JP2003158201A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[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 Rand
om Access Memory)の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a DRAM (Dynamic Rand).
om Access Memory) manufacturing method.
【0002】[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DR
AM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
トを用いるという構成のものである。2. Description of the Related Art Due to the ever-increasing miniaturization competition, a composite device in which a large capacity DRAM and a high speed logic element are mounted on one chip has been developed. That DR
As an example of the AM structure, the memory cell gate of the DRAM is stacked on the substrate, and a so-called self-aligned contact is used to take out the diffusion layer of the memory cell transistor.
【0003】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。However, stack-type DRAMs also have various problems.
【0004】トランジスタ性能を維持するため、DRA
M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、接合に印加される電界はま
すます強くなっており、メガビット級のDRAMにおい
て、ppmオーダー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(一般にTail特性と
いう)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。In order to maintain transistor performance, DRA
The substrate concentration is increasing more and more with the shrinking of the M memory cell, and the junction leak in the DRAM region is approaching a severe state. Therefore, the electric field applied to the junction is becoming stronger and stronger, and it has become difficult to suppress the junction leak of the ppm order in the megabit class DRAM. That is, it has become difficult to maintain the data retention characteristic (generally called tail characteristic) of the DRAM, which has been conventionally controllable with a margin. If nothing is done, the only effective means is to increase the capacity of the capacitor for each generation.
【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(特
に高速動作)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。
特に、高速動作が要求されるDRAMでは、その性能確
保が課題となっている。Further, as DRAM cells are reduced in size,
The contact area between the diffusion layer and the take-out electrode is narrowed, and the contact resistance is increasing with a double power for each generation. In the generation after 0.1 μm, this contact resistance is expected to be several kilo Ω, and it is expected that it will be comparable to the ON resistance of the word transistor of the memory cell. Therefore, not only the cell transistor but also the variation of the contact resistance severely affects the DRAM operation (especially high speed operation), and further precision is required in manufacturing.
In particular, in DRAMs that are required to operate at high speed, securing the performance is a problem.
【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。Further, with the reduction of the size of the DRAM cell,
The interlayer insulation distance between the word line and the extraction contact of the diffusion layer formed beside it is getting closer with each generation. In manufacturing a megabit class DRAM, 20 nm to 30 nm is said to be the limit distance in order to secure this withstand voltage. Therefore, in the DRAM of the generation of 0.1 μm or later, it is necessary to form the extraction contact of the diffusion layer at a distance less than the withstand voltage limit distance.
【0007】従来は、タングステンシリサイド(WSi
2 )/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DR
AM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。Conventionally, tungsten silicide (WSi
2 ) The word line of DRAM, which has been slowed down by adopting the polycide structure of / doped polysilicon, has become severer in aspect ratio with the recent miniaturization, and has a sufficiently low resistance to suppress the delay of the word line. Has become difficult to obtain. Stacked DR that requires particularly high-speed operation
In AM and the like, this word line delay becomes a serious problem that affects the access time of DRAM. As a technique for reducing the resistance of the gate, a low resistance of the wiring by salicide has been put into practical use. However, in order to apply to the gate of the DRAM memory cell, the salicide is not formed in the diffusion layer of the DRAM in order to prevent the DRAM memory cell from being downsized because the offset silicon oxide film cannot be used and to maintain the data retention characteristic. Due to difficulties such as requiring a process, it cannot be usually adopted.
【0008】また、DRAMの記憶ノードコンタクトも
そのセルサイズから余裕の無い開口が必須であり、拡散
層コンタクトと同様、耐圧限界での開口が必要となり、
その狭いコンタクト径で抵抗上昇を効率的に抑制する技
術が必要になっている。Further, the storage node contact of the DRAM is also required to have an opening having no margin due to its cell size, and like the diffusion layer contact, an opening within the withstand voltage limit is required.
There is a need for a technology that efficiently suppresses the increase in resistance with the narrow contact diameter.
【0009】一方、ロジック部のトランジスタ性能の向
上も目覚しく、特にpチャネルトランジスタのオフリー
クを抑制するp+ ゲート電極が一般に用いられるように
成ってきている。ところがこのp+ ゲートは、不純物の
ホウ素が熱処理によって基板側に拡散してしまう。いわ
ゆる「突き抜け」の問題を含んでおり、pチャネルトラ
ンジスタの特性ばらつきやゲート電極の空乏化といった
深刻な問題を引き起こすことが知られている。DRAM
の拡散層コンタクトに広く用いられている。ドープトポ
リシリコンは熱処理による活性化が不可欠な材料であ
り、混載する際の整合性には注意を要している。On the other hand, the transistor performance of the logic section has been remarkably improved, and in particular, the p + gate electrode for suppressing the off-leakage of the p-channel transistor has come into general use. However, in this p + gate, the impurity boron is diffused toward the substrate side by the heat treatment. It is known to include the problem of so-called "penetration" and cause serious problems such as characteristic variations of p-channel transistors and depletion of gate electrodes. DRAM
Widely used for diffusion layer contacts. Doped polysilicon is a material in which activation by heat treatment is indispensable, and attention must be paid to the compatibility during mixed mounting.
【0010】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、さらなるゲート酸化膜の薄膜化と
ともに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。As described above, even if the technology that can be tolerated in the current 0.18 .mu.m generation is managed in the future.
From the 1 μm generation onward, it is expected that some measures will be required along with further thinning of the gate oxide film, and that drastic improvement of the stacked DRAM structure will be required to maintain the performance trend of the chip.
【0011】このような、0.1μm以降の積み上げ型
のDRAMで顕在化すると予想される、前記各項目の課
題を全て解決し、なおかつチップ性能の傾向(トレン
ド)を維持できる素子構造とその製造方法として、DR
AMのワード線を基板に形成した溝内に埋め込む、Tren
ch Access Transistor(TAT)DRAMセルが、出願
人より提案されている。そのなかで、DRAMのデータ
保持特性の大幅なる改善を実現する基板プロファイルの
形成方法を明確にする技術が提案されている。An element structure capable of solving all the problems of the above-mentioned items which are expected to become apparent in a stacked type DRAM having a size of 0.1 μm or more and still maintaining the tendency (trend) of chip performance, and manufacturing thereof. As a method, DR
Embedding the AM word line in the groove formed in the substrate, Tren
A ch Access Transistor (TAT) DRAM cell has been proposed by the applicant. Among them, a technique for clarifying a method for forming a substrate profile that realizes a drastic improvement in data retention characteristics of DRAM has been proposed.
【0012】次に、DRAM部のトレンチアクセストラ
ンジスタDRAMセルの基本構造を、図5の概略構成断
面図によって説明する。Next, the basic structure of the trench access transistor DRAM cell in the DRAM section will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.
【0013】図5に示すように、シリコン基板からなる
半導体基板511には、STI(Shallow Trench Isola
tion )技術によって、メモリ素子領域を分離する素子
分離領域512が形成されている。さらに半導体基板5
11上には、素子分離領域512上を覆うバッファ層5
71が例えば酸化シリコン膜で形成されている。As shown in FIG. 5, an STI (Shallow Trench Isola) is formed on a semiconductor substrate 511 made of a silicon substrate.
element isolation region 512 for isolating the memory element region. Further semiconductor substrate 5
The buffer layer 5 covering the element isolation region 512
71 is formed of, for example, a silicon oxide film.
【0014】上記メモリ素子領域の半導体基板511中
には、P形のウエル拡散層513が、例えば上面が15
0nm〜200nmよりも深い状態で、深さ方向の厚さ
が例えば0.8μm程度となるように形成されている。
さらに、バッファ層571を貫通し、上記素子分離領域
512および半導体基板511には、DRAM領域のワ
ード線(ゲート電極も含む)を形成する溝514が形成さ
れている。この溝514の深さは、例えば100nm〜
150nm程度であり、先に形成したウエル拡散層51
3とこの溝514の底部との間に半導体基板511が残
るように形成されている。In the semiconductor substrate 511 in the memory element region, a P-type well diffusion layer 513, for example, an upper surface having a thickness of 15 is formed.
It is formed so that the thickness in the depth direction is, for example, about 0.8 μm in a state deeper than 0 nm to 200 nm.
Further, a groove 514 which penetrates the buffer layer 571 and forms a word line (including a gate electrode) in the DRAM region is formed in the element isolation region 512 and the semiconductor substrate 511. The depth of the groove 514 is, for example, 100 nm to
Well diffusion layer 51 having a thickness of about 150 nm and formed previously
The semiconductor substrate 511 is formed so as to remain between 3 and the bottom of the groove 514.
【0015】さらに、上記溝514の底部と上記ウエル
拡散層513との間の半導体基板511にはチャネル拡
散層515が形成されている。上記溝514の内面およ
び半導体基板511上等には、ゲート絶縁膜516が、
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。Further, a channel diffusion layer 515 is formed on the semiconductor substrate 511 between the bottom of the groove 514 and the well diffusion layer 513. A gate insulating film 516 is formed on the inner surface of the groove 514 and on the semiconductor substrate 511.
For example, it is formed of a silicon oxide film having a thickness of about 1.5 nm to 5 nm.
【0016】さらに各溝514を埋め込むように上記ゲ
ート絶縁膜516を介して、例えばリンドープトポリシ
リコン膜からなるワード線(ゲート電極も含む)518
が形成されている。このワード線518は、下層がポリ
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521で形成されている。また、上記ワード
線118のポリシリコン層上の溝514側壁には、サイ
ドウォール絶縁膜520が例えば窒化シリコン膜で形成
されている。また、上記ワード線518は、少なくとも
後に説明する取り出し電極524との耐圧が確保される
距離として、その表面が溝514の上部の半導体基板5
11表面より下がるように形成されている。そのため、
後述する拡散層の取り出し電極524との耐圧距離が確
保されている。Further, a word line (including a gate electrode) 518 made of, for example, a phosphorus-doped polysilicon film via the gate insulating film 516 so as to fill each groove 514.
Are formed. The word line 518 has a lower layer formed of a polysilicon layer and an upper layer formed of a silicide (for example, salicide) layer 521. A sidewall insulating film 520 is formed of, for example, a silicon nitride film on the sidewall of the trench 514 on the polysilicon layer of the word line 118. The surface of the word line 518 is at least the distance to the extraction electrode 524, which will be described later, and the surface of the word line 518 is above the groove 514.
11 is formed so as to be lower than the surface. for that reason,
The withstand voltage distance between the diffusion layer and the extraction electrode 524 described later is secured.
【0017】さらに、DRAM領域の半導体基板511
には、ソース・ドレインとなる拡散層519が形成され
ている。Further, the semiconductor substrate 511 in the DRAM area
A diffusion layer 519 serving as a source / drain is formed in the.
