JP2014041918A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、詳しくはMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、特にトレンチゲート型FIN−FETを含む半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), in particular, a trench gate type FIN-FET.
近年、トランジスタの微細化に伴い、所謂ショートチャネル効果による、しきい値電圧の低下やサブスレッショルド特性の悪化が問題となっている。これを抑制する高性能トランジスタとして、チャネル部をひれ(フィン)状に加工したFIN型FETが注目されている。さらに、FIN型FETをDRAM(Dynamic Random Access Memory)セルトランジスタのように低リーク電流が求められる用途へ適用するために、トレンチ(リセス)ゲート構造とフィン型構造を組み合わせたトレンチゲート型FIN−FETが提案されている(特許文献1、特許文献2、非特許文献1等)。
In recent years, with the miniaturization of transistors, there is a problem of a decrease in threshold voltage and deterioration of subthreshold characteristics due to a so-called short channel effect. As a high-performance transistor that suppresses this, a FIN-type FET in which a channel portion is processed into a fin shape has attracted attention. Furthermore, a trench gate type FIN-FET that combines a trench (recess) gate structure and a fin type structure in order to apply the FIN type FET to applications requiring low leakage current, such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) cell transistor. Have been proposed (
特許文献3には、FINの下部幅を狭くする一方で、FINの上部幅を広くすることで、オン電流の低下を抑制する技術が示されている。
半導体装置の微細化の進行により、ストレージ素子を備えたメモリセルを有するDRAM等の半導体装置では、トレンチゲート型FIN−FETを用いたメモリセルにおいて、隣接するトレンチゲート(ワード線)の電位に依存してセルトランジスタのしきい値電圧Vtが変動する現象が顕在化し、データリテンション特性が悪化する問題が深刻になってきている。これは、着目トランジスタのワード線をLowレベルとしてトランジスタをoff状態にしていても、隣接するワード線がHighレベルとなって隣接トランジスタがON状態になると、チャネル領域の電位分布の変化が着目トランジスタのチャネル領域の電位分布にも影響し、Vtを低下させる。この結果、着目トランジスタのIoffリークが増加してデータリテンション特性が悪化するため、このVt低下量(ΔVt)を軽減することが要求される。 Due to the progress of miniaturization of semiconductor devices, in a semiconductor device such as a DRAM having a memory cell having a storage element, the memory cell using a trench gate type FIN-FET depends on the potential of an adjacent trench gate (word line). As a result, the phenomenon that the threshold voltage Vt of the cell transistor fluctuates becomes obvious, and the problem that the data retention characteristic deteriorates has become serious. This is because, even when the word line of the target transistor is set to the low level and the transistor is in the off state, when the adjacent word line becomes high level and the adjacent transistor is turned on, the change in the potential distribution of the channel region It also affects the potential distribution in the channel region and lowers Vt. As a result, since the Ioff leakage of the transistor of interest increases and the data retention characteristics deteriorate, it is required to reduce this Vt decrease amount (ΔVt).
すなわち、本発明の一実施形態によれば、
第1の導電型を有する半導体基板上に形成された素子分離領域と、
当該素子分離領域に囲まれ、第1の方向に第1の活性領域とチャネル領域と第2の活性領域の順序で配列された各領域を含む半導体領域とを備え、
前記チャネル領域は上表面と第1の側面と第2の側面を含み、
前記第1の側面は前記第1の方向と交差する第2の方向における前記チャネル領域の前記上表面の第1の終端部から下方に延在し、
前記第2の側面は前記第2の方向における前記チャネル領域の前記上表面の第2の終端部から下方に延在し、
前記上表面と前記第1の側面と前記第2の側面とをゲート絶縁膜を介して覆うゲート電極と、
前記第1の活性領域に形成された第1の拡散層と、
前記第2の活性領域に形成された第2の拡散層を備え、
前記チャネル領域内に前記第1の導電型とは異なる第2の導電型を有する部分を備えること、を特徴とする半導体装置が提供される。
That is, according to one embodiment of the present invention,
An element isolation region formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type;
A semiconductor region including each region surrounded by the element isolation region and arranged in the order of the first active region, the channel region, and the second active region in the first direction;
The channel region includes an upper surface, a first side and a second side;
The first side surface extends downward from a first terminal end of the upper surface of the channel region in a second direction intersecting the first direction;
The second side surface extends downward from a second terminal end of the upper surface of the channel region in the second direction;
A gate electrode covering the upper surface, the first side surface and the second side surface via a gate insulating film;
A first diffusion layer formed in the first active region;
A second diffusion layer formed in the second active region;
Provided is a semiconductor device comprising a portion having a second conductivity type different from the first conductivity type in the channel region.
