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JP2008227037A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2008227037A
JP2008227037A JP2007061417A JP2007061417A JP2008227037A JP 2008227037 A JP2008227037 A JP 2008227037A JP 2007061417 A JP2007061417 A JP 2007061417A JP 2007061417 A JP2007061417 A JP 2007061417A JP 2008227037 A JP2008227037 A JP 2008227037A
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JP
Japan
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silicon substrate
semiconductor
insulating film
selective epitaxial
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007061417A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Yamazaki
靖 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micron Memory Japan Ltd
Original Assignee
Elpida Memory Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elpida Memory Inc filed Critical Elpida Memory Inc
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Abstract

【課題】DRAM等に代表される半導体装置の高集積化、微細構造化が進展した場合であっても、量産に適した構造を有するリセスチャネル構造を有するトランジスタを含む半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体シリコン基板の一部の表面上に成長された選択エピタキシャルシリコン層と、ゲート電極に対応したソース領域およびドレイン領域とを少なくとも有し、
前記ソース領域は、前記半導体シリコン基板の表面領域に形成され、
前記ドレイン領域は、前記選択エピタキシャルシリコン層および前記選択エピタキシャルシリコン層下部の前記半導体シリコン基板の表面領域に形成されているリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ、を含むことを特徴とする半導体装置。
【選択図】図1
To provide a semiconductor device including a transistor having a recess channel structure having a structure suitable for mass production even when high integration and fine structure of a semiconductor device typified by a DRAM or the like progress.
A selective epitaxial silicon layer grown on a part of a surface of a semiconductor silicon substrate; and a source region and a drain region corresponding to a gate electrode;
The source region is formed in a surface region of the semiconductor silicon substrate;
The semiconductor device, wherein the drain region includes the selective epitaxial silicon layer and an asymmetric transistor having a recess channel structure formed in a surface region of the semiconductor silicon substrate below the selective epitaxial silicon layer.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、さらに詳細にはリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including an asymmetric transistor having a recessed channel structure and a manufacturing method thereof.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)等に代表される半導体装置に搭載されるメモリセルトランジスタには従来から電界効果トランジスタが多く採用されている。この電界効果トランジスタは、半導体シリコン基板の表面領域に形成されたソース・ドレイン領域と、前記半導体シリコン基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有するものである。
前記半導体シリコン基板の表面領域に形成されたソース・ドレイン領域に関する知見として、前記メモリセルトランジスタのソース領域を深く形成することにより、接合リーク電流の発生を抑制することができ、DRAMのデータ保持等に関するリフレッシュ特性等を向上できることが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, many field effect transistors have been adopted as memory cell transistors mounted on semiconductor devices typified by DRAM (Dynamic Random Access Memory). This field effect transistor has a source / drain region formed in a surface region of a semiconductor silicon substrate, a gate insulating film formed on the semiconductor silicon substrate, and a gate electrode formed through the gate insulating film. Is.
As knowledge about the source / drain regions formed in the surface region of the semiconductor silicon substrate, by forming the source region of the memory cell transistor deeply, it is possible to suppress the occurrence of junction leakage current, and to maintain DRAM data, etc. It is known that the refresh characteristics and the like can be improved.

一方DRAM等に代表される半導体装置を量産する際、前記ソース・ドレイン領域は、前記半導体シリコン基板の表面領域に対するイオン注入工程によりそれぞれ同時に形成されている。このため、前記イオン注入工程におけるイオン注入エネルギーを大きくすると、注入されたリン等のN型不純物のチャネル方向への広がりが顕著となり、短チャネル効果等のメモリセルトランジスタ特性の低下が生じる。
この短チャネル効果等を防止するためには前記ソース領域と前記ドレイン領域との距離、すなわち前記メモリセルトランジスタのチャネル長を一定以上確保する必要がある。
On the other hand, when mass-producing semiconductor devices typified by a DRAM or the like, the source / drain regions are simultaneously formed by an ion implantation process for the surface region of the semiconductor silicon substrate. For this reason, when the ion implantation energy in the ion implantation step is increased, the N-type impurity such as implanted phosphorus spreads in the channel direction, and the memory cell transistor characteristics such as the short channel effect are deteriorated.
In order to prevent this short channel effect or the like, it is necessary to secure a distance between the source region and the drain region, that is, a channel length of the memory cell transistor at a certain level or more.

しかし、前記チャネル長を一定以上確保するとなると前記メモリセルトランジスタ自体の小型化に限界が生じ、これが原因で、前記半導体装置の高集積化、微細構造化を困難にするとの問題があった。
この問題に対応するために、図14に示されるメモリセルトランジスタ230が提案されている。
具体的には、図14に示す様に、半導体シリコン基板1に設けられたソース領域2の深さが、ドレイン領域3の深さよりも深く形成されているメモリセルトランジスタ230を搭載した半導体装置が提案されている(特許文献1)。
特開2000−353792号公報
However, if the channel length is secured above a certain level, there is a limit to miniaturization of the memory cell transistor itself, which causes a problem that it is difficult to achieve high integration and fine structure of the semiconductor device.
In order to cope with this problem, a memory cell transistor 230 shown in FIG. 14 has been proposed.
Specifically, as shown in FIG. 14, a semiconductor device including a memory cell transistor 230 in which the depth of the source region 2 provided in the semiconductor silicon substrate 1 is formed deeper than the depth of the drain region 3 is mounted. It has been proposed (Patent Document 1).
JP 2000-353792 A

