JP2008071861A - Semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】メモリセルの高集積化およびメモリセルのキャパシタの容量増大を図る。
【解決手段】半導体基板の活性領域40を規定する分離トレンチ2内にはフィールドシールド電極であるN型導電性膜4nが形成される。各活性領域40には、その両端に形成されたキャパシタと、ゲート電極12を有する2つのトランジスタとから成る2つのDRAMセルが形成される。活性領域40の両端のキャパシタは、分離トレンチ2の内壁(活性領域40の側壁)の不純物拡散層をストレージ電極とし、分離トレンチ2内のN型導電性膜4nをセルプレート電極とする。活性領域40の両端のキャパシタのセルプレート電極であるN型導電性膜4nは、互いに分離トレンチ2内で繋がっている。
【選択図】図2An object of the present invention is to increase the integration density of memory cells and increase the capacitance of memory cell capacitors.
An N-type conductive film 4n serving as a field shield electrode is formed in an isolation trench 2 that defines an active region 40 of a semiconductor substrate. In each active region 40, two DRAM cells including capacitors formed at both ends thereof and two transistors having the gate electrode 12 are formed. The capacitors at both ends of the active region 40 use the impurity diffusion layer on the inner wall of the isolation trench 2 (side wall of the active region 40) as a storage electrode and the N-type conductive film 4n in the isolation trench 2 as a cell plate electrode. The N-type conductive films 4 n that are the cell plate electrodes of the capacitor at both ends of the active region 40 are connected to each other in the isolation trench 2.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、半導体記憶装置およびその製造方法に関し、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)など、キャパシタを有するメモリセルの構造に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, and relates to a structure of a memory cell having a capacitor, such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
従来の半導体記憶装置として、MOS(Metal-Oxide Semiconductor)トランジスタと、当該MOSトランジスタのソースドレイン領域に接続した不純物拡散層を下部電極(ストレージ電極)とするキャパシタとにより構成されるDRAMが知られている(例えば、特許文献1)。 As a conventional semiconductor memory device, a DRAM is known that includes a MOS (Metal-Oxide Semiconductor) transistor and a capacitor having an impurity diffusion layer connected to the source / drain region of the MOS transistor as a lower electrode (storage electrode). (For example, Patent Document 1).
特許文献1のDRAMセルのキャパシタにおいては、上部電極(セルプレート電極)はMOSトランジスタのゲート電極と同じ層を用いて形成される。またDRAMセルが形成される活性領域は、半導体基板に形成された分離トレンチにより規定され、各活性領域間は該分離トレンチ内に埋め込まれた分離絶縁膜(フィールド絶縁膜)により互いに分離される。そしてメモリセルのキャパシタの形成領域における分離絶縁膜の上部にリセス(キャビティ)を形成し、キャパシタを該リセス内にまで延在させることで、キャパシタの有効面積を増やして容量の増大を図っている。
In the DRAM cell capacitor of
一方、分離絶縁膜と同様に活性領域の間を分離する技術として、MOS構造の電極を用いて電界の作用により素子間を分離する「フィールドシールド」がある。この技術では、半導体基板における活性領域を規定する分離トレンチには、当該分離トレンチの内壁(活性領域の側壁)に形成した薄い絶縁膜(内壁絶縁膜)を介して導電性膜(フィールドシールド電極)が埋め込まれる(例えば特許文献2)。 On the other hand, as a technique for isolating active regions as in the case of the isolation insulating film, there is a “field shield” that isolates elements by the action of an electric field using an electrode having a MOS structure. In this technique, an isolation trench defining an active region in a semiconductor substrate has a conductive film (field shield electrode) via a thin insulating film (inner wall insulating film) formed on the inner wall (side wall of the active region) of the isolation trench. Is embedded (for example, Patent Document 2).
このフィールドシールド構造を利用した半導体記憶装置として、分離トレンチ内のフィールドシールド電極をメモリセルのキャパシタのセルプレート電極とし、該分離トレンチの内壁に形成した不純物拡散層をストレージ電極とするDRAMセルも提案されている(例えば特許文献3,4)。この手法によれば、フィールドシールド構造とキャパシタ構造の形成工程が統合されると共に、DRAMセルの高密度化(高集積化)を図ることができる。特に特許文献3においては、トレンチの内壁に微小な凹凸を設けることにより、キャパシタの有効面積を増やして容量の増大を図る技術も提案されている。
As a semiconductor memory device using this field shield structure, a DRAM cell is also proposed in which the field shield electrode in the isolation trench is used as the cell plate electrode of the capacitor of the memory cell, and the impurity diffusion layer formed on the inner wall of the isolation trench is used as the storage electrode. (For example,
上記の特許文献1〜3の例に見られるように、DRAMセルの高密度化およびそのキャパシタの容量増大化は、DRAMデバイスの小型化、高性能化を促進させる上で重要な課題となっている。
As seen in the examples of
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、半導体記憶装置において、メモリセルの高密度化およびキャパシタの容量増大を図ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to increase the density of memory cells and increase the capacity of capacitors in a semiconductor memory device.
半導体基板と、前記半導体基板における活性領域を規定するトレンチと、前記トレンチの内壁に形成された内壁絶縁膜と、前記トレンチ内に前記内壁絶縁膜を介して埋め込まれた導電性膜と、メモリセルが形成された前記活性領域である第1活性領域と、前記第1活性領域の両端にそれぞれ形成され、前記トレンチの内壁に形成された不純物拡散層を第1電極、前記内壁絶縁膜を誘電体層、前記導電性膜を第2電極とする第1および第2キャパシタとを備え、前記第1キャパシタの第2電極と前記第2キャパシタの第2電極とは、前記トレンチ内で繋がっているものである。 A semiconductor substrate; a trench defining an active region in the semiconductor substrate; an inner wall insulating film formed on an inner wall of the trench; a conductive film embedded in the trench through the inner wall insulating film; and a memory cell The first active region, which is the active region formed with the first active region, and the impurity diffusion layer formed on the inner wall of the trench as the first electrode and the inner wall insulating film as the dielectric, respectively, are formed at both ends of the first active region. A first capacitor and a second capacitor having the conductive film as a second electrode, wherein the second electrode of the first capacitor and the second electrode of the second capacitor are connected in the trench. It is.
キャパシタおよびトランジスタを有するメモリセルを備えた半導体記憶装置の製造方法であって、(a)半導体基板の上部に、当該半導体基板における活性領域を規定するトレンチを形成する工程と、(b)前記メモリセルを形成するための前記活性領域である第1活性領域の側壁に相当する前記トレンチの内壁に、イオン注入により不純物拡散層を形成する工程と、(c)前記トレンチの内壁に内壁絶縁膜を形成する工程と、(d)前記工程(c)の後に、前記トレンチ内にノンドープポリシリコンを埋め込む工程と、(e)イオン注入によって前記第1活性領域および前記ノンドープポリシリコンにドーパントを導入することにより、前記第1活性領域にウェルを形成すると共に、前記ノンドープポリシリコンを導電性膜にして、前記不純物拡散層を第1電極、前記内壁絶縁膜を誘電体層、前記導電性膜を第2電極とする前記キャパシタを形成する工程とを備えるものである。 A method of manufacturing a semiconductor memory device including a memory cell having a capacitor and a transistor, wherein: (a) forming a trench defining an active region in the semiconductor substrate above the semiconductor substrate; and (b) the memory Forming an impurity diffusion layer on the inner wall of the trench corresponding to the side wall of the first active region, which is the active region for forming a cell, by ion implantation; and (c) providing an inner wall insulating film on the inner wall of the trench. (D) a step of burying non-doped polysilicon in the trench after the step (c); and (e) introducing a dopant into the first active region and the non-doped polysilicon by ion implantation. As a result, a well is formed in the first active region, and the non-doped polysilicon is made a conductive film, whereby the non-doped polysilicon is formed. Things diffusion layer of the first electrode, the dielectric layer the inner wall insulating film, the conductive film in which and a step of forming the capacitor to the second electrode.
本発明に係る半導体記憶装置によれば、第1活性領域の一端の第1キャパシタの第2電極と、他端の第2キャパシタの第2電極とが互いにトレンチ内で繋がっているので、第1および第2のキャパシタで1つのセルプレートコンタクトを共有でき、セルプレートコンタクト必要数を少なくしてDRAMセルの高密度化を図ることができる。また、第2キャパシタとしての導電性膜が、第1活性領域を取り囲むようにすれば、第1および第2のキャパシタの有効面積が大きくなり、容量を増大させることができる。 According to the semiconductor memory device of the present invention, the second electrode of the first capacitor at one end of the first active region and the second electrode of the second capacitor at the other end are connected to each other in the trench. In addition, one cell plate contact can be shared by the second capacitor, and the required number of cell plate contacts can be reduced to increase the density of DRAM cells. If the conductive film as the second capacitor surrounds the first active region, the effective areas of the first and second capacitors are increased, and the capacitance can be increased.
本発明に係る半導体記憶装置の製造方法によれば、第1活性領域にウェルを形成するためのイオン注入により、トレンチ内のノンドープポリシリコンにドーパントを導入して導電性膜とするので、当該導電性膜はウェルと同じ導電型となる。よって、トレンチの底部および内壁部の極性が反転しにくくなり、フィールドシールド構造の素子分離能力が向上され、メモリセル間のリーク電流が抑制される。 According to the method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, the dopant is introduced into the non-doped polysilicon in the trench by ion implantation for forming a well in the first active region, so that the conductive film The conductive film has the same conductivity type as the well. Therefore, the polarities of the bottom and inner walls of the trench are not easily reversed, the element isolation capability of the field shield structure is improved, and the leakage current between the memory cells is suppressed.