又、本発明の別の実施形態によれば、
第1の導電型を有する半導体基板上に形成された素子分離領域と、当該素子分離領域に囲まれ、第1の方向にドレイン領域とチャネル領域とソース領域の順序で配列された各領域を含む半導体領域があって、
当該ドレイン領域および当該ソース領域は第2の導電型を有し、
前記チャネル領域は第1の導電型の部分と第2の導電型の部分の両方を含み、当該チャネル領域の第2の導電型の部分と前記ドレインおよびソース領域のそれぞれとの間に挟まれた各々の第1の導電型の部分を備え、
前記チャネル領域を覆うゲート絶縁膜と、
当該ゲート絶縁膜を覆うゲート電極と、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
Also, according to another embodiment of the present invention,
An element isolation region formed on a semiconductor substrate having the first conductivity type, and each region surrounded by the element isolation region and arranged in the order of a drain region, a channel region, and a source region There is a semiconductor area,
The drain region and the source region have a second conductivity type;
The channel region includes both a first conductivity type portion and a second conductivity type portion, and is sandwiched between the second conductivity type portion of the channel region and each of the drain and source regions. Comprising a portion of each first conductivity type;
A gate insulating film covering the channel region;
And a gate electrode covering the gate insulating film.
本発明の更に別の実施形態によれば、
サドルフィン構造を含むトランジスタを備える半導体装置であって、
第1導電型の半導体基板の活性領域中に所定の深さを有する溝と、
前記活性領域を囲み、前記活性領域の溝内にサドルフィン構造を構成する後退した絶縁分離部を備える素子分離領域と、
前記溝及び前記後退した絶縁分離部内に埋め込まれた前記トランジスタのゲート電極と、
前記第1導電型と異なる第2導電型であって、前記溝を介して対向する前記活性領域上に形成されるソース・ドレイン領域と、
前記ソース・ドレイン領域に挟まれ、前記ゲート電極と対向する第1導電型のチャネル部と
を備え、
前記チャネル部は前記サドルフィン構造を経由して前記ソース・ドレイン間の電荷移動を行い、
前記サドルフィン構造が前記第2導電型を有することを特徴とする半導体装置が提供される。
According to yet another embodiment of the invention,
A semiconductor device including a transistor including a saddle fin structure,
A groove having a predetermined depth in the active region of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
An element isolation region that includes a receding isolation portion that surrounds the active region and forms a saddle fin structure in a groove of the active region;
The gate electrode of the transistor embedded in the trench and the recessed isolation portion;
A source / drain region that is a second conductivity type different from the first conductivity type and is formed on the active region opposite to the groove;
A channel portion of a first conductivity type sandwiched between the source / drain regions and facing the gate electrode;
The channel portion performs charge transfer between the source and drain via the saddle fin structure,
A semiconductor device is provided in which the saddle fin structure has the second conductivity type.
MOSFETでは、空乏化動作をする時に空乏化するチャネル部分がキャリア(NMOSFETの場合は電子)を基板に注入する働きをしていているが、本発明の一実施形態によれば、チャネル中にチャネルの第1導電型と異なる第2導電型の部分を有することで、その第2導電型の部分のキャリアの注入を軽減することができる。完全空乏化型のFIN−FET、特に、トレンチゲート型FIN−FET構造を用いたメモリセルにおいて、トレンチゲート(ワード線)下のチャネル領域(サドルフィン部分)をトレンチゲート側面のチャネル領域の第1導電型と異なる第2導電型とすることで、その部分で基板へのキャリアの注入が軽減できる結果、隣接トレンチゲートの影響によるしきい値電圧の低下の差分(ΔVt)を改善することができ、データリテンション特性に優れたメモリセルを有する半導体装置を提供できる。 In a MOSFET, a channel portion that is depleted when performing a depletion operation functions to inject carriers (electrons in the case of an NMOSFET) into a substrate. According to one embodiment of the present invention, By having a second conductivity type portion different from the first conductivity type, carrier injection in the second conductivity type portion can be reduced. In a memory cell using a fully depleted FIN-FET, in particular, a trench gate type FIN-FET structure, a channel region (saddle fin portion) under the trench gate (word line) is used as the first channel region on the side surface of the trench gate. By adopting the second conductivity type different from the conductivity type, carrier injection into the substrate can be reduced at that portion, and as a result, the difference (ΔVt) in the threshold voltage drop due to the influence of the adjacent trench gate can be improved. A semiconductor device having a memory cell with excellent data retention characteristics can be provided.