しかしながら図14に示されるメモリセルトランジスタ230の場合には、このメモリセルトランジスタ230を製造する工程で前記ソース領域2と前記ドレイン領域3に対するイオン注入工程をそれぞれ別に実施する必要がある。
この際、前記ドレイン領域3の深さを前記ソース領域2の深さよりも浅くするために、前記ソース領域に対するイオン注入量を少なくする必要があるが、前記ソース領域2に対するイオン注入量が一定量を下回ると前記メモリセルトランジスタが正常に動作しなくなる等の問題が生じる。
また前記イオン注入量が一定量を下回らなくても、少ない量のイオン注入を行う場合には多い量のイオン注入を行う場合に比較して製造環境の影響によりその注入量に変動が生じやすいとの問題がある。
さらに前記半導体装置の高集積化、微細構造化に伴い、前記ソース領域と前記ドレイン領域とに対するイオン注入の量比を正確に制御することは容易ではなく、前記半導体装置を製造する際の製造条件の選択の幅が狭くなる等、量産上の問題があった。
However, in the case of the memory cell transistor 230 shown in FIG. 14, it is necessary to separately perform ion implantation processes for the source region 2 and the drain region 3 in the process of manufacturing the memory cell transistor 230.
At this time, in order to make the depth of the drain region 3 shallower than the depth of the source region 2, it is necessary to reduce the ion implantation amount to the source region 2, but the ion implantation amount to the source region 2 is constant. If the value is lower than, problems such as failure of the memory cell transistor to operate normally occur.
Even if the ion implantation amount does not fall below a certain amount, if a small amount of ion implantation is performed, the implantation amount is likely to vary due to the influence of the manufacturing environment as compared with the case where a large amount of ion implantation is performed. There is a problem.
Further, with the high integration and fine structure of the semiconductor device, it is not easy to accurately control the amount ratio of ion implantation to the source region and the drain region, and the manufacturing conditions for manufacturing the semiconductor device are not easy. There were problems in mass production, such as narrowing the selection range.

本発明の目的は、DRAM等に代表される半導体装置の高集積化、微細構造化が進展した場合であっても、前記ソース領域と前記ドレイン領域とに対するイオン注入の量比を容易に正確に制御することができる、量産に適した構造を有するリセスチャネル構造を有するトランジスタを含む半導体装置およびその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to easily and accurately set the amount ratio of ion implantation with respect to the source region and the drain region even when the semiconductor device represented by a DRAM or the like is highly integrated and finely structured. An object of the present invention is to provide a semiconductor device including a transistor having a recess channel structure having a structure suitable for mass production that can be controlled, and a method for manufacturing the semiconductor device.

本発明者は上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、リセスチャネル構造を有するトランジスタを含む半導体装置の中でも、前記リセスチャネル構造を有するトランジスタに対応する前記ソース領域とドレイン領域とのうち、一方の前記ドレイン領域側に選択エピタキシャルシリコン層が形成されていて、この選択エピタキシャルシリコン層等に前記ドレイン領域が形成されている、リセスチャネル構造を有するトランジスタを含む半導体装置が本発明の目的に適うことを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor, among semiconductor devices including a transistor having a recess channel structure, one of the source region and the drain region corresponding to the transistor having the recess channel structure. A semiconductor device including a transistor having a recess channel structure in which a selective epitaxial silicon layer is formed on the drain region side and the drain region is formed in the selective epitaxial silicon layer or the like is suitable for the purpose of the present invention. The headline and the present invention were completed.

すなわち、本発明は、
[1]半導体シリコン基板と、
前記半導体シリコン基板の一部の表面上に成長された選択エピタキシャルシリコン層と、
前記半導体シリコン基板に形成されたリセスと、
前記リセス内部に接して形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極と、
ならびに前記ゲート電極に対応する一対のN型拡散層を含むソース領域およびドレイン領域とを少なくとも有し、
前記ソース領域は、前記半導体シリコン基板の表面領域に形成され、
前記ドレイン領域は、前記選択エピタキシャルシリコン層および前記選択エピタキシャルシリコン層下部の前記半導体シリコン基板の表面領域に形成されている、
リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ、
を含む半導体装置を提供するものである。
That is, the present invention
[1] a semiconductor silicon substrate;
A selective epitaxial silicon layer grown on a part of the surface of the semiconductor silicon substrate;
A recess formed in the semiconductor silicon substrate;
A gate insulating film formed in contact with the recess;
A gate electrode formed in contact with the gate insulating film;
And at least a source region and a drain region including a pair of N-type diffusion layers corresponding to the gate electrode,
The source region is formed in a surface region of the semiconductor silicon substrate;
The drain region is formed in a surface region of the semiconductor silicon substrate below the selective epitaxial silicon layer and the selective epitaxial silicon layer,
An asymmetric transistor having a recessed channel structure;
A semiconductor device including the above is provided.

また、本発明は、
[2]前記半導体シリコン基板の表面を基準とした前記ソース領域の深さと、
前記選択エピタキシャルシリコン層の表面を基準とした前記ドレイン領域との深さとが、略等しいことを特徴とする、上記[1]に記載のリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置を提供するものである。
The present invention also provides:
[2] The depth of the source region with respect to the surface of the semiconductor silicon substrate;
The semiconductor device including an asymmetric transistor having a recess channel structure according to the above [1], wherein the depth of the drain region with respect to the surface of the selective epitaxial silicon layer is substantially equal. Is.

また本発明は、
[3]半導体シリコン基板にリセスを形成する工程(1)、
前記リセス内部に接してゲート絶縁膜を形成する工程(2)、
前記ゲート絶縁膜に接してゲート電極を形成する工程(3)、
前記リセスにより隔てられた前記半導体シリコン基板のうち、一方の前記半導体シリコン基板の表面上に、選択エピタキシャル成長法により、選択エピタキシャルシリコン層を成長させる工程(4)、および、
前記リセスにより隔てられた前記半導体シリコン基板のうち、
一方の側の前記半導体シリコン基板の表面上に成長された前記選択エピタキシャルシリコン層と、
他方の側の前記半導体シリコン基板の表面領域と、
の両方にN型不純物をイオン注入することにより、それぞれドレイン領域およびソース領域を形成する工程(5)、
を有することを特徴とする、リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置の製造方法を提供するものである。
The present invention also provides
[3] A step (1) of forming a recess in the semiconductor silicon substrate.
A step (2) of forming a gate insulating film in contact with the recess;
Forming a gate electrode in contact with the gate insulating film (3);
A step (4) of growing a selective epitaxial silicon layer on the surface of one of the semiconductor silicon substrates separated by the recess by a selective epitaxial growth method; and
Of the semiconductor silicon substrates separated by the recess,
The selective epitaxial silicon layer grown on the surface of the semiconductor silicon substrate on one side;
The surface region of the semiconductor silicon substrate on the other side;
(5) forming a drain region and a source region by implanting N-type impurities into both
The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device including an asymmetric transistor having a recess channel structure.