<実施の形態1>
図1(a)は1トランジスタ・1キャパシタ型のDRAMセルの基本的な回路図である。このDRAMセル100は、データの書き込み、リフレッシュ、読み出し等を行うアクセストランジスタTと、データに応じた電荷を蓄積するキャパシタCとにより構成される。この例において、アクセストランジスタTはPチャネル型MOSトランジスタである。アクセストランジスタTのゲート電極はワード線WLに接続し、またソースドレイン電極の一方はビット線BLに接続し、他方はキャパシタCの片方の電極(ストレージ電極)に接続する。キャパシタCのもう片方の電極(セルプレート電極)は所定の電圧Vcpに固定される。
<
FIG. 1A is a basic circuit diagram of a 1-transistor 1-capacitor DRAM cell. The
また図1(b)は、図1(a)に示したDRAMセル100をメモリユニットとする相補型DRAMセル200の基本的な回路図である。図1(b)の如く、1つの相補型DRAMセル200は、ワード線WLを共通にする2つのDRAMセル100により構成される(そのため相補型DRAMセルは、ツインセルRAM(TCRAM:Twin Cell RAM)とも呼ばれる)。そして相補型DRAMセル200を構成する2つのDRAMセル100は、互いに相補なデータ信号の読み出しおよび書き込みを行うよう動作する。即ち、相補型DRAMセル200が接続する一対のビット線BL,/BLには、互いに相補なデータ信号が入出力される。相補型DRAMセル200によれば、読み出し信号の振幅を図1(a)の通常のDRAMセルの2倍にできると共に、2つのDRAMセル100が互いに相補的な動作を行うことによってノイズがキャンセルされるので、高速動作が可能になる。
FIG. 1B is a basic circuit diagram of a
図2〜図5は、実施の形態1に係る半導体記憶装置の構成を示す図である。より具体的には、図2は当該半導体記憶装置が有するDRAMセルアレイの上面図である。図3は図2に示すA−A線に沿った断面図であり、活性領域40のビット線8b(図2では不図示)方向の断面を示している。図4は、図2に示すB−B線に沿った断面図であり、ワード線(ゲート電極12に相当)の延在方向に隣接する活性領域40の間の分離領域の断面を示している。図5は、図2に示す領域Eの断面斜視図を示している。これらの図において、互いに同一の要素には同一符号を付している。
2 to 5 are diagrams showing the configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment. More specifically, FIG. 2 is a top view of a DRAM cell array included in the semiconductor memory device. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2, and shows a cross section of the
DRAMセルアレイが形成される領域(メモリセル領域)には、図2の如く、分離トレンチ2で規定された複数の活性領域40がマトリクス状に配設される。メモリセル領域の活性領域40の各々には、ビット線の延在方向(A−A線に沿った方向)に並ぶ2つのDRAMセルが形成される。即ち図3に示すように、メモリセル領域の活性領域40の各々には、その一端に形成されたキャパシタC1およびそれに接続するアクセストランジスタT1(PMOSトランジスタ)から成るDRAMセルと、他端に形成されたキャパシタC2およびそれに接続するアクセストランジスタT2(PMOSトランジスタ)から成るDRAMセルとの2つが形成される。
In the region (memory cell region) where the DRAM cell array is formed, a plurality of
図3および図4に示すように、活性領域40は、シリコン基板1の上部に形成された分離トレンチ2によって規定される。分離トレンチ2の内壁(活性領域40の側壁)には内壁酸化膜3(内壁絶縁膜)が形成されており、当該分離トレンチ2内にはその内壁酸化膜3を介して導電性膜4nが埋め込まれている。即ち、活性領域40間の分離構造はフィールドシールド構造である。本実施の形態では、メモリセル領域の活性領域40はNウェル領域10内に形成されており、フィールドシールド電極である導電性膜4nは、N型ドーパントが導入されたポリシリコン膜(以下「N型導電性膜」と称す)により形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図3の如く、アクセストランジスタT1,T2の各々は、ゲート酸化膜11、その上に形成されたポリシリコンのゲート電極12、該ゲート電極12の側面に形成されたシリコン窒化膜のサイドウォール13、Nウェル領域10の上部におけるゲート電極12の両側に形成されたソースドレイン領域14,15により構成される。
As shown in FIG. 3, each of the access transistors T1, T2 includes a
ゲート電極12およびソースドレイン領域14,15の上部には、低抵抗化の目的で、それぞれシリサイド12s,14s,15sが形成されている。ソースドレイン領域14は、シリサイド14sを介して、層間絶縁膜6上に形成されたビット線8bへ接続するコンタクト(ビット線コンタクト)7bに接続する。またワード線として機能するゲート電極12にも、不図示の部分に形成されたコンタクト(ワード線コンタクト)が、ゲート電極12を介して接続する。一方、ソースドレイン領域15の上部にはコンタクトは形成されないが、シリサイド15sは、アクセストランジスタ(アクセストランジスタT1,T2)とキャパシタ(キャパシタC1,C2)との間の接続抵抗を低くすることにより、DRAMセルの高速動作化に寄与している。
キャパシタC1,C2の各々は、活性領域40の端部近傍の側壁に相当する分離トレンチ2の内壁に形成されたP型の不純物拡散層16(以下「キャパシタ電極拡散層16」)と、フィールドシールド構造を成す内壁酸化膜3およびN型導電性膜4nとにより構成されている。即ち、キャパシタ電極拡散層16は、ソースドレイン領域15に接続しており、キャパシタC1,C2のストレージ電極(第1電極)として機能し、内壁酸化膜3はキャパシタC1,C2の誘電体層として機能し、N型導電性膜4nはキャパシタC1,C2セルプレート電極(第2電極)として機能する。N型導電性膜4nの上面には、シリコン酸化膜のキャップ酸化膜5が形成されている。
Each of capacitors C1 and C2 includes a P-type impurity diffusion layer 16 (hereinafter referred to as “capacitor
本実施の形態においては図4および図5に示すように、ゲート電極12の延在方向に隣接する活性領域40間の分離トレンチ2(ゲート電極12に垂直に走る分離トレンチ2)も、内壁酸化膜3を介してN型導電性膜4nが埋め込まれたフィールドシールド構造を有している。つまり、図3に示す活性領域40の一端に形成されたキャパシタC1の第2電極であるN型導電性膜4nと、他端に形成されたキャパシタC2の第2電極であるN型導電性膜4nとが、分離トレンチ2内で繋がった構造となっている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the
図2〜図5では図示されていないが、キャパシタC1,C2の第2電極(N型導電性膜4n)上にもそれに接続するコンタクト(セルプレートコンタクト)が形成され、N型導電性膜4nにはそれを通してセルプレート電圧Vcpが印加される。活性領域40の両端のキャパシタC1,C2の第2電極が分離トレンチ2内で繋がっているため、それらキャパシタC1,C2で1つのセルプレートコンタクトを共有でき、セルプレートコンタクト必要数を少なくしてDRAMセルの高密度化を図ることができるという利点が得られる。なお、セルプレートコンタクトのレイアウトの具体例は後述する(図22〜図24)。
Although not shown in FIGS. 2 to 5, a contact (cell plate contact) connected to the second electrode (N-type
また図2に示すように、本実施の形態においては、DRAMセルが形成される複数の活性領域40のそれぞれはN型導電性膜4nで囲まれており、そのN型導電性膜4nは全て一体的に繋がって形成されている(即ちN型導電性膜4nは、平面視で網目状に形成されている)。つまり、メモリセル領域内の各活性領域40に形成されたキャパシタC1,C2の全ての第2電極(N型導電性膜4n)が分離トレンチ2内で繋がることとなる。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, each of the plurality of
DRAMセルが形成される各活性領域40が、N型導電性膜4nで囲まれているため、活性領域40におけるゲート電極12よりも外側の側壁(図2において「コ」の字型の太線で示されている部分)は全て、キャパシタC1,C2の有効面積に寄与することになる。それにより、キャパシタC1,C2の容量を増加させることができる。
Since each
また本実施の形態によれば、キャパシタC1,C2のセルプレート電極(N型導電性膜4n)が分離トレンチ2内に埋め込まれた形状となる。例えば上記の特許文献1のようにセルプレート電極をアクセストランジスタのゲート電極と同じ層を用いて形成する場合には、セルプレート電極を分離トレンチ2よりも幅広にする必要があるが、本実施の形態ではその必要がないためDRAMセルの高密度化が可能になる。例えば、分離トレンチ2を挟んで隣接するDRAMセルのゲート電極12間の距離(図2に示す距離D)を0.54μm程度にまで小さくすることができる(セルプレート電極をアクセストランジスタのゲート電極と同じ層で形成する場合には、0.74μm程度必要であった)。
Further, according to the present embodiment, the cell plate electrodes (N-type
またセルプレート電極をアクセストランジスタのゲート電極と同じ層で形成した場合に、両電極間の距離を近づけると、アクセストランジスタのソースドレイン領域上がセルプレート電極のサイドウォールに覆われる(例えば特許文献1の図3−R参照)。そうなると、その後の工程でソースドレイン領域をシリサイド化するのが困難になったり、セルプレート電極のサイドウォールの下に不純物濃度の低い高抵抗な領域ができるなど、低抵抗化の妨げとなる問題が生じる。それに対し本実施の形態では、セルプレート電極が分離トレンチ2内に埋め込まれるため、ストレージ電極であるキャパシタ電極拡散層16に接続するソースドレイン領域15上にスペースができ、シリサイド化や不純物イオン注入を容易に行うことができるので、それらの問題は解決される。
Further, when the cell plate electrode is formed in the same layer as the gate electrode of the access transistor, the source / drain region of the access transistor is covered with the sidewall of the cell plate electrode when the distance between both electrodes is reduced (for example, Patent Document 1). FIG. 3-R). In that case, it becomes difficult to silicide the source / drain region in the subsequent process, and a high resistance region with a low impurity concentration is formed under the side wall of the cell plate electrode. Arise. On the other hand, in this embodiment, since the cell plate electrode is embedded in the
通常、半導体記憶装置には、メモリセルだけでなくそれを駆動するための周辺回路が搭載される。図6は、実施の形態1に係る半導体記憶装置におけるDRAMセルのアレイが形成されるメモリセル領域と、周辺回路が形成される周辺回路領域との境界近傍の断面図である。図6中の左側のメモリ領域には、DRAMセルが示されており、右側の周辺回路領域には、周辺回路のトランジスタ(周辺トランジスタ)が示されている。なお図6において、図3に示したものに対応する要素には、それと同一符号を付してある。また、図6のメモリセル領域に示すDRAMセルは、図6に示したものと同様であるのでここでの詳細な説明は省略する。 In general, a semiconductor memory device includes not only a memory cell but also a peripheral circuit for driving it. FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of the boundary between the memory cell region in which the array of DRAM cells is formed and the peripheral circuit region in which the peripheral circuit is formed in the semiconductor memory device according to the first embodiment. In the left memory area in FIG. 6, DRAM cells are shown, and in the right peripheral circuit area, peripheral circuit transistors (peripheral transistors) are shown. In FIG. 6, elements corresponding to those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. Further, the DRAM cell shown in the memory cell region of FIG. 6 is the same as that shown in FIG. 6, and therefore detailed description thereof is omitted here.
