JPH04237131A - Wiring formation method of semiconductor device - Google Patents

Wiring formation method of semiconductor device

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JPH04237131A
JPH04237131A JP2166491A JP2166491A JPH04237131A JP H04237131 A JPH04237131 A JP H04237131A JP 2166491 A JP2166491 A JP 2166491A JP 2166491 A JP2166491 A JP 2166491A JP H04237131 A JPH04237131 A JP H04237131A
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silicon layer
layer
polycrystalline silicon
element formation
formation region
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Toshiyuki Nishihara
利幸 西原
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Abstract

PURPOSE:To facilitate the diffusion control of impurities in the connection part while connecting a bit wire to element formation region in high reliability without deteriorating the integration of element in the element formation region in order to electrically connect the element formation region to the bit wire by the connection part comprising polycrystal silicon layer, etc. CONSTITUTION:When a bit wire is buried in the part below an element formation region 6 of an SOT substrate formed by affixing a silicon substrate 12 through the intermediary of an insulating layer 5 and then the region 6 and the bit wire 9 are electrically connected by a polycrystal silicon layer 8, after affixing said silicon substrate 12, N type impurities, e.g. phosphorus (P) are led in said polycrystal silicon layer 8 by a high energy ion-implantation step.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の配線形成
法に関し、特に、DRAM等の配線形成に対して好適な
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming wiring for semiconductor devices, and is particularly suitable for forming wiring for DRAMs and the like.

【0002】0002

【従来の技術】近時、DRAM等の半導体装置の高集積
化に伴い、その容量確保のため、情報を記憶するキャパ
シタの構造を積層型(スタック型)としたスタックトキ
ャパシタが使用され始めている。
[Prior Art] Recently, with the increasing integration of semiconductor devices such as DRAMs, stacked capacitors, which have a stacked structure for storing information, have begun to be used in order to secure their capacity. .

【0003】従来のスタックトキャパシタを有して成る
DRAMは、図7に示すように、フィールド絶縁層41
が形成されたシリコン基板42の表面に臨んでスイッチ
ング素子Trの不純物拡散領域が形成されており、その
不純物拡散領域のうちの一方のソース・ドレイン領域4
3aには、開口44を介して例えばAL配線層からなる
ビット線45が接続され、他方のソース・ドレイン領域
43bには、スタックトキャパシタCのキャパシタ下部
電極46が接続されている。
A conventional DRAM having a stacked capacitor has a field insulating layer 41 as shown in FIG.
The impurity diffusion region of the switching element Tr is formed facing the surface of the silicon substrate 42 on which the source/drain region 4 of one of the impurity diffusion regions is formed.
A bit line 45 made of, for example, an AL wiring layer is connected to 3a through an opening 44, and a capacitor lower electrode 46 of a stacked capacitor C is connected to the other source/drain region 43b.

【0004】キャパシタ下部電極46は、第2層目の多
結晶シリコン層をパターニングして形成されており、第
1層目の多結晶シリコン層である上記スイッチング素子
Trの各ゲート電極(ワード線)47の上部にまで層間
絶縁層48を介して形成されている。このキャパシタ下
部電極46は、その上部に共通電極とされたキャパシタ
上部電極49が誘電体膜50を介して有しており、これ
ら、キャパシタ上部電極49、誘電体膜50及びキャパ
シタ下部電極46の積層構造により、スタックトキャパ
シタCが構成されている。尚、51はワード線の低抵抗
化を図るシャント用(裏打ち用)のメタル配線、52は
SiO2 等からなる層間絶縁層である。
The capacitor lower electrode 46 is formed by patterning a second polycrystalline silicon layer, and is connected to each gate electrode (word line) of the switching element Tr, which is a first polycrystalline silicon layer. It is formed up to the upper part of 47 with an interlayer insulating layer 48 interposed therebetween. This capacitor lower electrode 46 has a capacitor upper electrode 49 serving as a common electrode on its upper part with a dielectric film 50 interposed therebetween. The structure forms a stacked capacitor C. Note that 51 is a shunt (backing) metal wiring for reducing the resistance of the word line, and 52 is an interlayer insulating layer made of SiO2 or the like.

【0005】そして、上記DRAMは、そのスタックト
キャパシタCに必要な電荷の蓄積等が行われ、上記スイ
ッチング素子Trに制御されながらビット線45を介し
ての読出しや書込み等が行われる。
[0005] In the DRAM, necessary charges are accumulated in the stacked capacitor C, and reading and writing are performed via the bit line 45 while being controlled by the switching element Tr.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来のDRAMにおいては、シリコン基板42上
に多結晶シリコン層を幾層も積み重ねる構造となってい
るため、メモリセルMCにおけるコンタクト部分での段
差が大きくなり、開口44等でのステップカバレージの
劣化を引き起こし、上層のパターニング、例えばビット
線45等のパターニングが困難になるという不都合があ
る。しかも、今後の高集積化に向けてスタックトキャパ
シタCの容量を増加させるためには、蓄積ノードとなる
キャパシタ下部電極46の側壁を利用する必要があり、
この場合、更にキャパシタ下部電極46の段差が大きく
なり、それに伴い、上記コンタクト部分での段差が増大
し、ビット線45の断線などを引き起こすという不都合
がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, since the conventional DRAM described above has a structure in which many layers of polycrystalline silicon are stacked on the silicon substrate 42, the contact portion of the memory cell MC is There is a disadvantage that the step becomes large, causing deterioration of step coverage at the opening 44, etc., and making patterning of the upper layer, for example, patterning of the bit line 45, etc. difficult. Moreover, in order to increase the capacitance of the stacked capacitor C for future high integration, it is necessary to utilize the side wall of the capacitor lower electrode 46, which will serve as a storage node.
In this case, the step difference in the capacitor lower electrode 46 becomes even larger, and accordingly, the step difference in the contact portion increases, causing a problem such as disconnection of the bit line 45.