また、本発明は、
[4]前記半導体シリコン上面、前記ゲート電極上面および前記ゲート電極側面に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜のうち前記選択エピタキシャルシリコン層を形成する位置に開口部を形成してから前記工程(4)を行い、
続いて、前記絶縁膜のうち前記ソース領域を形成する位置に開口部を形成してから前記工程(5)を行うことを特徴とする、上記[3]に記載のリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置の製造方法を提供するものである。
The present invention also provides:
[4] After forming an insulating film on the upper surface of the semiconductor silicon, the upper surface of the gate electrode and the side surface of the gate electrode, an opening is formed in the insulating film at a position where the selective epitaxial silicon layer is formed, and then the step ( 4)
Subsequently, the step (5) is performed after an opening is formed in the insulating film at a position where the source region is formed. The asymmetric type having a recess channel structure according to the above [3] A method for manufacturing a semiconductor device including a transistor is provided.

また、本発明は、
[5]上記[3]または[4]に記載の製造方法により得られたリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置を提供するものである。
The present invention also provides:
[5] A semiconductor device including an asymmetric transistor having a recessed channel structure obtained by the manufacturing method according to [3] or [4] is provided.

また、本発明は、
[6]上記[1]、[2]または[5]のいずれかに記載のリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置を搭載した電子機器を提供するものである。
The present invention also provides:
[6] An electronic apparatus including a semiconductor device including an asymmetric transistor having a recessed channel structure according to any one of [1], [2], and [5] is provided.

本発明によれば、DRAM等に代表される半導体装置の高集積化、微細構造化が進展した場合であっても、前記ソース領域と前記ドレイン領域とに対するイオン注入の量比を容易に正確に制御することができる、量産に適したリセスチャネル構造を有するトランジスタを含む半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, the amount ratio of ion implantation with respect to the source region and the drain region can be easily and accurately even when high integration and fine structure of a semiconductor device typified by a DRAM or the like has progressed. A semiconductor device including a transistor having a recessed channel structure suitable for mass production, which can be controlled, and a manufacturing method thereof can be provided.

本発明の半導体装置について、以下に図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明の半導体装置の一実施態様を例示した模式要部断面図である。
図1に例示される様に、半導体シリコン基板1の表面領域20に素子分離膜30が形成されている。
ここで前記半導体シリコン基板1の表面領域とは、リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ等の半導体素子を形成するための半導体シリコン基板1表面近傍の活性領域やこれらの半導体素子等を区画するための半導体シリコン基板1表面近傍の不活性領域を意味する。
前記半導体シリコン基板1はホウ素等のp型不純物を含む単結晶シリコン等からなるものであり、市販品として入手可能である。
The semiconductor device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an essential part illustrating an embodiment of a semiconductor device of the present invention.
As illustrated in FIG. 1, an element isolation film 30 is formed on the surface region 20 of the semiconductor silicon substrate 1.
Here, the surface region of the semiconductor silicon substrate 1 refers to an active region in the vicinity of the surface of the semiconductor silicon substrate 1 for forming a semiconductor element such as an asymmetric transistor having a recess channel structure, or for partitioning these semiconductor elements. It means an inactive region near the surface of the semiconductor silicon substrate 1.
The semiconductor silicon substrate 1 is made of single crystal silicon containing p-type impurities such as boron, and is available as a commercial product.

前記半導体シリコン基板1にはリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ200が形成されている。
このリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ200は、前記半導体シリコン基板1に形成されたリセス100 、前記リセス100内部に接して設けられたゲート絶縁膜5、前記ゲート絶縁膜5に接して形成されたゲート電極6を有するものである。
An asymmetric transistor 200 having a recessed channel structure is formed on the semiconductor silicon substrate 1.
The asymmetric transistor 200 having the recess channel structure is formed by forming a recess 100 formed in the semiconductor silicon substrate 1, a gate insulating film 5 provided in contact with the recess 100, and a contact with the gate insulating film 5. A gate electrode 6 is provided.

前記ゲート絶縁膜5は酸化シリコン等から形成されている。
また前記ゲート電極6は、ホウ素等のp型不純物やリン等のN型不純物を含むポリシリコン60、タングステン等の金属62等から形成されている。
前記ゲート電極6の上部には窒化シリコン等からなる絶縁膜64が形成されている。また前記ゲート電極6に接して窒化シリコン等からなるサイドウオール66が形成されていて、前記ゲート電極6はセルコンタクト70およびビットコンタクト72から絶縁されている。また参照符号74は酸化シリコン等からなる層間絶縁膜を示す。
さらにセルコンタクト70およびビットコンタクト72の上部にはキャパシタ、ビット線等の上部構造(図示せず)が形成されている。
The gate insulating film 5 is made of silicon oxide or the like.
The gate electrode 6 is made of polysilicon 60 containing a p-type impurity such as boron or an N-type impurity such as phosphorus, a metal 62 such as tungsten, or the like.
An insulating film 64 made of silicon nitride or the like is formed on the gate electrode 6. A side wall 66 made of silicon nitride or the like is formed in contact with the gate electrode 6, and the gate electrode 6 is insulated from the cell contact 70 and the bit contact 72. Reference numeral 74 denotes an interlayer insulating film made of silicon oxide or the like.
Further, upper structures (not shown) such as capacitors and bit lines are formed above the cell contacts 70 and the bit contacts 72.