一方、図6の周辺回路領域には周辺回路のNMOSトランジスタ(以下「周辺NMOSトランジスタ」)TnおよびPMOSトランジスタ(以下「周辺PMOSトランジスタ」)Tpが示されている。周辺NMOSトランジスタTnおよび周辺PMOSトランジスタTpも、メモリセル領域のDRAMセルと同様に、それぞれフィールドシールド構造の分離トレンチ2で規定された活性領域40に形成されている。周辺PMOSトランジスタTpが形成される活性領域40はNウェル領域20内に形成されており、周辺NMOSトランジスタTnが形成される活性領域40はPウェル領域30内に形成されている。
On the other hand, the peripheral circuit region of FIG. 6 shows an NMOS transistor (hereinafter “peripheral NMOS transistor”) Tn and a PMOS transistor (hereinafter “peripheral PMOS transistor”) Tp of the peripheral circuit. The peripheral NMOS transistor Tn and the peripheral PMOS transistor Tp are also formed in the
また本実施の形態においては、Nウェル領域20内の分離トレンチ2に埋め込まれている導電性膜はN型ドーパントが導入されたポリシリコン(N型導電性膜4n)であり、Pウェル領域30内の分離トレンチ2に埋め込まれている導電性膜はP型ドーパントが導入されたポリシリコン(P型導電性膜4p)である。周辺回路領域のN型導電性膜4nおよびP型導電性膜4pは、それぞれコンタクト7nおよびコンタクト7pを介して層間絶縁膜6上の配線8に接続しており、それらを通してN型導電性膜4nおよびP型導電性膜4pを所定の電圧に設定できるようになっている。
In the present embodiment, the conductive film embedded in the
周辺PMOSトランジスタTpは、シリコン酸化膜のゲート酸化膜21、その上に形成されたポリシリコンのゲート電極22、該ゲート電極22の側面に形成されたシリコン窒化膜のサイドウォール23、Nウェル領域20の表面部におけるゲート電極22の両側に形成されたP型のソースドレイン領域24により構成される。ゲート電極22、ソースドレイン領域24の上部には、それぞれシリサイド22s,24sが形成されている。ゲート電極22およびソースドレイン領域24は、それぞれシリサイド22s,24sを介して、層間絶縁膜6上に形成された所定の配線8へ接続するコンタクト7に接続している。
The peripheral PMOS transistor Tp includes a silicon oxide
周辺NMOSトランジスタTnは、周辺PMOSトランジスタTpとは逆の導電型ではあるが、その構成は周辺PMOSトランジスタTpとほぼ同様である。即ち、周辺NMOSトランジスタTnは、シリコン酸化膜のゲート酸化膜31、その上に形成されたポリシリコンのゲート電極32、該ゲート電極32の側面に形成されたシリコン窒化膜のサイドウォール33、Pウェル領域30の表面部におけるゲート電極32の両側に形成されたN型のソースドレイン領域34により構成される。ゲート電極32、ソースドレイン領域34の上部には、それぞれシリサイド32s,34sが形成されている。ゲート電極32およびソースドレイン領域34は、それぞれシリサイド32s,34sを介して、層間絶縁膜6上に形成された所定の配線8へ接続するコンタクト7に接続している。
The peripheral NMOS transistor Tn has a conductivity type opposite to that of the peripheral PMOS transistor Tp, but its configuration is substantially the same as that of the peripheral PMOS transistor Tp. That is, the peripheral NMOS transistor Tn includes a
ここで、図6に示すように、Nウェル領域20内のフィールドシールド電極であるN型導電性膜4nは、その上面の高さが隣接する周辺PMOSトランジスタTpのソースドレイン領域24の底よりも高くなるように形成される。同様にP型導電性膜4pは、その上面の高さが隣接する周辺NMOSトランジスタTnのソースドレイン領域34の底よりも高くなるように形成される。それにより、フィールドシールド電極を挟む2つのソースドレイン領域の電位が互いに異なった場合に、その一方のソースドレイン領域に生じた電界が他方のソースドレイン領域に影響して電位変動を生じさせることが抑制される。
Here, as shown in FIG. 6, the N-type
また本実施の形態においては、図6に示すように、メモリセル領域と周辺回路領域との境界に活性領域41が形成される。この活性領域41は、他の活性領域40と同じく分離トレンチ2により規定されるものであるが、それには回路素子が形成されておらず、専らメモリセル領域と周辺回路領域とを分離する役割を担っている。以下、活性領域41を「分離用活性領域」と称する。図7は、実施の形態1に係る半導体記憶装置のチップレイアウトの概略図である。同図に示すように、分離用活性領域41は、メモリセル領域を囲むフレーム状に形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, an
メモリセル領域と周辺回路領域との境界に分離用活性領域41が形成されることにより、メモリセル領域内のフィールドシールド電極(メモリセル用のNウェル領域10内のN型導電性膜4n)と、周辺回路領域内のフィールドシールド電極(周辺回路用のNウェル領域20およびPウェル領域30内のN型導電性膜4n,4p)とが電気的に分離される。それにより、メモリセル領域のフィールドシールド電極および周辺回路領域内のフィールドシールド電極を、必要に応じて互いに異なる電圧に設定することができ(フローティングにすることもできる)、半導体記憶装置の性能向上に寄与することができる。
By forming the isolation
例えば、周辺回路領域のフィールドシールド電極の電圧を0V(接地電位)あるいはフローティングにした状態で、メモリセル領域のフィールドシールド電極の電圧を電源電圧Vcc(例えば1.5V)の半分程度(例えば0.6〜0.75)に設定することができる。メモリセル領域のフィールドシールド電極はDRAMセルのキャパシタC1,C2の第2電極(セルプレート電極)として機能しているので、そのように設定することにより、第1電極(ストレージ電極)に電圧Vccと0Vのいずれを記憶させる場合も誘電体層(内壁酸化膜3)にかかる電圧を最小にでき、誘電体層を薄膜化してキャパシタC1,C2の容量の増大を図ることができる。また、N型導電性膜4nが正電位に固定されることにより、その下に形成される寄生PMOSトランジスタがオンし難くなり、電荷リークを防止できるという利点もある。
For example, the voltage of the field shield electrode in the peripheral circuit region is 0 V (ground potential) or in a floating state, and the voltage of the field shield electrode in the memory cell region is about half of the power supply voltage Vcc (for example, 1.5 V) (for example, 0. 6 to 0.75). Since the field shield electrode in the memory cell region functions as the second electrode (cell plate electrode) of the capacitors C1 and C2 of the DRAM cell, the voltage Vcc is applied to the first electrode (storage electrode) by setting it as such. When storing any of 0V, the voltage applied to the dielectric layer (inner wall oxide film 3) can be minimized, and the capacitance of the capacitors C1 and C2 can be increased by reducing the thickness of the dielectric layer. Further, since the N-type
次に、図6に示した本実施の形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図8〜図21は、当該半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程図である。以下、これらの図を参照して当該製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment shown in FIG. 6 will be described. 8 to 21 are process diagrams for explaining the manufacturing method of the semiconductor memory device. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to these drawings.
まずシリコン基板1を用意し、その上面に膜厚5nm〜30nm程度のシリコン酸化膜(パッド酸化膜)81を形成する。次いで、膜厚50nm〜200nm程度のシリコン窒化膜を堆積し、フォトリソグラフィ技術を用いてそれをパターニングすることにより、分離トレンチ2の形成領域上が開口されたシリコン窒化膜のハードマスク82を形成する。そしてハードマスク82をマスクにするエッチングにより、シリコン基板1の上部に深さ150nm〜500nm程度の分離トレンチ2を形成する。それによりシリコン基板1における活性領域40および分離用活性領域41が規定される。その後、熱酸化法により分離トレンチ2の内壁に膜厚5nm〜30nm程度の内壁酸化膜3を形成する(図8)。
First, a
次にフォトリソグラフィ技術を用いて、DRAMセルのキャパシタC1,C2の形成領域を開口したレジストマスク83を形成し、例えばエネルギー10keV、ドーズ量5E14/cm2以上の条件でP型ドーパントとしてのボロンをイオンを注入する。このときハードマスク82あるいはレジストマスク83がマスクとなるため、キャパシタC1,C2の形成領域以外のシリコン基板1にはボロンイオンは注入されない。その結果、キャパシタC1,C2の形成領域の分離トレンチ2の内壁および底のみにボロンイオンが注入され、その部分にP型のキャパシタ電極拡散層16が形成される(図9)。
Next, using a photolithography technique, a resist
続いて不純物がドーピングされていないポリシリコン膜(ノンドープポリシリコン膜)4を堆積する。本実施の形態では、全ての分離トレンチ2に対してノンドープポリシリコン膜4が完全に充填されるように、ノンドープポリシリコン膜4を堆積させる厚さを、分離トレンチ2の深さとハードマスク82の厚さとパッド酸化膜81の厚さとの和よりも厚くする(図10)。
Subsequently, a polysilicon film (non-doped polysilicon film) 4 not doped with impurities is deposited. In the present embodiment, the thickness of depositing the
そしてCMP(Chemical Mechanical Polishing)技術を用いて、ハードマスク82上のノンドープポリシリコン膜4を除去する(図11)。さらに異方性エッチングによりエッチバックを行うことで、ノンドープポリシリコン膜4の上面の高さをシリコン基板1の表面よりも低くする(図12)。
Then, using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique, the
その後、高密度プラズマCVD(HDP−CVD:High Density Plasma Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン酸化膜85を堆積する(図13)。次いでハードマスク82をストッパとしたCMP法により、ハードマスク82上のシリコン酸化膜85を除去することで、分離トレンチ2内のノンドープポリシリコン膜4上にキャップ酸化膜5が形成される(図14)。そして、フッ酸を用いたエッチングによりキャップ酸化膜5の上面の高さを調節した後、熱リン酸を用いたエッチングによりハードマスク82を除去し、さらにフッ酸を用いたエッチングによりパッド酸化膜81を除去する(図15)。
Thereafter, a
次いで、フォトリソグラフィ技術を用い、Pウェル領域30の形成領域上が開口されたレジストマスク86を形成し、それをマスクにしてP型ドーパントであるボロンをイオン注入することでシリコン基板1にPウェル領域30を形成する(図16)。このボロンのイオン注入は、注入条件を変えて多段で行う。より具体的には、例えば、エネルギー300keV、ドーズ量1E13/cm2での注入と、エネルギー100keV、ドーズ量6E12/cm2での注入と、エネルギー10keV、ドーズ量1E13/cm2での注入との組み合わせにより行う。このイオン注入により、Pウェル領域30内のノンドープポリシリコン膜4にもボロンが注入されるため、Pウェル領域30内のノンドープポリシリコン膜4は、P型導電性膜4pとなる。
Next, a resist
続いて、フォトリソグラフィ技術を用い、Nウェル領域10,20の形成領域上が開口されたレジストマスク87を形成し、それをマスクにしてN型ドーパントであるリンをイオン注入する。それによりシリコン基板1のメモリセル領域にNウェル領域10が形成されると同時に、周辺回路領域にNウェル領域20が形成される(図17)。このリンのイオン注入も、注入条件を変えて多段で行う。より具体的には、例えば、エネルギー600keV、ドーズ量1E13/cm2での注入と、エネルギー300keV、ドーズ量6E12/cm2での注入と、エネルギー30keV、ドーズ量1E13/cm2での注入との組み合わせにより行う。またこのイオン注入により、Nウェル領域10,20内のノンドープポリシリコン膜4にもリンが注入されるため、Nウェル領域10,20内のノンドープポリシリコン膜4は、N型導電性膜4nとなる。
Subsequently, using a photolithography technique, a resist
またこのリン注入の際には、分離トレンチ2の底部近傍の深さで高濃度に注入されるようにする。そうすることにより、キャパシタ電極拡散層16における分離トレンチ2の底の部分が打ち消され、図17に示すようにキャパシタ電極拡散層16は分離トレンチ2の側壁部分のみに残存するかたちとなる。その結果、完成後の半導体記憶装置において、分離トレンチ2を挟んで隣接するDRAMセル間のリーク電流の発生が防止される。
Further, at the time of this phosphorus implantation, a high concentration is implanted at a depth near the bottom of the
その後、シリコン基板1の上面にシリコン酸化膜および電極材としてのポリシリコンを順次堆積し、フォトリソグラフィ技術を用いてそれらをパターニングすることにより、ゲート酸化膜11,21,31およびゲート電極12,22,32を形成する(図18)。
Thereafter, a silicon oxide film and polysilicon as an electrode material are sequentially deposited on the upper surface of the
続いて、イオン注入によりアクセストランジスタT1,T2、周辺PMOSトランジスタTpおよび周辺NMOSトランジスタTnそれぞれのLDD(Lightly Doped Drain)層を形成した後、全面にシリコン窒化膜を堆積してエッチバックすることで、ゲート電極12,22,32の側面にそれぞれサイドウォール13,23,33を形成する。そしてさらにイオン注入により、アクセストランジスタT1,T2、周辺PMOSトランジスタTpおよび周辺NMOSトランジスタTnの各ソースドレイン領域14,15,24,34を形成する(図19)。これらのイオン注入の際には、NMOSトランジスタ(周辺NMOSトランジスタTn)の形成領域とPMOSトランジスタ(アクセストランジスタT1,T2および周辺PMOSトランジスタTp)の形成領域とで、注入するイオンの導電型を変える必要があるが、それはフォトリソグラフィ技術を用いることで可能である。即ち、NMOSトランジスタの形成領域へのイオン注入の際には、PMOSトランジスタの形成領域を覆うフォトレジスト形成してそれを注入のマスクに用い、逆にPMOSトランジスタの形成領域へのイオン注入の際には、PMOSトランジスタの形成領域を覆うフォトレジストをマスクに用いればよい。
Subsequently, after forming LDD (Lightly Doped Drain) layers of the access transistors T1, T2, the peripheral PMOS transistor Tp, and the peripheral NMOS transistor Tn by ion implantation, a silicon nitride film is deposited on the entire surface and etched back.
