表面側全域に接続させることが可能になり、コンタクト抵抗の低減が図れる。
【0052】
また、ワード線16(16w)は、半導体基板11および素子分離領域12に形成した溝13にゲート電極に接続されるように形成されていることから、ゲート電極16との同時形成を可能としている。また、拡散層17は深さ方向に不純物濃度が薄くなっていることから、接合の電界を緩和することが可能になり、データ保持特性の性能が維持される。
【0053】
本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を、図2〜図22の概略構成断面図によって説明する。図2〜図22では、前記図1によって説明したのと同様なる構成部品には同一符号を付与する。
【0054】
図2の(1)に示すように、例えばSTI(Shallow Trench Isolation )技術によって、半導体基板11に、メモリ素子領域(以下DRAM領域として説明し、図面ではDRAM領域と記す)、標準電圧ロジック領域、高電圧ロジック領域等を分離する素子分離領域12を形成する。
【0055】
さらに半導体基板11上にレジスト膜91を形成した後、リソグラフィー技術に用いてDRAM領域となる部分のレジスト膜91を除去し、ロジック領域上にレジスト膜91を残す。図面では酸化シリコンからなるバッファ層71を形成した半導体基板11を示しているが、場合によっては、上記バッファ層71は必要としない。また上記素子分離領域12は0.1μm〜0,2μm程度の深さに形成される。
【0056】
その後、上記レジスト膜91をマスクにしてDRAM領域の半導体基板11にソース・ドレインを形成するためのイオン注入を行い、拡散層13を形成する。このイオン注入条件としては、一例として、イオン注入する不純物にリンを用い、ドーズ量を1×1013/cm2 〜5×1013/cm2 、加速電圧を10keV〜40keVに設定する。その後、上記レジスト膜91を除去する。このイオン注入では、後のDRAM領域のゲート形成に係る熱処理による拡散を考慮して、やや浅めにイオン注入を行うが、DRAMのゲートが基板埋め込み型であるため、DRAM領域のチャネルは埋め込みゲートを形成する溝の底部に形成されるので、何ら問題はない。また、後の熱処理によって活性化されるため、特にこの段階で熱処理を行う必要もない。
【0057】
次いで、図3の(2)に示すように、半導体基板11上にバッファ層72を例えば酸化シリコン膜で、20nm〜30nmの厚さに形成する。続いて、レジスト膜92を形成した後、リソグラフィー技術に用いて、DRAM領域上に上記レジスト膜92を残し、標準電圧ロジック領域および高電圧ロジック領域となる部分のレジスト膜92を除去する。
【0058】
その後、このレジスト膜92をエッチングマスクに用いて、上記バッファ層72をエッチング加工する。すなわち、DRAM領域上にバッファ層72を残し、標準電圧ロジック領域および高電圧ロジック領域上のバッファ層72をエッチング除去する。このエッチング加工は、酸化シリコン膜をエッチングする周知のドライエッチングもしくはウエットエッチングのいずれかの方法で行うことが可能である。その後、上記レジスト膜92を除去する。
【0059】
上記プロセスにおいて、DRAM領域上に残したバッファ層72は、後にDRAM領域のワード線上にサリサイドを形成する際に、DRAM領域の拡散層をこのサリサイド形成から保護する機能を有する。
【0060】
さらに、図4の(3)に示すように、半導体基板11上にレジスト膜93を形成した後、リソグラフィー技術によりDRAM領域のワード線(ゲート電極)となる領域上および高電圧ロジック領域のゲート電極となる領域上のレジスト膜93に開口部94を形成する。
【0061】
次いで、図5の(4)に示すように、上記レジスト膜93をエッチングマスクに用いて、バッファ層72、素子分離領域12および半導体基板11をエッチング(例えば連続的にエッチング)して素子分離領域12(フィールド)および半導体基板11に、DRAM領域のワード線(ゲート電極も含む)および高電圧ロジック領域のゲート電極が形成される溝14を形成する。この溝14の深さは、例えば50nm〜100nm程度であり、半導体基板11に形成された溝14の深さと素子分離領域12に形成された溝14の深さとが多少の差を生じてもよい。なお、DRAM領域に形成されているバッファ層72は素子分離領域12をエッチングする際に同時にエッチングされる。その後、上記レジスト膜93を通常の除去技術によって除去する。
【0062】
上記工程で形成した溝14には、後にワード線およびゲート電極を埋め込むので、例えばDRAM昇圧電位用のMOSキャパシタ等の幅の広い配線は形成できない。DRAMの昇圧用に実効面積の広いMOSキャパシタが必要な場合は、くし型のMOSキャパシタを設置する。なお、この世代で想定している電圧としては、標準ロジック領域は0.5V〜1.2V、高電圧ロジック領域は1.5V〜2.5V、DRAMセルのワード線昇圧は1.5V〜2.5Vである。
【0063】
次いで、図示はしないが、DRAM領域およびロジック領域のウエル・チャネルドーズを例えばレジストマスクを用いてイオン注入法によって行い、半導体基板11にチャネル拡散層、ウエル領域等を形成する。
【0064】
DRAM領域のワードトランジスタの上記チャネル拡散層として、高濃度(例えば1.0ラ1018/cm3 〜1.0ラ1019/cm3 )にしなければならない領域は、半導体基板11を掘り下げた溝14底部の半導体基板部分であり、溝14の側壁や上部における半導体基板11には基板濃度としてのイオン注入をほとんど行う必要はない。したがって、後述する拡散層13(図7参照)下部の半導体基板部分は、極めて低濃度(例えば1.0ラ1017/cm3 〜1.0ラ1018/cm3 )での形成が可能になる。
【0065】
その後、図6の(5)に示すように、上記溝14の内面および半導体基板11、素子分離領域12上にDRAM領域、高電圧ロジック領域(例えばワード線昇圧部等)等のゲート絶縁膜15を形成する。この世代では、ゲート絶縁膜を膜厚に応じて作り分けるのが一般的ではあり、レジストプロセスを用いて作り分けを行う。ゲート絶縁膜には酸化シリコンもしくは耐熱性が必要な場合には窒化シリコンを用いる。ただし、低コストの汎用DRAMの場合には作り分けは必ずしも必要な措置ではない。
【0066】
DRAMセルは、最先端のロジックのトランジスタよりもやや厚めのゲート絶縁膜を有し、またゲート長もやや長く形成されるため、この世代であっても、熱酸化による酸化シリコン膜の適用が可能である。したがって、DRAM領域の上記ゲート絶縁膜15は、例えば1.5nm〜2nm程度の厚さの酸化シリコン膜で形成される。また、高電圧ロジック部のゲート絶縁膜にもこの酸化シリコン膜を用いる必要がある。
【0067】
さらに、溝14を埋め込むように、半導体基板11、素子分離領域12上に上記ゲート絶縁膜15を介してゲート電極形成膜73を例えばポリシリコンで形成する。なお、上記ゲート絶縁膜15と上記ゲート電極形成膜73は、ロジック領域のダミーゲートとして用いることができる。したがって、このゲート電極形成膜73の膜厚は合計で150nm〜200nm程度が必要になる。次いで、上記ゲート電極形成膜73上にバッファ層74を例えば酸化シリコン膜で形成する。
【0068】
次に、上記バッファ層74上の全面にレジスト膜95を形成した後、リソグラフィー技術によって、DRAM領域のワード線(ゲート電極も含む)を形成するためにロジック領域のみを上記レジスト膜95で覆うようにパターニングを行う。
【0069】