いか、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態例について説明するが、本発明はこれらの実施形態例のみに限定されるものではない。 The preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.
実施形態例1
まず、図1Aの平面図を参照して、本実施形態の半導体装置1の主要部分の配置について説明する。ここでは、第1導電型をp型、第2導電型をn型とし、MOSFETとして埋め込みワード線構造でFIN−FETを構成している半導体装置について説明する。
First, with reference to the plan view of FIG. 1A, the arrangement of main parts of the
半導体装置1は、半導体基板100上にメモリセル領域2と、その周囲に配置される周辺回路領域(不図示)を有するDRAMを構成しているが、図1Aでは、メモリセル領域2の一部を示している。また、本実施形態例では、半導体基板100を第1導電型がp型のシリコン単結晶として説明するが、これに限るものではなく、第1導電型がn型のシリコン単結晶や化合物半導体などであっても良い。
The
メモリセル領域2は、X方向(第2方向)に傾斜するX’方向(第3方向)に延在する第1素子分離領域200Aと、X方向に垂直な方向となるY方向(第1方向)に延在する第2素子分離領域200Bと、第1素子分離領域200AによってY方向に分離され第2素子分離領域200BによってX’方向に分離される半導体基板100からなる島状の活性領域101を有している。
The
図1Aでは、活性領域101はX’方向に長辺を有する平行四辺形で示されているが、これに限るものではなく、平行四辺形の4つの角が丸まった長楕円形であっても良い。複数の活性領域101は、各々のY方向の幅およびX方向の幅が等しくなっている。さらに、活性領域101は等ピッチ間隔でX’方向及びY方向に繰り返し配置される構成となっている。Y方向に隣接する活性領域101の間隔は特に制限されない。活性領域101の間隔、すなわち、第1素子分離領域200AのY方向の幅は、活性領域101のY方向の幅と同じとすることもでき、それより小さい寸法としても良い。本実施形態例の半導体装置1では、後述するビット線が延在する、X方向(第2方向)に傾斜したX’方向(第3方向)に延在する活性領域101がY方向の直線上に整列して繰り返し配置されている。複数の第1素子分離領域200Aおよび複数の活性領域101に跨って、Y方向に直線状に延在する2つの埋め込みワード線300(以下、第一ワード線300Aおよび第2ワード線300B)が配置されている。図では一部の構成が省略されているが、第一ワード線300Aおよび第2ワード線300Bは、隣接する第2素子分離領域200Bの間に均等間隔で配置されている。すなわち、各々の第2素子分離領域200Bと第一ワード線300Aおよび第二ワード線300Bは、同一の幅、および間隔で配置されている。第一ワード線300Aおよび第二ワード線300Bは対応するトランジスタのゲート電極として機能する。これにより、X’方向に延在する一つの島状の活性領域101は、第2素子分離領域200Bと第一ワード線300Aに隣接する第1容量コンタクト接続領域4Aと、第一ワード線300Aの真下でチャネルとして機能する第1サドルフィン5Aと第一ワード線300Aと第二ワード線300Bに隣接するビット線コンタクト接続領域6と第二ワード線300Aの真下でチャネルとして機能する第2サドルフィン5Bと、第2ワード線300Bと第2素子分離領域200Bに隣接する第2容量コンタクト接続領域4Bとで構成されている。第1容量コンタクト接続領域4Aと、第一ワード線300Aと、第1サドルフィン5Aと、ビット線コンタクト接続領域6とで第1メモリセルトランジスタTr1が構成される。また、ビット線コンタクト接続領域6と、第2ワード線300Bと、第2サドルフィン5Bと、第2容量コンタクト接続領域4Bとで第2メモリセルトランジスタTR2が構成される。したがって、ビット線コンタクト接続領域6は、二つのメモリセルトランジスタTr1及びTr2で共有される構成となっている。各々のビット線コンタクト接続領域6上にはビット線コンタクトプラグ511(ここでは、便宜的に円形)が設けられ、図では一部の構成が省略されているが、各々のビット線コンタクトプラグ511に接続してX方向に延在するビットラインゲート500(以降BLG500)が配置されている。第2素子分離領域200Bと第一ワード線300AとBLG500および第2素子分離領域200Bと第二ワード線300BとBLG500で囲われた領域に容量コンタクト700が設けられ、各々の容量コンタクト接続領域4A、4Bと電気的に接続している。各々の容量コンタクト700上にはキャパシタ(図示せず)が設けられている。
In FIG. 1A, the