以上の工程により、メモリセル領域にキャパシタC1,C2およびそれに接続するアクセストランジスタT1,T2が形成されると共に、周辺回路領域に周辺PMOSトランジスタTpおよび周辺NMOSトランジスタTnが形成される。 Through the above steps, capacitors C1 and C2 and access transistors T1 and T2 connected thereto are formed in the memory cell region, and a peripheral PMOS transistor Tp and a peripheral NMOS transistor Tn are formed in the peripheral circuit region.
その後、シリサイド化を行う領域上に例えばコバルトなどの金属膜を堆積させて熱処理を施し、未反応の金属膜を除去することにより、ゲート電極12,22,32並びにソースドレイン領域14,15,24,34の上部に、自己整合的にシリサイド12s,22s,32s,14s,15s,24s,34sが形成される(図20)。
Thereafter, a metal film such as cobalt is deposited on the region to be silicidized and subjected to heat treatment, and the unreacted metal film is removed, whereby the
そしてシリコン酸化膜により層間絶縁膜6を形成し、その上面を平坦化した後、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチングにより層間絶縁膜6にコンタクトホールを形成する(図21)。そしてその中にコンタクト7(コンタクト7b,7n,7p等を含む)を形成し、その上に配線8(ビット線8bを含む)を形成することにより、図6に示した半導体記憶装置が形成される。
Then, an
ここで、フィールドシールド構造を用いた素子分離においては、Pウェル領域内のフィールドシールド電極がP型の導電型を有し、Nウェル領域内のフィールドシールド電極がN型の導電型を有するようにすると、分離トレンチ2の底部および内壁部の極性が反転しにくくなり、フィールドシールド構造の素子分離能力が向上されることが分かっている(例えば上記特許文献2参照)。上記の製造方法では、Nウェル領域10,20を形成するイオン注入(図17)により、Nウェル領域10,20内のノンドープポリシリコン膜4にそれぞれN型ドーパントが導入され、またPウェル領域30を形成するイオン注入(図16)により、Pウェル領域30内のノンドープポリシリコン膜4にP型ドーパントが導入される。よって、Nウェル領域10,20内のフィールドシールド電極はN型導電性膜4nに、Pウェル領域30内のフィールドシールド電極ではP型導電性膜4pとなり、上の条件が満たされる。
Here, in element isolation using the field shield structure, the field shield electrode in the P well region has P-type conductivity, and the field shield electrode in the N well region has N-type conductivity. Then, it has been found that the polarities of the bottom and inner walls of the
図22は、実施の形態1に係る半導体記憶装置のメモリセル領域におけるコンタクトのレイアウトの一例を示す図であり、当該メモリセル領域の外周部の上面図である。同図においては、図6に示したものに対応する要素には同一符号を付してある。上でも説明したように、本実施の形態においてはメモリセル領域の外周(周辺回路領域との境界)には、メモリセル領域を囲むように分離用活性領域41が形成されている(図7)。
FIG. 22 is a diagram showing an example of the contact layout in the memory cell region of the semiconductor memory device according to the first embodiment, and is a top view of the outer peripheral portion of the memory cell region. In the figure, elements corresponding to those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. As described above, in the present embodiment, the isolation
図22の如く本実施の形態では、ワード線であるゲート電極12に接続するコンタクト7w(ワード線コンタクト)はゲート電極12の長手方向の端部の上にレイアウトされる。また、セルプレート電極であるN型導電性膜4nに接続するコンタクト7c(セルプレートコンタクト)は、メモリセル領域におけるゲート電極12の延在方向に垂直な辺に沿った端部のN型導電性膜4n上にレイアウトされる。このようにセルプレートコンタクト7cをメモリセル領域の端部にレイアウトすることにより、セルプレートコンタクト7cによるエリアペナルティの増加を抑制でき、メモリセル領域におけるDRAMセルの高密度化に寄与できる。
As shown in FIG. 22, in this embodiment, the
また図23および図24はそれぞれ、実施の形態1に係る半導体記憶装置のメモリセル領域におけるコンタクトのレイアウトの他の例を示す図である。上記のように、本実施の形態に係る半導体記憶装置においては、ゲート電極12に垂直に走る分離トレンチ2内にもN型導電性膜4nが埋め込まれているため、ゲート電極12に平行に走る分離トレンチ2同士は互いに電気的に接続している。従って、図22のようにゲート電極12に平行に走る分離トレンチ2の一つ一つに対応させてセルプレートコンタクト7cを設ける必要はない。従って、例えば図23に示すように、セルプレートコンタクト7cを、ゲート電極12に平行に走る分離トレンチ2の一つおきに配設することもできる。また条件が整えば、理論的には図24のようにメモリセル領域のコーナー部(例えばメモリセル領域の四隅)のみにセルプレートコンタクト7cを配設することもできる。それにより、セルプレートコンタクト7cによるエリアペナルティをさらに削減することができ、メモリセル領域におけるDRAMセルの高密度化に大きく寄与できる。
FIGS. 23 and 24 are diagrams showing other examples of contact layouts in the memory cell region of the semiconductor memory device according to the first embodiment. As described above, in the semiconductor memory device according to the present embodiment, the N-type
なお、以上の説明においては、複数の活性領域40に形成された各DRAMセル同士の接続についての説明は省略したが、本発明は図1(a)に示した通常のDRAMセルに対しても、図1(b)に示した相補型DRAMセルに対しても、適用可能である。
In the above description, the description of the connection between the DRAM cells formed in the plurality of
<実施の形態2>
図25は、実施の形態2に係る半導体記憶装置の構成を示す図であり、当該半導体記憶装置におけるメモリセル領域と周辺回路領域との境界近傍の断面図である。同図においては、図6に示したものと同様の要素には同一符号を付してあるので、ここではそれらの詳細な説明は省略し、ここでは図6の装置と異なる特徴の部分について主に説明する。
<
FIG. 25 is a diagram showing the configuration of the semiconductor memory device according to the second embodiment, and is a cross-sectional view of the vicinity of the boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region in the semiconductor memory device. In this figure, the same elements as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, so detailed description thereof will be omitted here, and parts of features different from those of the apparatus of FIG. 6 will be mainly described here. Explained.
まず実施の形態2に係る半導体記憶装置では、図6の装置のメモリセル領域と周辺回路領域との境界に形成されていた分離用活性領域41が形成されていない。そして、当該境界部分の分離トレンチ2は、メモリセル領域内の分離トレンチ2(図25の最も左端の分離トレンチ2)よりも幅が広く形成されている。また、周辺回路領域においては、Nウェル領域20とPウェル領域30との境界部分の分離トレンチ2は、Nウェル領域20内の分離トレンチ2(図25の最も右端の分離トレンチ2)およびPウェル領域30内の分離トレンチ2(不図示)よりも幅が広く形成されている。
First, in the semiconductor memory device according to the second embodiment, the isolation
以下、説明の便宜上、分離トレンチ2における幅の広い部分(第1トレンチ部)であるメモリセル領域と周辺回路領域との境界の分離トレンチ2、および周辺回路領域のNウェル領域20とPウェル領域30との境界の分離トレンチ2を「広い分離トレンチ2」と総称し、それ以外の幅の狭い部分(第2トレンチ部)の分離トレンチ2(メモリセル領域内のもの、Nウェル領域20内のもの、Pウェル領域30内のもの)を「狭い分離トレンチ2」と総称することもある。
Hereinafter, for convenience of explanation, the
そしてそれら広い分離トレンチ2の内部では、フィールドシールド電極としての導電性膜が、分離トレンチ2の一方の内壁側と他方の内壁側とに分離されている。即ち、図25に示すように、メモリセル領域と周辺回路領域との境界の分離トレンチ2内では、フィールドシールド電極が、メモリセル領域側のN型導電性膜4nと周辺回路領域側のP型導電性膜4pとに分離されている。同様に、周辺回路領域のNウェル領域20とPウェル領域30との境界の分離トレンチ2内では、Nウェル領域20側のN型導電性膜4nとPウェル領域30側のP型導電性膜4pとに分離されている。応じて、それら広い分離トレンチ2内では、キャップ酸化膜5が分離トレンチ2の中央部で当該分離トレンチ2の底にまで達している。
Inside these
なお、狭い分離トレンチ2(メモリセル領域内のもの、Nウェル領域20内のものおよびPウェル領域30内のもの)は、実施の形態1と同様に、それぞれ導電性膜が一体的に充填されている。
Narrow isolation trenches 2 (in the memory cell region, in the
本実施の形態によれば、メモリセル領域のフィールドシールド電極と、周辺回路領域内のPウェル領域30内のフィールドシールド電極と、Nウェル領域20内のフィールドシールド電極とが互いに分離されるので、必要に応じて互いに異なる電圧に設定することができ(フローティングにすることもできる)、半導体記憶装置の性能向上に寄与することができる。例えば、周辺回路領域のNウェル領域20内のフィールドシールド電極を−1V〜0V程度に設定し、且つ、Pウェル領域30内のフィールドシールド電極を0V〜1V程度に設定し、さらに、メモリセル領域のフィールドシールド電極の電圧を電源電圧Vcc(例えば1.5V)の半分程度(例えば0.6〜0.75)に設定することができる。
According to the present embodiment, the field shield electrode in the memory cell region, the field shield electrode in the
また、図25に示すように、本実施の形態においては広い分離トレンチ2内のN型導電性膜4nおよびP型導電性膜4pは、それぞれその表面に丸みを帯びた形状となっている。そしてそれらに接続するコンタクト7n(メモリセル領域内ではセルプレートコンタクト7c)およびコンタクト7pは、その広い分離トレンチ2内のN型導電性膜4nおよびP型導電性膜4pに接続するようにレイアウトされる。広い分離トレンチ2のN型導電性膜4nおよびP型導電性膜4pの表面は丸みを帯びているので、図26に模式的に示すように、N型導電性膜4nとそれに接続するコンタクト7n(またはセルプレートコンタクト7c)との接触面積、並びにP型導電性膜4pとそれに接続するコンタクト7pとの接触面積は大きくなる。従って、それらの接続抵抗を小さくすることができ、安定した接続(接続抵抗のばらつきが少ない接続)が可能になる。
As shown in FIG. 25, in the present embodiment, the N-type
なお、図26においては説明の便宜上、コンタクト7p,7nが互いに対向しているように図示したが、実際にレイアウトする場合には、図27に示す上面図のように、分離トレンチ2内でコンタクト7p,7nとを、互いに分離トレンチ2の延在方向にずれた移置にレイアウトするとよい。その場合、互いに分離したN型導電性膜4nとP型導電性膜4pとの間の距離が小さい場合でも、コンタクト7p,7n間の距離を大きく保つことができ、コンタクト7p,7nの形成を容易に行うことができる。
In FIG. 26, for convenience of explanation, the
次に、図25に示した本実施の形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図28〜図39は、当該半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程図である。以下、これらの図を参照して当該製造方法を説明する。 Next, a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the present embodiment shown in FIG. 25 will be described. 28 to 39 are process diagrams for explaining the method of manufacturing the semiconductor memory device. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to these drawings.
