JPH0786427A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造方法に係り、特にトレンチ・キャパシタ方式のダイ
ナミック型メモリセル(DRAMセル)の構造およびそ
の形成方法に関する。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 structure of a dynamic memory cell (DRAM cell) of a trench capacitor system and a method of forming the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】DRAM(ダイナミック型ランダムアク
セスメモリ)の高集積化が進む中で、1トランジスタ・
1キャパシタ型のDRAMセルの構造の3次元化が必須
となっている。2. Description of the Related Art As a DRAM (dynamic random access memory) is highly integrated, one transistor
Three-dimensionalization of the structure of the one-capacitor type DRAM cell is essential.
【0003】4MビットDRAM以降のDRAMで採用
されているセル構造は大別して、シリコン基板上方に電
荷蓄積ノードを形成する、いわゆるスタック・キャパシ
タを用いる方式と、シリコン基板に溝を掘ってその内部
に電荷蓄積ノードを形成する、いわゆるトレンチ・キャ
パシタを用いる方式とに分けられる。Cell structures used in DRAMs of 4 Mbit DRAM and later are roughly classified into a method using a so-called stack capacitor, in which a charge storage node is formed above a silicon substrate, and a method in which a groove is formed in a silicon substrate and the inside thereof is formed. It can be divided into a method using a so-called trench capacitor, which forms a charge storage node.
【0004】トレンチ・キャパシタを用いたDRAMセ
ル(トレンチ・キャパシタセル)は、素子の微細化に伴
い、隣り合うトレンチ間の絶縁耐圧を保つことが困難と
なってくる。その対策として、トレンチ内壁を絶縁膜で
覆い、その中にポリシリコンで電荷蓄積ノードを形成す
る構造が主流となりつつある。In a DRAM cell using a trench capacitor (trench capacitor cell), it becomes difficult to maintain the withstand voltage between adjacent trenches as the device becomes finer. As a countermeasure against this, a structure in which the inner wall of the trench is covered with an insulating film and a charge storage node is formed of polysilicon therein is becoming mainstream.
【0005】図5乃至図8は、従来のトレンチ・キャパ
シタセルの形成工程における基板の断面構造の一例を示
す断面図である。まず、図5に示すように、電荷記憶用
キャパシタのプレート電極としてn+ 拡散層50が埋め
込み形成されたp型シリコン基板51に対して、上記n
+ 拡散層50に達するように溝52を掘り、この溝52
の底面以外の内周面に絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)
53を形成する。さらに、溝52内の中間高さまで電荷
記憶用キャパシタのキャパシタ電極(n型不純物をドー
プしたポリシリコン膜)54を埋め込み、上記キャパシ
タ電極54上および溝52の内周面にキャパシタ絶縁膜
(例えばシリコン窒化膜とシリコン酸化膜との複合膜)
55を形成する。5 to 8 are sectional views showing an example of a sectional structure of a substrate in a conventional process of forming a trench capacitor cell. First, as shown in FIG. 5, with respect to the p-type silicon substrate 51 in which the n + diffusion layer 50 is embedded and formed as the plate electrode of the charge storage capacitor,
+ Ditch the groove 52 to reach the diffusion layer 50, and
Insulating film (for example, silicon oxide film) on the inner surface other than the bottom surface of
53 is formed. Further, a capacitor electrode (polysilicon film doped with an n-type impurity) 54 of the capacitor for charge storage is buried up to an intermediate height in the groove 52, and a capacitor insulating film (for example, silicon) is formed on the capacitor electrode 54 and on the inner peripheral surface of the groove 52. (Composite film of nitride film and silicon oxide film)
55 is formed.
【0006】次に、上記キャパシタ絶縁膜55を含む基
板上全面にn型不純物をドープしたポリシリコン膜を堆
積した後、前記溝内のキャパシタ電極54の高さまで埋
め込まれた部分(キャパシタ電荷蓄積ノード56)を残
すように、プラズマ・エッチングによりエッチバックす
る。Next, after a polysilicon film doped with n-type impurities is deposited on the entire surface of the substrate including the capacitor insulating film 55, a portion (capacitor charge storage node) filled up to the height of the capacitor electrode 54 in the groove is formed. Etch back by plasma etching, leaving 56).
【0007】次に、図6に示すように、フォトリソグラ
フィ技術によりパターニングしたレジスト57をマスク
として、前記キャパシタ絶縁膜55の一部(電荷転送ゲ
ート用のMOSトランジスタ側の溝内周面の部分)をプ
ラズマ・エッチングにより除去する。Next, as shown in FIG. 6, using the resist 57 patterned by the photolithography technique as a mask, a part of the capacitor insulating film 55 (the inner peripheral surface of the groove on the MOS transistor side for the charge transfer gate). Are removed by plasma etching.
【0008】次に、前記レジスト57を除去した後、図
7に示すように、前記溝内周面の絶縁膜53の一部(M
OSトランジスタ側の部分)を緩衝弗酸溶液(BFH)
により除去し、続いて、溝内の上部にキャパシタ電荷蓄
積ノード(n型不純物をドープしたポリシリコン膜)5
8を形成し、続いて、このキャパシタ電荷蓄積ノード5
8用のn型ポリシリコン膜上および基板51上にシリコ
ン酸化膜59を熱酸化法により形成すると同時に、上記
キャパシタ電荷蓄積ノード58用のn型ポリシリコン膜
からn型不純物を基板51へ拡散させることにより、M
OSトランジスタ側の溝内周面の一部に隣接するn型不
純物拡散層60を形成する。Next, after removing the resist 57, as shown in FIG. 7, a part (M) of the insulating film 53 on the inner peripheral surface of the groove is formed.