次に、図1B,図1Cの断面図を参照する。図1Bは、X’方向に沿って活性領域101をY方向に2分するA−A線で切った断面図である。図1Cは、第一層間絶縁膜400成膜後のY方向に沿ってワード線300をX方向に2分するB−B線で切った断面図である。半導体基板100表面にX方向(第2方向)に等間隔で、Y方向(第1方向)に延在し、ライナー窒化膜とメイン酸化膜を含む第2素子分離領域200Bが配置されている。隣接する第2素子分離領域200Bの間に均等間隔で2つのワードトレンチ310が配置さている。ワードトレンチ310は、第1素子分離領域200Aでは第1素子分離領域200Aの最深部より浅く(例えば、第1素子分離領域200Aの深さの2/3程度)、活性領域101ではさらに浅く(例えば、第1素子分離領域200Aの深さの1/3程度)掘られており、FIN−FETとなるサドルフィン5を形成している。サドルフィン5はトランジスタのチャネルを構成し、上表面と第1の側面と第2の側面を有する。ここでは、第1の側面と第2の側面が傾斜する形状を示しているが、これに限定されず、垂直形状であってもよい。本発明では、ワードトレンチ310の下の活性領域101に半導体基板100に含まれる第1導電型の不純物(ここではp型)と異なる第2導電型の不純物(n型不純物)を注入し、サドルフィン5をn型化している(n型拡散層103A)。ワードトレンチ310の内部には、ゲート絶縁膜311を介してバリアメタル層312aとメタル層312bからなるメタルワードライン312が各々埋設されている。メタルワードライン312の上面を覆うようにキャップ絶縁膜313が配置されている。キャップ絶縁膜313は、半導体基板100表面より高く突き出している。この各々のワードトレンチ310内に形成された構造がワード線300となる。キャップ絶縁膜313間を埋設するように第1層間絶縁膜400が設けられている。ビット線コンタクト接続領域8の上面には、第1層間絶縁膜を貫通するビット線コンタクトプラグ511、ビット線コンタクトプラグ511の上面に接続されX方向に延在するBLG下層512、BLG上層513およびキャップ絶縁膜514が積層配置され配線の形状に形成されている。なお、本実施形態例ではビット線コンタクトプラグ511とBLG下層512を分けているが、ビット線コンタクトプラグ511とBLG下層512を一体形成してもかまわない。BLG下層512とBLG上層513およびキャップ絶縁膜514側面にはシリコン窒化膜からなるサイドウォール絶縁膜515が設けられ、BLG下層512とBLG上層513とキャップ絶縁膜514およびサイドウォール絶縁膜515でBLG500を形成している。BLG500を覆うように、全面にシリコン酸化膜からなる第二層間絶縁膜600が設けられている。容量コンタクト接続領域8の上面には、第二層間絶縁膜600および第一層間絶縁膜400を貫通して容量コンタクトプラグ700が接続されている。容量コンタクトプラグ700の上面を含む全面にシリコン窒化膜からなるストッパー膜780とシリコン酸化膜からなる第三層間絶縁膜790が設けられている。容量コンタクトプラグ700の上面に到達するように第三層間絶縁膜790とストッパー膜780を貫通するシリンダーホール810を開口し、シリンダーホールの内側と底部を覆うように下部電極811が設けられている。これにより、下部電極811は、容量コンタクトプラグ700の上面に接続する。下部電極811表面を覆うように、容量絶縁膜812および上部電極813が設けられ、下部電極811と容量絶縁膜812および上部電極813により、キャパシタ800を構成している。キャパシタ800を覆うように、第四層間絶縁膜900が設けられている。第4層間絶縁膜900を貫通する配線コンタクト910が設けられ、配線コンタクト910上面には配線920が接続されている。配線920を覆うように、保護絶縁膜930が全面に設けられている。
Reference is now made to the cross-sectional views of FIGS. 1B and 1C. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA that bisects the
次に、本実施形態例に係る半導体装置1の製造工程を図2〜図12を用いて説明する。
なお、本実施形態例において、n型拡散層103A形成工程周辺で一部工程順序を変えた実施例1と実施例2とが存在するが、ほぼ、同じ工程を経るので、一括して説明し、工程の異なるところのみ分けて説明する。図2〜図12において、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線断面図、(C)は(A)のB−B線断面図を示す。
Next, the manufacturing process of the
In this embodiment, there are Example 1 and Example 2 in which the process order is partially changed around the n-
先ず、図2に示すように、公知の技術を用いて、半導体基板100上に図2(A)の平面図に示すレイアウトで素子分離領域200を形成し、半導体基板100表面を活性領域101に分割する。素子分離領域200は、ドライエッチングにて素子分離溝を形成した後、ライナー窒化膜を形成し、その後、メイン酸化膜を埋め込み形成される。次に、n型不純物注入により活性領域101表面付近に浅くソース・ドレイン(SD)拡散層102を形成する。その後、半導体基板100全面にシリコン窒化膜であるマスク膜301を成膜する。なお、図2(A)の平面図は、マスク膜301を透過した状態を示す。図3(A)、図4(A)、図5(A)も同様である。
First, as shown in FIG. 2, an