まず、実施の形態1と同様にの手法により、シリコン基板1に分離トレンチ2を形成する。即ち、シリコン基板1上面にパッド酸化膜81およびハードマスク82を形成し、それをマスクにするエッチングにより分離トレンチ2を形成する。但し、本実施の形態においては、メモリセル領域と周辺回路領域との境界に分離用活性領域41は形成する必要はない。また、メモリセル領域と周辺回路領域との境界、並びに、周辺回路領域のNウェル領域20とPウェル領域30との境界における分離トレンチ2は、それ以外の部分の分離トレンチ2よりも広く形成する。その後、分離トレンチ2の内壁に内壁酸化膜3を形成する(図28)。
First, the
次にフォトリソグラフィ技術を用いて、DRAMセルのキャパシタC1,C2の形成領域を開口したレジストマスク83を形成し、P型ドーパントとしてのボロンをイオンを注入する。それにより、キャパシタC1,C2の形成領域の分離トレンチ2の内壁および底にP型のキャパシタ電極拡散層16が形成される(図29)。
Next, a resist
続いてノンドープポリシリコン膜4を堆積する。本実施の形態では、ノンドープポリシリコン膜4の堆積膜厚は、狭い分離トレンチ2の幅の1/2以上で、且つ、広い分離トレンチ2の幅の1/2未満にする。その結果、狭い分離トレンチ2はノンドープポリシリコン膜4で完全に充填され、広い分離トレンチ2はノンドープポリシリコン膜4で完全には充填されずにその中央部に深い凹みが残る(図30)。
Subsequently, a
そしてCMP技術を用いて、ハードマスク82上のノンドープポリシリコン膜4を除去する(図31)。さらに異方性エッチングによりエッチバックを行うことで、ノンドープポリシリコン膜4の上面の高さをシリコン基板1の表面よりも低くする。但し本実施の形態では、このエッチバックを、広い分離トレンチ2の中央部で底に達するまで行う。広い分離トレンチ2内のノンドープポリシリコン膜4には中央部に深い凹みがあるので、エッチバックが分離トレンチ2の中央部で底に達しても、分離トレンチ2の内壁にはノンドープポリシリコン膜4が残存することとなる。この残存したノンドープポリシリコン膜4は、電極の側面に形成されるサイドウォール(例えば図25のサイドウォール13等)のようにその表面が丸みを帯びた形状となる(図32)。その結果、図26を用いて説明した効果が得られる。
Then, using the CMP technique, the
その後、高密度プラズマCVD法によりシリコン酸化膜85を堆積し(図33)、CMP法によりハードマスク82上のシリコン酸化膜85を除去することで、分離トレンチ2内のノンドープポリシリコン膜4上にキャップ酸化膜5を形成する(図34)。そして、フッ酸を用いたエッチングによりキャップ酸化膜5の上面の高さを調節した後、熱リン酸を用いたエッチングによりハードマスク82を除去し、さらにフッ酸を用いたエッチングによりパッド酸化膜81を除去する(図35)。
Thereafter, a
そして、Pウェル領域30の形成領域上が開口されたレジストマスク86を形成し、それをマスクにしてP型ドーパントであるボロンをイオン注入することでシリコン基板1にPウェル領域30を形成する(図36)。またこのイオン注入により、Pウェル領域30内のノンドープポリシリコン膜4は、P型導電性膜4pとなる。
Then, a resist
続いて、Nウェル領域10,20の形成領域上が開口されたレジストマスク87を形成し、それをマスクにしてN型ドーパントであるリンをイオン注入することでNウェル領域10,20が同時に形成される(図37)。このイオン注入により、Nウェル領域10,20内のノンドープポリシリコン膜4は、N型導電性膜4nとなる。またこのリン注入では、分離トレンチ2の底部近傍の深さで高濃度に注入されるようにする。それにより、キャパシタ電極拡散層16における分離トレンチ2の底の部分が打ち消され、図37に示すようにキャパシタ電極拡散層16は分離トレンチ2の側壁部分のみに残存するかたちとなる。
Subsequently, a resist
その後は実施の形態1と同様の方法で、ゲート酸化膜11,21,31およびゲート電極12,22,32を形成し、各LDD注入を行い、サイドウォール13,23,33を形成した後、ソースドレイン領域14,15,24,34を形成する。さらにゲート電極12,22,32並びにソースドレイン領域14,15,24,34の上部にシリサイド12s,22s,32s,14s,15s,24s,34sを形成する(図38)。
After that,
そして層間絶縁膜6を形成してその中にコンタクトホールを形成し(図39)、ビット線コンタクト7bを含むコンタクト7(コンタクト7b,7n,7p,7c,7w等を含む)を形成し、その上に配線8(ビット線8bを含む)を形成することにより、図25に示した半導体記憶装置が形成される。
Then, an
図40は、実施の形態2に係る半導体記憶装置のメモリセル領域におけるコンタクトのレイアウトの一例を示す図であり、当該メモリセル領域の外周部の上面図である。同図においては、図25に示したものに対応する要素には同一符号を付してある。上でも説明したように、本実施の形態においては図40の如くメモリセル領域の外周(周辺回路領域との境界)に、広い分離トレンチ2が形成され、その内部のフィールドシールド電極はメモリセル領域側のN型導電性膜4nと周辺回路領域側のP型導電性膜4pとに分離されている(図7)。
FIG. 40 is a diagram showing an example of the layout of contacts in the memory cell region of the semiconductor memory device according to the second embodiment, and is a top view of the outer periphery of the memory cell region. In the figure, elements corresponding to those shown in FIG. 25 are denoted by the same reference numerals. As described above, in the present embodiment, as shown in FIG. 40, a
図40のようにN型導電性膜4nに接続するセルプレートコンタクト7cは、メモリセル領域におけるゲート電極12の延在方向に垂直な辺に沿った端部、即ち広い分離トレンチ2内にレイアウトされる。また、P型導電性膜4pに接続するコンタクト7pもまた広い分離トレンチ2内にレイアウトされる。広い分離トレンチ2のN型導電性膜4nおよびP型導電性膜4pは表面に丸みを帯びているので、図26を用いて説明したように、メモリセル領域のN型導電性膜4nとセルプレートコンタクト7cとの接触面積、並びに周辺回路領域のP型導電性膜4pとそれに接続するコンタクト7pとの接触面積は大きくなる。従って、それらの接続抵抗を小さくすることができ、安定した接続(接続抵抗のばらつきが少ない接続)が可能になる。
As shown in FIG. 40, the
なお実施の形態2においても、ゲート電極12に垂直に走るメモリセル領域内の分離トレンチ2内にはN型導電性膜4nが埋め込まれているため、ゲート電極12に平行に走る分離トレンチ2同士は互いに電気的に接続している。従って、セルプレートコンタクト7cを、ゲート電極12に平行に走る分離トレンチ2の全てに配設する必要はない。例えば図40のように一つおきに配設してもよいし、理論的には、メモリセル領域のコーナー部(例えばメモリセル領域の四隅)のみにセルプレートコンタクト7cを配設することもできる。
Also in the second embodiment, since the N-type
<実施の形態3>
図41は、実施の形態3に係る半導体記憶装置の構成を示す図であり、当該半導体記憶装置におけるメモリセル領域と周辺回路領域との境界近傍の断面図である。同図においては、図6に示したものと同様の要素には同一符号を付してあるので、ここではそれらの詳細な説明は省略し、ここでは図6の装置と異なる特徴の部分について主に説明する。
<
FIG. 41 is a diagram showing the configuration of the semiconductor memory device according to the third embodiment, and is a cross-sectional view in the vicinity of the boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region in the semiconductor memory device. In this figure, the same elements as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, so detailed description thereof will be omitted here, and parts of features different from those of the apparatus of FIG. 6 will be mainly described here. Explained.