Buffered hydrofluoric acid solution (BFH)
Then, the capacitor charge storage node (polysilicon film doped with an n-type impurity) 5 is formed on the upper part of the groove by
8 and then this capacitor charge storage node 5
A silicon oxide film 59 is formed on the n-type polysilicon film for 8 and the substrate 51 by a thermal oxidation method, and at the same time, n-type impurities are diffused from the n-type polysilicon film for the capacitor charge storage node 58 to the substrate 51. By this, M
An n-type impurity diffusion layer 60 adjacent to a part of the inner peripheral surface of the groove on the OS transistor side is formed.
【0009】次に、図8に示すように、フォトリソグラ
フィ技術およびBFHを用いて、前記基板51上のシリ
コン酸化膜59の一部(MOSトランジスタ形成予定領
域上を含む)を除去し、MOSトランジスタのゲート絶
縁膜用のシリコン酸化膜61を熱酸化法により形成す
る。さらに、このシリコン酸化膜61上にn型不純物を
ドープしたポリシリコン膜を堆積し、このポリシリコン
膜上にレジストパターン63を形成し、レジストパター
ン63をマスクとして前記ポリシリコン膜を反応性イオ
ンエッチング(RIE)法により除去することにより、
ゲート電極62をパターニング形成する。Next, as shown in FIG. 8, a part of the silicon oxide film 59 (including the MOS transistor formation planned region) on the substrate 51 is removed by using a photolithography technique and BFH, and a MOS transistor is formed. A silicon oxide film 61 for the gate insulating film is formed by a thermal oxidation method. Further, a polysilicon film doped with an n-type impurity is deposited on the silicon oxide film 61, a resist pattern 63 is formed on the polysilicon film, and the polysilicon film is subjected to reactive ion etching using the resist pattern 63 as a mask. By removing by (RIE) method,
The gate electrode 62 is formed by patterning.
【0010】引き続き、イオン注入法により前記基板5
1へn型不純物をドーピングし、前記MOSトランジス
タのソース領域64・ドレイン領域65となるn型不純
物拡散層を形成する。これにより、上記MOSトランジ
スタのソース領域64は前記n型不純物拡散層60を介
して前記キャパシタ電荷蓄積ノード58へ電気的に接続
される。Subsequently, the substrate 5 is formed by an ion implantation method.
1 is doped with an n-type impurity to form an n-type impurity diffusion layer to be the source region 64 and the drain region 65 of the MOS transistor. As a result, the source region 64 of the MOS transistor is electrically connected to the capacitor charge storage node 58 via the n-type impurity diffusion layer 60.
【0011】しかし、上記したようにMOSトランジス
タのソース領域64とキャパシタ電荷蓄積ノード58と
を接続するためにMOSトランジスタ側の溝内周面の一
部に隣接するn型不純物拡散層60を形成した構造は、
このn型不純物拡散層60とMOSトランジスタのソー
ス領域64・キャパシタ電荷蓄積ノード58との接触面
積が小さいので、MOSトランジスタのソース領域64
・キャパシタ電荷蓄積ノード58の接続抵抗が増大し、
メモリセル特性が損なわれるという問題がある。However, as described above, in order to connect the source region 64 of the MOS transistor and the capacitor charge storage node 58, the n-type impurity diffusion layer 60 adjacent to a part of the inner peripheral surface of the groove on the MOS transistor side is formed. The structure is
Since the contact area between the n-type impurity diffusion layer 60 and the source region 64 of the MOS transistor / capacitor charge storage node 58 is small, the source region 64 of the MOS transistor is formed.
The connection resistance of the capacitor charge storage node 58 increases,
There is a problem that the memory cell characteristics are impaired.
【0012】一方、前記MOSトランジスタのソース領
域64とキャパシタ電荷蓄積ノード58とを電気的に結
合するために、MOSトランジスタのソース領域64お
よびキャパシタ電荷蓄積ノード58にコンタクトするよ
うに、MOSトランジスタのソース領域64上からキャ
パシタ電荷蓄積ノード58上までの基板表面上に配線を
形成した構造が、例えば特開昭63−278268号に
開示されている。On the other hand, in order to electrically couple the source region 64 of the MOS transistor and the capacitor charge storage node 58, the source of the MOS transistor is brought into contact with the source region 64 of the MOS transistor and the capacitor charge storage node 58. A structure in which wiring is formed on the substrate surface from the region 64 to the capacitor charge storage node 58 is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-278268.