【0018】上記半導体基板511上の全面には、キャ
ップ絶縁膜580が例えば窒化シリコン膜で形成されて
いる。さらに、第1の絶縁膜(絶縁膜)522が形成さ
れている。この第1の絶縁膜522は、表面が平坦化さ
れている。この第1の絶縁膜522には、キャップ絶縁
膜580、バッファ層571等を貫通してDRAM領域
の拡散層519に達する接続孔523が形成されてい
る。この接続孔523は、拡散層519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523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。A cap insulating film 580 is formed of, for example, a silicon nitride film on the entire surface of the semiconductor substrate 511. Further, a first insulating film (insulating film) 522 is formed. The surface of the first insulating film 522 is flattened. A connection hole 523 is formed in the first insulating film 522 so as to penetrate the cap insulating film 580, the buffer layer 571 and the like and reach the diffusion layer 519 in the DRAM region. It is desirable that the connection hole 523 be formed as large as possible in diameter so that the extraction electrode can contact the entire surface of the diffusion layer 519. Thereby, the contact resistance can be reduced.
【0019】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、接続孔523内に
形成されるワード線の取り出し電極124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523が完全にワード線
(ゲート電極)518にオーバラップする形となってい
る。上記接続孔523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524が形成されて
いる。In the drawings, the state in which some misalignment has occurred is intentionally described. However, if excessive over-etching is not performed at the time of opening the contact hole, the physical properties of the extraction electrode 124 of the word line formed in the contact hole 523 will be described. It is possible to secure the appropriate distance. In the projection design viewed from above, the connection hole 523 completely overlaps the word line (gate electrode) 518. A lead-out electrode 524 made of, for example, phosphorus-doped polysilicon is formed in the connection hole 523.
【0020】上記説明したDRAM構造の特徴の一つ
は、DRAM部のワード線は、コンタクトすべき拡散層
よりも基板下に配置されていることで、セルフアライン
コンタクトなどの高選択比の反応性イオンエッチング技
術などを用いる必要が無いことである。したがって、D
RAMの拡散層全面がコンタクトとして取り出せるよう
に、開口径をできるだけ大きくすることが可能である。One of the characteristics of the DRAM structure described above is that the word line in the DRAM section is arranged below the substrate with respect to the diffusion layer to be in contact therewith, so that the reactivity of high selectivity such as self-aligned contact is achieved. It is not necessary to use ion etching technology or the like. Therefore, D
It is possible to make the opening diameter as large as possible so that the entire diffusion layer of the RAM can be taken out as a contact.
【0021】また、多少のアライメントずれを起こした
場合であっても、コンタクト開口時に過剰なオーバエッ
チングを施さなければ、ワード線と取り出し電極との物
理的な距離を確保することができる。Further, even if some misalignment occurs, the physical distance between the word line and the take-out electrode can be secured unless excessive overetching is performed at the time of opening the contact.
【0022】[0022]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示すように、アライメントが大きくずれ、拡散層519
に接続する取り出し電極524が下層のワード線(ゲー
ト電極)518上層のサリサイド層521に重なった場
合、接続孔523の開口時のオーバエッチング量を微妙
に制御しないと、拡散層519とワード線(ゲート電
極)518との間で電流がリークし、最悪の場合、ショ
ートするおそれがある。However, as shown in FIG. 6, the alignment is largely deviated and the diffusion layer 519
In the case where the extraction electrode 524 connected to is overlapped with the lower layer word line (gate electrode) 518 and the upper layer salicide layer 521, the diffusion layer 519 and the word line ( Current may leak between the gate electrode) 518 and in the worst case, a short circuit may occur.
【0023】[0023]
【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およびその製造方法で
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a semiconductor device and a method of manufacturing the same which are made to solve the above problems.
【0024】本発明の半導体装置は、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、前記溝の側壁における前記半導体基板の表面側に拡
散層が形成された半導体装置であって、前記ワード線上
層に形成されたシリサイド層と、前記シリサイド層上に
前記溝を埋め込むように形成されたストッパ絶縁膜と、
前記ワード線上方に前記ストッパ絶縁膜を介してオーバ
ラップする状態で前記拡散層に接続される取り出し電極
とを備えたものである。In the semiconductor device of the present invention, a word line is embedded in a groove formed in a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a diffusion layer is formed on a side surface of the groove on a surface side of the semiconductor substrate. In the device, a silicide layer formed on the word line upper layer, a stopper insulating film formed on the silicide layer so as to fill the groove,
An extraction electrode connected to the diffusion layer in a state of overlapping above the word line via the stopper insulating film is provided.
【0025】上記半導体装置では、溝内のワード線上層
に形成されたシリサイド層上に、この溝を埋め込むよう
にストッパ絶縁膜が形成されていることから、ワード線
上方にオーバラップする状態で、溝側壁部の半導体基板
に形成された拡散層に接続する取り出し電極が形成され
ていても、ストッパ絶縁膜によって取り出し電極がシリ
サイド層に接続されるのが防がれている。そのため、ワ
ード線と取り出し電極とのショートの発生が防止され、
またその間の耐圧が充分に確保される。よって、信頼性
の高い半導体装置となる。In the above semiconductor device, since the stopper insulating film is formed on the silicide layer formed in the upper layer of the word line in the groove so as to fill the groove, in the state of overlapping above the word line, Even if the lead-out electrode connected to the diffusion layer formed on the semiconductor substrate at the side wall of the groove is formed, the stopper insulating film prevents the lead-out electrode from being connected to the silicide layer. Therefore, the occurrence of a short circuit between the word line and the extraction electrode is prevented,
In addition, a sufficient breakdown voltage is secured during that period. Therefore, the semiconductor device has high reliability.
【0026】本発明の半導体装置の製造方法は、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
分離領域の所定の位置に溝を形成する工程と、前記溝内
面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記溝の上部を残
した状態で前記溝内を埋め込むようにワード線の下層を
形成する工程と、前記ワード線の下層上の前記溝側壁に
サイドウォール絶縁膜を形成する工程と、前記ワード線
の下層上に上層となるシリサイド層を形成する工程と、
前記シリサイド層上に前記溝の上部を埋め込むストッパ
絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板上を覆う絶縁
膜を形成する工程と、前記ワード線上に前記ストッパ絶
縁膜を介してオーバラップするとともに前記拡散層に達
する接続孔を前記絶縁膜に形成する工程と、前記接続孔
内に取り出し電極を形成する工程とを備えている。A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of forming an element isolation region on a semiconductor substrate and then forming a diffusion layer on the front surface side of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate and the element isolation region at predetermined positions. A step of forming a groove, a step of forming a gate insulating film on the inner surface of the groove, a step of forming a lower layer of the word line so as to fill the inside of the groove with the upper part of the groove left, A step of forming a sidewall insulating film on the side wall of the groove on the lower layer, and a step of forming an upper silicide layer on the lower layer of the word line,
Forming a stopper insulating film on the silicide layer to fill the upper portion of the groove; forming an insulating film covering the semiconductor substrate; and overlapping the word line with the stopper insulating film interposed therebetween. The method includes a step of forming a connection hole reaching the diffusion layer in the insulating film, and a step of forming a lead electrode in the connection hole.
【0027】上記半導体装置の製造方法では、溝内のワ
ード線の上層となるシリサイド層を形成した後、溝の上
部を埋め込むストッパ絶縁膜を形成することから、その
後、溝側壁部の半導体基板に形成された拡散層に接続す
る接続孔を形成した際に、接続孔はストッパ絶縁膜によ
りそれよりも深く形成されない。すなわち、接続孔はシ
リサイド層に達することはない。したがって、接続孔内
に取り出し電極を形成しても、取り出し電極がワード線
(シリサイド層)と接続されることは無いので、取り出
し電極とワード線とのショートが防止、またその間の耐
圧が充分に確保される。よって、信頼性の高い半導体装
置が形成される。In the method of manufacturing a semiconductor device described above, after forming the silicide layer to be the upper layer of the word line in the groove and forming the stopper insulating film filling the upper part of the groove, the semiconductor substrate on the side wall of the groove is then formed. When the connection hole connecting to the formed diffusion layer is formed, the connection hole is not formed deeper than that due to the stopper insulating film. That is, the connection hole does not reach the silicide layer. Therefore, even if the lead-out electrode is formed in the connection hole, the lead-out electrode is not connected to the word line (silicide layer), so that the lead-out electrode and the word line are prevented from being short-circuited, and the withstand voltage between them is sufficient. Reserved. Therefore, a highly reliable semiconductor device is formed.
【0028】[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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG.
【0029】図1に示すように、半導体基板11は、例
えば1×1017/cm3 程度のp型不純物濃度を有する
シリコン基板で構成されている。上記半導体基板11に
は、メモリ素子領域を電気的に分離する素子分離領域1
2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
る。さらに半導体基板11上には、素子分離領域12上
を覆うバッファ層71が例えば酸化シリコン膜で例えば
20nm〜40nmの厚さに形成されている。As shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 11 is composed of a silicon substrate having a p-type impurity concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 , for example. The semiconductor substrate 11 has an element isolation region 1 for electrically isolating a memory element region.
2 is formed. The element isolation region 12 is formed by, for example, STI (Shallow Trench Isolation) technology.
For example, it is formed to a depth of about 0.1 μm to 0.2 μm. Further, on the semiconductor substrate 11, a buffer layer 71 covering the element isolation region 12 is formed of, for example, a silicon oxide film with a thickness of, for example, 20 nm to 40 nm.
【0030】上記バッファ層71は、製造上必要なもの
であって、ウエル拡散層13を形成する際の緩衝膜とし
ての機能を有し、後に説明するメモリ素子のトランジス
タ(アクセストランジスタ)の基板濃度を調整するイオ
ン注入時にDRAMの接合となる領域に対してイオン注
入のストッパとしての機能を有し、さらに、溝14に埋
め込まれたワード線18の表面にシリサイド層21を形
成する際に、DRAM領域の拡散層19にシリサイド層
21が形成されるのを防止する機能を有する。The buffer layer 71 is necessary for manufacturing, has a function as a buffer film when the well diffusion layer 13 is formed, and has a substrate concentration of a transistor (access transistor) of a memory element described later. Has a function as a stopper for ion implantation to a region which becomes a junction of the DRAM at the time of ion implantation for adjusting the ion implantation, and further, when the silicide layer 21 is formed on the surface of the word line 18 buried in the trench 14, It has a function of preventing the silicide layer 21 from being formed in the diffusion layer 19 in the region.
【0031】上記メモリ素子領域の半導体基板11中に
は、ウエル拡散層13が、例えば上面が150nm〜2
00nmよりも深い状態で、かつ深さ方向の厚さが例え
ば0.8μm程度となるように形成されている。このウ
エル拡散層13は、P形であって、例えばホウ素を導入
して形成されるものであり、例えばイオン注入で形成す
る場合には、イオン種にホウ素を用い、ドーズ量を例え
ば5×1012/cm2〜7×1012/cm2 程度とす
る。In the semiconductor substrate 11 in the memory element region, the well diffusion layer 13 has, for example, an upper surface of 150 nm to 2 nm.