まず実施の形態3に係る半導体記憶装置では、DRAMセルのキャパシタC1,C2の形成領域の内壁酸化膜3(内壁酸化膜3におけるキャパシタC1,C2の誘電体層となる部分)は薄く、それ以外の領域の内壁酸化膜3は厚く形成されている。即ち、図41に示すように、DRAMセルのキャパシタC1,C2の形成領域の分離トレンチ2内には、薄い内壁酸化膜3aが形成され、それ以外の領域(例えば周辺回路領域)の分離トレンチ2内には厚い内壁酸化膜3bが形成される。そのことを除いては、実施の形態1の半導体記憶装置と同様の構成を有している。なお、薄い内壁酸化膜3aの膜厚は例えば1〜2nm程度、厚い内壁酸化膜3bの膜厚は例えば5〜30nmである。
First, in the semiconductor memory device according to the third embodiment, the inner wall oxide film 3 (the portion to be a dielectric layer of the capacitors C1 and C2 in the inner wall oxide film 3) is thin in the formation region of the capacitors C1 and C2 of the DRAM cell. The inner
本実施の形態によれば、DRAMセルのキャパシタC1,C2の誘電体層が薄い内壁酸化膜3aであるため、キャパシタC1,C2の容量が増大し、DRAMセルの信頼性が向上する。また、それ以外の周辺回路領域等の分離トレンチ2には、厚い内壁酸化膜3bを介してフィールドシールド電極(N型導電性膜4nまたはP型導電性膜4p)が埋め込まれるため、活性領域とフィールドシールド電極間のリーク電流の発生を防止することができ、フィールドシールド構造の素子分離能力が向上するという効果が得られる。
According to the present embodiment, since the dielectric layers of the capacitors C1 and C2 of the DRAM cell are the thin inner wall oxide films 3a, the capacitances of the capacitors C1 and C2 are increased, and the reliability of the DRAM cell is improved. Further, since the field shield electrode (N-type
次に、図41に示した本実施の形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図42〜図45は、当該半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程図である。以下、これらの図を参照して当該製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment shown in FIG. 41 will be described. 42 to 45 are process diagrams for explaining the method of manufacturing the semiconductor memory device. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to these drawings.
まず、実施の形態1と同様の手法により、シリコン基板1に分離トレンチ2を形成する。即ち、シリコン基板1上面にパッド酸化膜81およびハードマスク82を形成し、それをマスクにするエッチングにより分離トレンチ2を形成する。その後、分離トレンチ2の内壁に内壁酸化膜3を形成する第1の内壁酸化処理を行う(図42)。この第1の内壁酸化処理では、形成する内壁酸化膜3の膜厚は5〜30nmとする。
First, the
次にフォトリソグラフィ技術を用いて、DRAMセルのキャパシタC1,C2の形成領域を開口したレジストマスク83を形成し、それをマスクにするエッチングによって、キャパシタC1,C2の形成領域の内壁酸化膜3を除去する(図43)。そして同じくレジストマスク83をマスクにして、P型ドーパントとしてのボロンをイオンを注入する。それにより、キャパシタC1,C2の形成領域の分離トレンチ2の内壁および底にP型のキャパシタ電極拡散層16が形成される(図44)。
Next, a resist
レジストマスク83を除去した後、分離トレンチ2の内壁に再度内壁酸化膜3を形成する第2の内壁酸化処理を行う。この第2の内壁酸化処理では、形成する内壁酸化膜3は膜厚1〜2nm程度の薄いものにする。その結果、キャパシタC1,C2の形成領域の内壁酸化膜3は、第2の内壁酸化処理で形成された薄い内壁酸化膜3aになり、それ以外の領域の内壁酸化膜3は、第1および第2の内壁酸化処理の両方で形成された厚い内壁酸化膜3bになる(図45)。
After removing the resist
その後は、実施の形態1において図10〜図21を用いて説明した工程と同様の手順で、メモリセル領域にDRAMセル(アクセストランジスタT1,T2およびキャパシタC1,C2)を形成すると共に、周辺回路領域に周辺PMOSトランジスタTpおよび周辺NMOSトランジスタTnを形成し、それらに接続するコンタクト7および配線8を形成することにより、図41に示した半導体記憶装置が形成される。
Thereafter, DRAM cells (access transistors T1, T2 and capacitors C1, C2) are formed in the memory cell region by the same procedure as that described in the first embodiment with reference to FIGS. The peripheral PMOS transistor Tp and the peripheral NMOS transistor Tn are formed in the region, and the
上記のように、本実施の形態に係る半導体記憶装置では、内壁酸化膜3の厚さがキャパシタC1,C2の誘電体層となる部分とそれ以外の部分とで異なる点を除いては、実施の形態1と同様である。即ち、本実施の形態においてもゲート電極12に平行に走る分離トレンチ2同士は互いに電気的に接続している。従って、セルプレートコンタクト7cのレイアウトも実施の形態1(図22〜図24)と同様でよい。
As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment is implemented except that the thickness of the inner
また以上の説明では、実施の形態1の半導体記憶装置(図6)に対して、内壁酸化膜3の厚さをキャパシタC1,C2の誘電体層となる部分とそれ以外の部分とで異ならしめた構成を示したが、本実施の形態は実施の形態2の半導体記憶装置(図25)に対しても適用可能である。
Further, in the above description, the thickness of inner
<実施の形態4>
図46は、実施の形態4に係る半導体記憶装置の構成を示す図であり、当該半導体記憶装置におけるメモリセル領域と周辺回路領域との境界近傍の断面図である。同図においては、図6に示したものと同様の要素には同一符号を付してあるので、ここではそれらの詳細な説明は省略し、ここでは図6の装置と異なる特徴の部分について主に説明する。
<
FIG. 46 is a diagram showing the configuration of the semiconductor memory device according to the fourth embodiment, and is a cross-sectional view in the vicinity of the boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region in the semiconductor memory device. In this figure, the same elements as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, so detailed description thereof will be omitted here, and parts of features different from those of the apparatus of FIG. 6 will be mainly described here. Explained.
まず実施の形態4に係る半導体記憶装置では、活性領域40を規定する分離トレンチ2の内部表面(内壁および底)が粗面化され、微小な凹凸を有している。そのことを除いては、実施の形態1の半導体記憶装置と同様の構成を有している。
First, in the semiconductor memory device according to the fourth embodiment, the inner surface (inner wall and bottom) of
本実施の形態によれば、活性領域40の側壁が粗面化されているため、当該側壁に形成されたキャパシタ電極拡散層16をストレージ電極とするキャパシタC1,C2の有効面積が大きくなる。よって、キャパシタC1,C2の容量を増大させることができ、DRAMセルの信頼性が向上するという効果が得られる。なお、本実施の形態においては周辺回路領域の分離トレンチ2の内部表面も粗面化されるが、通常、シリコン基板1と周辺回路領域のフィールドシールド電極(N型導電性膜4nおよびP型導電性膜4p)とはほぼ同電位に設定され、シリコン基板1とフィールドシールド電極との間のリーク電流の問題等は生じない。
According to the present embodiment, since the side wall of the
次に、図46に示した本実施の形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図47〜図52は、当該半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程図である。以下、これらの図を参照して当該製造方法を説明する。 Next, a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the present embodiment shown in FIG. 46 will be described. 47 to 52 are process diagrams for explaining the manufacturing method of the semiconductor memory device. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to these drawings.
まず、実施の形態1と同様の手法により、シリコン基板1に分離トレンチ2を形成する。即ち、シリコン基板1上面にパッド酸化膜81およびハードマスク82を形成し、それをマスクにするエッチングにより分離トレンチ2を形成する(図47)。
First, the
そしてシリコン基板1の全面にポリシリコンの微細粒子88(以下「粗面化ポリシリコン」)を形成する(図48)。このとき、粗面化ポリシリコン88は分離トレンチ2の内部表面にも形成され、当該内部表面に微細な凹凸を形成する。それにより分離トレンチ2の内部表面は粗面化される。なお、粗面化ポリシリコン88は、例えば、参考文献(応用物理、第61巻、第11号、1992年、pp1147−1151、「半球状グレインポリシリコンの形成機構」、辰巳徹等)に記載の方法により形成することができる。
Then, polysilicon fine particles 88 (hereinafter referred to as “roughened polysilicon”) are formed on the entire surface of the silicon substrate 1 (FIG. 48). At this time, the roughened
その後、粗面化された分離トレンチ2の内壁に内壁酸化膜3を形成する(図49)。このときハードマスク82の上面には粗面化ポリシリコン88が形成されているため、図49に示すように、内壁酸化膜3と一体的なシリコン酸化膜がハードマスク82の上にも形成される。
Thereafter, an inner
次に、DRAMセルのキャパシタC1,C2の形成領域を開口したレジストマスク83を形成し、それをマスクにして、P型ドーパントとしてのボロンをイオンを注入する。それにより、キャパシタC1,C2の形成領域の分離トレンチ2の内壁および底にP型のキャパシタ電極拡散層16が形成される(図50)。
Next, a resist
続いてノンドープポリシリコン膜4を堆積させて、当該ノンドープポリシリコン膜4で分離トレンチ2内を充填する(図51)。そしてCMP技術を用いて、ハードマスク82上のノンドープポリシリコン膜4、粗面化ポリシリコン88および(内壁酸化膜3と同時に形成された)シリコン酸化膜を除去する(図52)。
Subsequently, a
その後は、実施の形態1において図12〜図21を用いて説明した工程と同様の手順で、メモリセル領域にDRAMセル(アクセストランジスタT1,T2およびキャパシタC1,C2)を形成すると共に、周辺回路領域に周辺PMOSトランジスタTpおよび周辺NMOSトランジスタTnを形成し、それらに接続するコンタクト7および配線8を形成することにより、図46に示した半導体記憶装置が形成される。
Thereafter, DRAM cells (access transistors T1 and T2 and capacitors C1 and C2) are formed in the memory cell region by the same procedure as that described in the first embodiment with reference to FIGS. The peripheral PMOS transistor Tp and the peripheral NMOS transistor Tn are formed in the region, and the
上記のように、本実施の形態に係る半導体記憶装置では、分離トレンチ2の内部表面が粗面化ポリシリコン88により粗面化されている点を除いては、実施の形態1と同様である。即ち、本実施の形態においてもゲート電極12に平行に走る分離トレンチ2同士は互いに電気的に接続している。従って、セルプレートコンタクト7cのレイアウトも実施の形態1(図22〜図24)と同様でよい。
As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the inner surface of
また以上の説明では、実施の形態1の半導体記憶装置(図6)において、分離トレンチ2の内部表面を粗面化した構成を示したが、本実施の形態は実施の形態2の半導体記憶装置(図25)に対しても適用可能である。
In the above description, the configuration in which the inner surface of the
<実施の形態5>
実施の形態5では、上記の実施の形態4の変形例を示す。図53は、実施の形態5に係る半導体記憶装置の構成を示す図であり、当該半導体記憶装置におけるメモリセル領域と周辺回路領域との境界近傍の断面図である。同図においては、図6並びに図46に示したものと同様の要素には同一符号を付してあるので、ここではそれらの詳細な説明は省略する。
<
In the fifth embodiment, a modification of the above-described fourth embodiment is shown. FIG. 53 is a diagram showing the configuration of the semiconductor memory device according to the fifth embodiment, and is a cross-sectional view in the vicinity of the boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region in the semiconductor memory device. In this figure, the same elements as those shown in FIGS. 6 and 46 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted here.