【0013】上記構造を具備した1トランジスタ・1キ
ャパシタ型のトレンチ・キャパシタセルの一例につい
て、図9を参照しながら説明する。図9において、80
はp型シリコン基板、81はp型エピタキシャル層、8
2はn型拡散層領域、83は前記シリコン基板に掘られ
た溝の内周面に形成された絶縁膜、84は溝内の中間高
さまで埋め込まれた電荷記憶用キャパシタのキャパシタ
電極(n型不純物をドープしたポリシリコン膜)、85
はキャパシタ絶縁膜、86は前記溝内のキャパシタ絶縁
膜上に埋め込まれたキャパシタ電荷蓄積ノード(n型不
純物をドープしたポリシリコン)、87はフィールド絶
縁膜である。An example of the one-transistor / one-capacitor type trench-capacitor cell having the above structure will be described with reference to FIG. In FIG. 9, 80
Is a p-type silicon substrate, 81 is a p-type epitaxial layer, 8
2 is an n-type diffusion layer region, 83 is an insulating film formed on the inner peripheral surface of the groove dug in the silicon substrate, 84 is a capacitor electrode (n-type) of a charge storage capacitor embedded up to an intermediate height in the groove. Polysilicon film doped with impurities), 85
Is a capacitor insulating film, 86 is a capacitor charge storage node (polysilicon doped with an n-type impurity) buried on the capacitor insulating film in the groove, and 87 is a field insulating film.
【0014】91はシリコン基板表面上に形成されたゲ
ート絶縁膜、92はゲート絶縁膜91上に形成されたゲ
ート電極(ワード線)である。94および95は電荷転
送ゲート用のnチャネルMOSトランジスタのソース領
域およびドレイン領域であり、シリコン基板表層部に選
択的に拡散層が形成されてなる。Reference numeral 91 is a gate insulating film formed on the surface of the silicon substrate, and 92 is a gate electrode (word line) formed on the gate insulating film 91. Reference numerals 94 and 95 denote a source region and a drain region of the n-channel MOS transistor for the charge transfer gate, which are formed by selectively forming diffusion layers on the surface layer of the silicon substrate.
【0015】96はMOSトランジスタのソース領域9
4上からキャパシタ電荷蓄積ノード86上を含む基板表
面上に堆積されてパターニングされた配線であり、n型
不純物をドープしたポリシリコンにより形成されてい
る。この場合、上記配線86とMOSトランジスタのゲ
ート電極92は、水平方向に離れて形成されている。Reference numeral 96 denotes the source region 9 of the MOS transistor.
4 is a wiring that is deposited and patterned on the surface of the substrate including the capacitor charge storage node 86 from above, and is formed of polysilicon doped with an n-type impurity. In this case, the wiring 86 and the gate electrode 92 of the MOS transistor are formed separately in the horizontal direction.
【0016】97は前記ゲート電極(ワード線)92お
よび配線86を覆うように形成された層間絶縁膜であ
る。98は上記層間絶縁膜97上に形成されたビット線
であり、前記層間絶縁膜97およびゲート絶縁膜91に
開孔されたコンタクト・ホールを介して前記ドレイン領
域95にコンタクトしている。Reference numeral 97 is an interlayer insulating film formed so as to cover the gate electrode (word line) 92 and the wiring 86. Reference numeral 98 is a bit line formed on the interlayer insulating film 97, and is in contact with the drain region 95 through a contact hole formed in the interlayer insulating film 97 and the gate insulating film 91.
【0017】ところで、図8および図9に示した従来の
トレンチ・キャパシタセルのゲート電極の形成に際して
は、その素材(例えばn型不純物をドープしたポリシリ
コン膜)上に形成されるレジストパターンをマスクとし
て、素材の一部を残すようにパターニングされている、
つまり、ゲート電極のゲート長(チャネル長方向の長
さ)は残しパターンにより定義されている。When forming the gate electrode of the conventional trench capacitor cell shown in FIGS. 8 and 9, a resist pattern formed on the material (for example, a polysilicon film doped with an n-type impurity) is used as a mask. Is patterned to leave some of the material,
That is, the gate length of the gate electrode (length in the channel length direction) is defined by the remaining pattern.
【0018】しかし、このようにゲート電極のゲート長
を残しパターンにより定義する場合、ゲート電極素材上
にレジストパターンを形成する際のフォトリソグラフィ
工程におけるハレーションに起因して局所的なゲート電
極配線幅の寸法細りが生じ、各DRAMセルのMOSト
ランジスタのゲート長の寸法均一性が低下し、ひいて
は、各MOSトランジスタの閾値電圧の均一性が低下す
るおそれがある。However, in the case where the gate length of the gate electrode is defined by the pattern as it is, the local gate electrode wiring width is caused by the halation in the photolithography process when the resist pattern is formed on the gate electrode material. The dimensional reduction may occur, and the dimensional uniformity of the gate length of the MOS transistor of each DRAM cell may be reduced, which in turn may reduce the uniformity of the threshold voltage of each MOS transistor.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
トレンチ・キャパシタセル構造は、電荷転送ゲート用の
MOSトランジスタのゲート電極のゲート長を残しパタ
ーンにより定義しているので、MOSトランジスタのゲ
ート長の寸法均一性が低下し、ひいては、MOSトラン
ジスタの閾値電圧の均一性が低下するという問題があっ
た。As described above, in the conventional trench capacitor cell structure, since the gate length of the gate electrode of the MOS transistor for charge transfer gate is defined by the pattern left, the gate length of the MOS transistor is However, there is a problem that the dimensional uniformity is deteriorated, and the uniformity of the threshold voltage of the MOS transistor is deteriorated.