It is formed in a state deeper than 00 nm and has a thickness in the depth direction of, for example, about 0.8 μm. The well diffusion layer 13 is of P type and is formed by introducing, for example, boron. For example, when the well diffusion layer 13 is formed by ion implantation, boron is used as an ion species and the dose amount is, for example, 5 × 10 5. It is about 12 / cm 2 to 7 × 10 12 / cm 2 .
【0032】さらに、必要に応じて、素子分離領域12
下方の半導体基板11に素子分離拡散層(図示せず)が
形成されていてもよい。Further, if necessary, the element isolation region 12
An element isolation diffusion layer (not shown) may be formed on the lower semiconductor substrate 11.
【0033】さらに、バッファ層71を貫通し、上記素
子分離領域12および半導体基板11には、DRAM領
域のワード線(ゲート電極も含む)が形成される溝14を
形成されている。この溝14の深さは、例えば100n
m〜150nm程度であり、先に形成したウエル拡散層
13とこの溝14の底部との間に半導体基板11が残る
ように形成されている。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1
4の深さとが多少の差を生じていてもよい。Further, a groove 14 is formed in the element isolation region 12 and the semiconductor substrate 11 so as to penetrate the buffer layer 71 and in which a word line (including a gate electrode) in the DRAM region is formed. The depth of this groove 14 is, for example, 100 n
The thickness is about m to 150 nm, and the semiconductor substrate 11 is formed so as to remain between the well diffusion layer 13 previously formed and the bottom of the groove 14. The depth of the groove 14 formed in the semiconductor substrate 11 and the groove 1 formed in the element isolation region 12
The depth of 4 may have some difference.
【0034】また、上記溝14底部のエッジ部分は、セ
ルトランジスタの電界集中を避けるために、いわゆるラ
ウンド形状に形成されていることが望ましく、また、溝
14の幅がメモリ素子のアクセストランジスタのチャネ
ル長になるので、溝14の側壁はできうる限り半導体基
板11表面に対して垂直に形成されることが望ましい。The edge of the bottom of the groove 14 is preferably formed in a so-called round shape in order to avoid the electric field concentration of the cell transistor, and the width of the groove 14 is the channel of the access transistor of the memory element. Since it becomes long, it is desirable that the side wall of the groove 14 is formed as perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 11 as possible.
【0035】さらに、上記溝14の底部と上記ウエル拡
散層13との間の半導体基板11にはチャネル拡散層1
5が形成されている。DRAM領域のワードトランジス
タの上記チャネル拡散層15として、高濃度(例えば
1.0×1018/cm3 〜1.0×1019/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11部分であり、溝14の側
壁や上部における半導体基板11は極めて低濃度でよ
い。したがって、後述する拡散層19下部の半導体基板
11部分は、極めて低濃度(例えば1.0×1017/c
m3 〜1.0×10 18/cm3 )で形成されている。Further, the bottom of the groove 14 and the well expansion are
The channel diffusion layer 1 is formed on the semiconductor substrate 11 between the diffusion layer 13 and the diffusion layer 13.
5 is formed. Word Transistor in DRAM area
As the channel diffusion layer 15 of the
1.0 x 1018/ Cm3~ 1.0 x 1019/ Cm3) To
The area that must be dug down is the semiconductor substrate 11.
Which is the semiconductor substrate 11 portion at the bottom of the groove 14 and is on the groove 14 side.
The concentration of the semiconductor substrate 11 on the walls and the upper part should be extremely low.
Yes. Therefore, the semiconductor substrate below the diffusion layer 19 described later
11 parts are extremely low density (for example, 1.0 × 1017/ C
m3~ 1.0 x 10 18/ Cm3) Is formed.
【0036】上記溝14の内面および半導体基板11上
等には、ゲート絶縁膜16が形成されている。上記ゲー
ト絶縁膜16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16は、例えば1.5nm〜5n
m程度の厚さの酸化シリコン膜で形成されている。A gate insulating film 16 is formed on the inner surface of the groove 14 and on the semiconductor substrate 11. Since the gate insulating film 16 has a film thickness slightly thicker than that of the most advanced logic transistor and the gate length is formed a little longer, the silicon oxide film formed by thermal oxidation is applied even in this generation. Is possible. Therefore, the gate insulating film 16 in the DRAM region has, for example, 1.5 nm to 5 n.
It is formed of a silicon oxide film having a thickness of about m.
【0037】さらに各溝14を埋め込むように上記ゲー
ト絶縁膜16を介して、例えばリンドープトポリシリコ
ン膜からなるワード線(ゲート電極も含む)18が形成
されている。このワード線18は、下層がポリシリコン
層で形成され、上層がシリサイド(例えばサリサイド)
層21で形成されている。また、上記ワード線18のポ
リシリコン層上の溝14側壁には、サイドウォール絶縁
膜20が例えば窒化シリコン膜で形成されている。ま
た、上記ワード線18は、少なくとも後に説明する取り
出し電極24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表面より例えば50
nm〜100nm程度下がるように形成されている。Further, a word line (including a gate electrode) 18 made of, for example, a phosphorus-doped polysilicon film is formed via the gate insulating film 16 so as to fill each groove 14. The word line 18 has a lower layer made of a polysilicon layer and an upper layer made of silicide (for example, salicide).
It is formed of the layer 21. Further, a sidewall insulating film 20 is formed of, for example, a silicon nitride film on the sidewall of the trench 14 on the polysilicon layer of the word line 18. The surface of the word line 18 is, for example, 50 degrees from the surface of the semiconductor substrate 11 above the groove 14 as a distance at which a withstand voltage with respect to the extraction electrode 24 described later is secured.
It is formed so as to decrease by about 100 nm to 100 nm.
【0038】さらに、上記シリサイド層21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
用いられている。上記サイドウォール絶縁膜20はシリ
サイド層21と拡散層19との間の耐圧を確保する機能
を有する。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。Further, the silicide layer 21 is made of, for example, cobalt silicide (CoSi 2 ), titanium silicide (TiSi 2 ), nickel silicide (NiSi 2 ), or the like. The sidewall insulating film 20 has a function of ensuring a breakdown voltage between the silicide layer 21 and the diffusion layer 19. It should be noted that there may be some difference between the depth of the groove 14 formed in the semiconductor substrate 11 and the depth of the groove 14 formed in the element isolation region 12.
【0039】上記シリサイド層21上の溝14はストッ
パ絶縁膜75によって埋め込まれている。このストッパ
絶縁膜75は、例えば窒化シリコンからなり、後に説明
する拡散層19に達する接続孔23をエッチングによっ
て形成する際に、接続孔23がシリサイド層21に達す
るのを防ぐ機能を有する絶縁材料であればよい。したが
って、ストッパ絶縁膜75には、窒化シリコンの他に、
有機絶縁材料を用いることも可能である。The groove 14 on the silicide layer 21 is filled with a stopper insulating film 75. The stopper insulating film 75 is made of, for example, silicon nitride, and is an insulating material having a function of preventing the connection hole 23 from reaching the silicide layer 21 when the connection hole 23 reaching the diffusion layer 19 described later is formed by etching. I wish I had it. Therefore, in the stopper insulating film 75, in addition to silicon nitride,
It is also possible to use an organic insulating material.
【0040】さらに、DRAM領域の半導体基板11に
は、ソース・ドレインとなる拡散層19が形成されてい
る。この拡散層19には、N形の不純物としてリンが用
いられ、濃度が1×1018/cm3 〜3×1018/cm
3 となっている。そのため、この領域の半導体基板11
は1×1016/cm3 〜5×1017/cm3 程度の非常
に薄い濃度に設定されている。Further, on the semiconductor substrate 11 in the DRAM region, diffusion layers 19 serving as sources / drains are formed. Phosphorus is used as an N-type impurity in the diffusion layer 19 and has a concentration of 1 × 10 18 / cm 3 to 3 × 10 18 / cm 3.
It is 3 . Therefore, the semiconductor substrate 11 in this region
Is set to a very thin concentration of about 1 × 10 16 / cm 3 to 5 × 10 17 / cm 3 .
【0041】よって、このN−P接合は超グレーディッ
ド接合(非常に緩やかな濃度勾配の接合)となる。この
ような状態の接合では、逆バイアス時の電界を緩和し、
メガビット級のDRAMでわずかppmオーダーの不良
ビットに起きる通常よりも2桁程度も悪い接合リークの
電流抑制に劇的に寄与する。この不良ビットのデータ保
持特性がDRAMのチップ性能を支配しており、今後の
DRAMでデータ保持特性を維持する重要な技術となっ
ている。Therefore, this NP junction becomes an ultra-graded junction (a junction having a very gentle concentration gradient). In the junction in such a state, the electric field at the time of reverse bias is relaxed,
In the megabit class DRAM, it dramatically contributes to the suppression of the junction leakage current, which occurs in a defective bit of only ppm order and is about two orders of magnitude worse than usual. The data retention characteristic of the defective bit dominates the chip performance of the DRAM, and will be an important technique for maintaining the data retention characteristic in the future DRAM.
【0042】例えば、基板濃度が5×1016/cm3 程
度であるならば、85℃で500ms以上のデータ保持
特性が期待でき、これは実に4世代〜5世代も前のデー
タのデータ保持特性に匹敵する性能を発揮すると予想さ
れる。また、DRAM領域のアクセストランジスタは、
半導体基板11をいわゆるラウンドする形でチャネルが
形成されることから、実効的なチャネル長を長く確保す
ることもでき、バックバイアスを印加して使う、短チャ
ネル効果が厳しいDRAMセルのトランジスタ特性の安
定化を図ることもできる。For example, if the substrate concentration is about 5 × 10 16 / cm 3 , a data retention characteristic of 500 ms or more at 85 ° C. can be expected, which is actually the data retention characteristic of previous generations 4-5 generations. It is expected that the performance will be comparable to. The access transistor in the DRAM area is
Since the channel is formed in a so-called round shape in the semiconductor substrate 11, it is possible to secure a long effective channel length, and to apply a back bias to use the transistor characteristics of the DRAM cell with a severe short channel effect. It can also be achieved.
【0043】上記半導体基板11上の全面には、キャッ
プ絶縁膜80が例えば厚さが10nm〜20nmの窒化
シリコン膜で形成されている。このキャップ絶縁膜80
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。さらに、
全面に第1の絶縁膜(絶縁膜)22が形成されている。
この第1の絶縁膜22は、表面が平坦化されている。On the entire surface of the semiconductor substrate 11, a cap insulating film 80 is formed of, for example, a silicon nitride film having a thickness of 10 nm to 20 nm. This cap insulating film 80
Is effective in suppressing the junction leak in the salicide forming portion, but it is not necessary to form it if it is unnecessary. further,
A first insulating film (insulating film) 22 is formed on the entire surface.