実施の形態4においては、分離トレンチ2の内部表面(内壁および底)の全体が粗面化されていたが、実施の形態5においては、図53のように分離トレンチ2の内壁のみが粗面化され、底部は粗面化されていない。そのことを除いては、実施の形態4の半導体記憶装置と同様の構成を有している。
In the fourth embodiment, the entire inner surface (inner wall and bottom) of the
本実施の形態においても、活性領域40の側壁が粗面化されているため、当該側壁に形成されたキャパシタ電極拡散層16をストレージ電極とするキャパシタC1,C2の容量が増大するという効果が得られる。また、分離トレンチ2の底面が粗面化されていないことにより、分離トレンチ2を挟んで隣接するDRAMセル間のリーク電流が抑制されるという効果も得られる。
Also in the present embodiment, since the side wall of the
次に、図53に示した本実施の形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図54〜図59は、当該半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程図である。以下、これらの図を参照して当該製造方法を説明する。 Next, a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the present embodiment shown in FIG. 53 will be described. 54 to 59 are process diagrams for explaining the manufacturing method of the semiconductor memory device. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to these drawings.
まず、実施の形態4と同様に、シリコン基板1上面にパッド酸化膜81およびハードマスク82を形成し、それをマスクにするエッチングにより分離トレンチ2を形成する。そしてシリコン基板1の全面に粗面化ポリシリコン88を形成する(図54)。このとき粗面化ポリシリコン88が分離トレンチ2の内部表面(内壁および底)に形成されることにより、当該内部表面が粗面化される。
First, as in the fourth embodiment, the
本実施の形態においては、ここでシリコン基板1の全面に対し、ドライエッチングによるエッチバックを行う。これによりハードマスク82の上面および分離トレンチ2の底の粗面化ポリシリコン88は除去されるが、分離トレンチ2の内壁の粗面化ポリシリコン88は除去されずに残存することになる(図55)。
In the present embodiment, here, etch back by dry etching is performed on the entire surface of the
その後、粗面化された分離トレンチ2の内壁に内壁酸化膜3を形成する(図56)。ハードマスク82の上面の粗面化ポリシリコン88は除去されているため、図56に示すように、ハードマスク82の上には内壁酸化膜3と一体的なシリコン酸化膜は形成されない。
Thereafter, the inner
次に、DRAMセルのキャパシタC1,C2の形成領域を開口したレジストマスク83を形成し、それをマスクにして、P型ドーパントとしてのボロンをイオンを注入する。それにより、キャパシタC1,C2の形成領域の分離トレンチ2の内壁および底にP型のキャパシタ電極拡散層16が形成される(図57)。
Next, a resist
続いて実施の形態4と同様に、ノンドープポリシリコン膜4を堆積させて、当該ノンドープポリシリコン膜4で分離トレンチ2内を充填する(図58)。そしてCMP技術を用いて、ハードマスク82上のノンドープポリシリコン膜4を除去する(図59)。
Subsequently, as in the fourth embodiment, a
その後は、実施の形態1において図12〜図21を用いて説明した工程と同様の手順で、メモリセル領域にDRAMセル(アクセストランジスタT1,T2およびキャパシタC1,C2)を形成すると共に、周辺回路領域に周辺PMOSトランジスタTpおよび周辺NMOSトランジスタTnを形成し、それらに接続するコンタクト7および配線8を形成することにより、図53に示した半導体記憶装置が形成される。
Thereafter, DRAM cells (access transistors T1 and T2 and capacitors C1 and C2) are formed in the memory cell region by the same procedure as that described in the first embodiment with reference to FIGS. The peripheral PMOS transistor Tp and the peripheral NMOS transistor Tn are formed in the region, and the
ここで実施の形態4においては、図51および図52を用いて説明したように、ハードマスク82上のノンドープポリシリコン膜4を除去するCMP工程において、粗面化ポリシリコン88および(内壁酸化膜3と同時に形成された)シリコン酸化膜もハードマスク82上から除去する必要がある。このときのCMP処理は、シリコン酸化膜を研磨するのに適した条件で行うため、CMPのストッパとなるハードマスク82上に粗面化ポリシリコン88が残った状態で研磨を進めた場合、粗面化ポリシリコン88を除去しきれずに、当該粗面化ポリシリコン88およびそれに起因する微細な凹凸に絡むシリコン酸化膜およびスラリー残を除去しきれなくなるという問題が生じることが懸念される。またCMP処理の際に、除去した粗面化ポリシリコン88が原因となってスクラッチが発生する可能性もあり問題となる。
Here, in the fourth embodiment, as described with reference to FIGS. 51 and 52, in the CMP process for removing the
それに対し本実施の形態では、ハードマスク82上のノンドープポリシリコン膜4を除去するCMP工程(図59)に先立って、ハードマスク82上の粗面化ポリシリコン88を除去するドライエッチングによるエッチバック工程(図55)が行われる。よって、当該CMP工程の段階では、粗面化ポリシリコン88および、内壁酸化膜3と同時に形成されるシリコン酸化膜は、ハードマスク82上に無い。従って上記した実施の形態4の問題は伴わない。
In contrast, in this embodiment, prior to the CMP process (FIG. 59) for removing the
<実施の形態6>
実施の形態6においては、上記の実施の形態4または5の変形例を示す。上記のとおり、実施の形態4,5においては、メモリセル領域の分離トレンチ2の内壁が粗面化されることにより、DRAMセルのキャパシタC1,C2の容量が増大するという効果を得ている。また周辺回路領域の分離トレンチ2の内壁も粗面化されるが、シリコン基板1およびフィールドシールド電極(N型導電性膜4nおよびP型導電性膜4p)の電圧の条件によっては、分離トレンチ2の内壁の凹凸に起因して周辺回路領域のフィールドシールド電極とシリコン基板1との間のリーク電流が生じる場合がある(先に述べたように、シリコン基板1と周辺回路領域のフィールドシールド電極とがほぼ同電位に設定される場合は問題とはならない)。
<
In the sixth embodiment, a modification of the above-described fourth or fifth embodiment is shown. As described above, in the fourth and fifth embodiments, the inner wall of the
つまり、周辺回路領域の分離トレンチ2の内壁は粗面化されていない方が望ましい場合もある。そこで本実施の形態では、メモリセル領域の分離トレンチ2の内壁のみを粗面化し、周辺回路領域の分離トレンチ2の内壁は粗面化しないように、作り分ける技術を提案する。
In other words, it may be desirable that the inner wall of the
図60は、実施の形態6に係る半導体記憶装置の構成を示す図であり、当該半導体記憶装置におけるメモリセル領域と周辺回路領域との境界近傍の断面図である。同図においては、図6並びに図46に示したものと同様の要素には同一符号を付してあるので、ここではそれらの詳細な説明は省略する。 FIG. 60 is a diagram showing the configuration of the semiconductor memory device according to the sixth embodiment, and is a cross-sectional view near the boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region in the semiconductor memory device. In this figure, the same elements as those shown in FIGS. 6 and 46 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted here.
図60に示すように、本実施の形態においては、メモリセル領域の分離トレンチ2の内壁は粗面化されているのに対し、周辺回路領域の分離トレンチ2の内壁は粗面化されていない。そのことを除いては、実施の形態5の半導体記憶装置と同様の構成を有している。
As shown in FIG. 60, in this embodiment, the inner wall of
メモリセル領域においては、分離トレンチ2の内壁(活性領域40の側壁)が粗面化されているため、キャパシタC1,C2の容量が増大するという効果が得られる。また実施の形態5と同様に、分離トレンチ2の底は粗面化されておらず、分離トレンチ2を挟んで隣接するDRAMセル間のリーク電流も抑制されている。一方、周辺回路領域においては、分離トレンチ2の内壁は粗面化されていないため、分離トレンチ2内のフィールドシールド電極(N型導電性膜4nおよびP型導電性膜4p)とシリコン基板1との間にある程度大きな電位差を設定するような場合にも、シリコン基板1との間のリーク電流が抑制されるという効果が得られる。
In the memory cell region, since the inner wall of the isolation trench 2 (side wall of the active region 40) is roughened, an effect of increasing the capacitance of the capacitors C1 and C2 can be obtained. Similarly to the fifth embodiment, the bottom of the
次に、図60に示した本実施の形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図61〜図68は、当該半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程図である。以下、これらの図を参照して当該製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment shown in FIG. 60 will be described. 61 to 68 are process diagrams for explaining the method of manufacturing the semiconductor memory device. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to these drawings.
まず、実施の形態1と同様に、シリコン基板1上面にパッド酸化膜81およびハードマスク82を形成し、それをマスクにするエッチングにより分離トレンチ2を形成する(図61)。
First, as in the first embodiment, the
その後、シリコン基板1上の全面にシリコン酸化膜90を堆積して、分離トレンチ2内を埋め込み(図62)、CMP技術によりハードマスク82上のシリコン酸化膜90を除去する(図63)。そして周辺回路領域上を覆うレジストマスク91を形成し、それをマスクにするエッチングによりメモリセル領域の分離トレンチ2内のシリコン酸化膜90を除去する(図64)。
Thereafter, a
そしてシリコン基板1の全面に粗面化ポリシリコン88を形成する。メモリセル領域の分離トレンチ2の内部表面(内壁および底)は、粗面化ポリシリコン88が形成されて粗面化される。周辺回路領域の分離トレンチ2にはシリコン酸化膜90が充填されており、その内部表面に粗面化ポリシリコン88が形成されないので粗面化されない(図65)。
Then, roughened
そしてシリコン基板1の全面に対し、ドライエッチングによるエッチバックを行う。これによりハードマスク82の上面および分離トレンチ2の底の粗面化ポリシリコン88は除去されるが、分離トレンチ2の内壁の粗面化ポリシリコン88は除去されずに残存することになる(図66)。なお、このエッチバック工程は、実施の形態4のように分離トレンチ2の底も粗面化する場合には省略することができる。
Then, etch back is performed on the entire surface of the
その後、今度はメモリセル領域上を覆うレジストマスク92を形成し、それをマスクにするエッチングにより周辺回路領域の分離トレンチ2内のシリコン酸化膜90を除去する(図67)。そしてレジストマスク92を除去することにより、メモリセル領域の分離トレンチ2の内壁のみが粗面化された分離トレンチ構造が得られる(図68)。
Thereafter, a resist
その後は、実施の形態1において図8〜図21を用いて説明した工程と同様の手順で、メモリセル領域にDRAMセル(アクセストランジスタT1,T2およびキャパシタC1,C2)を形成すると共に、周辺回路領域に周辺PMOSトランジスタTpおよび周辺NMOSトランジスタTnを形成し、それらに接続するコンタクト7および配線8を形成することにより、図60に示した半導体記憶装置が形成される。
Thereafter, DRAM cells (access transistors T1 and T2 and capacitors C1 and C2) are formed in the memory cell region by the same procedure as that described in the first embodiment with reference to FIGS. The peripheral PMOS transistor Tp and the peripheral NMOS transistor Tn are formed in the region, and the
T1,T2 アクセストランジスタ、C1,C2 キャパシタ、Tn,Tp 周辺回路のトランジスタ、1 シリコン基板、2 分離トレンチ、3,3a,3b 内壁酸化膜、4 ノンドープポリシリコン膜、4p P型導電性膜、4n N型導電性膜、5 キャップ酸化膜、6 層間絶縁膜、7 コンタクト、8 配線、10,20 Nウェル領域、11,21,31 ゲート酸化膜、12,22,32 ゲート電極、13,23,33 サイドウォール、14,15,24,34 ソースドレイン領域、16 キャパシタ電極拡散層、30 Pウェル領域30、40 活性領域、41 分離用活性領域41、88 粗面化ポリシリコン。
T1, T2 access transistor, C1, C2 capacitor, Tn, Tp peripheral circuit transistor, 1 silicon substrate, 2 isolation trench, 3, 3a, 3b inner wall oxide film, 4 non-doped polysilicon film, 4p P-type conductive film, 4n N-type conductive film, 5 cap oxide film, 6 interlayer insulating film, 7 contact, 8 wiring, 10, 20 N well region, 11, 21, 31 gate oxide film, 12, 22, 32 gate electrode, 13, 23, 33 Side wall, 14, 15, 24, 34 Source / drain region, 16 Capacitor electrode diffusion layer, 30
Claims (23)
前記半導体基板における活性領域を規定するトレンチと、
前記トレンチの内壁に形成された内壁絶縁膜と、
前記トレンチ内に前記内壁絶縁膜を介して埋め込まれた導電性膜と、
メモリセルが形成された前記活性領域である第1活性領域と、
前記第1活性領域の両端にそれぞれ形成され、前記トレンチの内壁に形成された不純物拡散層を第1電極、前記内壁絶縁膜を誘電体層、前記導電性膜を第2電極とする第1および第2キャパシタとを備え、
前記第1キャパシタの第2電極と前記第2キャパシタの第2電極とは、前記トレンチ内で繋がっている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A trench defining an active region in the semiconductor substrate;
An inner wall insulating film formed on the inner wall of the trench;
A conductive film embedded in the trench through the inner wall insulating film;
A first active region that is the active region in which a memory cell is formed;
First and second impurity diffusion layers formed on both ends of the first active region, the impurity diffusion layer formed on the inner wall of the trench as a first electrode, the inner wall insulating film as a dielectric layer, and the conductive film as a second electrode, A second capacitor;
The semiconductor memory device, wherein the second electrode of the first capacitor and the second electrode of the second capacitor are connected in the trench.