また、前記半導体シリコン基板1の一部の表面上に選択エピタキシャルシリコン層40が成長されている。
前記ゲート電極6の両側には前記ゲート電極に対応する一対のN型拡散層を含むソース領域2およびドレイン領域3が形成されているが、前記ドレイン領域3は、前記選択エピタキシャルシリコン層40および前記選択エピタキシャルシリコン層40下部の前記半導体シリコン基板1の表面領域20に形成されている。
また前記ソース領域2は前記半導体シリコン基板1の表面領域20に形成されている。
A selective epitaxial silicon layer 40 is grown on a part of the surface of the semiconductor silicon substrate 1.
A source region 2 and a drain region 3 including a pair of N-type diffusion layers corresponding to the gate electrode are formed on both sides of the gate electrode 6. The drain region 3 includes the selective epitaxial silicon layer 40 and the drain region 3. It is formed in the surface region 20 of the semiconductor silicon substrate 1 below the selective epitaxial silicon layer 40.
The source region 2 is formed in the surface region 20 of the semiconductor silicon substrate 1.

この様に、本発明に使用するリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ200は、前記半導体シリコン基板1のうち、前記ドレイン領域3に対応する位置に前記選択エピタキシャルシリコン層40が形成されていて、前記ソース領域2に対応する位置には前記選択エピタキシャルシリコン層40が形成されていないことから、全体として非対称の構造を有する。
そしてこの非対称の構造を有することにより、前記リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ200は、前記ソース領域における接合電界の影響を緩和することが可能となる。
この結果、リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ200をDRAMに適用した場合、そのリフレッシュ特性を向上させることができる。
さらにこの非対称の構造を有すること、およびリセス100を有することにより、前記リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ200は、前記ソース領域2と前記ドレイン領域3との距離、すなわちチャネル長を大きく設定することが可能となることから、前記選択エピタキシャルシリコン層40が存在しない場合と比較してサブスレショールド特性の劣化等の短チャネル効果を抑制することができる。
As described above, in the asymmetric transistor 200 having a recess channel structure used in the present invention, the selective epitaxial silicon layer 40 is formed at a position corresponding to the drain region 3 in the semiconductor silicon substrate 1. Since the selective epitaxial silicon layer 40 is not formed at a position corresponding to the source region 2, it has an asymmetric structure as a whole.
With this asymmetric structure, the asymmetric transistor 200 having the recess channel structure can alleviate the influence of the junction electric field in the source region.
As a result, when the asymmetric transistor 200 having a recessed channel structure is applied to a DRAM, the refresh characteristics can be improved.
Further, by having the asymmetric structure and the recess 100, the asymmetric transistor 200 having the recess channel structure has a large distance between the source region 2 and the drain region 3, that is, a channel length. Therefore, short channel effects such as deterioration of subthreshold characteristics can be suppressed as compared with the case where the selective epitaxial silicon layer 40 does not exist.

本発明の半導体装置は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の用途に使用することができ、電子・電気分野のコンピュータ、通信機器等の各種電子機器に好適に使用することができる。   The semiconductor device of the present invention can be used for applications such as DRAM (Dynamic Random Access Memory), and can be suitably used for various electronic devices such as computers and communication devices in the electronic / electric field.

次に本発明について実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited at all by these Examples.

図2は本発明の第一の実施態様である半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
図2に示される様に、p型半導体シリコン基板1の所定の表面領域20に幅200nm、深さ250nmの酸化シリコンからなる素子分離膜30を形成する。
FIG. 2 is a process sectional view for explaining the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, an element isolation film 30 made of silicon oxide having a width of 200 nm and a depth of 250 nm is formed on a predetermined surface region 20 of the p-type semiconductor silicon substrate 1.

続いて前記p型半導体シリコン基板1表面に窒化シリコンからなる絶縁膜50を形成する。
前記窒化シリコンからなる絶縁膜50は、通常低圧CVD法を用いて堆積する。原料ガスとしてジクロロシランとアンモニアを用いることにより、前記窒化シリコンからなる絶縁膜50を形成することができる。
Subsequently, an insulating film 50 made of silicon nitride is formed on the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1.
The insulating film 50 made of silicon nitride is usually deposited using a low pressure CVD method. By using dichlorosilane and ammonia as source gases, the insulating film 50 made of silicon nitride can be formed.

次に前記窒化シリコンからなる絶縁膜50の表面にフォトレジスト層を形成する。
このフォトレジスト層に対して公知のリソグラフィー法により開口パターンを形成することによりフォトレジストパターン52を形成する。そしてこのフォトレジストパターン52をマスクとして、前記窒化シリコンからなる絶縁膜50に開口部54を形成する。
Next, a photoresist layer is formed on the surface of the insulating film 50 made of silicon nitride.
A photoresist pattern 52 is formed on the photoresist layer by forming an opening pattern by a known lithography method. Then, using the photoresist pattern 52 as a mask, an opening 54 is formed in the insulating film 50 made of silicon nitride.

図3はp型半導体シリコン基板1の所定の位置にリセスを形成する工程を説明するための工程断面図である。各参照符号の意味は図2の場合と同様である。
先に形成したフォトレジストパターン52および前記窒化シリコンからなる絶縁膜50をマスクとして、例えば塩素ガスを少なくとも含むガスを用いるプラズマエッチング法により前記p型半導体シリコン基板1をエッチングすることができる。
前記フォトレジストパターン52はこのエッチングを実施している際に消滅してしまうことが多く、その場合は前記フォトレジストパターン52の下の前記窒化シリコンからなる絶縁膜50がエッチングのマスクとなる。
なお、前記フォトレジストパターン52がエッチングの後も残っている場合は、アッシング工程により前記フォトレジストパターン52を除去することができる。
この工程により、前記p型半導体シリコン基板1の所定の位置に深さ150nmのリセス100を形成することができる。
FIG. 3 is a process sectional view for explaining a process of forming a recess at a predetermined position of the p-type semiconductor silicon substrate 1. The meaning of each reference symbol is the same as in the case of FIG.
The p-type semiconductor silicon substrate 1 can be etched by a plasma etching method using, for example, a gas containing at least chlorine gas, using the previously formed photoresist pattern 52 and the insulating film 50 made of silicon nitride as a mask.
The photoresist pattern 52 often disappears during the etching, and in this case, the insulating film 50 made of silicon nitride under the photoresist pattern 52 serves as an etching mask.
If the photoresist pattern 52 remains after etching, the photoresist pattern 52 can be removed by an ashing process.
By this step, a recess 100 having a depth of 150 nm can be formed at a predetermined position of the p-type semiconductor silicon substrate 1.