【0007】また、上記メモリセルMCでの段差が大き
くなると、段差が比較的小さい周辺回路(例えばアドレ
スデコーダ等)との接続部分において、その配線のパタ
ーニング等が、露光時における焦点深度の違いなどから
困難になるという不都合がある。
Furthermore, when the level difference in the memory cell MC increases, the patterning of the wiring at the connection part with peripheral circuits (for example, address decoders, etc.) where the level difference is relatively small may cause differences in depth of focus during exposure, etc. There is an inconvenience that it becomes difficult.

【0008】そこで、上記不都合を解決するために、現
在、例えばSOI(Silicon on insul
ator)基板の形成に供される例えばシリコン基板同
士の貼り合わせ技術及びシリコン基板に対する選択研磨
技術を用いて、絶縁層上に薄膜のシリコン層が形成され
たSOI基板を作製し、このSOI基板上のシリコン層
下に配線の一部、例えばビット線を埋め込むという技術
が提案されている。 この技術は、将来に向けてのDRAM等の高集積化に有
望な方法と思われる。
[0008] Therefore, in order to solve the above-mentioned inconvenience, for example, SOI (Silicon on insulin) is currently being used.
ator) For example, an SOI substrate in which a thin silicon layer is formed on an insulating layer is prepared using a technique for bonding silicon substrates together and a selective polishing technique for silicon substrates, and A technique has been proposed in which a part of the wiring, for example, a bit line, is buried under the silicon layer of the semiconductor device. This technology seems to be a promising method for increasing the integration density of DRAMs and the like in the future.

【0009】この技術によるDRAMは、図8に示すよ
うに、素子形成領域を構成するシリコン層61下に、絶
縁層62を介してビット線63が形成され、このビット
線63とシリコン層61内のソース・ドレイン領域64
とが例えばpoly  plug技術による多結晶シリ
コン層65により電気的に接続されて、ビット線用のコ
ンタクト部分66がシリコン層61下に形成されたかた
ちとなっている。この図において、67はワード線、6
8はキャパシタ下部電極、69は誘電体膜、70はキャ
パシタ上部電極、71はワード線67の低抵抗化を図る
シャント用(裏打ち用)のメタル配線、72〜74は層
間絶縁層である。また、75は平坦化用の多結晶シリコ
ン層、76はシリコン基板である。
As shown in FIG. 8, in a DRAM based on this technology, a bit line 63 is formed under a silicon layer 61 constituting an element formation region with an insulating layer 62 interposed therebetween. source/drain region 64
are electrically connected by a polycrystalline silicon layer 65 using, for example, poly plug technology, and a contact portion 66 for a bit line is formed under the silicon layer 61. In this figure, 67 is a word line;
8 is a capacitor lower electrode, 69 is a dielectric film, 70 is a capacitor upper electrode, 71 is a shunt (backing) metal wiring for reducing the resistance of the word line 67, and 72 to 74 are interlayer insulating layers. Further, 75 is a polycrystalline silicon layer for planarization, and 76 is a silicon substrate.

【0010】次に、上記提案例に係るDRAMのビット
線形成方法を図9〜図11に基づいて説明すると、まず
、図9Aに示すように、シリコン基板77上の所定箇所
、即ち素子分離領域となる部分のシリコン表面を選択的
にエッチング除去して凹部78を形成したのち、全面に
SiO2 からなる絶縁層62を形成する。
Next, the DRAM bit line forming method according to the proposed example will be explained based on FIGS. 9 to 11. First, as shown in FIG. After selectively etching and removing the silicon surface in the portions to form recesses 78, an insulating layer 62 made of SiO2 is formed over the entire surface.

【0011】その後、図9Bに示すように、シリコン基
板77上の素子形成領域61となる部分の中央部分に上
記絶縁層62を貫通する開口79を設ける。その後、上
記開口79を埋めるように全面に多結晶シリコン層65
をCVD法などにより形成したのち、エッチバックして
、開口79内に多結晶シリコン層65を埋め込む(po
ly  plug技術)。その後、全面にひ素(As)
をイオン注入して多結晶シリコン層65の上部に上記ひ
素(As)を導入する。
Thereafter, as shown in FIG. 9B, an opening 79 passing through the insulating layer 62 is formed in the center of the silicon substrate 77 that will become the element formation region 61. Thereafter, a polycrystalline silicon layer 65 is formed over the entire surface so as to fill the opening 79.
is formed by a CVD method or the like, and then etched back to bury a polycrystalline silicon layer 65 in the opening 79.
ly plug technology). After that, arsenic (As) was applied to the entire surface.
The above arsenic (As) is introduced into the upper part of the polycrystalline silicon layer 65 by ion implantation.