次いで、図7の(6)に示すように、上記レジスト膜95をマスクに用いてDRAM領域の上記バッファ層74、上記ゲート電極形成膜73のエッチバックを行う。そして、DRAM領域の溝14内にのみ、上記ゲート電極形成膜73を残すようにして、ワード線(一部がゲート電極となる)16を形成する。その際、DRAM領域のワード線16を形成するためのエッチバックは半導体基板11よりも例えば50nm程度低くなるように行い、後に形成される拡散層取り出し電極との耐圧距離を確保する。
【0070】
上記エッチバックでは、ロジック領域上はレジスト膜95に覆われているためバッファ層74とゲート電極形成膜73は残される。このバッファ層74は、レジスト膜95をマスクに用いて、ゲート電極形成膜73をエッチバックする際にパターニングを行っているが、これは、後のロジック領域の拡散層にサリサイドを形成する際に、ダミーゲート上のサリサイド形成を抑制するためのもので、汚染等の問題が生じない場合には不要として形成しない場合もある。その後、上記レジスト膜95を除去する。
【0071】
ここまでの形成プロセスで、最初にイオン注入によって形成したDRAM領域における拡散層13中のリンが熱拡散し、拡散層13の底部は、濃度が薄くなり、半導体基板11との電界を緩和させることが可能となる。もともと、半導体基板11側は、この拡散層13の接合部では低濃度に設定されているため、拡散層13とともに、低電界強度の接合が形成される。この接合がDRAMデータ保持特性の傾向を維持する。
【0072】
上記説明したように、半導体基板11にゲート絶縁膜15を介してワード線(ゲート電極)16が埋め込まれ、拡散層13が半導体基板11表面側に形成されていることから、チャネルはワード線(ゲート電極)16が形成されている溝14底部側の半導体基板11を廻り込むように形成される。そのため、実効的なチャネル長を確保することもでき、バックバイアスを印加して短チャネル効果が厳しいDRAMセルのトランジスタ特性を安定化させることもできる。
【0073】
次いで、図8の(7)に示すように、DRAM領域のゲートを保護する保護膜75を例えば薄い窒化シリコン膜(例えば厚さが10nm〜50nm)で全面に形成する。この保護膜75は、後にDRAM領域のワード線16上の側壁にサイドウォール状に形成され、サリサイド形成時に、ワード線16側壁の耐圧確保に寄与する。
【0074】
続いて、図9の(8)に示すように、標準電圧ロジック領域のダミーゲートのパターニングを行う。まず全面にレジスト膜96を形成し、例えばリソグラフィー技術によってレジスト膜96を標準電圧ロジック領域のゲート電極パターンに加工する。その際、DRAM領域はレジスト膜96で被覆保護し、高電圧ロジック領域上のレジスト膜96は除去する。
【0075】
図10の(9)に示すように、上記レジスト膜96をエッチングマスクにして保護膜75、バッファ層74およびゲート電極形成膜73をエッチング加工して標準電圧ロジック領域にダミーゲート76を形成する。このエッチバック加工では、ゲート絶縁膜15として形成した酸化シリコン膜をエッチングストッパとして用いている。また、このエッチングでは、高電圧ロジック領域ではエッチバック加工が行われ、高電圧ロジック領域に形成されている溝14内にゲート電極形成膜73がゲート絶縁膜15を介して埋め込まれ、ゲート電極61が形成される。その後、上記レジスト膜96を除去する。
【0076】
次いで、図11の(10)に示すように、標準電圧ロジック領域のnチャネルトランジスタの形成領域上を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、続いてそのレジスト膜およびダミーゲート76をマスクに用いて半導体基板11にイオン注入を行い、nチャネルトランジスタの低濃度拡散層52、52を形成する。その後、上記レジスト膜を除去する。同様にして、標準電圧ロジック領域のpチャネルトランジスタの形成領域上を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、続いてそのレジスト膜およびダミーゲート(図示せず)をマスクに用いて半導体基板11にイオン注入を行い、pチャネルトランジスタの低濃度拡散層(図示せず)を形成する。その後、上記レジスト膜を除去する。
【0077】
さらに、同様にして、高電圧ロジック領域のnチャネルトランジスタの形成領域上を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、続いてそのレジスト膜およびゲート電極61をマスクに用いて半導体基板11にイオン注入を行い、nチャネルトランジスタの低濃度拡散層62、62を形成する。その後、上記レジスト膜を除去する。同様にして、高電圧ロジック領域のpチャネルトランジスタの形成領域上を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、続いてそのレジスト膜およびゲート電極(図示せず)をマスクに用いて半導体基板11にイオン注入を行い、pチャネルトランジスタの低濃度拡散層(図示せず)を形成する。この高電圧ロジック領域のイオン注入では、ゲート電極61が半導体基板11に形成された溝14にそって形成されているので、比較的高エネルギーでのイオン注入が必要になる。その後、上記レジスト膜を除去する。
【0078】
次いで、図12の(11)に示すように、サイドウォール形成膜77を全面に形成する。このサイドウォール形成膜77は、窒化シリコンよりも低応力でウエット処理による剥離性のよい酸化シリコンで形成することが好ましい。または、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜もしくは酸化窒化シリコン膜で形成することも可能である。その後、全面にレジスト膜97を形成し、例えばリソグラフィー技術によってロジック領域のレジスト膜97を除去し、DRAM領域のレジスト膜97は残して、DRAM領域を保護しておく。その状態で、上記サイドウォール形成膜77をエッチバックする。
【0079】
その結果、図13の(12)に示すように、標準電圧ロジック領域のダミーゲート76の側壁にサイドウォール形成膜77でサイドウォール54が形成される。その際、高電圧ロジック領域の溝14の側壁にもサイドウォール64が形成される。このサイドウォール64はゲートの側壁を保護する機能を有する。
【0080】
次いで、標準電圧ロジック領域のnチャネルトランジスタの形成領域上を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、続いてそのレジスト膜およびダミーゲート76、サイドウォール54をマスクに用いて半導体基板11にイオン注入を行い、ダミーゲート76側に低濃度拡散層52を残すようにnチャネルトランジスタの拡散層55、55を形成する。その後、上記レジスト膜を除去する。同様にして、標準電圧ロジック領域のpチャネルトランジスタの形成領域上を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、続いてそのレジスト膜およびダミーゲート(図示せず)、サイドウォール(図示せず)をマスクに用いて半導体基板11にイオン注入を行い、ダミーゲート側に低濃度拡散層(図示せず)を残すようにpチャネルトランジスタの拡散層(図示せず)を形成する。その後、上記レジスト膜を除去する。
【0081】