前記第1活性領域は、前記導電性膜で囲まれている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1,
The semiconductor memory device, wherein the first active region is surrounded by the conductive film.
前記第1活性領域を複数個備え、
前記複数の第1活性領域のそれぞれに形成された第1および第2キャパシタの第2電極が、互いに前記トレンチ内で繋がっている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
A plurality of the first active regions;
2. A semiconductor memory device, wherein the second electrodes of the first and second capacitors formed in each of the plurality of first active regions are connected to each other in the trench.
前記第1活性領域には、
前記第1キャパシタの第1電極に接続する第1トランジスタ並びに前記第2キャパシタの第1電極に接続する第2トランジスタが形成されており、
前記第1および第2トランジスタのゲート電極は、
前記導電性膜とは異なる層を用いて形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
In the first active region,
A first transistor connected to the first electrode of the first capacitor and a second transistor connected to the first electrode of the second capacitor;
The gate electrodes of the first and second transistors are
A semiconductor memory device, wherein the semiconductor memory device is formed using a layer different from the conductive film.
前記メモリセルのアレイが形成されるメモリセル領域と周辺回路が形成される周辺回路領域との境界に、回路素子が形成されていない前記活性領域である第2活性領域が形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
A second active region, which is the active region in which no circuit element is formed, is formed at a boundary between a memory cell region in which the array of memory cells is formed and a peripheral circuit region in which a peripheral circuit is formed. A semiconductor memory device.
前記第2活性領域は、前記メモリセル領域を囲むフレーム状に形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein
The semiconductor memory device, wherein the second active region is formed in a frame shape surrounding the memory cell region.
前記メモリセルのアレイが形成されたメモリセル領域と周辺回路が形成された周辺回路領域との境界の前記トレンチ内では、前記導電性膜が、前記メモリセル領域側と前記周辺回路側とに分離されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
In the trench at the boundary between the memory cell region in which the memory cell array is formed and the peripheral circuit region in which the peripheral circuit is formed, the conductive film is separated into the memory cell region side and the peripheral circuit side. A semiconductor memory device.
前記メモリセル領域と前記周辺回路領域との境界の前記トレンチ内の前記導電性膜に接続するコンタクトプラグをさらに備える
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 7,
A semiconductor memory device, further comprising a contact plug connected to the conductive film in the trench at a boundary between the memory cell region and the peripheral circuit region.
前記半導体基板におけるPウェル領域とNウェル領域との境界の前記トレンチ内では、前記導電性膜が、前記Pウェル領域側と前記Nウェル領域側とに分離されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
In the trench at the boundary between the P well region and the N well region in the semiconductor substrate, the conductive film is separated into the P well region side and the N well region side. apparatus.
前記Pウェル領域と前記Nウェル領域との境界の前記トレンチ内の前記導電性膜に接続するコンタクトプラグをさらに備える
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 9,
A semiconductor memory device, further comprising a contact plug connected to the conductive film in the trench at a boundary between the P well region and the N well region.
前記内壁絶縁膜は、
第1および第2キャパシタの誘電体層となった部分の厚さが、それ以外の部分よりも薄く形成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
The inner wall insulating film is
A semiconductor memory device characterized in that a thickness of a portion of the first and second capacitors serving as a dielectric layer is formed to be thinner than other portions.
前記トレンチの内壁が粗面化されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 12. A semiconductor memory device according to claim 1, wherein
A semiconductor memory device, wherein an inner wall of the trench is roughened.
前記内壁が粗面化された前記トレンチの底は粗面化されていない
ことを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 12,
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the bottom of the trench whose inner wall is roughened is not roughened.
前記内壁が粗面化された前記トレンチは、前記メモリセルのアレイが形成されるメモリセル領域内にのみ配設されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 14. The semiconductor memory device according to claim 12, wherein:
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the trench having the roughened inner wall is disposed only in a memory cell region in which the array of memory cells is formed.
前記半導体基板におけるPウェル領域内の前記導電性膜はP型ドーパントが導入されたポリシリコンであり、Nウェル領域内の前記導電性膜はN型ドーパントが導入されたポリシリコンである
ことを特徴とする半導体記憶装置。 15. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
The conductive film in the P well region of the semiconductor substrate is polysilicon introduced with a P-type dopant, and the conductive film in the N well region is polysilicon introduced with an N-type dopant. A semiconductor memory device.
(a)半導体基板の上部に、当該半導体基板における活性領域を規定するトレンチを形成する工程と、
(b)前記メモリセルを形成するための前記活性領域である第1活性領域の側壁に相当する前記トレンチの内壁に、イオン注入により不純物拡散層を形成する工程と、
(c)前記トレンチの内壁に内壁絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記工程(c)の後に、前記トレンチ内にノンドープポリシリコンを埋め込む工程と、
(e)イオン注入によって前記第1活性領域および前記ノンドープポリシリコンにドーパントを導入することにより、前記第1活性領域にウェルを形成すると共に、前記ノンドープポリシリコンを導電性膜にして、前記不純物拡散層を第1電極、前記内壁絶縁膜を誘電体層、前記導電性膜を第2電極とする前記キャパシタを形成する工程とを備える
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device including a memory cell having a capacitor and a transistor,
(A) forming a trench defining an active region in the semiconductor substrate on the semiconductor substrate;
(B) forming an impurity diffusion layer by ion implantation on the inner wall of the trench corresponding to the side wall of the first active region which is the active region for forming the memory cell;
(C) forming an inner wall insulating film on the inner wall of the trench;
(D) after the step (c), burying non-doped polysilicon in the trench;
(E) A dopant is introduced into the first active region and the non-doped polysilicon by ion implantation to form a well in the first active region, and the non-doped polysilicon is made a conductive film, so that the impurity diffusion is performed. Forming the capacitor with a layer as a first electrode, the inner wall insulating film as a dielectric layer, and the conductive film as a second electrode.
(f)前記第1活性領域の前記ウェル上にゲート電極を形成し、イオン注入により当該ウェル内における前記ゲート電極の両側にソースドレイン領域を形成することで、当該第1活性領域に前記トランジスタを形成する工程をさらに備える
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 16,
(F) forming a gate electrode on the well of the first active region, and forming a source / drain region on both sides of the gate electrode in the well by ion implantation, thereby forming the transistor in the first active region; A method of manufacturing a semiconductor memory device, further comprising a forming step.
前記工程(e)の前記イオン注入は、
前記メモリセルの周辺回路を形成するための前記活性領域である第2活性領域にも同時にウェルを形成するものである
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 16 or 17,
The ion implantation of the step (e)
A method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein a well is simultaneously formed in a second active region which is the active region for forming a peripheral circuit of the memory cell.
前記工程(a)で形成される前記活性領域は、
前記メモリセルのアレイが形成されるメモリセル領域を囲む第3活性領域を含む
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 19. A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 16, comprising:
The active region formed in the step (a) is:
A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising: a third active region surrounding a memory cell region in which the array of memory cells is formed.
前記工程(a)で形成される前記トレンチは、
幅の狭い第1トレンチ部および当該第1トレンチ部よりも幅の広い第2トレンチ部を含み、
前記工程(d)は、
(d−1)前記ノンドープポリシリコンを、前記第2トレンチ部の幅の1/2未満の膜厚で堆積させる工程と、
(d−2)前記第1トレンチ部の底に達するまで前記ノンドープポリシリコンをエッチバックする工程とを含む
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to any one of claims 16 to 19,
The trench formed in the step (a) is:
Including a narrow first trench part and a second trench part wider than the first trench part,
The step (d)
(D-1) depositing the non-doped polysilicon with a film thickness of less than half the width of the second trench portion;
(D-2) A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising: etching back the non-doped polysilicon until reaching the bottom of the first trench portion.
前記工程(a)において、
前記メモリセルのアレイが形成されるメモリセル領域の内部には前記第1トレンチ部が形成され、
前記メモリセル領域の外周には前記第2トレンチ部が形成される
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 20,
In the step (a),
The first trench part is formed inside a memory cell region where the array of memory cells is formed,
A method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein the second trench portion is formed on an outer periphery of the memory cell region.
前記工程(a)において、
前記半導体基板におけるPウェル領域およびNウェル領域の内部には前記第1トレンチ部が形成され、
前記Pウェル領域と前記Nウェル領域との境界には前記第2トレンチ部が形成される
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 20 or claim 21,
In the step (a),
The first trench part is formed in the P well region and the N well region in the semiconductor substrate,
A method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein the second trench portion is formed at a boundary between the P well region and the N well region.
(g)前記第2トレンチ部内の前記導電性膜に接続するコンタクトを形成する工程をさらに備える
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor memory device according to any one of claims 20 to 22,
(G) The method of manufacturing a semiconductor memory device, further comprising a step of forming a contact connected to the conductive film in the second trench portion.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010045344A (en) * | 2008-07-18 | 2010-02-25 | Nec Electronics Corp | Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device |
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2006
- 2006-09-13 JP JP2006247760A patent/JP2008071861A/en active Pending
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