【0020】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、トレンチ・キャパシタセルのMOSトランジ
スタのゲート電極のゲート長を抜きパターンにより定義
することにより、MOSトランジスタのゲート長の寸法
均一性が向上し、ひいては、MOSトランジスタの閾値
電圧の均一性を精密に制御し得る半導体装置およびその
製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the gate length of the gate electrode of the MOS transistor of the trench capacitor cell is defined by a blanking pattern, so that the dimensional uniformity of the gate length of the MOS transistor is improved. Therefore, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of precisely controlling the uniformity of the threshold voltage of a MOS transistor and a method for manufacturing the semiconductor device.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
電荷記憶用キャパシタのプレート電極として拡散層が埋
め込み形成され、上記拡散層に達するように溝が掘られ
た半導体基板と、上記溝の底面以外の内周面に形成され
た第1の絶縁膜と、上記溝内の中間高さまで埋め込まれ
た電荷記憶用キャパシタのキャパシタ電極と、上記キャ
パシタ電極上および溝の内周面に形成されたキャパシタ
絶縁膜と、前記溝内のキャパシタ絶縁膜上に埋め込まれ
た導電材からなるキャパシタ電荷蓄積ノードと、このキ
ャパシタ電荷蓄積ノード上および前記溝の近傍の基板上
に連続的に形成された配線と、この配線上に形成された
第2の絶縁膜と、前記配線の端面および前記基板のゲー
ト形成予定領域表面上に形成されたゲート絶縁膜と、こ
のゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記基板
の表層部で上記ゲート電極下を挟んで形成されたソース
領域およびドレイン領域とを具備することを特徴とす
る。The semiconductor device of the present invention comprises:
A semiconductor substrate in which a diffusion layer is embedded and formed as a plate electrode of a charge storage capacitor, and a groove is formed so as to reach the diffusion layer; and a first insulating film formed on an inner peripheral surface other than the bottom surface of the groove. A capacitor electrode of a charge storage capacitor embedded to an intermediate height in the groove, a capacitor insulating film formed on the capacitor electrode and on an inner peripheral surface of the groove, and a capacitor insulating film embedded in the groove. A capacitor charge storage node made of a conductive material, a wiring continuously formed on the capacitor charge storage node and on the substrate in the vicinity of the groove, a second insulating film formed on the wiring, The gate insulating film formed on the end face of the wiring and the surface of the substrate where the gate is to be formed, the gate electrode formed on the gate insulating film, and the gate layer on the surface layer of the substrate. Characterized by comprising a source region and a drain region formed across the lower gate electrode.
【0022】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
電荷記憶用キャパシタのプレート電極として用いられる
拡散層が埋め込み形成された半導体基板の表面の一部に
対して前記拡散層に達するように溝を掘り、この溝の底
面以外の内周面に第1の絶縁膜を形成する工程と、上記
溝内の中間高さまで電荷蓄積用キャパシタのキャパシタ
電極となる第1の導電材を埋め込み、その上にキャパシ
タ絶縁膜用の第2の絶縁膜を形成し、さらに上記キャパ
シタ絶縁膜により囲まれた溝内に埋め込むように第2の
導電材からなるキャパシタ電荷蓄積ノードを形成する工
程と、前記基板の上面全面に第3の導電材を堆積し、こ
の第3の導電材上に第3の絶縁膜を堆積する工程と、前
記第3の絶縁膜上に少なくとも電荷転送ゲート用のMO
Sトランジスタのゲート領域を露出させるように第1の
レジストパターンを形成し、この第1のレジストパター
ンをマスクとして前記第3の絶縁膜および第3の導電材
に異方性エッチングを施し、前記MOSトランジスタの
ゲート領域下の基板表面を露出させる工程と、前記基板
の表面の露出面に前記MOSトランジスタのゲート絶縁
膜を形成すると同時に、前記第3の導電材のエッチング
された端面を酸化する工程と、前記第3の導電材から不
純物を基板へ拡散させて前記MOSトランジスタのドレ
イン領域およびソース領域を形成する工程と、前記基板
の上面全面にゲート電極材を堆積し、このゲート電極材
上にゲート電極形成用の第2のレジストパターンを形成
し、この第2のレジストパターンをマスクとして前記ゲ
ート電極材をパターニングし、前記MOSトランジスタ
のゲート電極を形成する工程と、前記MOSトランジス
タのドレイン領域上の前記第3の導電材に接続するよう
にビット線を形成する工程とを具備することを特徴とす
ることを特徴とする。The semiconductor device manufacturing method of the present invention is
A groove is formed so as to reach the diffusion layer on a part of the surface of the semiconductor substrate in which the diffusion layer used as the plate electrode of the charge storage capacitor is embedded, and a first groove is formed on the inner peripheral surface other than the bottom surface of the groove. The step of forming an insulating film, and filling a first conductive material to be a capacitor electrode of the charge storage capacitor up to an intermediate height in the groove, and forming a second insulating film for a capacitor insulating film on the first conductive material. Further, a step of forming a capacitor charge storage node made of a second conductive material so as to be embedded in a groove surrounded by the capacitor insulating film, and a third conductive material is deposited on the entire upper surface of the substrate, and the third conductive material is deposited. A step of depositing a third insulating film on the conductive material, and at least a MO for a charge transfer gate is formed on the third insulating film.