さらに、同様にして、高電圧ロジック領域のnチャネルトランジスタの形成領域上を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、続いてそのレジスト膜およびゲート電極61をマスクに用いて半導体基板11にイオン注入を行い、下層に低濃度拡散層62を残すようにしてnチャネルトランジスタの拡散層65、65を形成する。その後、上記レジスト膜を除去する。同様にして、高電圧ロジック領域のpチャネルトランジスタの形成領域上を開口したレジスト膜(図示せず)を形成し、続いてそのレジスト膜およびゲート電極(図示せず)をマスクに用いて半導体基板11にイオン注入を行い、下層に低濃度拡散層(図示せず)を残すようにしてpチャネルトランジスタの拡散層(図示せず)を形成する。その後、上記レジスト膜を除去する。
【0082】
次いで、図14の(13)に示すように、全面にレジスト膜98を形成した後、リソグラフィー技術によって、DRAM領域のレジスト膜98を除去し、上記レジスト膜98でロジック領域を覆うようにパターニングを行う。次いで、上記レジスト膜98をマスクに用いて例えばウエット処理によって、DRAM領域の酸化シリコンからなるサイドウォール形成膜77のエッチバックを行う。このエッチングでは、先に形成されているDRAMのワード線16直上に形成されている窒化シリコンからなる保護膜75がエッチングストッパとなる。
【0083】
また、上記レジスト膜93をそのまま利用して、DRAM領域の保護膜75を例えば反応性イオンエッチング(RIE)によりエッチングしてDRAM領域のワード線16を露出させる。この結果。ワード線線16上の溝14の側壁に保護膜75からなるサイドウォール17が形成される。このサイドウォール17は側壁保護の機能を有する。なお、上記反応性イオンエッチングでは、DRAM領域の拡散層13が露出しないようにすること、すなわち、拡散層13上にバッファ層72を残すようにすることが重要である。その後、上記レジスト膜98を除去する。
【0084】
さらに、図15の(14)に示すように、通常のシリサイド化技術を用いて、上記ロジック領域の各拡散層55、65上、高電圧ロジック領域のゲート電極61上、DRAM領域のワード線16上に、シリサイド層58、68、69、18を選択的に形成する。このとき、ダミーゲート76の頂上部には、酸化シリコン膜からなるバッファ層74が形成されているので、シリサイド層は形成されない。このようにして、低抵抗を実現する必要が有るロジック領域の各拡散層55、65上、高電圧ロジック領域のゲート電極61上、DRAM領域のワード線16上に選択的にシリサイド層58、68、69、18が形成される。このシリサイド層としては、例えばコバルトシリサイド(CoSi2 )、チタンシリサイド(TiSi2 )ニッケルシリサイド(NiSi2 )等を用いることができる。
【0085】
その後、全面にキャップ絶縁膜78を例えば窒化シリコン膜で形成する。このキャップ絶縁膜78はサリサイド形成部の接合リークを抑制するのに効果的であるが、不要であれば形成する必要はない。
【0086】
次いで、図16の(15)に示すように、全面に第1の絶縁膜(絶縁膜)19を形成した後、CMPによって、第1の絶縁膜19表面を平坦化する。上記第1の絶縁膜19表面を平坦化する方法は、平坦化を実現することができる方法であればCMPに限定されることはなく、例えばエッチバック法等を用いることも可能である。その後、上記第1の絶縁膜19上にレジスト膜99を形成した後、リソグラフィー技術によって、上記レジスト膜99にDRAM領域の拡散層取り出しコンタクト用の接続孔パターン100を形成する。
【0087】
次いで、図17の(16)に示すように、上記レジスト膜99〔図9の(15)参照〕をエッチングマスクに用いて、第1の絶縁膜19を貫通してDRAM領域の拡散層13に達する接続孔20を形成する。このとき、DRAM領域のワード線(ゲート電極)16はコンタクトを取るべき拡散層13よりも半導体基板11表面下に配置されているので、セルフアラインコンタクト等の特別な技術を用いる必要はない。またDRAMの拡散層13全面が取り出し電極とコンタクトできるように、接続孔20の開口径をでき得る限り大きく形成することが望ましい。それによってコンタクト抵抗の低減が図られる。
【0088】
また、図面では、多少アライメントずれを起こした状態をわざと記載したが、接続孔開口時に過剰なオーバエッチングを施さなければ、後の工程で接続孔20内に形成されるワード線取り出し電極の物理的な距離を確保することが可能となる。なお、上部からみた投影デザインでは、この接続孔20が完全にワード線(ゲート電極)16にオーバラップする形となっている。
【0089】
次いで、上記接続孔20内を埋め込むように、第1の絶縁膜19上に、取り出し電極形成膜79を形成する。この取り出し電極形成膜79は、例えばリンドープトポリシリコンで形成される。この拡散層取り出しのための取り出し電極形成膜79は、従来通り、DRAM領域に接合リークの低減を考慮してリンドープトポリシリコンが選択されることが望ましい。その後、リンドープトポリシリコンを活性化するための熱処理を行う。この熱処理としては900℃程度の急速加熱処理(以下RTAという、RTAはRapid Thermal Annealing の略)が必要になる。その後は、ロジック領域のゲート電極を形成する工程となるため、一切の高温熱処理を行わないようにする必要がある。
【0090】
その後、図18の(17)に示すように、例えばCMPによって、第1の絶縁膜19上の余剰な取り出し電極形成膜79(リンドープトポリシリコン)を除去して、接続孔20内に拡散層13に接続する取り出し電極形成膜79からなる取り出し電極21を形成するとともに、第1の絶縁膜19を研磨してその表面を平坦化させる。その際、表面電圧ロジック領域のダミーゲート76上部を露出させる。
【0091】
次いで、図19の(18)に示すように、DRAM領域に形成された拡散層取り出しのための取り出し電極21を保護するキャップ絶縁膜80を例えば窒化シリコン膜で第1の絶縁膜19上に形成する。そしてレジスト膜(図示せず)を形成した後、リソグラフィー技術によって上記レジスト膜(図示せず)をDRAM領域のみに残す。このキャップ絶縁膜80は、後の工程で行うCMPによって除去されるため、上記窒化シリコン膜に限定されることはない。窒化シリコンの他には、一例として、酸化シリコンを用いることも可能である。その後、標準電圧ロジック領域におけるダミーゲート76〔図18の(17)参照〕を除去する。
【0092】
その結果、上記ダミーゲートを除去部分に溝81が形成される。このダミーゲートの除去は、下地が酸化シリコン系であるため反応性イオンエッチングで行うことも可能であり、または硫酸過水もしくはフッ硝酸によるウエットエッチングにより除去することも可能である。
【0093】
そして、図20の(19)に示すように、上記溝81の内壁に上記ロジック領域のゲート絶縁膜82を形成した後、その溝81内部を埋め込むようにゲート電極形成膜83を形成する。このゲート絶縁膜82およびゲート電極形成膜83は上記キャップ絶縁膜80上にも形成される。上記ゲート絶縁膜82は、酸化シリコン膜で形成されるが、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化アルミニウム、BST等の高誘電体膜を用いることも可能である。また上記ゲート電極形成膜83はタングステン膜83W/窒化チタン膜83Tの積層膜で形成することが一般的である。
【0094】
再びCMPによって、第1の絶縁膜19上の余剰なゲート絶縁膜82とゲート電極形成膜83とを除去して、図21の(20)に示すように、溝81内にゲート絶縁膜82を介してゲート電極形成膜83からなるゲート電極51を形成するとともに、第1の絶縁膜19表面を平坦化する。その結果、標準電圧ロジック領域のゲート電極51上部は露出される。その際、DRAM領域の拡散層を取り出すための取り出し電極21の上部も研磨されるが、何ら問題はない。