The surface of the first insulating film 22 is flattened.
【0044】この第1の絶縁膜22には、キャップ絶縁
膜80、バッファ層71等を貫通してDRAM領域の拡
散層19に達する接続孔23が形成されている。この接
続孔23は、拡散層19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23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。A connection hole 23 is formed in the first insulating film 22 so as to penetrate the cap insulating film 80, the buffer layer 71 and the like and reach the diffusion layer 19 in the DRAM region. It is desirable that the connection hole 23 be formed as large as possible in diameter so that the extraction electrode can contact the entire surface of the diffusion layer 19. Thereby, the contact resistance can be reduced.
【0045】上記接続孔23内には、例えばリンドープ
トポリシリコンで形成されるワード線の取り出し電極2
4が形成されている。また、取り出し電極24上面が第
2の絶縁膜22表面と同一面になるように、上記第1の
絶縁膜22の表面は平坦化されている。In the connection hole 23, for example, a lead-out electrode 2 for a word line formed of phosphorus-doped polysilicon.
4 are formed. The surface of the first insulating film 22 is flattened so that the upper surface of the extraction electrode 24 is flush with the surface of the second insulating film 22.
【0046】上記構成を有する半導体装置では、この図
1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。このような場合に接続孔23の開口時に過剰
なオーバエッチングが行われたとしても、ストッパ絶縁
膜75によって接続孔23がシリサイド層21に接近す
るもしくは達するのを防ぎ、接続孔23内に形成される
取り出し電極24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23が完全にワード線(ゲート電極)18にオーバ
ラップする形となっている。In the semiconductor device having the above structure, FIG. 1 intentionally describes a state in which some misalignment occurs. In such a case, even if excessive over-etching is performed when the connection hole 23 is opened, the stopper insulating film 75 prevents the connection hole 23 from approaching or reaching the silicide layer 21, and is formed in the connection hole 23. It is possible to secure a physical distance between the extraction electrodes 24. In the projection design viewed from above, the connection hole 23 completely overlaps the word line (gate electrode) 18.
【0047】さらに上記説明したセルトランジスタ上に
形成されるキャパシタの一例を、図2の概略構成断面図
により説明する。Further, an example of a capacitor formed on the above-described cell transistor will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG.
【0048】図2に示すように、第1の絶縁膜22およ
び取り出し電極24より下部の構成は、前記図1によっ
て説明した構成と同様である。上記第1の絶縁膜22上
には、取り出し電極24を覆うエッチングストップ層2
5が形成されている。As shown in FIG. 2, the structure below the first insulating film 22 and the extraction electrode 24 is the same as the structure described with reference to FIG. The etching stop layer 2 covering the extraction electrode 24 is formed on the first insulating film 22.
5 is formed.
【0049】上記エッチングストップ層25、上記第1
の絶縁膜22、キャップ絶縁膜80およびストッパ絶縁
膜75には、DRAM領域のワード線18上のシリサイ
ド層21(21w)に達する接続孔26が形成されてい
る。上記接続孔26内には取り出し電極27が形成され
ている。上記取り出し電極27は、窒化チタン膜からな
る密着層85を介して接続孔26内を埋め込むように形
成されたタングステン膜86からなる。The etching stop layer 25, the first
In the insulating film 22, the cap insulating film 80, and the stopper insulating film 75, a connection hole 26 reaching the silicide layer 21 (21w) on the word line 18 in the DRAM region is formed. An extraction electrode 27 is formed in the connection hole 26. The extraction electrode 27 is composed of a tungsten film 86 formed so as to fill the inside of the connection hole 26 with an adhesion layer 85 composed of a titanium nitride film interposed therebetween.
【0050】上記エッチングストップ層25上には、上
記取り出し電極27を覆う第2の絶縁膜31が形成され
ている。この第2の絶縁膜31は例えば酸化シリコン膜
を例えば50nm〜150nmの厚さに堆積して形成さ
れている。A second insulating film 31 is formed on the etching stop layer 25 to cover the extraction electrode 27. The second insulating film 31 is formed by depositing, for example, a silicon oxide film to a thickness of 50 nm to 150 nm.
【0051】上記第2の絶縁膜31、エッチングストッ
プ層25には、取り出し電極24に接続するビットコン
タクトホール32が形成されている。また第2の絶縁膜
31上にはビット線34が形成されていて、その一部は
上記ビットコンタクトホール32を通じて取り出し電極
24に接続されている。また、第2の絶縁膜31上には
ローカル配線35が形成されている。上記ビット線34
およびローカル配線35は、例えばタングステン膜37
により形成され、その下部に密着層36が形成され、そ
の上部にキャップ層38が形成されている。A bit contact hole 32 connected to the extraction electrode 24 is formed in the second insulating film 31 and the etching stop layer 25. A bit line 34 is formed on the second insulating film 31, and a part of the bit line 34 is connected to the extraction electrode 24 through the bit contact hole 32. Further, the local wiring 35 is formed on the second insulating film 31. Bit line 34
The local wiring 35 is formed of, for example, a tungsten film 37.
The adhesive layer 36 is formed on the lower portion of the above, and the cap layer 38 is formed on the upper portion thereof.
【0052】上記第2の絶縁膜22上には、上記ビット
線34およびローカル配線35を覆うエッチングストッ
パ層41および第3の絶縁膜42が形成されている。こ
のエッチングストッパ層41は、ALD窒化シリコン膜
で、例えば30nm〜50nmの厚さに形成されてい
る。An etching stopper layer 41 and a third insulating film 42 are formed on the second insulating film 22 to cover the bit line 34 and the local wiring 35. The etching stopper layer 41 is an ALD silicon nitride film and is formed to have a thickness of, for example, 30 nm to 50 nm.
【0053】上記第3の絶縁膜42から上記エッチング
ストッパ層25にかけて、記憶ノードコンタクトの取り
出し電極24、24に達する記憶ノードコンタクトが設
けられる接続孔43が形成されている。この接続孔43
内においては上記エッチングストッパ層41が、ビット
線と記憶ノードコンタクトとの耐圧が確保される膜厚の
サイドウォールとしてビット線34の側壁に残る。さら
に上記接続孔43内には取り出し電極24に接続する記
憶ノードコンタクト44が形成されている。この記憶ノ
ードコンタクト44は、例えばタングステン、チタン、
窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、酸化ルテニウム
等の材料で形成されている。なお、上記第3の絶縁膜4
2表面は、例えば、記憶ノードコンタクト44上面とと
もに平坦化されている。A connection hole 43 is formed from the third insulating film 42 to the etching stopper layer 25, in which storage node contacts reaching the extraction electrodes 24, 24 of the storage node contact are provided. This connection hole 43
Inside, the etching stopper layer 41 remains on the side wall of the bit line 34 as a side wall having a film thickness that ensures the breakdown voltage between the bit line and the storage node contact. Further, a storage node contact 44 connected to the extraction electrode 24 is formed in the connection hole 43. The storage node contact 44 is made of, for example, tungsten, titanium,
It is made of a material such as titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, or ruthenium oxide. The third insulating film 4
The second surface is flattened together with the upper surface of the storage node contact 44, for example.
【0054】上記第3の絶縁膜42上には第4の絶縁膜
45が形成されている。この第4の絶縁膜45には、キ
ャパシタが形成される凹部46が、その底部に上記記憶
ノードコンタクト44上面が露出するように形成されて
いる。その凹部46内には、熱処理が不要なMIM(Me
tal/insulator/Metal)構造のキャパシタ91が形成さ
れている。MIM構造のキャパシタ91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、電極92、94にルテニウム(Ru)、酸化
ルテニウム(RuO)系材料が用いられ、電極92、9
4間に形成される誘電体膜93にはBST(BaTiO
3 とSrTiO3 との混晶)系の膜が採用されている。A fourth insulating film 45 is formed on the third insulating film 42. A recess 46 in which a capacitor is formed is formed in the fourth insulating film 45 so that the upper surface of the storage node contact 44 is exposed at the bottom thereof. In the recess 46, MIM (Me
A capacitor 91 having a tal / insulator / Metal structure is formed. It is expected that the MIM structure capacitor 91 will be indispensable in a DRAM having a size of 0.1 μm or later. At present, as an example, electrodes 92 and 94 are made of a ruthenium (Ru) or ruthenium oxide (RuO) -based material, and the electrodes 92 and 9 are used.
The BST (BaTiO 3) is formed on the dielectric film 93 formed between
A mixed crystal type film of 3 and SrTiO 3 is used.
【0055】上記第4の絶縁膜45上には、上記MIM
構造のキャパシタ91を覆う第5の絶縁膜47が形成さ
れている。この第5の絶縁膜47表面は平坦化されてい
る。上記第5の絶縁膜47ないし第1の絶縁膜22に
は、キャパシタ取り出し電極、ワード線取り出し電極、
ローカル配線取り出し電極等を形成するための接続孔1
11、112、113等が形成されている。The MIM is formed on the fourth insulating film 45.
A fifth insulating film 47 covering the structured capacitor 91 is formed. The surface of the fifth insulating film 47 is flattened. The fifth insulating film 47 to the first insulating film 22 are provided with a capacitor extraction electrode, a word line extraction electrode,
Connection hole 1 for forming local wiring take-out electrodes, etc.
11, 112, 113 and the like are formed.
【0056】各接続孔111、112、113等には、
キャパシタ取り出し電極121、ワード線取り出し電極
122、ローカル配線取り出し電極123等が形成され
ている。In each connection hole 111, 112, 113, etc.,
A capacitor extraction electrode 121, a word line extraction electrode 122, a local wiring extraction electrode 123, etc. are formed.
【0057】さらに、第5の絶縁膜47上には第6の絶
縁膜48が形成されている。この第6の絶縁膜48に
は、各電極121、122、123に達する配線溝13
1、132、133が形成され、各配線溝131〜13
3には第1の配線141〜143が形成されている。こ
の第1の配線141〜143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が形成さ
れている。なお、上記電極121〜123および上記配
線141〜143には、電極、配線、絶縁膜の材質によ
って、通常知られている密着層、バリア層が形成されて
いる。Further, a sixth insulating film 48 is formed on the fifth insulating film 47. In the sixth insulating film 48, the wiring groove 13 reaching each electrode 121, 122, 123 is formed.
1, 132, 133 are formed, and the wiring grooves 131 to 13 are formed.
The first wirings 141 to 143 are formed on the third wiring 3. The first wirings 141 to 143 are, for example, copper wirings.