図4は前記リセス内部にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する工程を説明するための工程断面図である。
まず、図3に示した工程に続いてレジストを除去し、次にホットリン酸により窒化シリコンからなる絶縁膜50をエッチング除去する。続いて前記リセス100内部に接して酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜5を形成する。前記ゲート絶縁膜5の膜厚は7nmである。
続いて前記リセス100内部に、膜厚80nmのポリシリコン60を堆積させる。
FIG. 4 is a process sectional view for explaining a process of forming a gate insulating film and a gate electrode inside the recess.
First, following the step shown in FIG. 3, the resist is removed, and then the insulating film 50 made of silicon nitride is removed by etching with hot phosphoric acid. Subsequently, a gate insulating film 5 made of silicon oxide or the like is formed in contact with the inside of the recess 100. The gate insulating film 5 has a thickness of 7 nm.
Subsequently, a polysilicon 60 having a thickness of 80 nm is deposited in the recess 100.

このポリシリコン60の堆積は、通常低圧CVD装置を用いて行う。原料ガスとしてモノシランに加えてホスフィン(PH)を同時に供給し、前記ポリシリコン60に不純物としてリンを含有させる。
580℃以上の温度で形成された前記ポリシリコン60は多結晶状態であり、また十分にリン(P)がドープされているため導電性を示す。
The polysilicon 60 is usually deposited using a low pressure CVD apparatus. In addition to monosilane as a source gas, phosphine (PH 3 ) is simultaneously supplied to cause the polysilicon 60 to contain phosphorus as an impurity.
The polysilicon 60 formed at a temperature of 580 [deg.] C. or more is in a polycrystalline state and exhibits conductivity because it is sufficiently doped with phosphorus (P).

続いてMOCVD等の工程により前記ポリシリコン60の上部に膜厚50nmのタングステンを堆積することにより金属層62を形成し、さらにその上に膜厚30nmの窒化シリコンからなる絶縁膜64を形成する。
前記窒化シリコンからなる絶縁膜64は、先に説明した前記窒化シリコンからなる絶縁膜50の場合と同様、低圧CVD法等により形成することができる。
Subsequently, a metal layer 62 is formed by depositing tungsten having a thickness of 50 nm on the polysilicon 60 by a process such as MOCVD, and an insulating film 64 made of silicon nitride having a thickness of 30 nm is further formed thereon.
The insulating film 64 made of silicon nitride can be formed by a low pressure CVD method or the like, similar to the case of the insulating film 50 made of silicon nitride described above.

図5は、p型半導体シリコン基板1上にリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタに含まれるゲート電極を形成する工程を説明するための工程断面図である。
先に説明した公知のリソグラフィー工程およびエッチング工程と同様の工程を経て、前記窒化シリコンからなる絶縁膜64、ポリシリコン60および金属層62の不必要な部分を除去することができる。この様にして図5に示した構造を得ることができる。
なおポリシリコン60および金属層62はリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタに含まれるゲート電極として機能するものである。
また前記素子分離領膜30の上面にもポリシリコン61および金属層63が形成されている。
なお、本実施例では図5に示した断面における前記ゲート電極の幅は100nmとし、前記ゲート電極同士の間隔は100nmとしている。
FIG. 5 is a process cross-sectional view for explaining a process of forming a gate electrode included in an asymmetric transistor having a recessed channel structure on the p-type semiconductor silicon substrate 1.
Unnecessary portions of the insulating film 64 made of silicon nitride, the polysilicon 60, and the metal layer 62 can be removed through the same processes as the known lithography process and etching process described above. In this way, the structure shown in FIG. 5 can be obtained.
The polysilicon 60 and the metal layer 62 function as gate electrodes included in an asymmetric transistor having a recessed channel structure.
A polysilicon 61 and a metal layer 63 are also formed on the upper surface of the element isolation region 30.
In this embodiment, the width of the gate electrode in the cross section shown in FIG. 5 is 100 nm, and the distance between the gate electrodes is 100 nm.

図6は、p型半導体シリコン基板1全体に窒化シリコンからなる絶縁膜66を形成する工程を説明するための工程断面図である。
図6に示す様に、窒化シリコンからなる絶縁膜66をp型半導体シリコン基板1全体に堆積させる。
この窒化シリコンからなる絶縁膜66は、先に説明した前記窒化シリコンからなる絶縁膜50の場合と同様、低圧CVD法等により形成することができる。
この様に窒化シリコンからなる絶縁膜66をp型半導体シリコン基板1全体に堆積させることにより、必要な位置以外に選択エピタキシャルシリコン層が成長することを防止することができる。
FIG. 6 is a process sectional view for explaining a process of forming an insulating film 66 made of silicon nitride on the entire p-type semiconductor silicon substrate 1.
As shown in FIG. 6, an insulating film 66 made of silicon nitride is deposited on the entire p-type semiconductor silicon substrate 1.
The insulating film 66 made of silicon nitride can be formed by a low-pressure CVD method or the like, as in the case of the insulating film 50 made of silicon nitride described above.
Thus, by depositing the insulating film 66 made of silicon nitride on the entire p-type semiconductor silicon substrate 1, it is possible to prevent the selective epitaxial silicon layer from growing other than the necessary position.