【0095】
次いで、第1の絶縁膜19上に、DRAM領域の取り出し電極21上およびロジック領域のゲート電極51上を覆う第2の絶縁膜(キャップ絶縁膜)22を形成する。
【0096】
その後、図22の(21)に示すように、通常のDRAMプロセスを経る。すなわち、上記第2の絶縁膜22を形成した後、ビットコンタクトホール23を形成する。次いで、金属電極によるビット線24を形成する。このビット線24は、その下部に密着層24aを成膜して形成され、その上部にオフセット絶縁膜25を成膜して形成される。その後、ビット線24を覆うエッチングストッパ層26および第3の絶縁膜27を形成する。そして、第3の絶縁膜27表面を平坦化する。次に、第3の絶縁膜27に上記取り出し電極21に接続する接続孔28を自己整合コンタクトを形成する技術によって形成する。この接続孔28内にはビット線24との絶縁を図るためにサイドウォール絶縁膜29が形成されている。
【0097】
次いで、熱処理が不要なMIM(Metal/insulator/Metal)構造のキャパシタ31を形成する。このキャパシタの下部電極32は接続孔28を通して上記取り出し電極21に接続される。MIM構造のキャパシタ31は0.1μm以降のDRAMでは必須になると予想され、現在では、一例として、上部、下部電極34,32にルテニウム(Ru)、酸化ルテニウム(RuO)系材料が用いられ、キャパシタ31の誘電体膜33にはBST(BaTiO3 とSrTiO3 との混晶)系の膜が採用される。
【0098】
次いで、上記第3の絶縁膜27上に、上記MIM構造のキャパシタ31を覆う第4の絶縁膜35を形成する。その後、CMPによって上記第4の絶縁膜35表面を平坦化する。次いで、第4の絶縁膜35ないし第1の絶縁膜19に、キャパシタ取り出し電極、ワード線取り出し電極、ビット線取り出し電極、標準電圧ロジック領域の拡散層取り出し電極、ロジック領域のゲート取り出し電極、高電圧ロジック領域の拡散層取り出し電極等を形成するための接続孔111、112、113、114a,114b、115、116a,116b等を形成する。
【0099】
さらに、上記接続孔111〜116b等に、キャパシタ取り出し電極121、ワード線取り出し電極122、ビット線取り出し電極123、標準電圧ロジック領域の拡散層取り出し電極124a,124b、ロジック領域のゲート取り出し電極125、高電圧ロジック領域の拡散層取り出し電極126a,126b等を形成する。さらに、第4の絶縁膜35上に第5の絶縁膜36を形成する。次いで、この第5の絶縁膜36に各取り出し電極121〜126に達する各配線溝131を形成し、配線溝131に第1の配線141を形成する。この第1の配線41は例えば銅配線からなる。図示はしないが、さらに必要に応じて上層配線を形成する。
【0100】
上記半導体装置の製造方法では、ワード線16上層にシリサイド層18を形成することから、ワード線16の抵抗が低減され、遅延の問題が回避される。また、ロジック素子の拡散層55、65上にシリサイド層58、68を形成することからこの拡散層55、65へのコンタクト抵抗が低減される。
【0101】
また、DRAM領域の拡散層13を半導体基板11表面側に形成し、この半導体基板11にゲート絶縁膜15を介してワード線16を埋め込むように形成することから、チャネルはワード線(ゲート電極)16が形成されている溝14底部側の半導体基板11を廻り込むように形成される。そのため、実効的なチャネル長が十分に確保されるため、バックバイアスを印加して、短チャネル効果が厳しいメモリ素子(例えばDRAM)のトランジスタ特性が安定化される。
【0102】
また、上記半導体装置1の製造方法では、ゲート絶縁膜15を介して半導体基板11に形成された溝14内に埋め込まれたワード線16上に、第1の絶縁膜19を介してこのワード線16にオーバラップする状態で、半導体基板11表面に形成した拡散層13に接続される取り出し電極21を形成することから、ワード線16上の第1の絶縁膜19は20nm〜30nm以上の十分な膜厚が確保される。そのため、拡散層13に接続される取り出し電極21との耐圧が確保される。また、DRAM領域の拡散層13上の全面をコンタクトに使用できるようになるので、実効面積を有効に使用できる。よって、セルデザインで実現可能な最低の抵抗値を実現することができ、コンタクト抵抗の低減が図れる。
【0103】
また、DRAM領域の拡散層13は、その不純物拡散によって深さ方向に不純物濃度が薄く形成されることから、接合の電界を緩和することが可能になり、データ保持特性の性能が維持される。
【0104】
また、標準電圧ロジック領域の高駆動力トランジスタを実現するためにリプレースメントにより形成されるゲート電極51を有するロジックトランジスタとDRAMとの1チップ化が実現される。これによって、標準電圧ロジック領域のゲート電極51は、熱処理に対するケアが不要となり、ゲート絶縁膜82に高誘電率材料を用いることが可能となり、ゲート電極51をポリメタル構造または金属材料で形成することが可能になる。
【0105】
また、上記製造方法によって、アナログ回路や外部インターフェイス、メモリ素子のワード線昇圧に必要な高電圧動作を可能にする高電圧ロジック素子を標準電圧ロジック素子とともに一つの半導体基板11に混載することが可能になる。
【0106】
上記DRAM領域に用いた技術は、汎用DRAMのメモリチップの製造にも適用することが可能である。
【0107】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の半導体装置の製造方法によれば、ワード線上層にシリサイド層が形成されているので、ワード線抵抗の低減が図れ、微細加工化で問題となるワード線の遅延の問題が回避できる。また、ロジック素子の拡散層上にシリサイド層が形成されているので、この拡散層へのコンタクト抵抗を低減することができる。
【0108】
また、半導体基板表面側に拡散層が形成され、その半導体基板に形成された溝内にゲート絶縁膜を介してワード線が埋め込まれているので、チャネルはワード線が形成されている溝底部側の半導体基板を廻り込むように形成される。そのため、メモリ素子領域のセルトランジスタの実効的なチャネル長が十分に確保されるため、バックバイアスを印加して短チャネル効果が厳しいメモリ素子(例えばDRAM)のトランジスタ特性が安定化される。
【0109】
また、上部投影デザイン的に、メモリ素子領域の拡散層の取り出し電極と、ワード線(ゲート電極)とがオーバラップすることが可能となり、セルの微細化が可能になる。よって、基板面方向にはワード線と取り出し電極間の耐圧確保のための距離が必要なくなる。また、ワード線と拡散層取り出しコンタクトとの層間耐圧確保も容易となる。そのため、メモリ素子の拡散層上の全面がコンタクトに使用されるので、実効面積を有効に使用できる。よって、セルデザインで実現可能な最低の抵抗値が実現されるので、コンタクト抵抗の低減が図れる。
【0110】
また、メモリ素子領域の拡散層下部の半導体基板濃度をセルトランジスタに要求されるほど濃くする必要がないこと、メモリ素子領域の拡散層はその深さ方向に不純物濃度が薄くなっていることから、接合の電界を緩和することが可能になり、メモリ素子領域のセル縮小化でますます厳しくなるデータ保持特性の性能を維持することが可能になる。
【0111】
また、ロジック領域の高駆動力トランジスタを実現するためのリプレースメントゲート電極を有するロジックトランジスタとメモリ素子との1チップ化が実現される。これによって、ロジック領域のゲートは、熱処理に対するケアが不要となり、ゲート絶縁膜に高誘電率材料を用いることが可能となり、ゲート電極をポリメタル構造で形成することが可能になる。