Although not shown, an upper layer wiring is further formed if necessary. The electrodes 121 to 123 and the wirings 141 to 143 are provided with a commonly known adhesion layer and barrier layer depending on the materials of the electrodes, wirings, and insulating films.
【0058】上記半導体装置では、チャネルが形成され
る溝14下部とウエル拡散層13との間の半導体基板1
1にチャネル拡散層15が形成されていることから、溝
14とウエル拡散層13との間の領域の不純物濃度は溝
14周囲の半導体基板11の不純物濃度よりも高くな
る。また、ソース・ドレインとなる拡散層19下部の半
導体基板11濃度は極めて低くなっていることから、拡
散層19の接合の電界が弱められるので、ppmオーダ
ーでの接合リークの抑制が可能になり、それによって、
データ保持特性が極めてよくなる。In the above semiconductor device, the semiconductor substrate 1 between the lower portion of the groove 14 in which a channel is formed and the well diffusion layer 13 is formed.
Since the channel diffusion layer 15 is formed in No. 1, the impurity concentration of the region between the groove 14 and the well diffusion layer 13 is higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate 11 around the groove 14. Further, since the concentration of the semiconductor substrate 11 under the diffusion layer 19 serving as the source / drain is extremely low, the electric field of the junction of the diffusion layer 19 is weakened, so that it is possible to suppress the junction leak on the order of ppm. Thereby,
The data retention characteristics are extremely improved.
【0059】ワード線18上層にシリサイド層21が形
成されていることから、ワード線18の抵抗が低減さ
れ、遅延の問題が回避されて、動作速度が向上する。そ
れとともに、ワード線18へのコンタクト抵抗が低減さ
れる。Since the silicide layer 21 is formed above the word line 18, the resistance of the word line 18 is reduced, the delay problem is avoided, and the operation speed is improved. At the same time, the contact resistance to the word line 18 is reduced.
【0060】しかも、半導体基板11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ことから、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、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D
RAM)のトランジスタ特性が安定化される。Moreover, since the diffusion layer is formed on the surface side of the semiconductor substrate 11 and the word line is buried in the groove formed in the semiconductor substrate via the gate insulating film, the word line is formed in the channel. It is formed so as to surround the semiconductor substrate on the bottom side of the groove. Therefore, since an effective channel length is sufficiently secured, a back bias is applied to the memory element (for example, D
The transistor characteristics of RAM) are stabilized.
【0061】また、拡散層19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、メモリ素子領域の拡
散層19下部の半導体基板11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。Since the diffusion layer 19 has a low impurity concentration in the depth direction, the concentration of the semiconductor substrate 11 below the diffusion layer 19 in the memory element region should not be made as high as required for the cell transistor. Therefore, the electric field of the junction is relaxed, and the performance of the data retention characteristic, which becomes more severe as the cell size of the memory element is reduced, is maintained.
【0062】また、ゲート絶縁膜16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1
8上に、第1の絶縁膜22を介してこのワード線18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19に接続される取り出し電極24が形成され
ていることから、ワード線18上の第1の絶縁膜22を
20nm〜30nm以上の十分な膜厚を確保することが
可能になる。それによって、拡散層19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19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。In addition, the word line 1 embedded in the groove 14 formed in the semiconductor substrate 11 via the gate insulating film 16.
Since the take-out electrode 24 connected to the diffusion layer 19 formed on the surface of the semiconductor substrate 11 is formed on the semiconductor substrate 8 while overlapping the word line 18 via the first insulating film 22, the word It becomes possible to secure a sufficient film thickness of 20 nm to 30 nm or more for the first insulating film 22 on the line 18. Thereby, the breakdown voltage with respect to the extraction electrode connected to the diffusion layer 19 is secured. Therefore, since the entire surface of the diffusion layer 19 of the memory element is used for the contact, the effective area can be effectively used. Therefore, the lowest resistance value that can be realized by the cell design is realized, so that the contact resistance can be reduced.
【0063】次に、本発明の半導体装置の製造方法に係
る一実施の形態を、図3、図4の製造工程断面図によっ
て説明する。図3、図4では、前記図1、図2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。Next, an embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to manufacturing process sectional views of FIGS. In FIGS. 3 and 4, the same components as those described with reference to FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals.
【0064】図3の(1)に示すように、半導体基板1
1として、例えば1×1017/cm 3 程度のp型不純物
濃度を有するシリコン基板を用意する。例えばSTI
(Shallow Trench Isolation )技術によって、上記半
導体基板11に、メモリ素子領域を分離する素子分離領
域12を形成する。この素子分離領域12は例えば0.
1μm〜0.2μm程度の深さに形成される。次いで、
化学的気相成長(以下CVDという、CVDはChemical
Vapor Deposition の略)によって素子分離領域12上
を覆うように上記半導体基板11上に例えば酸化シリコ
ン膜からなるバッファ層71を例えば20nm〜40n
mの厚さに形成する。As shown in FIG. 3A, the semiconductor substrate 1
1, for example, 1 × 1017/ Cm 3P-type impurities
A silicon substrate having a concentration is prepared. For example STI
(Shallow Trench Isolation)
An element isolation region for isolating the memory element region is formed on the conductor substrate 11.
Area 12 is formed. The element isolation region 12 has, for example, 0.
It is formed to a depth of about 1 μm to 0.2 μm. Then
Chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD, CVD is chemical
Vapor Deposition) on the element isolation region 12
On the semiconductor substrate 11 so as to cover
The buffer layer 71 made of a silicon film, for example, 20 nm to 40 n
It is formed to a thickness of m.
【0065】次いで、イオン注入により、DRAMのメ
モリ素子領域の半導体基板11中に例えばホウ素を導入
してウエル拡散層13を形成する。このイオン注入条件
としては、イオン種にホウ素を用い、ドーズ量を例えば
5×1012/cm2 〜7×1012/cm2 程度とし、後
に形成される溝の深さよりも深くなるように、例えば1
50nm〜200nmよりも深く、素子分離領域12の
深さよりもやや深い状態に形成される。また、ウエル拡
散層13は深さ方向の厚さを例えば0.8μm程度とす
る。Next, by ion implantation, for example, boron is introduced into the semiconductor substrate 11 in the memory element region of the DRAM to form the well diffusion layer 13. As the ion implantation conditions, boron is used as the ion species, the dose amount is, for example, about 5 × 10 12 / cm 2 to 7 × 10 12 / cm 2, and the depth is deeper than the depth of the groove formed later. Eg 1
It is formed deeper than 50 nm to 200 nm and slightly deeper than the depth of the element isolation region 12. The well diffusion layer 13 has a thickness in the depth direction of, for example, about 0.8 μm.
【0066】また必要に応じて、パンチスルーストップ
・イオン注入を行う。この段階では、まだDRAMセル
のアクセストランジスタ用の基板濃度調整イオン注入
(いわゆるチャネルドープ)は行わない。さらに必要に
応じて、素子分離領域12下方の半導体基板11に素子
分離拡散層(図示せず)を形成してもよい。If necessary, punch-through stop ion implantation is performed. At this stage, the substrate concentration adjusting ion implantation (so-called channel doping) for the access transistor of the DRAM cell is not yet performed. Furthermore, if necessary, an element isolation diffusion layer (not shown) may be formed on the semiconductor substrate 11 below the element isolation region 12.
【0067】上記バッファ層71は、上記ウエル拡散層
13を形成する際の緩衝膜の機能を有するものである。
また、後に行うメモリ素子のトランジスタ(アクセスト
ランジスタ)の基板濃度を調整するイオン注入時にDR
AMの接合となる領域に対してイオン注入のストッパと
して機能する。さらに、溝に埋め込まれたワード線の表
面にサリサイドを形成する際に、DRAM領域の拡散層
にサリサイドが形成されるのを防止する機能を有する。The buffer layer 71 has a function as a buffer film when the well diffusion layer 13 is formed.
Further, DR is performed at the time of ion implantation for adjusting the substrate concentration of the transistor (access transistor) of the memory element, which is performed later
It functions as a stopper for ion implantation in a region that becomes a junction of AM. Further, it has a function of preventing the formation of salicide in the diffusion layer in the DRAM region when forming salicide on the surface of the word line buried in the groove.
【0068】次いで、図3の(2)に示すように、レジ
スト塗布、リソグラフィー技術によりワード線を形成す
る領域を開口したレジストマスク(図示せず)を形成し
た後にエッチング加工を施すことによって、バッファ層
71、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1
2(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)が形成される溝14を
形成する。この溝14の深さは、例えば100nm〜1
50nm程度であり、先に形成したウエル拡散層13と
この溝14の底部との間に半導体基板11が残るように
する。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の深さとが多少
の差を生じてもよい。Next, as shown in FIG. 3B, a resist mask (not shown) having an opening in a region where a word line is formed is formed by resist coating and a lithographic technique, and then an etching process is performed to form a buffer. The layer 71, the element isolation region 12, and the semiconductor substrate 11 are etched (for example, continuously etched) to form the element isolation region 1
A trench 14 in which a word line (including a gate electrode) in the DRAM region is formed is formed in the 2 (field) and the semiconductor substrate 11. The depth of the groove 14 is, for example, 100 nm to 1
The thickness is about 50 nm, and the semiconductor substrate 11 is left between the well diffusion layer 13 previously formed and the bottom of this groove 14. The depth of the groove 14 formed in the semiconductor substrate 11 and the depth of the groove 14 formed in the element isolation region 12 may be slightly different.
【0069】また、上記溝14はDRAM領域のみに形
成されることから、溝14底部のエッジ部分は、セルト
ランジスタの電界集中を避けるために、いわゆるラウン
ド形状に形成することが望ましく、また、溝14の幅が
メモリ素子のアクセストランジスタのチャネル長になる
ので、溝14の側壁はできうる限り半導体基板11表面
に対して垂直に形成されることが望ましい。なお、DR
AM領域に形成されているバッファ層71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、上記レジストマスクを通常の除去技術によって
除去する。Since the groove 14 is formed only in the DRAM region, it is desirable that the edge portion at the bottom of the groove 14 be formed in a so-called round shape in order to avoid electric field concentration of the cell transistor. Since the width of 14 corresponds to the channel length of the access transistor of the memory device, it is desirable that the sidewall of the groove 14 be formed as perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 11 as possible. In addition, DR
The buffer layer 71 formed in the AM region is etched at the same time when the element isolation region 12 is etched.
After that, the resist mask is removed by a normal removal technique.
【0070】次いで、例えば熱酸化法によって上記半導
体基板11の露出している全面に犠牲酸化膜(図示せ
ず)を例えば10nm〜20nmの厚さに形成する。Next, a sacrificial oxide film (not shown) is formed on the entire exposed surface of the semiconductor substrate 11 by, eg, thermal oxidation to a thickness of, for example, 10 nm to 20 nm.