【0012】次に、図10Aに示すように、上記多結晶
シリコン層65上を含む全面にポリサイド層を形成した
のち、該ポリサイド層をパターニングしてビット線63
を形成する。その後、該ビット線63を含む全面にSi
O2 からなる絶縁層74を形成したのち、全面に多結
晶シリコン層75を形成し、該多結晶シリコン層75の
表面を既知の平坦化技術(例えばポリッシング等)によ
り平坦化する。その後、平坦化された多結晶シリコン層
75の端面に別のシリコン基板76を貼り合わせる。
Next, as shown in FIG. 10A, a polycide layer is formed on the entire surface including the polycrystalline silicon layer 65, and then the polycide layer is patterned to form bit lines 63.
form. After that, Si is applied to the entire surface including the bit line 63.
After forming an insulating layer 74 made of O2, a polycrystalline silicon layer 75 is formed on the entire surface, and the surface of the polycrystalline silicon layer 75 is planarized by a known planarization technique (for example, polishing, etc.). Thereafter, another silicon substrate 76 is bonded to the end face of the planarized polycrystalline silicon layer 75.

【0013】次に、図10Bに示すように、他方のシリ
コン基板77の裏面から選択研磨を行う。この選択研磨
は絶縁層62が露出するまで行う。この選択研磨によっ
て、上記絶縁層62で囲まれた島状のシリコン層、即ち
素子形成領域61が形成されると共に、該絶縁層62に
よる素子分離領域80が形成される。
Next, as shown in FIG. 10B, selective polishing is performed from the back surface of the other silicon substrate 77. This selective polishing is performed until the insulating layer 62 is exposed. By this selective polishing, an island-shaped silicon layer surrounded by the insulating layer 62, that is, an element formation region 61 is formed, and an element isolation region 80 is formed by the insulating layer 62.

【0014】その後は、図8で示すように、ワード線6
7及びソース・ドレイン領域64を形成したのち、層間
絶縁層72、キャパシタ下部電極68、誘電体膜69、
キャパシタ上部電極70、層間絶縁層73及びメタル配
線71を順次積層して上記提案例に係るDRAMを得る
After that, as shown in FIG.
7 and source/drain regions 64, an interlayer insulating layer 72, a capacitor lower electrode 68, a dielectric film 69,
The capacitor upper electrode 70, the interlayer insulating layer 73, and the metal wiring 71 are sequentially laminated to obtain the DRAM according to the proposed example.

【0015】しかしながら、上記提案例に係るDRAM
のビット線形成方法は、まず、図9Bにおいて、開口7
9に埋め込まれた多結晶シリコン層65の上部にひ素(
As)を導入したのち、図10Aにおいて、シリコン基
板77及び76同士を貼り合わせるようにしているため
、以下のような問題が生じる。
However, the DRAM according to the above proposed example
The bit line forming method starts with opening 7 in FIG. 9B.
Arsenic (
After introducing As), the silicon substrates 77 and 76 are bonded together in FIG. 10A, which causes the following problem.

【0016】即ち、上記図10Aで示すシリコン基板7
7及び76同士の貼り合わせ時に、約1100℃の高温
が加わるため、多結晶シリコン層65に導入されたひ素
(As)が該多結晶シリコン層65中を高速に拡散して
上部のシリコン層61にまで達し、さらには、シリコン
層61中を横方向に拡散するという現象が生じる(図1
1A参照)。このように、ひ素(As)がシリコン層6
1中に拡散した場合、その後のワード線67の形成処理
において、チャンネル領域確保のために該ワード線67
を上記ひ素(As)の拡散領域を避けて形成する必要が
あり、その分、シリコン層61の面積が増大化し、該シ
リコン層に作り込むDRAMの集積度を落としてしまう
という問題がある。
That is, the silicon substrate 7 shown in FIG. 10A above
When bonding 7 and 76 together, a high temperature of about 1100° C. is applied, so arsenic (As) introduced into the polycrystalline silicon layer 65 diffuses at high speed through the polycrystalline silicon layer 65 and disintegrates into the upper silicon layer 61. The phenomenon of diffusion in the silicon layer 61 in the lateral direction occurs (see FIG. 1).
1A). In this way, arsenic (As) is added to the silicon layer 6.
If the word line 67 is diffused into the word line 67 in order to secure a channel area in the subsequent process of forming the word line 67,
needs to be formed avoiding the arsenic (As) diffusion region, which increases the area of the silicon layer 61 and reduces the degree of integration of the DRAM built into the silicon layer.

【0017】この対策として、熱処理時間を短くする、
あるいは多結晶シリコン層65の長さLを長くするとい
うことが考えられるが、この場合、ひ素(As)の多結
晶シリコン層65中での拡散が不十分になる虞がある。 即ち、ひ素(As)が多結晶シリコン層65とシリコン
層61との界面bにまで達しないと、ビット線63とシ
リコン層65との電気的接続に大きな寄生抵抗が生じ、
DRAMの特性を著しく劣化させるという新たな問題が
生じる。従って、上記問題を解決するためには、ひ素(
As)を上記界面bにまで到達させ、かつシリコン層6
1中を横方向に拡がらないようにひ素(As)の拡散を
制御する必要がある。しかし、上述のように、1100
℃という高温下での拡散速度は非常に早いため、上記制
御は非常に困難である。
[0017] As a countermeasure to this, the heat treatment time is shortened.
Alternatively, it is possible to increase the length L of the polycrystalline silicon layer 65, but in this case, there is a possibility that the diffusion of arsenic (As) in the polycrystalline silicon layer 65 becomes insufficient. That is, if arsenic (As) does not reach the interface b between the polycrystalline silicon layer 65 and the silicon layer 61, a large parasitic resistance will occur in the electrical connection between the bit line 63 and the silicon layer 65.
A new problem arises in that the characteristics of DRAM are significantly deteriorated. Therefore, in order to solve the above problem, arsenic (
As) reaches the interface b, and the silicon layer 6
It is necessary to control the diffusion of arsenic (As) so that it does not spread laterally through the material. However, as mentioned above, 1100
Since the diffusion rate is extremely fast at a high temperature of .degree. C., the above control is extremely difficult.