【0112】
ロジック領域の高駆動力トランジスタを実現するために、リプレースメントゲート電極とDRAMの1チップ化が可能になる。これによって、ロジック領域のゲートは熱処理に対するケアが不要となり、ゲート絶縁膜に酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化アルミニウム、BST(BaTiO3 とSrTiO3 との混晶)等を用いることが可能になり、またゲート電極にCu/TiN、W/TiN等を用いることが可能になり、ロジック素子の性能の向上が図れる。
【0113】
アナログ回路や外部インターフェイス、メモリ素子のワード線昇圧に必要な高電圧動作を可能にする高電圧ロジック素子を標準電圧ロジック素子とともに一つの半導体基板に混載することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図である。
【図2】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(1)である。
【図3】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(2)である。
【図4】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(3)である。
【図5】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(4)である。
【図6】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(5)である。
【図7】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(6)である。
【図8】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(7)である。
【図9】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(8)である。
【図10】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(9)である。
【図11】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(10)である。
【図12】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(11)である。
【図13】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(12)である。
【図14】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(13)である。
【図15】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(14)である。
【図16】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(15)である。
【図17】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(16)である。
【図18】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(17)である。
【図19】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(18)である。
【図20】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(19)である。
【図21】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(20)である。
【図22】本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例を示す概略構成断面図(21)である。
【符号の説明】
11…半導体基板、12…素子分離領域、13,55,65…拡散層、14…溝、15,82…ゲート絶縁膜、16…ワード線、18,58,68…シリサイド層、19…第1の絶縁膜、21…取り出し電極、51,61…ゲート電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device in which a DRAM (Dynamic Random Access Memory) and a logic element are mixedly mounted and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Due to the miniaturization competition accelerated year by year, a composite device in which a large-capacity DRAM and a high-speed logic element are mounted on one chip is being developed. As an example of the configuration, memory cell gates of DRAM are stacked on a substrate, and so-called self-aligned contacts are used for taking out the diffusion layers of the memory cell transistors, while logic elements are formed without using self-aligned contacts. It is a thing of the structure to do.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, various problems have also become apparent in stacked DRAMs.
[0004]
In order to maintain the transistor performance, the substrate concentration is increasing with the reduction of DRAM memory cells, and the junction leakage in the DRAM region is approaching a severe state. For this reason, it has become difficult to suppress junction leakage in a megabit class DRAM. That is, it has become difficult to maintain the data retention characteristics of a DRAM that could be controlled with a margin. If this is the case, the only effective means is to increase the capacitor capacity for each generation.