【0071】次いで、DRAM領域のアクセストランジ
スタのチャネルドーピングを行って、上記溝14の底部
と上記ウエル拡散層13との間にチャネル拡散層15を
形成する。DRAM領域のワードトランジスタの上記チ
ャネル拡散層15として、高濃度(例えば1.0×10
18/cm3 〜1.0×1019/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11(11a)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。また、上記イオン
注入では、半導体基板11表面には、最初に設けたバッ
ファ層71がイオン注入のマスクとなるため、新たなマ
スクを用いないで溝14の底部のみにチャネル拡散層1
5を形成することが可能になる。したがって、後述する
拡散層19〔図3の(3)参照〕下部の半導体基板11
部分は、極めて低濃度(例えば1.0×1017/cm3
〜1.0×1018/cm3 )での形成が可能になる。Then, channel doping of the access transistor in the DRAM region is performed to form a channel diffusion layer 15 between the bottom of the groove 14 and the well diffusion layer 13. As the channel diffusion layer 15 of the word transistor in the DRAM region, a high concentration (for example, 1.0 × 10
The region that must be 18 / cm 3 to 1.0 × 10 19 / cm 3 ) is the semiconductor substrate 11 (11a) portion at the bottom of the groove 14 in which the semiconductor substrate 11 is dug, and the semiconductor on the side wall and the upper portion of the groove 14 It is almost unnecessary to perform ion implantation as the substrate concentration on the substrate 11. Further, in the above ion implantation, the buffer layer 71 initially provided on the surface of the semiconductor substrate 11 serves as a mask for ion implantation, so that the channel diffusion layer 1 is formed only on the bottom of the groove 14 without using a new mask.
5 can be formed. Therefore, the semiconductor substrate 11 below the diffusion layer 19 [see (3) in FIG. 3] described below.
The part has an extremely low concentration (for example, 1.0 × 10 17 / cm 3
˜1.0 × 10 18 / cm 3 ) can be formed.
【0072】その後、例えばウエットエッチングによっ
て上記犠牲酸化膜(図示せず)を除去する。その後、D
RAM領域の上記溝14の内面および半導体基板11上
等にゲート絶縁膜16を通常のゲート酸化膜の形成方法
により形成する。なお、ロジック素子を形成する場合に
は、ロジック部のゲート絶縁膜は、後の工程で別に形成
するため、この段階では、特に注意を払う必要はない。
上記DRAM部のゲート絶縁膜16は、例えば酸化シリ
コン(SiO2 )もしくは酸窒化シリコン(SiON)
が望ましい。Then, the sacrificial oxide film (not shown) is removed by, for example, wet etching. Then D
A gate insulating film 16 is formed on the inner surface of the groove 14 in the RAM region and on the semiconductor substrate 11 by a normal gate oxide film forming method. Note that when a logic element is formed, the gate insulating film in the logic portion is formed separately in a later step, so that no special care needs to be taken at this stage.
The gate insulating film 16 in the DRAM section is formed of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon oxynitride (SiON).
Is desirable.
【0073】図3の(3)に示すように、DRAM領域
の各溝14を埋め込むように上記ゲート絶縁膜16上に
ゲート形成膜をリンドープトポリシリコン膜で形成す
る。このゲート形成膜は、DRAM領域のワード線のみ
に使用されるため、N+ ゲート材料であるリンドープト
ポリシリコンを用いることができる。また、ゲート形成
膜は50nm〜150nmの膜厚の形成され、その膜厚
は特に溝状のワード線を形成するためのみに最適化した
膜厚に設定される。As shown in FIG. 3C, a gate forming film is formed of a phosphorus-doped polysilicon film on the gate insulating film 16 so as to fill each groove 14 in the DRAM region. Since this gate forming film is used only for the word line in the DRAM region, phosphorus-doped polysilicon which is an N + gate material can be used. Further, the gate forming film is formed to have a film thickness of 50 nm to 150 nm, and the film thickness is set to a film thickness optimized only for forming a groove-shaped word line.
【0074】次いで、溝14の内部にゲート形成膜が残
るようゲート形成膜をエッチバックする。その結果、溝
14の内部にゲート形成膜からなるワード線(一部ゲー
ト電極として機能する)18が形成される。その際、ワ
ード線18の表面が半導体基板11表面より50nm〜
100nm程度下がるように上記ゲート形成膜のエッチ
バックを行うことで、後に形成される拡散層の取り出し
電極との耐圧距離が確保される。このエッチバックで
は、ゲート絶縁膜16がエッチングストップ層として機
能する。Next, the gate forming film is etched back so that the gate forming film remains inside the groove 14. As a result, a word line (which partially functions as a gate electrode) 18 made of a gate forming film is formed inside the groove 14. At that time, the surface of the word line 18 is 50 nm or less from the surface of the semiconductor substrate 11.
By performing etch back of the gate forming film so as to reduce the thickness by about 100 nm, the withstand voltage distance between the extraction electrode and the diffusion layer to be formed later is secured. In this etch back, the gate insulating film 16 functions as an etching stop layer.
【0075】さらに、ドープトポリシリコン膜や酸化シ
リコン膜などをマスクに用いて、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19を形成する。このイオン注入は、
拡散層の上部のみにできるだけシャープなプロファイル
となるように行う。このイオン注入条件としては、バッ
ファ層71を貫通する注入エネルギーであれば十分なた
め、注入エネルギーを例えば20keV〜50keVに
設定し、ドーズ量を1×1018/cm2 〜3×1018/
cm2 に設定する。この条件でイオン注入を行えば、D
RAM領域の上記拡散層19下層の半導体基板11には
ほとんどイオン注入されない。そのため、この領域の半
導体基板11は1×1016/cm3 〜5×1017/cm
3 程度の非常に薄い濃度に設定することが可能になる。Further, using a doped polysilicon film, a silicon oxide film or the like as a mask, ion implantation for forming a source / drain is performed on the semiconductor substrate 11 in the DRAM region to form a diffusion layer 19. This ion implantation is
The profile should be as sharp as possible only on the top of the diffusion layer. As the ion implantation conditions, implantation energy that penetrates the buffer layer 71 is sufficient, so the implantation energy is set to, for example, 20 keV to 50 keV, and the dose amount is 1 × 10 18 / cm 2 to 3 × 10 18 /
Set to cm 2 . If ion implantation is performed under these conditions, D
Almost no ions are implanted into the semiconductor substrate 11 below the diffusion layer 19 in the RAM area. Therefore, the semiconductor substrate 11 in this region is 1 × 10 16 / cm 3 to 5 × 10 17 / cm 3.
It becomes possible to set a very thin density of about 3 .
【0076】よって、このN−P接合は超グレーディッ
ド接合(非常に緩やかな濃度勾配の接合)となる。この
ような状態の接合では、逆バイアス時の電界を緩和し、
メガビット級のDRAMでわずかppmオーダーの不良
ビットに起きる通常よりも2桁程度も悪い接合リークの
電流抑制に劇的に寄与する。この不良ビットのデータ保
持特性がDRAMのチップ性能を支配しており、今後の
DRAMでデータ保持特性を維持する重要な技術となっ
ている。Therefore, this NP junction becomes an ultra-graded junction (a junction having a very gentle concentration gradient). In the junction in such a state, the electric field at the time of reverse bias is relaxed,
In the megabit class DRAM, it dramatically contributes to the suppression of the junction leakage current, which occurs in a defective bit of only ppm order and is about two orders of magnitude worse than usual. The data retention characteristic of the defective bit dominates the chip performance of the DRAM, and will be an important technique for maintaining the data retention characteristic in the future DRAM.
【0077】例えば、基板濃度が5×1016/cm3 程
度であるならば、85℃で500ms以上のデータ保持
特性が期待でき、これは実に4世代〜5世代も前のデー
タのデータ保持特性に匹敵する性能を発揮すると予想さ
れる。また、DRAM領域のアクセストランジスタは、
半導体基板11をいわゆるラウンドする形でチャネルが
形成されることから、実効的なチャネル長を長く確保す
ることもでき、バックバイアスを印加して使う、短チャ
ネル効果が厳しいDRAMセルのトランジスタ特性の安
定化を図ることもできる。For example, if the substrate concentration is about 5 × 10 16 / cm 3 , a data retention characteristic of 500 ms or more at 85 ° C. can be expected, which is actually the data retention characteristic of the 4th to 5th generations previous data. It is expected that the performance will be comparable to. The access transistor in the DRAM area is
Since the channel is formed in a so-called round shape in the semiconductor substrate 11, it is possible to secure a long effective channel length, and to apply a back bias to use the transistor characteristics of the DRAM cell with a severe short channel effect. It can also be achieved.
【0078】上記イオン注入では、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14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。In the above-mentioned ion implantation, the ion implantation is performed slightly shallower in consideration of diffusion due to the heat treatment for forming the gate in the DRAM region later. However, since the DRAM gate has a substrate embedded type, the channel in the DRAM region is Since it is formed at the bottom of the groove 14 forming the buried gate, there is no problem. Further, since it is activated by the subsequent heat treatment, it is not necessary to perform the heat treatment at this stage.
【0079】次いで、DRAM領域のゲートを保護する
保護膜を例えば薄い窒化シリコン膜(例えば厚さが10
nm〜50nm)で形成する。この保護膜を例えば反応
性イオンエッチング(RIE)によりエッチングしてD
RAM領域のワード線18を露出させる。この結果。ワ
ード線線18上の溝14の側壁に保護膜からなるサイド
ウォール絶縁膜20が形成される。このサイドウォール
絶縁膜20は、後のサリサイド形成時に、ワード線18
との耐圧確保に寄与する。なお、上記反応性イオンエッ
チングでは、DRAM領域の拡散層19が露出しないよ
うにすること、すなわち、拡散層19上にバッファ層7
1を残すようにすることが重要である。Next, a protective film for protecting the gate in the DRAM region is formed, for example, with a thin silicon nitride film (for example, with a thickness of 10).
nm to 50 nm). This protective film is etched by, for example, reactive ion etching (RIE) to form D
The word line 18 in the RAM area is exposed. As a result. A side wall insulating film 20 made of a protective film is formed on the side wall of the groove 14 on the word line line 18. This sidewall insulating film 20 is used for the word line 18 at the time of forming salicide later.
Contributes to ensuring the withstand voltage. In the reactive ion etching, the diffusion layer 19 in the DRAM area is not exposed, that is, the buffer layer 7 is formed on the diffusion layer 19.
It is important to leave 1.
【0080】さらに、通常のサリサイド技術を用いて、
上記DRAM領域のワード線18上にシリサイド層21
を選択的に形成する。このようにして、低抵抗を実現す
る必要が有るDRAM領域のワード線18上に選択的に
シリサイド層21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(Ni
Si2 )等を用いることができる。Further, using the usual salicide technique,
A silicide layer 21 is formed on the word line 18 in the DRAM area.