図7は、p型半導体シリコン基板1の所定の位置に選択エピタキシャルシリコン層を成長させるための開口部を形成する工程を説明するための工程断面図である。
前記窒化シリコンからなる絶縁膜66の表面にフォトレジスト層を形成する。
このフォトレジスト層に対して公知のリソグラフィー法により開口パターンを形成することによりフォトレジストパターン56を形成し、このフォトレジストパターン56をマスクとして、異方性エッチングにより前記窒化シリコンからなる絶縁膜66に開口部54を形成する。
この工程により、所定の位置の前記窒化シリコンからなる絶縁膜66を除去することができ、前記p型半導体シリコン基板1の表面を露出させることができる。
続いて、前記フォトレジストパターン56が異方性エッチングの後も残っている場合は、アッシング工程により前記フォトレジストパターン56を除去することができる。
FIG. 7 is a process sectional view for explaining a process of forming an opening for growing a selective epitaxial silicon layer at a predetermined position of the p-type semiconductor silicon substrate 1.
A photoresist layer is formed on the surface of the insulating film 66 made of silicon nitride.
An opening pattern is formed on the photoresist layer by a known lithography method to form a photoresist pattern 56. Using the photoresist pattern 56 as a mask, the insulating film 66 made of silicon nitride is formed by anisotropic etching. Opening 54 is formed.
By this step, the insulating film 66 made of silicon nitride at a predetermined position can be removed, and the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1 can be exposed.
Subsequently, if the photoresist pattern 56 remains after anisotropic etching, the photoresist pattern 56 can be removed by an ashing process.

図8はp型半導体シリコン基板1上に選択エピタキシャルシリコン層を成長させる工程を説明するための工程断面図である。
先の工程により露出された前記p型半導体シリコン基板1表面の所定の位置に、選択エピタキシャル成長法により、選択エピタキシャルシリコン層40を成長させる。
前記選択エピタキシャル成長法を、例えば、ジクロロシランガスを100ml/分、塩化水素ガス50ml/分の割合で両者の混合ガスを供給しつつ、温度800℃、圧力20Torrの条件下に実施することにより、前記選択エピタキシャルシリコン層40を前記p型半導体シリコン基板1上に80nmの高さに成長させることができる。
前記選択エピタキシャルシリコン層40を成長させる高さは、形成するトランジスタの設計方針によって適宜選択することができる。当該高さが高いほどソース・ドレインの非対称性が大きなトランジスタが形成され、当該高さが低いほど、ソース・ドレインの非対称性が小さなトランジスタが形成される。
通常想定される高さとしては、5〜100nm程度が考えられる。
本実施例では、選択エピタキシャルシリコン層40の高さを80nmとした。
前記高さが高い場合、得られるDRAM等の半導体装置のリフレッシュ特性が向上し、前記高さが低い場合、得られるDRAM等の半導体装置の動作時における閾値電圧が安定化する効果が得られる。
FIG. 8 is a process sectional view for explaining a process of growing a selective epitaxial silicon layer on the p-type semiconductor silicon substrate 1.
A selective epitaxial silicon layer 40 is grown by a selective epitaxial growth method at a predetermined position on the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1 exposed in the previous step.
The selective epitaxial growth method is performed, for example, by carrying out the conditions of a temperature of 800 ° C. and a pressure of 20 Torr while supplying a mixed gas of dichlorosilane gas at a rate of 100 ml / min and hydrogen chloride gas at a rate of 50 ml / min. The epitaxial silicon layer 40 can be grown on the p-type semiconductor silicon substrate 1 to a height of 80 nm.
The height for growing the selective epitaxial silicon layer 40 can be appropriately selected according to the design policy of the transistor to be formed. A transistor having a large source / drain asymmetry is formed as the height is high, and a transistor having a small source / drain asymmetry is formed as the height is low.
As the normally assumed height, about 5 to 100 nm is conceivable.
In this embodiment, the height of the selective epitaxial silicon layer 40 is 80 nm.
When the height is high, the refresh characteristics of the obtained semiconductor device such as DRAM are improved, and when the height is low, the threshold voltage during operation of the obtained semiconductor device such as DRAM is stabilized.

図9は、本発明の半導体装置を製造する工程を説明するための工程断面図である。
前記選択エピタキシャルシリコン層40の形成後、前記窒化シリコンからなる絶縁膜64および66全体をエッチバックする。
このエッチバックにより、図9に示される様に、前記金属層62の上部に膜厚150nmの窒化シリコン等からなる絶縁膜64と膜厚30nmの窒化シリコン66からなるサイドウオールを形成することができる。
FIG. 9 is a process sectional view for explaining a process for manufacturing the semiconductor device of the present invention.
After the formation of the selective epitaxial silicon layer 40, the entire insulating films 64 and 66 made of silicon nitride are etched back.
By this etch-back, as shown in FIG. 9, an insulating film 64 made of silicon nitride having a thickness of 150 nm and a sidewall made of silicon nitride 66 having a thickness of 30 nm can be formed on the metal layer 62. .