[0005]
In addition, with the reduction in the size of DRAM cells, the contact area between the diffusion layer and the extraction electrode is reduced, and the contact resistance is increased at twice the rate of generation. In the generation after 0.1 μm, this contact resistance is expected to be several kiloΩ, and is expected to be comparable to the on-resistance of the word transistor of the memory cell. Therefore, not only the cell transistor but also the variation in contact resistance severely affects the DRAM operation, and higher precision is required in manufacturing.
[0006]
Further, with the reduction in the size of DRAM cells, the interlayer insulation distance between the word line and the extraction contact of the diffusion layer formed on the side of the word line is getting closer to each generation. It is said that the limit distance is 20 nm to 30 nm in order to secure this withstand voltage when manufacturing a megabit class DRAM. For this reason, in the generation of DRAMs of 0.1 μm or later, it is necessary to form the extraction contact of the diffusion layer at a distance equal to or smaller than the withstand voltage limit distance.
[0007]
Conventionally, tungsten silicide (WSi) 2 ) / The word line of DRAM that has suppressed the delay by adopting the polycide structure of doped polysilicon has become stricter in aspect ratio with the recent miniaturization, and has a sufficiently low resistance to suppress the delay of the word line. It has become difficult to obtain. In particular, in stacked DRAMs that require high-speed operation, this word line delay becomes a serious problem that affects the access time of the DRAM. As a technique for reducing the resistance of the gate, reducing the resistance of the wiring by salicide has been put into practical use. However, in order to apply to the gate of a DRAM memory cell, no salicide is formed in the diffusion layer of the DRAM in order to prevent the reduction of the DRAM memory cell due to the inability to use the offset silicon oxide film and maintain the data retention characteristics. It is usually not possible due to difficulties such as requiring a process.
[0008]
On the other hand, the transistor performance of the logic part has been remarkably improved, and in the generation of logic transistors of 0.1 μm and later, it is required to form an extremely thin film having a gate length of 50 nm to 70 nm and a gate insulating film of 1.5 nm or less. It is expected that From this thickness onwards, silicon oxide (SiO2), a high-quality insulating film conventionally used, is used. 2 ) Is the limit, zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, BST (BaTiO) Three And SrTiO Three Application of a new insulating film such as a mixed crystal) is expected to be indispensable.
[0009]
The gate insulating film made of an insulating material such as zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, or BST avoids the heat treatment necessary for activating the diffusion layer and avoids plasma damage when forming the gate electrode. Therefore, a replacement gate electrode that replaces a dummy gate after forming a diffusion layer has been proposed. Even with this replacement gate electrode structure, it is expected that the above material having a relatively low heat resistance will be required to suppress depletion, which is a problem with the conventional polysilicon gate electrode.
[0010]
The replacement gate manufacturing process involves a step of exposing the dummy gate by chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP, CMP is chemical mechanical polishing). It does not have good consistency with the type DRAM cell, and it does not have good consistency with respect to the heat treatment required for activating the DRAM contact.
[0011]
Even in this generation, analog circuits, external high voltage interfaces (Vpp; 1.5V to 2.5V), word line boosting circuits necessary for DRAM operation, etc. are high in voltage due to the above new materials. Conventional silicon oxide-based logic circuits other than the dielectric gate insulating film must also be mounted on the same chip.
[0012]
In this way, even if the technology is acceptable in the current 0.18 μm generation, some countermeasures will be required in the future 0.1 μm generation and beyond, and in order to maintain the chip performance trend, it is accumulated. A drastic improvement in the type DRAM structure is expected.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a semiconductor device made to solve the above problems. Set It is a manufacturing method.
[0021]
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method in which a memory element and a logic element are formed on the same semiconductor substrate. After forming an element isolation region in the semiconductor substrate, the memory element is formed on the semiconductor substrate surface side. Forming a diffusion layer in the region, forming a groove in a predetermined position of the memory element region and the first logic element region in the semiconductor substrate and the element isolation region, and forming a gate insulating film in the groove And forming a word line that fills the groove while leaving the upper portion of the groove in the memory element region, and forming a dummy gate on the semiconductor substrate in the second logic element region in the same layer as the word line And forming a gate electrode in the groove of the first logic element region, and forming a logic transistor on the semiconductor substrate in the first and second logic element regions. A step of forming a diffusion layer of the transistor, a step of forming a sidewall insulating film on the side wall of the groove on the word line, and a silicide layer on the upper layer of the word line and the upper diffusion layer of the first and second logic element regions Forming an insulating film so as to fill the upper portion of the groove and cover the dummy gate; From above the diffusion layer On the word line Over The diffusion layer in a state of overlapping with the word line through the insulating film The whole surface of Forming a connection hole reaching the end, and in the connection hole The entire surface of the diffusion layer is contacted with the word line overlapping with the insulating film. A step of forming the extraction electrode, a step of planarizing the surface of the insulating film and exposing the upper portion of the dummy gate, a step of performing a heat treatment for activating the extraction electrode, a gate groove by removing the dummy gate And a step of forming a gate electrode in the gate groove through a gate insulating film. The diffusion layer is formed so that the impurity concentration is reduced in the depth direction.
[0022]
In the manufacturing method of the semiconductor device, since the silicide layer is formed on the word line, the resistance of the word line is reduced and the problem of delay is avoided. Further, since the silicide layer is formed on the diffusion layer of the logic element, the contact resistance to the diffusion layer is reduced.
[0023]
In addition, since the diffusion layer of the memory element region is formed on the semiconductor substrate surface side and the word line is embedded in the semiconductor substrate via the gate insulating film, the word line (gate electrode) is formed in the channel. It is formed so as to go around the semiconductor substrate on the bottom side of the groove. Therefore, since an effective channel length is sufficiently ensured, a back bias is applied to stabilize the transistor characteristics of a memory element (eg, DRAM) having a severe short channel effect.
[0024]
In addition, it is connected to a diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate on the word line buried in the groove formed in the semiconductor substrate via the gate insulating film, and overlapping with the word line via the insulating film. Therefore, the insulating film on the word line has a sufficient film thickness of 20 nm to 30 nm or more. Thereby, a withstand voltage with respect to the extraction electrode connected to the diffusion layer is ensured. Therefore, the entire surface on the diffusion layer of the memory element can be used for the contact, so that the effective area can be used effectively. Therefore, the lowest resistance value that can be realized by the cell design can be realized, and the contact resistance can be reduced.