次に、図3に示すように、そして、リソグラフィとドライエッチングで、マスク膜301をエッチングして、ワードトレンチ310のパターンを形成し、マスク膜301をマスクにして、ドライエッチングによりワードトレンチ310を形成する。ここで、マスク膜のパターニングは、ダブルパターニング法を用いることが望ましい。また、ワードトレンチ310の深さは、活性領域101では浅く、素子分離領域200では深くなるようにドライエッチングの条件を調整する。その深さは、活性領域101では素子分離領域200の深さの1/3、素子分離領域200では素子分離領域200の深さの2/3程度が望ましい。すなわち、ワードトレンチ310の活性領域101に鞍型の凸部が残されるようにする。この鞍型の凸部がサドルフィン5となる。
Next, as shown in FIG. 3, the
次に、図4および図5を用いて、実施例1の工程を説明する。
実施例1では、図3に示すようにワードトレンチ310を形成した後、図4に示すように、n型不純物(例えば、P,As)を注入し、n型拡散層103Aを形成する。このとき、n型拡散層103Aはサドルフィン5全てがn型になる深さまで注入し、かつ、ワードトレンチ310側壁に極力注入されないように注入の条件を調整する。n型拡散層103Aを形成するために注入されるn型不純物は、SD拡散層102のようなコンタクト抵抗を考慮する必要が無いため、導電型がp型からn型に変わる程度の少ない導入量で十分な効果を示し、SD拡散層102よりも少ない導入量でよい。
Next, the process of Example 1 is demonstrated using FIG. 4 and FIG.
In Example 1, after forming the
次に、図5に示すように熱酸化により、ワードトレンチ310表面に現れている、n型拡散層103Aを含む活性領域101を酸化し、ゲート酸化膜311を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, the
一方、実施例2では、図2に示すようにワードトレンチ310を形成した後、熱酸化により、ワードトレンチ310表面に現れている活性領域101を酸化し、ゲート酸化膜311を形成し、次に、図3に示すように、n型不純物(例えば、P,As)を注入し、n型拡散層103Aを形成する。実施例2では、ゲート絶縁膜311があるので、実施例1よりワードトレンチ310側壁にn型不純物が注入されにくくなっている。
On the other hand, in Example 2, after forming the
次に、図6に示すように、ワードトレンチ310内を含む半導体基板100全面に窒化チタンであるバリアメタル層312aを薄く成膜する。続いて、ワードトレンチ310を埋設するように、半導体基板100全面にタングステンであるメタル層312bを成膜する。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図7に示すように、タングステンエッチバックにより、ワードトレンチ310内のメタル層312bならびにバリアメタル層312aが、SD拡散層102より深い部分にのみ残るようにエッチングする。
Next, as shown in FIG. 7, etching is performed so that the
次に、図8に示すように、ワードトレンチ310の残された部分にシリコン酸化膜であるキャップ絶縁膜313を充填する。
Next, as shown in FIG. 8, the remaining portion of the
これは、ワードトレンチ310の残された部分を埋設するだけのシリコン酸化膜を成膜し、CMPでマスク膜301をストップ膜として研磨することで実現できる。
This can be realized by forming a silicon oxide film to fill the remaining portion of the
これにより、ゲート酸化膜311とバリアメタル層312aとメタル層312bからなるメタルワードライン312とキャップ絶縁膜313からなる埋め込みワード線300が形成される。
As a result, a metal word line 312 composed of the
以上、マスク膜301成膜からキャップ絶縁膜313形成までの工程において、実施例1では図13に示すフローで、実施例2では図14に示すフローで進行する。
As described above, in the steps from the formation of the
次に、図9に示すように、窒化膜ウェットエッチで、マスク膜301を取り除き、シリコン酸化膜である第一層間絶縁膜400を成膜し、CMPで平坦化する。なお、ここでは、キャップ絶縁膜313が露出する状態を示しているが、キャップ絶縁膜313上に第一層間絶縁膜400が残る状態であってもよい。
Next, as shown in FIG. 9, the
次に、図10に示すように、リソグラフィとドライエッチングで、第一層間絶縁膜400を貫通し、活性領域101の埋め込みワード線300にはさまれた部分に到達するビットコンタクトホール510を開口する。ここでは、Y方向に延在する溝パターンとしてビットコンタクトホール510を形成する例を示しているが、これに限定されず、ビットコンタクト接続領域6のみを露出するホールパターンを形成してもよい。また、キャップ絶縁膜313の一部がエッチングされてより幅の広いビットコンタクトホール510としてもよい。
Next, as shown in FIG. 10, a