Are selectively formed. In this way, the silicide layer 21 is selectively formed on the word line 18 in the DRAM region which needs to realize low resistance. Examples of the silicide layer include cobalt silicide (CoSi 2 ), titanium silicide (TiSi 2 ) and nickel silicide (Ni).
Si 2 ) or the like can be used.
【0081】次に、図3の(4)に示すように、例えば
CVD法により、シリサイド層21上の溝14を埋め込
むように、全面にストッパ絶縁膜75を、例えば窒化シ
リコンを50nm〜150nmの厚さに堆積して形成す
る。このストッパ絶縁膜75は、溝14のシリサイド層
21上を埋め込めるに必要な膜厚を堆積する必要があ
る。なお、この膜は、後の接続孔を開口する時にエッチ
ングマスクとして用いるもので、そのエッチングの際に
下層のシリサイド層21まで達しない程度の膜厚が必要
である。Next, as shown in FIG. 3D, a stopper insulating film 75, for example, silicon nitride having a thickness of 50 nm to 150 nm is formed on the entire surface by, for example, a CVD method so as to fill the groove 14 on the silicide layer 21. It is formed by depositing to a thickness. The stopper insulating film 75 needs to be deposited to a thickness necessary to fill the silicide layer 21 of the groove 14. It should be noted that this film is used as an etching mask when opening a connection hole later, and it is necessary to have a film thickness that does not reach the lower silicide layer 21 during the etching.
【0082】次いで、図4の(5)に示すように、全面
を化学的機械研磨もしくはエッチバック技術のような平
坦化技術を用いて平坦化を行い、シリサイド層21上の
溝14内のみにストッパ絶縁膜75を残す。その後、全
面にキャップ絶縁膜80を、例えば窒化シリコン膜を1
0nm〜20nmの厚さに堆積して形成する。このキャ
ップ絶縁膜80はシ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。なお、図示はしていないが、周辺回路部のトラン
ジスタのゲート電極上にもシリサイド層を形成してサリ
サイド構造として、ゲート電極の低抵抗化を図っても差
し支えはない。Next, as shown in FIG. 4 (5), the entire surface is flattened by using a flattening technique such as chemical mechanical polishing or an etch back technique, and only the trench 14 on the silicide layer 21 is exposed. The stopper insulating film 75 is left. After that, a cap insulating film 80, for example, a silicon nitride film is formed on the entire surface.
It is formed by depositing to a thickness of 0 nm to 20 nm. The cap insulating film 80 is effective in suppressing the junction leak in the silicide forming portion, but it is not necessary to form it if it is unnecessary. Although not shown, a silicide layer may be formed on the gate electrodes of the transistors in the peripheral circuit portion to form a salicide structure to reduce the resistance of the gate electrodes.
【0083】次いで、図4の(6)に示すように、全面
に第1の絶縁膜(絶縁膜)22を形成した後、CMPに
よって、第1絶縁膜22表面を平坦化する。上記第1の
絶縁膜22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。Next, as shown in (6) of FIG. 4, after the first insulating film (insulating film) 22 is formed on the entire surface, the surface of the first insulating film 22 is flattened by CMP. The method for flattening the surface of the first insulating film 22 is not limited to CMP as long as the method can realize the flattening, and for example, an etch back method or the like can be used.
【0084】次いで、第1の絶縁膜22を貫通してDR
AM領域の拡散層19に達する接続孔23を形成する。
このとき、DRAM領域のワード線(ゲート電極)18
はコンタクトを取るべき拡散層19よりも半導体基板表
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19全面が取り出し電極とコンタクトできるよう
に、接続孔23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。Next, the first insulating film 22 is penetrated and DR
A connection hole 23 reaching the diffusion layer 19 in the AM region is formed.
At this time, the word line (gate electrode) 18 in the DRAM area
Is disposed below the surface of the semiconductor substrate with respect to the diffusion layer 19 to be contacted, it is not necessary to use a special technique such as self-aligned contact. Further, it is desirable to form the opening diameter of the connection hole 23 as large as possible so that the entire surface of the diffusion layer 19 of the DRAM can be brought into contact with the extraction electrode. Thereby, the contact resistance can be reduced.
【0085】また、図4の(6)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。このような場
合に接続孔23の開口時に過剰なオーバエッチングが行
われたとしても、ストッパ絶縁膜75によって接続孔2
3がワード線18のシリサイド層21に接近するもしく
は達するのを防ぎ、接続孔23内に形成される取り出し
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23が
完全にワード線(ゲート電極)18にオーバラップする
形となっている。Further, in (6) of FIG. 4, the state in which some misalignment has occurred is intentionally described. In such a case, even if excessive over-etching is performed when the connection hole 23 is opened, the stopper insulating film 75 prevents the connection hole 2 from being formed.
3 can be prevented from approaching or reaching the silicide layer 21 of the word line 18, and the physical distance of the extraction electrode formed in the connection hole 23 can be secured. In the projection design viewed from above, the connection hole 23 completely overlaps the word line (gate electrode) 18.
【0086】次いで、図4の(7)に示すように、上記
接続孔23内を埋め込むように、第1の絶縁膜22上
に、取り出し電極形成膜を形成する。この取り出し電極
形成膜は、例えばN型ドープトポリシリコンのリンドー
プトポリシリコンを100nm〜150nmの厚さに堆
積して形成される。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。なお、この段階では活性化のための
熱処理は不要である。Next, as shown in FIG. 4 (7), a lead electrode forming film is formed on the first insulating film 22 so as to fill the inside of the connection hole 23. The lead-out electrode forming film is formed by depositing phosphorus-doped polysilicon of N-type doped polysilicon to a thickness of 100 nm to 150 nm, for example. As for the lead-out electrode forming film for taking out the diffusion layer, it is desirable that phosphorus-doped polysilicon is selected in the conventional manner in consideration of reduction of junction leak in the DRAM region. At this stage, heat treatment for activation is unnecessary.
【0087】その後、化学的機械研磨等の平坦化技術を
用いて、第1の絶縁膜22上の余剰な取り出し電極形成
膜(リンドープトポリシリコン)を除去して、接続孔2
3内に拡散層19に接続する取り出し電極形成膜からな
る取り出し電極24を形成するとともに、第1の絶縁膜
22を研磨してその表面を平坦化させる。Thereafter, the excess take-out electrode forming film (phosphorus-doped polysilicon) on the first insulating film 22 is removed by using a flattening technique such as chemical mechanical polishing, and the connection hole 2 is formed.
A lead-out electrode 24 made of a lead-out electrode forming film connected to the diffusion layer 19 is formed in the inside 3, and the surface of the first insulating film 22 is flattened by polishing.
【0088】その後、熱処理を行う。この熱処理によっ
て、DRAM領域のポリシリコンからなる取り出し電極
24の活性化を行う。この熱処理では、900℃、10
秒程度のRTA(Rapid Thermal Annealing )で十分で
はあるが、通常の炉を用いた熱アニールを行っても差し
支えは無い。なお、これ以降の工程では、高温の熱工程
は行われないので、例えば、DRAMと同時にロジック
素子を形成する場合には、ロジック素子のゲート電極か
らホウ素が拡散する、いわゆる「突き抜け」は最小限に
抑えられる。Then, heat treatment is performed. By this heat treatment, the extraction electrode 24 made of polysilicon in the DRAM region is activated. In this heat treatment, 900 ° C, 10
RTA (Rapid Thermal Annealing) of about a second is sufficient, but thermal annealing using a normal furnace can be performed. Since the high temperature heating process is not performed in the subsequent steps, for example, when a logic element is formed at the same time as the DRAM, the diffusion of boron from the gate electrode of the logic element, so-called “penetration” is minimized. Can be suppressed to.
【0089】その後、通常のプロセスによって、ビット
線、ビットコンタクト、キャパシタ、層間絶縁膜、配線
等を形成する。After that, a bit line, a bit contact, a capacitor, an interlayer insulating film, a wiring, etc. are formed by a normal process.
【0090】上記半導体装置の製造方法では、ワード線
18の上層となるシリサイド層21を形成した後、溝1
4の上部を埋め込むストッパ絶縁膜75を形成すること
から、その後に拡散層19に達する接続孔23を形成し
た際に、接続孔23はストッパ絶縁膜75によりそれよ
りも深く形成されない。すなわち、接続孔23はシリサ
イド層21に達することはない。したがって、接続孔2
3内に取り出し電極24を形成しても、取り出し電極2
4がシリサイド層21と接続されることは無いので、取
り出し電極24とワード線18とのショートが防止され
る。それとともに、拡散層19に接続される取り出し電
極24との耐圧が確保される。このように、メモリ素子
の拡散層19上の全面が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。また、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。これにより、寄生抵抗の
少ない、高速でのDRAM動作が可能になる。In the method of manufacturing a semiconductor device, the trench 1 is formed after forming the silicide layer 21 to be the upper layer of the word line 18.
Since the stopper insulating film 75 that fills the upper part of 4 is formed, when the connecting hole 23 reaching the diffusion layer 19 is formed thereafter, the connecting hole 23 is not formed deeper than the stopper insulating film 75. That is, the connection hole 23 does not reach the silicide layer 21. Therefore, the connection hole 2
Even if the extraction electrode 24 is formed in the
Since 4 is not connected to the silicide layer 21, a short circuit between the extraction electrode 24 and the word line 18 is prevented. At the same time, the breakdown voltage with respect to the extraction electrode 24 connected to the diffusion layer 19 is secured. In this way, the entire surface of the diffusion layer 19 of the memory element can be used for the contact, so that the effective area can be effectively used. Further, since the lowest resistance value that can be realized by the cell design is realized, the contact resistance can be reduced. This enables high-speed DRAM operation with less parasitic resistance.
【0091】さらに、上記半導体装置の製造方法では、
バッファ層71を形成していることにより、その後、溝
14の底部における半導体基板11にチャネル拡散層1
5を形成する不純物を導入する際に、バッファ層71が
マスクとなって、選択的に溝14の底部の半導体基板1
1に不純物が導入され、チャネル拡散層15が形成され
る。Furthermore, in the above-mentioned method of manufacturing a semiconductor device,
Since the buffer layer 71 is formed, the channel diffusion layer 1 is formed on the semiconductor substrate 11 at the bottom of the groove 14 thereafter.
When the impurity forming 5 is introduced, the buffer layer 71 serves as a mask to selectively form the semiconductor substrate 1 at the bottom of the groove 14.
Impurities are introduced into 1 to form the channel diffusion layer 15.