【0018】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、SOI基板上のシリ
コン層下にビット線を埋め込み、更に、シリコン層とビ
ット線とを多結晶シリコン層等からなる接続部によって
電気的に接続する場合において、接続部中における不純
物拡散の制御が容易にできると共に、素子の集積度を落
とさずに、信頼度の高い、ビット線とシリコン層との接
続を行うことができる半導体装置の配線形成法を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to bury bit lines under a silicon layer on an SOI substrate, and to further connect the silicon layer and bit lines with polycrystalline silicon. In the case of electrical connection using a connection part made of a silicon layer, etc., it is possible to easily control impurity diffusion in the connection part, and to connect the bit line and the silicon layer with high reliability without reducing the degree of integration of the device. An object of the present invention is to provide a wiring formation method for a semiconductor device that can perform the following connections.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、貼り合わせに
より形成された基体12上に、絶縁層5を介してその下
層に配線層(ビット線)9を、上層に半導体層(素子形
成領域)6を有し、上記絶縁層5に設けられた開口7に
接続用の半導体層(多結晶シリコン層)8を埋め込んだ
半導体装置の配線形成法において、上記貼り合わせのあ
と、上記接続用の半導体層8に不純物を自己整合的に導
入して、上記半導体層6と配線層9を電気的に接続する
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a wiring layer (bit line) 9 on a substrate 12 formed by bonding, an insulating layer 5 interposed therebetween, a wiring layer (bit line) 9 on the lower layer, and a semiconductor layer (element forming area) on the upper layer. ) 6 and in which a connecting semiconductor layer (polycrystalline silicon layer) 8 is embedded in an opening 7 provided in the insulating layer 5, after the bonding, the connecting layer is Impurities are introduced into the semiconductor layer 8 in a self-aligned manner to electrically connect the semiconductor layer 6 and the wiring layer 9.

【0020】[0020]

【作用】上述の本発明の形成法によれば、基体12の貼
り合わせ後において、例えば高エネルギイオン注入によ
り、接続用の半導体層8に不純物を導入するようにした
ので、貼り合わせ時に加えられる高温以下の温度で不純
物の拡散を行うことができる。その結果、上記半導体層
に導入された不純物の拡散制御が容易になり、それによ
り、不純物の異常なる広域拡散並びに拡散不良を防止す
ることができ、素子の集積度を落とさずに、信頼度の高
い、配線層9と半導体層6との電気的接続を行うことが
できる。
[Function] According to the above-described forming method of the present invention, impurities are introduced into the connecting semiconductor layer 8 by, for example, high-energy ion implantation after the substrates 12 are bonded together. Diffusion of impurities can be performed at temperatures below high temperatures. As a result, it becomes easier to control the diffusion of impurities introduced into the semiconductor layer, which makes it possible to prevent abnormal wide-area diffusion and poor diffusion of impurities, thereby increasing reliability without reducing the degree of integration of the device. A high electrical connection between the wiring layer 9 and the semiconductor layer 6 can be achieved.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図1〜図6を参照しながら本発明の実
施例を説明する。図1は、第1実施例に係るDRAMの
配線形成法を該DRAMの製造過程に沿って示す工程図
である。以下、順にその工程を説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. 1 is a process diagram showing a method for forming wiring of a DRAM according to a first embodiment along the manufacturing process of the DRAM. The steps will be explained in order below.

【0022】まず、図1Aに示すように、シリコン基板
1の所定箇所、本例では素子分離領域となる部分のシリ
コン表面を例えば1000Å程度選択的にエッチング除
去して凹部2を形成したのち、全面に熱酸化を施して、
全面に熱酸化膜(図面上、シリコン表面から波線までの
厚みに相当する)3を形成する。その後、例えばCVD
法により、SiO2 からなる絶縁層4を形成する。以
下、上記熱酸化膜3と絶縁層4を含めて単に絶縁層5と
記す。
First, as shown in FIG. 1A, a predetermined portion of the silicon substrate 1, in this example, a portion of the silicon surface that will be an element isolation region, is selectively etched away to form a recess 2 of about 1000 Å, and then the entire surface is etched away. By applying thermal oxidation to
A thermal oxide film 3 (corresponding to the thickness from the silicon surface to the dotted line in the drawing) is formed on the entire surface. Then, for example, CVD
An insulating layer 4 made of SiO2 is formed by a method. Hereinafter, the thermal oxide film 3 and the insulating layer 4 will be simply referred to as an insulating layer 5.