次に、図11に示すように、ビットコンタクトホール510を充填するように半導体基板100全面にBLG下層512を成膜し、さらに半導体基板100全面にBLG上層513とキャップ絶縁膜514を順に成膜する。BLG下層512としてはポリシリコン膜などが使用でき、BLG上層513にはタングステン等のメタル膜が使用できる。ビットコンタクトホール510内のBLG下層512によりビットコンタクト511が構成される。
Next, as shown in FIG. 11, a BLG
次に、図12に示すように、リソグラフィとドライエッチングでキャップ絶縁膜514とBLG上層513とBLG下層512をビットラインゲートのパターンにエッチングし、その側面にサイドウォール絶縁膜515を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, the
これにより、BLG下層512とBLG上層513とキャップ絶縁膜514とサイドウォール絶縁膜515からなるビットラインゲート500が形成される。
As a result, the
その後、ビットラインゲート500を埋没するように、半導体基板100全面に第二層間絶縁膜600を成膜し、CMPでキャップ絶縁膜514上面まで研磨する。
Thereafter, a second
次に、公知の方法により、リソグラフィとドライエッチングで、第二層間絶縁膜600と第一層間絶縁膜400を貫通し、活性領域101の埋め込みワード線300と素子分離領域200にはさまれた部分(第1容量コンタクト接続領域4A及び第2容量コンタクト接続領域4B)に到達する容量コンタクト700を形成する。
Next, by a known method, the second
次に、ストッパー膜780と第三層間絶縁膜790を順に成膜し、公知の方法で、下部電極811と容量絶縁膜812と上部電極813からなる容量素子(キャパシタ)800を形成する。ここで、下部電極811は、ストッパー膜780と第三層間絶縁膜790を貫通し、容量コンタクト700の上面と電気的に接合している。
Next, a
次に、キャパシタ800の上に第四層間絶縁膜900を成膜し、リソグラフィとドライエッチングで、第四層間絶縁膜900を貫通し、上部電極813に到達する配線コンタクト910を形成する。
Next, a fourth
次に、配線コンタクト910の上面に接続するように配線920を形成し、半導体基板100全面を保護絶縁膜930で覆うことで図1に示す半導体装置1が完成する。
Next, the
ここで、本発明の効果について説明する。図15は、30nm幅のトレンチゲートについて、トレンチエッチング後のイオン注入による効果として、しきい電圧:Vt(図15(A))、サブスレショルドスロープ:SS(図15(B))、隣接ワード線をVpp(オン)にした時と隣接ワード線をVkk(オフ)にした時のVt差分:ΔVt(図15(C))のシミュレーション結果を示す。半導体基板1には、第2p−ウェルとして、115keV、ドーズ量5E13でボロンを注入し、トレンチエッチング後に比較例として、10keVでp型不純物注入(BF2)を行った場合(○)、本発明では、第2p−ウェルとして、105keV、ドーズ量5E13でボロンを注入し、トレンチエッチング後にn型不純物としてAs注入(□)をドーズ量を変えて実施した時の効果を示す。
Here, the effect of the present invention will be described. FIG. 15 shows a threshold voltage: Vt (FIG. 15 (A)), subthreshold slope: SS (FIG. 15 (B)), adjacent word line as an effect of ion implantation after trench etching for a trench gate having a width of 30 nm. The simulation results of Vt difference: ΔVt (FIG. 15C) when Vpp is set to Vpp (on) and the adjacent word line is set to Vkk (off) are shown. When the
図15(A)に示すように、BF2注入(比較例)により、Vtが少し低下するが、As注入ではさらに低下する。一方、図15(B)に示すように、SSはAs注入により小さくなり改善されていることがわかる。そして、図15(C)に示すように、ΔVtは、BF2注入(比較例)では、非注入(Asドーズ=0)よりも悪化しているのに対し、As注入により大きく改善されていることがわかる。 As shown in FIG. 15A, Vt is slightly reduced by BF2 injection (comparative example), but is further decreased by As injection. On the other hand, as shown in FIG. 15B, it can be seen that SS is reduced and improved by As implantation. And, as shown in FIG. 15C, ΔVt is greatly improved by As implantation, while BF2 implantation (comparative example) is worse than non-implantation (As dose = 0). I understand.