【0092】このように、溝14下部とウエル拡散層1
3との間の半導体基板11にチャネル拡散層15を形成
することから、溝14とウエル拡散層13との間の領域
の不純物濃度は溝14周囲の半導体基板11の不純物濃
度よりも高くなる。また、ソース・ドレインとなる拡散
層19下部の半導体基板11濃度は極めて低くい状態に
保つことができるので、拡散層19の接合の電界が弱め
られる。このため、ppmオーダーでの接合リークの抑
制が可能になり、それによって、データ保持特性が極め
てよくなる半導体装置が形成される。Thus, the lower portion of the groove 14 and the well diffusion layer 1 are
Since the channel diffusion layer 15 is formed in the semiconductor substrate 11 between the trenches 3 and 3, the impurity concentration of the region between the trench 14 and the well diffusion layer 13 becomes higher than the impurity concentration of the semiconductor substrate 11 around the trenches 14. Moreover, since the concentration of the semiconductor substrate 11 below the diffusion layer 19 serving as the source / drain can be kept extremely low, the electric field at the junction of the diffusion layer 19 is weakened. For this reason, it is possible to suppress the junction leak on the order of ppm, thereby forming a semiconductor device having extremely excellent data retention characteristics.
【0093】さらに、ワード線18上層にシリサイド層
21を形成することから、ワード線18の抵抗が低減さ
れ、遅延の問題が回避される。それとともに、ワード線
18へのコンタクト抵抗が低減される。Further, since the silicide layer 21 is formed above the word line 18, the resistance of the word line 18 is reduced and the problem of delay is avoided. At the same time, the contact resistance to the word line 18 is reduced.
【0094】また、半導体基板11表面側に拡散層19
を形成し、その半導体基板11に形成した溝14内にゲ
ート絶縁膜16を介してワード線18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18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。The diffusion layer 19 is formed on the front surface side of the semiconductor substrate 11.
Is formed so that the word line 18 is embedded in the groove 14 formed in the semiconductor substrate 11 via the gate insulating film 16, so that the channel is a semiconductor on the bottom side of the groove 14 in which the word line 18 is formed. It is formed so as to surround the substrate 11. Therefore, since an effective channel length is sufficiently secured, a back bias is applied to stabilize the transistor characteristics of a memory element (for example, DRAM) having a severe short channel effect.
【0095】また、メモリ素子領域の拡散層19を、そ
の深さ方向に不純物濃度が薄くなるように形成すること
から、メモリ素子領域の拡散層19下部の半導体基板1
1濃度をセルトランジスタに要求されるほどに濃くしな
くてもよいので、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。Since the diffusion layer 19 in the memory element region is formed so that the impurity concentration becomes low in the depth direction, the semiconductor substrate 1 below the diffusion layer 19 in the memory element region is formed.
Since the one concentration does not have to be as high as required for the cell transistor, the electric field of the junction is relaxed, and the performance of the data retention characteristic, which becomes more severe as the cell of the memory element is reduced, is maintained.
【0096】以上、説明した本発明の半導体装置および
その製造方法は、DRAM、およびDRAMとロジック
素子とを混載した半導体装置等に適用することが可能で
ある。例えばDRAMとロジック素子とを混載した半導
体装置を製造する場合には、始めに本発明の製造方法を
適用してDRAMのセルトランジスタを形成し、次いで
ロジック素子のトランジスタを形成する。その後、DR
AMのビット線、キャパシタ等を形成するとともに、D
RAM領域の配線、ロジック領域の配線等を形成すれば
よい。The semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention described above can be applied to a DRAM, a semiconductor device in which a DRAM and a logic element are mounted together, and the like. For example, when manufacturing a semiconductor device in which a DRAM and a logic element are mounted together, first, the manufacturing method of the present invention is applied to form the cell transistor of the DRAM, and then form the transistor of the logic element. Then DR
While forming AM bit lines, capacitors, etc.,
Wiring in the RAM area, wiring in the logic area, and the like may be formed.
【0097】[0097]
【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装
置によれば、溝内のワード線上層に形成されたシリサイ
ド層上に、この溝を埋め込むようにストッパ絶縁膜が形
成されているので、ワード線上方にオーバラップする状
態で、溝側壁部の半導体基板に形成された拡散層に接続
する取り出し電極が形成されていても、ストッパ絶縁膜
によって取り出し電極とシリサイド層間でのショートの
発生が防止でき、またその間の耐圧が充分に確保でき
る。よって、信頼性の高い半導体装置を提供することが
できる。As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the stopper insulating film is formed on the silicide layer formed in the upper layer of the word line in the groove so as to fill the groove. , Even if the take-out electrode connected to the diffusion layer formed on the semiconductor substrate on the side wall of the groove is formed in the state of overlapping above the word line, the stopper insulating film causes a short circuit between the take-out electrode and the silicide layer. It can be prevented, and a sufficient pressure resistance can be secured during that time. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be provided.
【0098】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
溝内のワード線上層となるシリサイド層を形成した後に
溝の上部を埋め込むストッパ絶縁膜を形成するので、そ
の後に、溝側壁部の半導体基板に形成された拡散層に接
続する接続孔を形成した際に、接続孔はストッパ絶縁膜
によりそれよりも深く形成されない。すなわち、ストッ
パ絶縁膜によって取り出し電極とシリサイド層間でのシ
ョートの発生が防止でき、またその間の耐圧が充分に確
保できる。よって、信頼性の高い半導体装置を形成する
ことができる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
Since the stopper insulating film filling the upper part of the groove is formed after forming the silicide layer to be the upper layer of the word line in the groove, the connection hole for connecting to the diffusion layer formed in the semiconductor substrate on the side wall of the groove is formed thereafter. At this time, the connection hole is not formed deeper than that by the stopper insulating film. That is, the stopper insulating film can prevent the occurrence of a short circuit between the take-out electrode and the silicide layer, and can ensure a sufficient withstand voltage therebetween. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be formed.
【図1】本発明の半導体装置に係る一実施の形態を示す
概略構成断面図である。FIG. 1 is a schematic configuration cross-sectional view showing one embodiment of a semiconductor device of the present invention.
【図2】本発明の半導体装置の構成を有するDRAMの
概略構成断面図である。FIG. 2 is a schematic configuration cross-sectional view of a DRAM having the configuration of the semiconductor device of the present invention.
【図3】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の
形態を示す製造工程断面図である。FIG. 3 is a manufacturing step sectional view showing an embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図4】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の
形態を示す製造工程断面図である。FIG. 4 is a manufacturing step sectional view showing the embodiment of the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.
【図5】従来技術を示す概略構成断面図である。FIG. 5 is a schematic configuration sectional view showing a conventional technique.
【図6】課題を示す概略構成断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a problem.
11…半導体基板、14…溝、16…ゲート絶縁膜、1
8…ワード線、19…拡散層、21…シリサイド層、2
4…取り出し電極、75…ストッパ絶縁膜11 ... Semiconductor substrate, 14 ... Groove, 16 ... Gate insulating film, 1
8 ... Word line, 19 ... Diffusion layer, 21 ... Silicide layer, 2
4 ... take-out electrode, 75 ... stopper insulating film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/108 H01L 21/88 J Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 DD02 DD07 DD78 DD84 EE05 EE17 FF01 FF14 GG16 HH16 5F033 HH04 HH25 HH27 JJ04 KK01 LL04 MM07 MM30 QQ09 QQ13 QQ25 QQ31 QQ37 QQ48 QQ70 QQ73 RR06 TT06 VV16 XX10 XX15 XX31 5F083 AD04 AD10 AD31 GA02 GA06 GA09 JA05 JA14 JA35 JA38 JA39 JA40 JA43 JA53 KA01 KA05 KA20 MA02 MA06 MA16 MA17 MA20 PR06 PR10 PR29 PR34 PR36 PR39 PR40 PR42 PR52 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 27/108 H01L 21/88 JF term (reference) 4M104 AA01 BB01 DD02 DD07 DD78 DD84 EE05 EE17 FF01 FF14 GG16 HH16 5F033 HH04 HH25 HH27 JJ04 KK01 LL04 MM07 MM30 QQ09 QQ13 QQ25 QQ31 QQ37 QQ48 QQ70 QQ73 RR06 TT06 VV16 XX10 XX15 XX31 5F083 AD04 AD10 AD31 GA02 JA10 MA43 PR23 JA40 JA43 JA43 JA38 JA38 JA38 JA39 JA38 JA38 JA39 JA38 JA38 JA39 JA38 JA39 JA38 JA38 JA39 JA38 JA38 JA39 JA38 JA38 JA39 JA38 JA39 PR36 PR39 PR40 PR42 PR52
Claims (2)
縁膜を介してワード線が埋め込まれ、前記溝の側壁にお
ける前記半導体基板の表面側に拡散層が形成された半導
体装置であって、 前記ワード線上層に形成されたシリサイド層と、 前記シリサイド層上に前記溝を埋め込むように形成され
たストッパ絶縁膜と、 前記ワード線上方に前記ストッパ絶縁膜を介してオーバ
ラップする状態で前記拡散層に接続される取り出し電極
とを備えたことを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device in which a word line is buried in a groove formed in a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a diffusion layer is formed on a side surface of the groove on a surface side of the semiconductor substrate, A silicide layer formed on the word line upper layer, a stopper insulating film formed on the silicide layer so as to fill the groove, and the diffusion in a state of being overlapped above the word line via the stopper insulating film. A semiconductor device comprising: an extraction electrode connected to the layer.
後、該半導体基板表面側に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の所定の位置に溝を
形成する工程と、 前記溝内面にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記溝の上部を残した状態で前記溝内を埋め込むように
ワード線の下層を形成する工程と、 前記ワード線の下層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、 前記ワード線の下層上に上層となるシリサイド層を形成
する工程と、 前記シリサイド層上に前記溝の上部を埋め込むストッパ
絶縁膜を形成する工程と、 前記半導体基板上を覆う絶縁膜を形成する工程と、 前記ワード線上に前記ストッパ絶縁膜を介してオーバラ
ップするとともに前記拡散層に達する接続孔を前記絶縁
膜に形成する工程と、 前記接続孔内に取り出し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。2. A step of forming a diffusion layer on the surface side of the semiconductor substrate after forming an element isolation region on the semiconductor substrate, a step of forming a groove at a predetermined position of the semiconductor substrate and the element isolation region, Forming a gate insulating film on the inner surface of the groove; forming a lower layer of the word line so as to fill the inside of the groove with the upper portion of the groove left; Forming a wall insulating film; forming an upper silicide layer on the lower layer of the word line; forming a stopper insulating film filling the upper portion of the groove on the silicide layer; and the semiconductor substrate A step of forming an insulating film covering the insulating film; a step of forming a connection hole in the insulating film, the connection hole overlapping the word line and passing through the stopper insulating film and reaching the diffusion layer; And a step of forming a lead electrode in the connection hole.
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