【0023】次に、図1Bに示すように、シリコン基板
1上の素子形成領域6となる部分の中央部分に上記絶縁
層5を貫通する開口7を設ける。その後、この開口7を
埋めるようにして全面に多結晶シリコン層8をCVD法
などにより形成したのち、エッチバックして、開口7内
に多結晶シリコン層8を埋め込む(poly  plu
g技術)。その後、全面にビット線用のタングステン(
W)ポリサイド層9を形成したのち、該タングステン(
W)ポリサイド層9をパターニングしてビット線9を形
成する。その後、該ビット線9を含む全面にSiO2 
からなる絶縁層10を例えばCVD法等で形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, an opening 7 passing through the insulating layer 5 is provided in the center of the silicon substrate 1 that will become the element formation region 6. Thereafter, a polycrystalline silicon layer 8 is formed on the entire surface by CVD method or the like so as to fill this opening 7, and then etched back to bury the polycrystalline silicon layer 8 in the opening 7.
g technology). After that, the entire surface was covered with tungsten (
W) After forming the polycide layer 9, the tungsten (
W) Patterning the polycide layer 9 to form bit lines 9. After that, the entire surface including the bit line 9 is covered with SiO2.
An insulating layer 10 is formed by, for example, a CVD method.

【0024】次に、図2Aに示すように、全面に多結晶
シリコン層11を堆積したのち、該多結晶シリコン層1
1の表面を既知の平坦化技術(例えばポリッシング等)
により平坦化する。
Next, as shown in FIG. 2A, after depositing a polycrystalline silicon layer 11 on the entire surface, the polycrystalline silicon layer 1
1 by known planarization techniques (e.g. polishing, etc.)
flattened by

【0025】その後、図2Bに示すように、上記平坦化
された多結晶シリコン層11の端面に別のシリコン基板
12を貼り合わせたのち、約1100℃の高温による熱
処理を施して貼り合わせ界面aを強固に密着させる。そ
の後、他方のシリコン基板1の裏面から選択研磨を行う
。この選択研磨は、絶縁層5が露出するまで行う。この
選択研磨によって、絶縁層5に囲まれた島状のシリコン
薄層、即ち厚み約1000Åの素子形成領域6が形成さ
れると共に、該絶縁層5による素子分離領域13が形成
される。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, another silicon substrate 12 is bonded to the end surface of the planarized polycrystalline silicon layer 11, and then heat treatment is performed at a high temperature of approximately 1100° C. to form a bonded interface a. firmly adhere. After that, selective polishing is performed from the back surface of the other silicon substrate 1. This selective polishing is performed until the insulating layer 5 is exposed. By this selective polishing, an island-shaped silicon thin layer surrounded by the insulating layer 5, that is, an element forming region 6 having a thickness of about 1000 Å is formed, and an element isolation region 13 is formed by the insulating layer 5.

【0026】次に、図3Aに示すように、全面にN型の
不純物、例えばリン(P)をイオン注入する(注入エネ
ルギ150〜200KeV,注入量約1×1016cm
−2)。このとき、リン(P)は、素子形成領域6を突
き抜けて絶縁層5及び多結晶シリコン層8中に入るので
、素子形成領域6中の不純物濃度にはほとんど影響しな
い。しかも、多結晶シリコン層8内には、電気的接続に
十分なリン(P)が導入される。上記イオン注入による
リン(P)の濃度分布は、ピーク値の深さRpが約25
00Å、標準偏差ΔRpが約750Åである。
Next, as shown in FIG. 3A, an N-type impurity, for example, phosphorus (P) is ion-implanted into the entire surface (implantation energy: 150 to 200 KeV, implantation amount: about 1×10 16 cm).
-2). At this time, phosphorus (P) penetrates through the element formation region 6 and enters the insulating layer 5 and the polycrystalline silicon layer 8, so it hardly affects the impurity concentration in the element formation region 6. Moreover, enough phosphorus (P) is introduced into the polycrystalline silicon layer 8 for electrical connection. The concentration distribution of phosphorus (P) due to the above ion implantation has a peak value depth Rp of approximately 25
00 Å, and the standard deviation ΔRp is about 750 Å.

【0027】次に、図3Bに示すように、熱処理を施し
て、上記多結晶シリコン層8に導入されたリン(P)を
拡散させる。この場合の熱処理は、上記貼り合わせ時の
熱処理で用いた温度よりも低い温度で行うため、リン(
P)の拡散速度を容易に制御することができる。従って
、リン(P)の拡散を素子形成領域6と多結晶シリコン
層8との界面bで停止させることができる。図示の例で
は、リン(P)を素子形成領域6の上記界面b部分にま
で拡散させ、素子形成領域6中、横方向に拡散する前に
その拡散を停止させた状態を示す。
Next, as shown in FIG. 3B, heat treatment is performed to diffuse the phosphorus (P) introduced into the polycrystalline silicon layer 8. The heat treatment in this case is performed at a temperature lower than that used in the heat treatment during bonding, so phosphorus (
The diffusion rate of P) can be easily controlled. Therefore, the diffusion of phosphorus (P) can be stopped at the interface b between the element formation region 6 and the polycrystalline silicon layer 8. The illustrated example shows a state in which phosphorus (P) is diffused to the above-mentioned interface b portion of the element formation region 6, and the diffusion is stopped before it is diffused laterally in the element formation region 6.