続いて、リン等のN型不純物を、1×1013/cmの注入量として60keVの加速エネルギーでイオン注入することにより、前記p型半導体シリコン基板1表面の開口した部分および前記選択エピタキシャルシリコン層40表面にリンがドープされ、それぞれ図9に示されるドレイン領域3およびソース領域2を形成することができる。
前記ソース領域2は、前記p型半導体シリコン基板1の表面領域20に形成されており、前記p型半導体シリコン基板表面からの接合深さは約120nmである。
また、前記ドレイン領域3は、前記選択エピタキシャルシリコン層40と前記選択エピタキシャルシリコン層40下部の前記p型半導体シリコン基板1の表面領域20に形成されている。
ここで前記選択エピタキシャルシリコンの膜厚は80nmである。また、前記選択エピタキシャルシリコン層40の表面からの接合深さは120nmであって、前記ドレイン領域3の前記p型半導体シリコン基板表面からの接合深さは約40nmである。
この様に、本実施例により得られる半導体装置に含まれるリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタの前記p型半導体シリコン基板1の表面を基準とした前記ソース領域2の接合深さと、前記選択エピタキシャルシリコン層40の表面を基準とした前記ドレイン領域3の接合深さは略同一となっている。
Subsequently, an N-type impurity such as phosphorus is ion-implanted with an acceleration energy of 60 keV as an implantation amount of 1 × 10 13 / cm 2 , so that the open portion of the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1 and the selective epitaxial silicon The surface of the layer 40 can be doped with phosphorus to form the drain region 3 and the source region 2 shown in FIG. 9, respectively.
The source region 2 is formed in the surface region 20 of the p-type semiconductor silicon substrate 1, and the junction depth from the surface of the p-type semiconductor silicon substrate is about 120 nm.
The drain region 3 is formed in the surface region 20 of the p-type semiconductor silicon substrate 1 below the selective epitaxial silicon layer 40 and the selective epitaxial silicon layer 40.
Here, the film thickness of the selective epitaxial silicon is 80 nm. The junction depth from the surface of the selective epitaxial silicon layer 40 is 120 nm, and the junction depth of the drain region 3 from the surface of the p-type semiconductor silicon substrate is about 40 nm.
Thus, the junction depth of the source region 2 with respect to the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1 of the asymmetric transistor having a recess channel structure included in the semiconductor device obtained by this embodiment, and the selective epitaxial silicon The junction depth of the drain region 3 with respect to the surface of the layer 40 is substantially the same.

さらに公知の方法により、図1に示す様に、セルコンタクト70、ビットコンタクト72および層間絶縁膜74、さらにキャパシタ、ビット線、プレート電極等の上部配線構造等(図示せず)を形成することにより、リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ200を含む半導体装置をDRAMとして製造することができる。   Further, as shown in FIG. 1, by forming a cell contact 70, a bit contact 72, an interlayer insulating film 74, and an upper wiring structure such as a capacitor, a bit line, and a plate electrode (not shown) by a known method. A semiconductor device including the asymmetric transistor 200 having a recess channel structure can be manufactured as a DRAM.

図10および11は、実施例1の工程の変形例を説明するための工程断面図である。
実施例1の場合では、先に前記窒化シリコンからなる絶縁膜66全体をエッチバックしてからイオン注入を行ったが、実施例2の場合では、イオン注入を行ってから前記窒化シリコンからなる絶縁膜66全体をエッチバックする点が異なる。
具体的に説明すると次の通りである。
実施例1の図8に示す工程の後、前記フォトレジストパターン56が残存している場合には、アッシング工程により前記フォトレジストパターン56を除去する。
次に公知のリソグラフィー工程および異方性エッチング工程により、図10に示す開口部54に対応する位置の前記窒化シリコンからなる絶縁膜66を除去し、前記p型半導体シリコン基板1の表面を露出させる。
次に公知のリソグラフィー工程および異方性エッチング工程により、図10に示す開口部54に対応する位置の前記窒化シリコンからなる絶縁膜66を除去し、前記p型半導体シリコン基板1の表面を露出させる。
続いて図11に示すように、リン等のN型不純物を、1×1013/cmの注入量で、60keVの加速エネルギーによりイオン注入することにより、前記p型半導体シリコン基板1表面の開口した部分および前記選択エピタキシャルシリコン層40表面にリンがドープされ、ドレイン領域3およびソース領域2を形成することができる。
続いて前記窒化シリコンからなる絶縁膜64および66全体をエッチバックする。
次に先に説明した実施例1の場合と同様の工程を経て、リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ200を含む半導体装置をDRAMとして製造することができる。
10 and 11 are process cross-sectional views for explaining a modification of the process of the first embodiment.
In the case of Example 1, ion implantation was performed after the entire insulating film 66 made of silicon nitride was etched back. In the case of Example 2, the insulation made of silicon nitride was performed after ion implantation was performed. The difference is that the entire film 66 is etched back.
Specifically, it is as follows.
If the photoresist pattern 56 remains after the step shown in FIG. 8 of the first embodiment, the photoresist pattern 56 is removed by an ashing step.
Next, the insulating film 66 made of silicon nitride at a position corresponding to the opening 54 shown in FIG. 10 is removed by a known lithography process and anisotropic etching process, and the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1 is exposed. .
Next, the insulating film 66 made of silicon nitride at a position corresponding to the opening 54 shown in FIG. 10 is removed by a known lithography process and anisotropic etching process, and the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1 is exposed. .
Subsequently, as shown in FIG. 11, N-type impurities such as phosphorus are ion-implanted with an acceleration energy of 60 keV at an implantation amount of 1 × 10 13 / cm 2 , thereby opening the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1. The drain region 3 and the source region 2 can be formed by doping the portion thus formed and the surface of the selective epitaxial silicon layer 40 with phosphorus.
Subsequently, the entire insulating films 64 and 66 made of silicon nitride are etched back.
Next, the semiconductor device including the asymmetric transistor 200 having the recess channel structure can be manufactured as a DRAM through the same process as that of the first embodiment described above.

[比較例1]
図12は、前記選択エピタキシャルシリコン層40を形成しなかった他は実施例1の場合と同様の工程により製造したリセスチャネル構造を有する対称型トランジスタ210を含む半導体装置の模式要部断面図である。
各参照符号の意味は図1の場合と同様である。
比較例1の場合、リン等のN型不純物のイオンの加速エネルギーを大きくすることにより、ソース領域2およびドレイン領域3を、前記p型半導体シリコン基板表面を基準として前記リセス100の深さの半分よりも深く形成した。
この結果、前記ソース領域のPN接合を深く設定することができることから、空乏層が前記p型半導体シリコン基板1表面と接することがなく電界を緩和することが可能となり、ジャンクションリーク電流を低減することができる。
しかしながら、前記ソース領域2と前記ドレイン領域3との距離、すなわちチャネル長が短くなることから、比較例1により得られた半導体装置ではサブスレショールド特性の劣化等の短チャネル効果が観察された。
[Comparative Example 1]
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a main part of a semiconductor device including a symmetric transistor 210 having a recess channel structure manufactured by the same process as in the first embodiment except that the selective epitaxial silicon layer 40 is not formed. .
The meaning of each reference symbol is the same as in FIG.
In the case of Comparative Example 1, the acceleration energy of ions of N-type impurities such as phosphorus is increased so that the source region 2 and the drain region 3 are half the depth of the recess 100 with respect to the surface of the p-type semiconductor silicon substrate. Formed deeper than.
As a result, since the PN junction of the source region can be set deeply, the depletion layer can be relaxed without contacting the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1, and the junction leakage current can be reduced. Can do.
However, since the distance between the source region 2 and the drain region 3, that is, the channel length is shortened, a short channel effect such as deterioration of subthreshold characteristics was observed in the semiconductor device obtained in Comparative Example 1.