A first resist pattern is formed to expose the gate region of the S-transistor, and the third insulating film and the third conductive material are anisotropically etched using the first resist pattern as a mask to form the MOS transistor. Exposing the surface of the substrate under the gate region of the transistor; and forming the gate insulating film of the MOS transistor on the exposed surface of the surface of the substrate and simultaneously oxidizing the etched end face of the third conductive material. A step of diffusing impurities from the third conductive material into a substrate to form a drain region and a source region of the MOS transistor; depositing a gate electrode material on the entire upper surface of the substrate, and forming a gate on the gate electrode material. A second resist pattern for forming an electrode is formed, and the gate electrode material is patterned using the second resist pattern as a mask. And forming a gate electrode of the MOS transistor, and forming a bit line so as to connect to the third conductive material on the drain region of the MOS transistor. Is characterized by.
【0023】[0023]
【作用】本発明の半導体装置およびその製造方法におい
ては、トレンチ・キャパシタセルにおける電荷転送ゲー
ト用のMOSトランジスタのソース領域とキャパシタ電
荷蓄積ノードとを接続するための配線を含む配線層を用
いてMOSトランジスタのゲート電極のゲート長を抜き
パターンにより定義しているので、MOSトランジスタ
のゲート長の寸法均一性が向上し、ひいては、MOSト
ランジスタの閾値電圧の均一性を精密に制御することが
可能になる。In the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention, the MOS is formed by using the wiring layer including the wiring for connecting the source region of the MOS transistor for the charge transfer gate in the trench capacitor cell and the capacitor charge storage node. Since the gate length of the gate electrode of the transistor is defined by the extraction pattern, the dimensional uniformity of the gate length of the MOS transistor is improved, and the uniformity of the threshold voltage of the MOS transistor can be precisely controlled. .
【0024】[0024]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1乃至図4は、本発明の一実施例に係る
DRAMのトレンチ・キャパシタセルの形成工程におけ
る基板の断面構造の一例を示している。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. 1 to 4 show an example of a sectional structure of a substrate in a process of forming a trench capacitor cell of a DRAM according to an embodiment of the present invention.
【0025】即ち、まず、図1に示すように、電荷記憶
用キャパシタのプレート電極としてn+ 拡散層10が埋
め込み形成されたp型シリコン基板11に対して、上記
n+拡散層に達するように溝を掘り、この溝の底面以外
の内周面に絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)12を形成
し、さらに、溝内の中間高さまで電荷記憶用キャパシタ
のキャパシタ電極(n型不純物をドープしたポリシリコ
ン膜)13を埋め込み、上記キャパシタ電極13上およ
び溝12の内周面にキャパシタ絶縁膜(例えばシリコン
窒化膜とシリコン酸化膜との複合膜)14を形成する。That is, first, as shown in FIG. 1, with respect to a p-type silicon substrate 11 in which an n + diffusion layer 10 is buried as a plate electrode of a charge storage capacitor, the n + diffusion layer 10 is reached so as to reach the n + diffusion layer. The groove is dug, an insulating film (for example, a silicon oxide film) 12 is formed on the inner peripheral surface other than the bottom surface of the groove, and the capacitor electrode of the charge storage capacitor (polysilicon doped with an n-type impurity) is formed to an intermediate height in the groove. A silicon film 13 is buried, and a capacitor insulating film (for example, a composite film of a silicon nitride film and a silicon oxide film) 14 is formed on the capacitor electrode 13 and on the inner peripheral surface of the groove 12.
【0026】次に、上記キャパシタ絶縁膜14を含む基
板上全面にn型不純物をドープしたポリシリコン膜を堆
積した後、前記溝内のキャパシタ電極13の高さまで埋
め込まれた部分(キャパシタ電荷蓄積ノード15)を残
すように、プラズマ・エッチングによりエッチバックす
る。Next, a polysilicon film doped with an n-type impurity is deposited on the entire surface of the substrate including the capacitor insulating film 14, and then the portion filled up to the height of the capacitor electrode 13 in the groove (capacitor charge storage node) is formed. Etch back by plasma etching to leave 15).
【0027】次に、n型不純物をドープしたポリシリコ
ン膜16を基板上全面(前記キャパシタ電荷蓄積ノード
用のn型ポリシリコン膜15上も含む)に減圧CVD
(化学気相成長)法により堆積し、このポリシリコン膜
16上にシリコン酸化膜17を減圧CVD法により堆積
する。Then, a polysilicon film 16 doped with an n-type impurity is formed on the entire surface of the substrate (including the n-type polysilicon film 15 for the capacitor charge storage node) by low pressure CVD.
It is deposited by a (chemical vapor deposition) method, and a silicon oxide film 17 is deposited on this polysilicon film 16 by a low pressure CVD method.