【0028】次に、図4に示すように、素子形成領域6
上にゲート絶縁膜を介して多結晶シリコン層等によるワ
ード線14をパターニングにより形成する。その後、ワ
ード線14をマスクとして例えばN型の不純物をイオン
注入して素子形成領域6にソース・ドレイン領域15a
、15b及び15cを夫々形成する。この時点で、上記
ワード線14及びソース・ドレイン領域15からなるス
イッチング素子Trが形成される。更に、全面にSiO
2 等からなる層間絶縁層16を形成したのち、ソース
・ドレイン領域15a及び15bに対応する箇所に該層
間絶縁層16を貫通する開口を形成する。その後、2層
目の多結晶シリコン層を全面に形成したのち、パターニ
ングして、キャパシタ下部電極17を形成する。このと
き、該キャパシタ下部電極17は、その間の距離がビッ
ト線コンタクト部分18の開口幅と同じか、やや広い程
度にまで比較的広く形成される。次に、上記キャパシタ
下部電極17を含む全面に薄膜の誘電体膜19を例えば
減圧CVD法等により形成したのち、該誘電体膜19上
に多結晶シリコン層からなる共通のキャパシタ上部電極
20を形成する。そして、全面にSiO2 等からなる
層間絶縁層21を形成したのち、ワード線14の低抵抗
化を図るためのシャント用のメタル配線22をパターニ
ングにより形成して本例に係るDRAMを得る。
Next, as shown in FIG.
A word line 14 made of a polycrystalline silicon layer or the like is formed thereon by patterning with a gate insulating film interposed therebetween. Thereafter, using the word line 14 as a mask, for example, N-type impurity ions are implanted into the source/drain region 15a in the element formation region 6.
, 15b and 15c, respectively. At this point, the switching element Tr consisting of the word line 14 and the source/drain region 15 is formed. Furthermore, SiO is applied to the entire surface.
After forming the interlayer insulating layer 16 made of 2, etc., openings penetrating the interlayer insulating layer 16 are formed at locations corresponding to the source/drain regions 15a and 15b. Thereafter, a second polycrystalline silicon layer is formed over the entire surface and patterned to form the capacitor lower electrode 17. At this time, the capacitor lower electrodes 17 are formed relatively wide so that the distance therebetween is the same as or slightly wider than the opening width of the bit line contact portion 18. Next, a thin dielectric film 19 is formed on the entire surface including the capacitor lower electrode 17 by, for example, a low pressure CVD method, and then a common capacitor upper electrode 20 made of a polycrystalline silicon layer is formed on the dielectric film 19. do. After forming an interlayer insulating layer 21 made of SiO2 or the like on the entire surface, a shunt metal wiring 22 for lowering the resistance of the word line 14 is formed by patterning to obtain a DRAM according to this example.

【0029】この第1実施例によれば、図2Bに示すよ
うに、素子形成領域6下に絶縁層5を介してビット線9
が形成されたシリコン基板1に、表面が平坦化された多
結晶シリコン層13を介して別のシリコン基板12を貼
り合わせたのち、図3Aに示すように、素子形成領域6
とビット線9とを接続する多結晶シリコン層8にリン(
P)を素子形成領域6の上方から高エネルギイオン注入
によって導入するようにしたので、この導入されたリン
(P)を多結晶シリコン層8中に拡散させる際、上記貼
り合わせ時の熱処理に用いられる温度(約1100℃の
高温)以下の温度で熱処理することができる。このこと
から、リン(P)の拡散速度の制御を容易に行うことが
でき、このリン(P)の拡散を、例えば素子形成領域6
と多結晶シリコン層8との界面bで停止させることが可
能になる。従って、上記配線形成法を用いれば、DRA
Mの集積度を落とさずに、信頼度の高い多結晶シリコン
層8と素子形成領域6との電気的接続を行うことができ
る。
According to this first embodiment, as shown in FIG. 2B, the bit line 9 is connected under the element formation region 6 via the insulating layer 5.
After bonding another silicon substrate 12 to the silicon substrate 1 on which a polycrystalline silicon layer 13 is formed, with a polycrystalline silicon layer 13 having a flat surface interposed therebetween, an element formation region 6 is formed as shown in FIG. 3A.
Phosphorus (
Since phosphorus (P) is introduced from above the element formation region 6 by high-energy ion implantation, when this introduced phosphorus (P) is diffused into the polycrystalline silicon layer 8, it is used in the heat treatment during bonding. The heat treatment can be performed at a temperature lower than the temperature (high temperature of about 1100° C.). From this, the diffusion rate of phosphorus (P) can be easily controlled, and the diffusion of phosphorus (P) can be controlled, for example, in the element formation region 6.
It becomes possible to stop at the interface b between the polycrystalline silicon layer 8 and the polycrystalline silicon layer 8. Therefore, if the above wiring formation method is used, the DRA
Highly reliable electrical connection between the polycrystalline silicon layer 8 and the element formation region 6 can be achieved without reducing the degree of integration of M.

【0030】次に、第2実施例に係る配線形成法を図5
に基づいて説明する。この第2実施例では、図2Bで示
す選択研磨以降、図5に示すように、全面に熱酸化を施
して素子形成領域6上にゲート絶縁膜23を形成したの
ち、ワード線14をパターニングにより形成する。その
後、ワード線14上にレジスト膜24を形成したのち、
上方からリン(P)を高エネルギイオン注入によって、
素子形成領域6下の絶縁膜5及び多結晶シリコン層8内
に導入する。あとの工程は第1実施例と同様であるため
、その説明は省略する。
Next, the wiring forming method according to the second embodiment is shown in FIG.
The explanation will be based on. In this second embodiment, after the selective polishing shown in FIG. 2B, the entire surface is thermally oxidized to form a gate insulating film 23 on the element formation region 6, as shown in FIG. Form. After that, after forming a resist film 24 on the word line 14,
By high-energy ion implantation of phosphorus (P) from above,
It is introduced into the insulating film 5 and the polycrystalline silicon layer 8 under the element formation region 6. Since the remaining steps are similar to those in the first embodiment, their explanation will be omitted.