以上の実施形態例では、トレンチゲートとして埋め込みワード線について説明したが、その他のトレンチゲート構造、例えば、ゲート構造が半導体基板表面から一部露出するリセスゲート構造についても本発明を適用することができる。また、特許文献3に示すように、フィン下部をフィン上部よりも薄くした構造にも本発明を適用することができる。SD拡散層102としても、半導体基板中に形成した上記実施形態例のみに限定されず、半導体基板上にエピタキシャル成長させた積み上げ構造(ESD構造)を用いてもよい。また、本発明ではトレンチゲート構造に限らず、FIN−FET構造全般に適用でき、さらにはプレーナ型を含むMOSFET全般に適用することができる。
In the above embodiments, the buried word line has been described as the trench gate. However, the present invention can be applied to other trench gate structures, for example, a recessed gate structure in which the gate structure is partially exposed from the surface of the semiconductor substrate. Further, as shown in
1 半導体装置
2 メモリセル
4 容量コンタクト接続領域
4A 第1容量コンタクト接続領域
4B 第2容量コンタクト接続領域
5 サドルフィン
5A 第1サドルフィン
5B 第2サドルフィン
6 ビットコンタクト接続領域
100 半導体基板
101 活性領域
102 SD拡散層
103 チャネル
103A n型拡散層
200 素子分離領域
200A X’方向素子分離領域
200B Y方向素子分離領域
300 埋め込みワード線
301 マスク膜
310 ワードトレンチ
311 ゲート酸化膜
312 メタルワードライン
312a バリアメタル層
312b メタル層
313 キャップ絶縁膜
400 第一層間絶縁膜
500 ビットラインゲート
510 ビットコンタクトホール
511 ビットコンタクト
512 BLG下層(Poly−Si)
513 BLG上層(W膜)
514 キャップ絶縁膜
515 サイドウォール絶縁膜
600 第二層間絶縁膜
700 容量コンタクト
780 ストッパー膜
790 第三層間絶縁膜
800 キャパシタ
811 下部電極
812 容量絶縁膜
813 上部電極
900 第四層間絶縁膜
910 配線コンタクト
920 配線
930 保護絶縁膜
DESCRIPTION OF
513 BLG upper layer (W film)
514
Claims (14)
当該素子分離領域に囲まれ、第1の方向に第1の活性領域とチャネル領域と第2の活性領域の順序で配列された各領域を含む半導体領域とを備え、
前記チャネル領域は上表面と第1の側面と第2の側面を含み、
前記第1の側面は前記第1の方向と交差する第2の方向における前記チャネル領域の前記上表面の第1の終端部から下方に延在し、
前記第2の側面は前記第2の方向における前記チャネル領域の前記上表面の第2の終端部から下方に延在し、
前記上表面と前記第1の側面と前記第2の側面とをゲート絶縁膜を介して覆うゲート電極と、
前記第1の活性領域に形成された第1の拡散層と、
前記第2の活性領域に形成された第2の拡散層を備え、
前記チャネル領域内に前記第1の導電型とは異なる第2の導電型を有する部分を備えること、を特徴とする半導体装置。 An element isolation region formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type;
A semiconductor region including each region surrounded by the element isolation region and arranged in the order of the first active region, the channel region, and the second active region in the first direction;
The channel region includes an upper surface, a first side and a second side;
The first side surface extends downward from a first terminal end of the upper surface of the channel region in a second direction intersecting the first direction;
The second side surface extends downward from a second terminal end of the upper surface of the channel region in the second direction;
A gate electrode covering the upper surface, the first side surface and the second side surface via a gate insulating film;
A first diffusion layer formed in the first active region;
A second diffusion layer formed in the second active region;
A semiconductor device comprising a portion having a second conductivity type different from the first conductivity type in the channel region.
前記チャネル領域の第2の導電型を有する部分と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層の各々との間にそれぞれ第1の導電型を有する部分を備えること、
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 Each of the first diffusion layer and the second diffusion layer has a second conductivity type;
A portion having the second conductivity type of the channel region, and a portion having the first conductivity type between each of the first diffusion layer and the second diffusion layer;
The semiconductor device according to claim 1.