【0028】次に、前記シリコン酸化膜17上に、少な
くとも電荷転送ゲート用のMOSトランジスタのゲート
領域を露出させるようにレジストパターン18をフォト
リソグラフィ技術により形成し、このレジストパターン
18をマスクとして前記シリコン酸化膜17およびポリ
シリコン膜16をRIEによりエッチングし、前記MO
Sトランジスタのゲート領域下の基板表面を露出させ
る。Next, a resist pattern 18 is formed on the silicon oxide film 17 by a photolithography technique so as to expose at least the gate region of the MOS transistor for charge transfer gate, and the resist pattern 18 is used as a mask to form the silicon. The oxide film 17 and the polysilicon film 16 are etched by RIE,
The substrate surface under the gate region of the S transistor is exposed.
【0029】この場合、ポリシリコン膜16の残存部分
には、MOSトランジスタのドレイン形成予定領域上の
部分、ソース形成予定領域上からキャパシタ電荷蓄積ノ
ード15上に至る部分(配線)が含まれる。In this case, the remaining portion of the polysilicon film 16 includes a portion on the drain formation planned region of the MOS transistor and a portion (wiring) extending from the source formation planned region to the capacitor charge storage node 15.
【0030】次に、前記レジストパターン18を除去し
た後、図2に示すように、前記基板表面の露出面に前記
MOSトランジスタのゲート絶縁膜19となるシリコン
酸化膜を熱酸化法により形成すると同時に、前記ポリシ
リコン膜16のエッチングされた端面も酸化する。Next, after removing the resist pattern 18, as shown in FIG. 2, a silicon oxide film to be the gate insulating film 19 of the MOS transistor is formed on the exposed surface of the substrate by a thermal oxidation method. The etched end surface of the polysilicon film 16 is also oxidized.
【0031】次に、図3に示すように、熱拡散法によ
り、前記n型ポリシリコン膜16からn型不純物を基板
11へ拡散させ、その表層部に前記MOSトランジスタ
のソース領域20およびドレイン領域21となるn型不
純物拡散層を形成する。ここで、MOSトランジスタ側
の溝内周面の一部に隣接するn型不純物拡散層(ソース
領域20)は、前記n型不純物をドープしたポリシリコ
ン膜16からなる配線を介して前記キャパシタ電荷蓄積
ノード15へ電気的に接続されている。Next, as shown in FIG. 3, an n-type impurity is diffused from the n-type polysilicon film 16 into the substrate 11 by a thermal diffusion method, and the source region 20 and the drain region of the MOS transistor are formed on the surface layer portion thereof. Then, an n-type impurity diffusion layer to be 21 is formed. Here, the n-type impurity diffusion layer (source region 20) adjacent to a part of the inner peripheral surface of the trench on the MOS transistor side stores the capacitor charge via the wiring made of the polysilicon film 16 doped with the n-type impurity. It is electrically connected to the node 15.
【0032】次に、n型不純物をドープしたポリシリコ
ンを基板上全面に減圧CVD法により堆積し、このポリ
シリコン上にゲート電極(ワード線)22形成用のレジ
ストパターン23をフォトリソグラフィ技術により形成
し、このレジストパターン23をマスクとして前記ポリ
シリコンをRIEによりエッチングし、前記MOSトラ
ンジスタのゲート電極(ワード線)22を形成する。Next, polysilicon doped with n-type impurities is deposited on the entire surface of the substrate by a low pressure CVD method, and a resist pattern 23 for forming a gate electrode (word line) 22 is formed on the polysilicon by a photolithography technique. Then, using the resist pattern 23 as a mask, the polysilicon is etched by RIE to form the gate electrode (word line) 22 of the MOS transistor.
【0033】この場合、ゲート電極22の上部は前記シ
リコン酸化膜17上の一部にかかるようにエッチングさ
れるが、ゲート電極22のゲート長(ゲート絶縁膜19
を介して基板表面に対向するチャネル方向長さ)は、ポ
リシリコン配線16を含む配線層の抜きパターンにより
定義される。In this case, the upper portion of the gate electrode 22 is etched so as to cover a part of the silicon oxide film 17, but the gate length of the gate electrode 22 (gate insulating film 19
The length in the channel direction opposed to the substrate surface via the) is defined by the cut pattern of the wiring layer including the polysilicon wiring 16.
【0034】この後、前記レジストパターン23を除去
した後、図4に示すように、基板上全面に絶縁層24を
形成し、この絶縁層の前記MOSトランジスタのドレイ
ン領域上に対応する部分にビット線接続孔を形成し、こ
の絶縁層上全面にビット線用配線層を形成してパターニ
ングすることにより、ビット線25を接続する。Then, after removing the resist pattern 23, an insulating layer 24 is formed on the entire surface of the substrate as shown in FIG. 4, and a bit is formed in a portion of the insulating layer corresponding to the drain region of the MOS transistor. The bit line 25 is connected by forming a line connection hole, forming a bit line wiring layer on the entire surface of the insulating layer, and performing patterning.