【0031】この第2実施例によれば、リン(P)をイ
オン注入する際、素子形成領域6内のチャンネル領域が
ワード線14及びレジスト膜24によって保護されるた
め、該チャンネル領域は上記イオン注入によるダメージ
を受けることがない。従って、素子形成領域6上に形成
されるDRAMの動作特性を更に向上させることができ
る。
According to this second embodiment, when ion-implanting phosphorus (P), the channel region in the element formation region 6 is protected by the word line 14 and the resist film 24, so that the channel region is protected by the ion implantation. No damage from injection. Therefore, the operating characteristics of the DRAM formed on the element formation region 6 can be further improved.

【0032】次に、第3実施例に係る配線形成法を図6
に基づいて説明する。この第3実施例は、素子形成領域
6とビット線9とを接続する多結晶シリコン層8の長さ
Lが、例えば1μm程度と長い場合の配線形成を示す。
Next, FIG. 6 shows a wiring forming method according to the third embodiment.
The explanation will be based on. This third embodiment shows wiring formation in the case where the length L of the polycrystalline silicon layer 8 connecting the element formation region 6 and the bit line 9 is long, for example, about 1 μm.

【0033】まず、図1A及び図1Bにおいて、シリコ
ン基板1上に絶縁層5を形成したのち、この絶縁層5を
貫通する開口7を設け、この開口7内に多結晶シリコン
層8を埋め込んだ後、図6Aに示すように、上記多結晶
シリコン層8の上部にひ素(As)を例えばイオン注入
により導入する。その後、図2A及び図2Bと同様の工
程を経て、貼り合わされたシリコン基板12上に、素子
形成領域6と、該素子形成領域6下のビット線9とが多
結晶シリコン層8により接続された配線構造を形成する
。このシリコン基板12の貼り合わせ時、高温による熱
処理が行われるが、多結晶シリコン層8の長さLが約1
μmと長いため、ひ素(As)は、この多結晶シリコン
層内の途中でその拡散が終了する(拡散不足)。しかし
て、本例では、この貼り合わせ処理後、図6Bに示すよ
うに、全面にリン(P)を高エネルギでイオン注入して
、素子形成領域6下の絶縁層5及び多結晶シリコン層8
に上記リン(P)を導入する。その後、上記第1実施例
と同様に、熱処理を施して、上記多結晶シリコン層8に
導入されたリン(P)を拡散させる。このとき、貼り合
わせ処理以前に予め導入されたひ素(As)が再び拡散
し、これら不純物の両側からの拡散により、素子形成領
域6とビット線9の電気的接続が完成する。
First, in FIGS. 1A and 1B, after forming an insulating layer 5 on a silicon substrate 1, an opening 7 passing through the insulating layer 5 was formed, and a polycrystalline silicon layer 8 was embedded in this opening 7. Thereafter, as shown in FIG. 6A, arsenic (As) is introduced into the upper part of the polycrystalline silicon layer 8 by, for example, ion implantation. After that, through the same steps as in FIGS. 2A and 2B, the element formation region 6 and the bit line 9 under the element formation region 6 were connected by the polycrystalline silicon layer 8 on the bonded silicon substrate 12. Form a wiring structure. When bonding the silicon substrates 12 together, heat treatment at high temperatures is performed, but the length L of the polycrystalline silicon layer 8 is approximately 1
Because of the length of μm, diffusion of arsenic (As) ends halfway within this polycrystalline silicon layer (insufficient diffusion). In this example, after this bonding process, as shown in FIG. 6B, phosphorus (P) is ion-implanted into the entire surface with high energy to form the insulating layer 5 and polycrystalline silicon layer 8 under the element forming region 6.
The above phosphorus (P) is introduced into. Thereafter, as in the first embodiment, heat treatment is performed to diffuse the phosphorus (P) introduced into the polycrystalline silicon layer 8. At this time, arsenic (As) introduced in advance before the bonding process is diffused again, and the electrical connection between the element forming region 6 and the bit line 9 is completed by the diffusion of these impurities from both sides.

【0034】この第3実施例によれば、上記第1実施例
と同様に、多結晶シリコン層8に導入されたリン(P)
の拡散処理時、貼り合わせ時の熱処理に用いられる温度
(約1100℃の高温)以下の温度で熱処理することが
できるため、リン(P)の拡散速度を容易に制御するこ
とができ、素子形成領域6とビット線9との電気的接続
を良好に行うことができる。また、シリコン基板12の
貼り合わせ前に予めひ素(As)を多結晶シリコン層8
に導入するようにしたので、例えば1μmのように比較
的長い多結晶シリコン層8の導電化を容易に実現させる
ことができる。
According to the third embodiment, as in the first embodiment, phosphorus (P) introduced into the polycrystalline silicon layer 8 is
During the diffusion treatment, the heat treatment can be performed at a temperature lower than the temperature used for the heat treatment during bonding (high temperature of about 1100°C), so the diffusion rate of phosphorus (P) can be easily controlled, and the device formation Good electrical connection between region 6 and bit line 9 can be achieved. Furthermore, before bonding the silicon substrate 12, arsenic (As) is applied to the polycrystalline silicon layer 8 in advance.
Since the polycrystalline silicon layer 8 is introduced in a relatively long length, for example, 1 μm, it is possible to easily make the polycrystalline silicon layer 8 conductive.