[0025]
Further, since the diffusion layer in the memory element region is formed so that the impurity concentration decreases in the depth direction, the concentration of the semiconductor substrate below the diffusion layer in the memory element region is so high as required by the cell transistor. Therefore, the electric field at the junction is relaxed, and the performance of the data retention characteristic that becomes severe as the memory cell size is reduced is maintained.
[0026]
In addition, a logic transistor having a gate electrode formed by replacement for realizing a high driving force transistor in the logic region and a memory element can be realized in one chip. As a result, the gate in the logic region does not require care for heat treatment, a high dielectric constant material can be used for the gate insulating film, and the gate electrode can be formed of a polymetal structure or a metal material.
[0027]
In addition, the above manufacturing method makes it possible to mount a high voltage logic element that enables high voltage operation necessary for boosting the word line of an analog circuit, an external interface, and a memory element together with a standard voltage logic element on a single semiconductor substrate. Become.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment according to a semiconductor device of the present invention will be described with reference to a schematic sectional view of FIG.
[0029]
As shown in FIG. 1, the
[0030]
A first diffusion layer (diffusion layer) 13 serving as a source / drain of a DRAM memory cell transistor is formed on the
[0031]
In the
[0032]
Further, a
[0033]
Further, a channel diffusion layer (not shown) is formed in the
[0034]
The
[0035]
Therefore, a
[0036]
As described above, since the word line (gate electrode) 16 is embedded in the
[0037]
On the other hand, on the
[0038]
A gate electrode (gate wiring) 51 having the same structure as the
[0039]
Further, a
[0040]
A
[0041]
The entire surface of the
[0042]
The
[0043]
Further, a second insulating film (cap insulating film) 22 is formed on the first insulating
[0044]
A bit contact hole 23 connected to the
[0045]
An
[0046]
On the third insulating film 27, a
[0047]
A fourth insulating
[0048]
Further, the connection holes 111 to 116b include a capacitor extraction electrode 121, a word
[0049]
The
[0050]
In the
[0051]
Further, since the
[0052]
Further, since the word line 16 (16w) is formed so as to be connected to the gate electrode in the
[0053]
An example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to schematic configuration cross-sectional views of FIGS. 2 to 22, the same components as those described with reference to FIG.
[0054]
As shown in FIG. 2 (1), for example, by STI (Shallow Trench Isolation) technology, a
[0055]
Further, after forming a resist
[0056]
Thereafter, using the resist
[0057]
Next, as shown in FIG. 3B, a
[0058]
Thereafter, the
[0059]
In the above process, the
[0060]
Further, as shown in FIG. 4 (3), after a resist
[0061]
Next, as shown in FIG. 5 (4), using the resist
[0062]
Since the word line and the gate electrode are embedded later in the
[0063]
Next, although not shown, well channel doses in the DRAM region and the logic region are performed by ion implantation using a resist mask, for example, to form a channel diffusion layer, a well region, and the like in the
[0064]
As the channel diffusion layer of the word transistor in the DRAM region, a high concentration (for example, 1.0
[0065]
Thereafter, as shown in FIG. 6 (5), a
[0066]
DRAM cells have a slightly thicker gate insulating film than a state-of-the-art logic transistor and have a slightly longer gate length, so even in this generation, it is possible to apply a silicon oxide film by thermal oxidation. It is. Therefore, the
[0067]
Further, a gate
[0068]
Next, after a resist
[0069]
Next, as shown in FIG. 7 (6), the
[0070]
In the etch back, since the logic region is covered with the resist
[0071]
In the formation process so far, phosphorus in the
[0072]
As described above, since the word line (gate electrode) 16 is embedded in the
[0073]
Next, as shown in FIG. 8 (7), a
[0074]
Subsequently, as shown in (8) of FIG. 9, the dummy gate in the standard voltage logic region is patterned. First, a resist
[0075]
As shown in FIG. 10 (9), the
[0076]
Next, as shown in (10) of FIG. 11, a resist film (not shown) having an opening over the n-channel transistor formation region in the standard voltage logic region is formed, and then the resist film and the
[0077]
Further, similarly, a resist film (not shown) opened on the n-channel transistor formation region in the high voltage logic region is formed, and then the resist film and the
[0078]
Next, as shown in FIG. 12 (11), a
[0079]
As a result, as shown in (12) of FIG. 13, the
[0080]
Next, a resist film (not shown) having an opening over the n-channel transistor formation region in the standard voltage logic region is formed, and then the
[0081]
Further, similarly, a resist film (not shown) opened on the n-channel transistor formation region in the high voltage logic region is formed, and then the resist film and the
[0082]
Next, as shown in FIG. 14 (13), after a resist
[0083]
Further, using the resist
[0084]
Further, as shown in (14) of FIG. 15, by using a normal silicidation technique, the
[0085]
Thereafter, a
[0086]
Next, as shown in (15) of FIG. 16, after a first insulating film (insulating film) 19 is formed on the entire surface, the surface of the first insulating
[0087]
Next, as shown in (16) of FIG. 17, the resist film 99 (see (15) of FIG. 9) is used as an etching mask to penetrate the first insulating
[0088]
In the drawing, the state in which the alignment is slightly shifted is intentionally described. However, if excessive over-etching is not performed when the connection hole is opened, the physical structure of the word line extraction electrode formed in the
[0089]
Next, an extraction
[0090]
Thereafter, as shown in FIG. 18 (17), the excessive extraction electrode formation film 79 (phosphorus-doped polysilicon) on the first insulating
[0091]
Next, as shown in FIG. 19 (18), a
[0092]
As a result, a
[0093]
Then, as shown in FIG. 20 (19), after forming the
[0094]
The excess
[0095]
Next, a second insulating film (cap insulating film) 22 is formed on the first insulating
[0096]
Thereafter, as shown in (21) of FIG. 22, a normal DRAM process is performed. That is, after forming the second insulating
[0097]
Next, a
[0098]
Next, a fourth insulating
[0099]
Further, in the connection holes 111 to 116b and the like, the capacitor extraction electrode 121, the word
[0100]
In the semiconductor device manufacturing method, since the
[0101]
Further, since the
[0102]
Further, in the method of manufacturing the
[0103]
Further, since the
[0104]
In addition, in order to realize a high driving force transistor in the standard voltage logic region, a single chip of a logic transistor having a
[0105]
In addition, by the above manufacturing method, a high voltage logic element that enables high voltage operation necessary for boosting a word line of an analog circuit, an external interface, or a memory element can be mixedly mounted on a
[0106]
The technique used for the DRAM region can also be applied to the manufacture of a general-purpose DRAM memory chip.