【0035】上記実施例のDRAMのトレンチ・キャパ
シタセルの構造およびその形成方法によれば、電荷転送
ゲート用のMOSトランジスタのソース領域20とキャ
パシタ電荷蓄積ノード15とを接続するためのポリシリ
コン配線16を含む配線層を用いて、MOSトランジス
タのゲート電極のゲート長を抜きパターンにより定義し
ているので、MOSトランジスタのゲート長の寸法均一
性が向上し、ひいては、MOSトランジスタの閾値電圧
の均一性を精密に制御することが可能になる。According to the structure of the trench capacitor cell of the DRAM and the method of forming the same in the above-described embodiment, the polysilicon wiring 16 for connecting the source region 20 of the MOS transistor for the charge transfer gate and the capacitor charge storage node 15 is formed. Since the gate length of the gate electrode of the MOS transistor is defined by an extraction pattern by using the wiring layer including, the dimensional uniformity of the gate length of the MOS transistor is improved, and by extension, the uniformity of the threshold voltage of the MOS transistor is improved. It becomes possible to control precisely.
【0036】[0036]
【発明の効果】上述したように本発明によれば、トレン
チ・キャパシタセルのMOSトランジスタのゲート電極
のゲート長を抜きパターンにより定義することにより、
MOSトランジスタのゲート長の寸法均一性が向上し、
ひいては、MOSトランジスタの閾値電圧の均一性を精
密に制御し得る半導体装置およびその製造方法を実現す
ることができる。As described above, according to the present invention, the gate length of the gate electrode of the MOS transistor of the trench capacitor cell is defined by the cut pattern.
The dimensional uniformity of the gate length of the MOS transistor is improved,
As a result, it is possible to realize a semiconductor device capable of precisely controlling the uniformity of the threshold voltage of a MOS transistor and a manufacturing method thereof.
【図1】本発明の第1実施例に係るトレンチ・キャパシ
タセルの形成工程の一部における基板構造を示す断面
図。FIG. 1 is a sectional view showing a substrate structure in a part of a process of forming a trench capacitor cell according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の工程に続く工程における基板構造を示す
断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a substrate structure in a step that follows the step of FIG.
【図3】図2の工程に続く工程における基板構造を示す
断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a substrate structure in a step that follows the step of FIG.
【図4】図3の工程に続く工程における基板構造を示す
断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a substrate structure in a step that follows the step of FIG.
【図5】従来のトレンチ・キャパシタセルの形成工程の
一部における基板構造を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a substrate structure in a part of a conventional process of forming a trench capacitor cell.
【図6】図5の工程に続く工程における基板構造を示す
断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the substrate structure in a step that follows the step of FIG.
【図7】図6の工程に続く工程における基板構造を示す
断面図。7 is a sectional view showing a substrate structure in a step that follows the step of FIG.
【図8】図7の工程に続く工程における基板構造を示す
断面図。8 is a sectional view showing a substrate structure in a step that follows the step of FIG.
【図9】従来のトレンチ・キャパシタセルの構造の他の
例を示す断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the structure of a conventional trench capacitor cell.
10…電荷記憶用キャパシタのプレート電極(n+ 拡散
層)、11…p型シリコン基板、12…絶縁膜、13…
キャパシタ電極(n型不純物をドープしたポリシリコン
膜)、14…キャパシタ絶縁膜、15…キャパシタ電荷
蓄積ノード、16…ポリシリコン配線、17…シリコン
酸化膜、18…レジストパターン、19…ゲート絶縁
膜、20…MOSトランジスタのソース領域、21…M
OSトランジスタのドレイン領域、22…ゲート電極
(ワード線)、23…レジストパターン、24…絶縁
層、25…ビット線。10 ... Plate electrode (n + diffusion layer) of charge storage capacitor, 11 ... P-type silicon substrate, 12 ... Insulating film, 13 ...
Capacitor electrodes (polysilicon film doped with n-type impurities), 14 ... Capacitor insulating film, 15 ... Capacitor charge storage node, 16 ... Polysilicon wiring, 17 ... Silicon oxide film, 18 ... Resist pattern, 19 ... Gate insulating film, 20 ... Source region of MOS transistor, 21 ... M
Drain region of OS transistor, 22 ... Gate electrode (word line), 23 ... Resist pattern, 24 ... Insulating layer, 25 ... Bit line.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/822 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/822
Claims (2)
して拡散層が埋め込み形成され、上記拡散層に達するよ
うに溝が掘られた半導体基板と、 上記溝の底面以外の内周面に形成された第1の絶縁膜
と、 上記溝内の中間高さまで埋め込まれた電荷記憶用キャパ
シタのキャパシタ電極と、 上記キャパシタ電極上および溝の内周面に形成されたキ
ャパシタ絶縁膜と、 前記溝内のキャパシタ絶縁膜上に埋め込まれた導電材か
らなるキャパシタ電荷蓄積ノードと、 このキャパシタ電荷蓄積ノード上および前記溝の近傍の
基板上に連続的に形成された配線と、 この配線上に形成された第2の絶縁膜と、 前記配線の端面および前記基板のゲート形成予定領域表
面上に形成されたゲート絶縁膜と、 このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 前記基板の表層部で上記ゲート電極下を挟んで形成され
たソース領域およびドレイン領域とを具備することを特
徴とする半導体装置。1. A semiconductor substrate in which a diffusion layer is embedded and formed as a plate electrode of a charge storage capacitor, and a groove is formed so as to reach the diffusion layer, and a first substrate formed on an inner peripheral surface other than the bottom surface of the groove. No. 1, an insulating film, a capacitor electrode of a capacitor for charge storage embedded in the groove to an intermediate height, a capacitor insulating film formed on the capacitor electrode and on an inner peripheral surface of the groove, and capacitor insulating in the groove. A capacitor charge storage node made of a conductive material embedded in the film, a wiring continuously formed on the capacitor charge storage node and on the substrate near the groove, and a second wiring formed on the wiring. An insulating film; a gate insulating film formed on an end face of the wiring and on a surface of a region where a gate is to be formed on the substrate; a gate electrode formed on the gate insulating film; A semiconductor device, comprising: a source region and a drain region formed below the gate electrode in a surface layer portion of the plate.