【0035】上述のように、本例によれば、シリコン基
板1及び12の貼り合わせ後において、高エネルギイオ
ン注入により、素子形成領域6とビット線9を接続する
多結晶シリコン層8に不純物を導入するようにしたので
、貼り合わせ時に加えられる高温以下の温度で不純物の
拡散を行うことができ、上記多結晶シリコン層8に導入
された不純物の拡散制御が容易になる。その結果、不純
物の異常なる広域拡散並びに拡散不良を防止することが
でき、DRAMの高集積度化並びにビット線9と素子形
成領域6との電気的接続に関する高信頼化を図ることが
できる。
As described above, according to this example, after bonding the silicon substrates 1 and 12, impurities are implanted into the polycrystalline silicon layer 8 connecting the element forming region 6 and the bit line 9 by high-energy ion implantation. Since the impurity is introduced, the impurity can be diffused at a temperature lower than the high temperature applied during bonding, and the diffusion of the impurity introduced into the polycrystalline silicon layer 8 can be easily controlled. As a result, abnormal wide-area diffusion of impurities and defective diffusion can be prevented, and higher integration of the DRAM and higher reliability of the electrical connection between the bit line 9 and the element forming region 6 can be achieved.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明に係る半導体装置の配線形成法に
よれば、シリコン基板同士の貼り合わせにより形成され
るSOI基板の、素子形成領域下にビット線を埋め込み
、更に、素子形成領域とビット線とを多結晶シリコン層
等からなる接続部によって電気的に接続する場合におい
て、上記シリコン基板同士の貼り合わせ後に、上記接続
部に不純物を自己整合的に導入するようにしたので、接
続部中における不純物拡散の制御が容易にできると共に
、素子の集積度を落とさずに、信頼度の高い、ビット線
と素子形成領域との接続を行うことができる。
Effects of the Invention According to the wiring forming method for a semiconductor device according to the present invention, a bit line is buried under an element formation area of an SOI substrate formed by bonding silicon substrates together, and furthermore, a bit line is buried between the element formation area and the bit line. When electrically connecting wires to wires using a connecting portion made of a polycrystalline silicon layer, etc., impurities are introduced into the connecting portion in a self-aligned manner after the silicon substrates are bonded together. In addition, it is possible to easily control impurity diffusion in the semiconductor device, and to achieve highly reliable connection between the bit line and the device formation region without reducing the degree of device integration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】第1実施例に係るDRAMの配線形成法を示す
工程図(その1)
[Fig. 1] Process diagram (Part 1) showing a method for forming wiring of a DRAM according to the first embodiment.

【図2】第1実施例に係るDRAMの配線形成法を示す
工程図(その2)
[Fig. 2] Process diagram (part 2) showing the DRAM wiring forming method according to the first embodiment.

【図3】第1実施例に係るDRAMの配線形成法を示す
工程図(その3)
[Fig. 3] Process diagram (part 3) showing the DRAM wiring forming method according to the first embodiment.

【図4】第1実施例に係るDRAMの配線形成法を示す
工程図(その4)
FIG. 4 is a process diagram (part 4) showing the DRAM wiring formation method according to the first embodiment.

【図5】第2実施例に係るDRAMの配線形成法を示す
途中経過図
FIG. 5 is a progress diagram showing a DRAM wiring formation method according to the second embodiment.

【図6】第3実施例に係るDRAMの配線形成法を示す
途中経過図
FIG. 6 is a progress diagram showing a DRAM wiring formation method according to the third embodiment.

【図7】従来例に係るDRAMを示す構成図[Fig. 7] A configuration diagram showing a DRAM according to a conventional example.

【図8】提
案例に係るDRAMを示す構成図
[Fig. 8] Configuration diagram showing a DRAM according to a proposed example

【図9】提案例に係る
DRAMの配線形成法を示す工程図(その1)
[Fig. 9] Process diagram showing the DRAM wiring formation method according to the proposed example (Part 1)

【図10】提案例に係るDRAMの配線形成法を示す工
程図(その2)
[Fig. 10] Process diagram (Part 2) showing the DRAM wiring formation method according to the proposed example

【図11】提案例に係る不純物の拡散状態を示す説明図
[Fig. 11] Explanatory diagram showing the diffusion state of impurities according to the proposed example

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5  絶縁層 6  素子形成領域 8  多結晶シリコン層 9  ビット線 12  シリコン基板 14  ワード線 15  ソース・ドレイン領域 17  キャパシタ下部電極 18  ビット線コンタクト部分 19  誘電体膜 20  キャパシタ上部電極 5 Insulating layer 6 Element formation area 8 Polycrystalline silicon layer 9 Bit line 12 Silicon substrate 14 Word line 15 Source/drain region 17 Capacitor lower electrode 18 Bit line contact part 19 Dielectric film 20 Capacitor upper electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  貼り合わせにより形成された基体上に
、絶縁層を介してその下層に配線層を、上層に半導体層
を有し、上記絶縁層に設けられた開口に接続用の半導体
層を埋め込んだ半導体装置の配線形成法において、上記
貼り合わせのあと、上記接続用の半導体層に不純物を自
己整合的に導入することを特徴とする半導体装置の配線
形成法。
1. A substrate formed by bonding, a wiring layer below and a semiconductor layer above through an insulating layer, and a semiconductor layer for connection in an opening provided in the insulating layer. 1. A method for forming wiring in a semiconductor device embedded therein, which comprises introducing impurities into the connecting semiconductor layer in a self-aligned manner after the bonding.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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