前記チャネル領域の上表面は前記半導体領域の当該溝の底部にあって、前記ゲート電極は前記溝の底部を前記半導体領域から前記素子分離領域へ渡って連続して覆いながら延在し、
前記半導体領域から前記素子分離領域へ前記ゲート電極の上表面を連続して覆う絶縁膜を備えること、を特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 A groove extending continuously from the semiconductor region to the element isolation region in the second direction;
The upper surface of the channel region is at the bottom of the trench in the semiconductor region, and the gate electrode extends while continuously covering the bottom of the trench from the semiconductor region to the element isolation region,
The semiconductor device according to claim 2, further comprising an insulating film that continuously covers an upper surface of the gate electrode from the semiconductor region to the element isolation region.
当該第1のコンタクトプラグ上の第1の導電層と、
前記第2の拡散層上の第2のコンタクトプラグと、
当該2のコンタクトプラグ上のストレージ素子と、
を備えることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体装置。 A first contact plug on the first diffusion layer;
A first conductive layer on the first contact plug;
A second contact plug on the second diffusion layer;
A storage element on the two contact plugs;
The semiconductor device according to claim 4, further comprising:
前記溝間に前記第1の拡散層が配置され、
前記2本の溝を介して前記第1の拡散層と対向する2つの活性領域に前記第2の拡散層がそれぞれ配置される請求項4乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。 Two grooves are formed in the semiconductor region,
The first diffusion layer is disposed between the grooves;
8. The semiconductor device according to claim 4, wherein the second diffusion layer is disposed in each of two active regions facing the first diffusion layer via the two grooves. 9.
当該ドレイン領域および当該ソース領域は第2の導電型を有し、
前記チャネル領域は第1の導電型の部分と第2の導電型の部分の両方を含み、当該チャネル領域の第2の導電型の部分と前記ドレインおよびソース領域のそれぞれとの間に挟まれた各々の第1の導電型の部分を備え、
前記チャネル領域を覆うゲート絶縁膜と、
当該ゲート絶縁膜を覆うゲート電極と、を備えることを特徴とする半導体装置。 An element isolation region formed on a semiconductor substrate having the first conductivity type, and each region surrounded by the element isolation region and arranged in the order of a drain region, a channel region, and a source region There is a semiconductor area,
The drain region and the source region have a second conductivity type;
The channel region includes both a first conductivity type portion and a second conductivity type portion, and is sandwiched between the second conductivity type portion of the channel region and each of the drain and source regions. Comprising a portion of each first conductivity type;
A gate insulating film covering the channel region;
And a gate electrode covering the gate insulating film.
前記ゲート電極は半導体領域から素子分離領域に渡って連続して前記溝内部に埋設されていること、を特徴とする請求項9に記載の半導体装置。 A groove extending in a second direction intersecting the first direction from the semiconductor region to the element isolation region;
The semiconductor device according to claim 9, wherein the gate electrode is embedded in the trench continuously from the semiconductor region to the element isolation region.
第1導電型の半導体基板の活性領域中に所定の深さを有する溝と、
前記活性領域を囲み、前記活性領域の溝内にサドルフィン構造を構成する後退した絶縁分離部を備える素子分離領域と、
前記溝及び前記後退した絶縁分離部内に埋め込まれた前記トランジスタのゲート電極と、
前記第1導電型と異なる第2導電型であって、前記溝を介して対向する前記活性領域上に形成されるソース・ドレイン領域と、
前記ソース・ドレイン領域に挟まれ、前記ゲート電極と対向する第1導電型のチャネル部と
を備え、
前記チャネル部は前記サドルフィン構造を経由して前記ソース・ドレイン間の電荷移動を行い、
前記サドルフィン構造が前記第2導電型を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device including a transistor including a saddle fin structure,
A groove having a predetermined depth in the active region of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
An element isolation region that includes a receding isolation portion that surrounds the active region and forms a saddle fin structure in a groove of the active region;
The gate electrode of the transistor embedded in the trench and the recessed isolation portion;
A source / drain region that is a second conductivity type different from the first conductivity type and is formed on the active region opposite to the groove;
A channel portion of a first conductivity type sandwiched between the source / drain regions and facing the gate electrode;
The channel portion performs charge transfer between the source and drain via the saddle fin structure,
A semiconductor device, wherein the saddle fin structure has the second conductivity type.
前記ゲート電極の前記上表面に絶縁膜を有する請求項11に記載の半導体装置。 The upper surface of the gate electrode is disposed at a position recessed from the surface of the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 11, further comprising an insulating film on the upper surface of the gate electrode.
前記ソース・ドレイン領域の他方に電気的に接続されるストレージ素子と
を備えることを特徴とする請求項11又は12に記載の半導体装置。 A bit line electrically connected to one of the source / drain regions;
The semiconductor device according to claim 11, further comprising a storage element electrically connected to the other of the source / drain regions.
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