[0107]
【The invention's effect】
As described above, the semiconductor device of the present invention is Set According to the manufacturing method, since the silicide layer is formed in the upper layer of the word line, the word line resistance can be reduced, and the problem of delay of the word line, which is a problem in microfabrication, can be avoided. Further, since the silicide layer is formed on the diffusion layer of the logic element, the contact resistance to the diffusion layer can be reduced.
[0108]
In addition, since the diffusion layer is formed on the semiconductor substrate surface side and the word line is embedded in the groove formed in the semiconductor substrate via the gate insulating film, the channel is on the groove bottom side where the word line is formed It is formed so as to go around the semiconductor substrate. Therefore, since the effective channel length of the cell transistor in the memory element region is sufficiently secured, the transistor characteristics of the memory element (for example, DRAM) having a severe short channel effect are stabilized by applying the back bias.
[0109]
Further, in the upper projection design, the extraction electrode of the diffusion layer in the memory element region and the word line (gate electrode) can be overlapped, and the cell can be miniaturized. Therefore, there is no need for a distance for securing a breakdown voltage between the word line and the extraction electrode in the substrate surface direction. In addition, it is easy to secure the interlayer breakdown voltage between the word line and the diffusion layer lead-out contact. Therefore, since the entire surface on the diffusion layer of the memory element is used for the contact, the effective area can be used effectively. Therefore, since the lowest resistance value that can be realized by the cell design is realized, the contact resistance can be reduced.
[0110]
In addition, it is not necessary to increase the concentration of the semiconductor substrate below the diffusion layer in the memory element region as required for the cell transistor, and the diffusion layer in the memory element region has a low impurity concentration in the depth direction. It becomes possible to alleviate the electric field of the junction, and it is possible to maintain the performance of data retention characteristics that are becoming more severe as the memory cell area is reduced.
[0111]
In addition, a logic transistor having a replacement gate electrode for realizing a high driving force transistor in the logic region and a memory element can be realized in one chip. As a result, the gate in the logic region does not require care for heat treatment, it is possible to use a high dielectric constant material for the gate insulating film, and the gate electrode can be formed with a polymetal structure.
[0112]
In order to realize a high driving force transistor in the logic region, the replacement gate electrode and the DRAM can be made into one chip. As a result, the gate in the logic region does not require care for heat treatment, and the gate insulating film is made of zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, aluminum oxide, BST (BaTiO3). Three And SrTiO Three And the like, and Cu / TiN, W / TiN or the like can be used for the gate electrode, and the performance of the logic element can be improved.
[0113]
A high voltage logic element that enables high voltage operation necessary for boosting the word line of an analog circuit, an external interface, or a memory element can be mounted together with a standard voltage logic element on a single semiconductor substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view (1) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view (2) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view (3) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view (4) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view (5) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view (6) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view (7) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view (8) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view (9) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view (10) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view (11) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view (12) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view (13) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view (14) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view (15) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view (16) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view (17) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view (18) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view (19) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view (20) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention;
22 is a schematic cross-sectional view (21) showing an example of an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
半導体基板に素子分離領域を形成した後、該半導体基板表面側にメモリ素子領域の拡散層を形成する工程と、
半導体基板および前記素子分離領域におけるメモリ素子領域および第1のロジック素子領域の所定位置に溝を形成する工程と、
前記溝内にゲート絶縁膜を形成する工程と、
メモリ素子領域の前記溝の上部を残した状態で溝内を埋め込むワード線を形成する工程と、
前記ワード線と同一層で第2のロジック素子領域の前記半導体基板上にダミーゲートを形成するとともに、第1のロジック素子領域の溝内にゲート電極を形成する工程と、
前記第1、第2のロジック素子領域の前記半導体基板にロジックトランジスタの拡散層を形成する工程と、
前記ワード線上の前記溝側壁にサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
前記ワード線上層および前記第1、第2のロジック素子領域の拡散層上層にシリサイド層を形成する工程と、
前記溝の上部を埋め込むとともに前記ダミーゲートを覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記拡散層上から前記ワード線上にかけて前記絶縁膜を介して前記ワード線にオーバラップする状態で前記拡散層の表面全面に達する接続孔を形成する工程と、
前記接続孔内に、前記絶縁膜を介して前記ワード線にオーバラップする状態で、前記拡散層の表面全面にコンタクトする取り出し電極を形成する工程と、
前記絶縁膜表面を平坦化するとともに前記ダミーゲートの上部を露出させる工程と、
前記取り出し電極を活性化する熱処理を行う工程と、
前記ダミーゲートを除去してゲート溝を形成する工程と、
前記ゲート溝にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。In a method for manufacturing a semiconductor device in which a memory element and a logic element are formed on the same semiconductor substrate,
Forming a diffusion layer of the memory element region on the semiconductor substrate surface side after forming the element isolation region in the semiconductor substrate;
Forming a groove at a predetermined position of the memory element region and the first logic element region in the semiconductor substrate and the element isolation region;
Forming a gate insulating film in the trench;
Forming a word line that fills the groove while leaving the upper part of the groove in the memory element region; and
Forming a dummy gate on the semiconductor substrate of the second logic element region in the same layer as the word line, and forming a gate electrode in the groove of the first logic element region;
Forming a diffusion layer of a logic transistor on the semiconductor substrate in the first and second logic element regions;
Forming a sidewall insulating film on the trench sidewall on the word line;
Forming a silicide layer on the word line upper layer and the diffusion layer upper layer of the first and second logic element regions;
Forming an insulating film so as to fill the upper portion of the groove and cover the dummy gate;
Forming a connection hole in a state of overlapping with the word lines via the insulating film over the word line from the diffusion layer reaches the entire surface of the diffusion layer,
Forming an extraction electrode in contact with the entire surface of the diffusion layer in the connection hole in a state overlapping with the word line via the insulating film ;
Planarizing the insulating film surface and exposing an upper portion of the dummy gate;
Performing a heat treatment for activating the extraction electrode;
Removing the dummy gate to form a gate groove;
And a step of forming a gate electrode in the gate trench with a gate insulating film interposed therebetween.
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