して用いられる拡散層が埋め込み形成された半導体基板
の表面の一部に対して前記拡散層に達するように溝を掘
り、この溝の底面以外の内周面に第1の絶縁膜を形成す
る工程と、 上記溝内の中間高さまで電荷蓄積用キャパシタのキャパ
シタ電極となる第1の導電材を埋め込み、その上にキャ
パシタ絶縁膜用の第2の絶縁膜を形成し、さらに上記キ
ャパシタ絶縁膜により囲まれた溝内に埋め込むように第
2の導電材からなるキャパシタ電荷蓄積ノードを形成す
る工程と、 前記基板の上面全面に第3の導電材を堆積し、この第3
の導電材上に第3の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第3の絶縁膜上に少なくとも電荷転送ゲート用のM
OSトランジスタのゲート領域を露出させるように第1
のレジストパターンを形成し、この第1のレジストパタ
ーンをマスクとして前記第3の絶縁膜および第3の導電
材に異方性エッチングを施し、前記MOSトランジスタ
のゲート領域下の基板表面を露出させる工程と、 前記基板の表面の露出面に前記MOSトランジスタのゲ
ート絶縁膜を形成すると同時に、前記第3の導電材のエ
ッチングされた端面を酸化する工程と、 前記第3の導電材から不純物を基板へ拡散させて前記M
OSトランジスタのドレイン領域およびソース領域を形
成する工程と、 前記基板の上面全面にゲート電極材を堆積し、このゲー
ト電極材上にゲート電極形成用の第2のレジストパター
ンを形成し、この第2のレジストパターンをマスクとし
て前記ゲート電極材をパターニングし、前記MOSトラ
ンジスタのゲート電極を形成する工程と、 前記MOSトランジスタのドレイン領域上の前記第3の
導電材に接続するようにビット線を形成する工程とを具
備することを特徴とする半導体装置の製造方法。2. A groove is formed on a part of the surface of a semiconductor substrate in which a diffusion layer used as a plate electrode of a charge storage capacitor is buried so as to reach the diffusion layer, and a portion other than the bottom surface of the groove is formed. A step of forming a first insulating film on the peripheral surface, and a step of forming a first conductive material to be a capacitor electrode of a charge storage capacitor up to an intermediate height in the groove, and forming a second insulating film for the capacitor insulating film on the first conductive material. Forming a film and further forming a capacitor charge storage node made of a second conductive material so as to be embedded in a groove surrounded by the capacitor insulating film; and depositing a third conductive material on the entire upper surface of the substrate. And this third
Depositing a third insulating film on the conductive material, and at least M for the charge transfer gate is formed on the third insulating film.
First to expose the gate region of the OS transistor
Forming a resist pattern, and using the first resist pattern as a mask, anisotropically etching the third insulating film and the third conductive material to expose the substrate surface under the gate region of the MOS transistor. Forming a gate insulating film of the MOS transistor on the exposed surface of the substrate and oxidizing the etched end surface of the third conductive material at the same time; and impurities from the third conductive material to the substrate. Spread the M
Forming a drain region and a source region of the OS transistor; depositing a gate electrode material on the entire upper surface of the substrate; forming a second resist pattern for forming a gate electrode on the gate electrode material; Patterning the gate electrode material using the resist pattern as a mask to form the gate electrode of the MOS transistor; and forming a bit line so as to connect to the third conductive material on the drain region of the MOS transistor. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5225386A JPH0786427A (en) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | Semiconductor device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5225386A JPH0786427A (en) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | Semiconductor device and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0786427A true JPH0786427A (en) | 1995-03-31 |
Family
ID=16828550
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5225386A Pending JPH0786427A (en) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | Semiconductor device and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0786427A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6627934B1 (en) | 1996-09-30 | 2003-09-30 | Infineon Technologies Ag | Integrated semiconductor memory configuration with a buried plate electrode and method for its fabrication |
KR100499395B1 (en) * | 2001-02-06 | 2005-07-07 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Structure of capacitor in semiconductor device and fabricating method thereof |
CN105938838A (en) * | 2015-03-03 | 2016-09-14 | 瑞萨电子株式会社 | Method of manufacturing semiconductor device |
-
1993
- 1993-09-10 JP JP5225386A patent/JPH0786427A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6627934B1 (en) | 1996-09-30 | 2003-09-30 | Infineon Technologies Ag | Integrated semiconductor memory configuration with a buried plate electrode and method for its fabrication |
KR100499395B1 (en) * | 2001-02-06 | 2005-07-07 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Structure of capacitor in semiconductor device and fabricating method thereof |
CN105938838A (en) * | 2015-03-03 | 2016-09-14 | 瑞萨电子株式会社 | Method of manufacturing semiconductor device |
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