[比較例2]
図13は、前記選択エピタキシャルシリコン層40を形成しなかった他は実施例1の場合と同様の工程により製造したリセスチャネル構造を有する対称型トランジスタ220を含む半導体装置の模式要部断面図である。各参照符号の意味は実施例1の図1の場合と同様である。
比較例2の場合、リン等のN型不純物のイオンの加速エネルギーを小さくすることにより、ソース領域2およびドレイン領域3を、前記p型半導体シリコン基板表面を基準として前記リセス100の深さの半分よりも浅く形成した。
この結果、前記ソース領域2と前記ドレイン領域3との距離、すなわちチャネル長を十分確保できることから、比較例2により得られた半導体装置ではサブスレショールド特性の劣化等の短チャネル効果を低減することができる。
しかしながら、前記ソース領域のPN接合を深く形成することができない。
このため空乏層が前記p型半導体シリコン基板1表面と接するため電界を緩和することが困難となり、ジャンクションリーク電流が増加することから、比較例2により得られた半導体装置ではリフレッシュ特性の悪化が観察された。
[Comparative Example 2]
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a main part of a semiconductor device including a symmetric transistor 220 having a recess channel structure manufactured by the same process as in the first embodiment except that the selective epitaxial silicon layer 40 is not formed. . The meaning of each reference symbol is the same as in the case of FIG.
In the case of Comparative Example 2, the acceleration energy of ions of N-type impurities such as phosphorus is reduced, so that the source region 2 and the drain region 3 are half the depth of the recess 100 with respect to the surface of the p-type semiconductor silicon substrate. Formed shallower.
As a result, a sufficient distance between the source region 2 and the drain region 3, that is, a channel length can be secured, so that a short channel effect such as deterioration of subthreshold characteristics can be reduced in the semiconductor device obtained in Comparative Example 2. Can do.
However, the PN junction of the source region cannot be formed deeply.
For this reason, since the depletion layer is in contact with the surface of the p-type semiconductor silicon substrate 1, it becomes difficult to relax the electric field, and the junction leakage current increases, so that the refresh characteristics of the semiconductor device obtained in Comparative Example 2 are observed to deteriorate. It was done.

本発明の半導体装置の一実施態様を例示した模式要部断面図である。It is a typical principal part sectional view which illustrated one embodiment of a semiconductor device of the present invention. 本発明の第一の実施態様である半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which is the 1st embodiment of this invention. 半導体シリコン基板の所定の位置にリセスを形成する工程を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the process of forming a recess in the predetermined position of a semiconductor silicon substrate. リセス内部にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する工程を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the process of forming a gate insulating film and a gate electrode inside a recess. p型半導体シリコン基板上にゲート電極を形成する工程を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the process of forming a gate electrode on a p-type semiconductor silicon substrate. p型半導体シリコン基板全体に窒化シリコンからなる絶縁膜を形成する工程を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the process of forming the insulating film which consists of silicon nitrides on the whole p-type semiconductor silicon substrate. p型半導体シリコン基板の所定の位置に選択エピタキシャルシリコン層を成長させるための開口部を形成する工程を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the process of forming the opening part for making a selective epitaxial silicon layer grow in the predetermined position of a p-type semiconductor silicon substrate. p型半導体シリコン基板上に選択エピタキシャルシリコン層を成長させる工程を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the process of growing a selective epitaxial silicon layer on a p-type semiconductor silicon substrate. 本発明の半導体装置を製造する工程を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the process of manufacturing the semiconductor device of this invention. 実施例1の工程の変形例を説明するための工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view for explaining a modification of the process of the first embodiment. 実施例1の工程の変形例を説明するための工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view for explaining a modification of the process of the first embodiment. リセスチャネル構造を有する対称型トランジスタ210を含む半導体装置の模式要部断面図である(比較例1)。It is a typical principal part sectional view of a semiconductor device containing symmetrical transistor 210 which has a recess channel structure (comparative example 1). リセスチャネル構造を有する対称型トランジスタ210を含む半導体装置の模式要部断面図である(比較例2)。It is a typical principal part sectional view of a semiconductor device containing symmetrical transistor 210 which has a recess channel structure (comparative example 2). 従来型のメモリセルトランジスタを含む半導体装置の模式要部断面図である。It is a typical principal part sectional view of a semiconductor device containing a conventional memory cell transistor.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体シリコン基板
2 ソース領域
3 ドレイン領域
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
20 表面領域
30 素子分離膜
40 選択エピタキシャルシリコン層
50、52、64、66 窒化シリコンからなる絶縁膜
54 開口部
56 フォトレジストパターン
60、61 ポリシリコン
62、63 タングステン等の金属
70 セルコンタクト
72 ビットコンタクト
74 層間絶縁膜
100 リセス
200 リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ
210、220 リセスチャネル構造を有する対称型トランジスタ
230 従来型のメモリセルトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor silicon substrate 2 Source region 3 Drain region 5 Gate insulating film 6 Gate electrode 20 Surface region 30 Element isolation film 40 Selective epitaxial silicon layer 50, 52, 64, 66 Insulating film made of silicon nitride 54 Opening 56 Photoresist pattern 60 , 61 Polysilicon 62, 63 Metal such as tungsten 70 Cell contact 72 Bit contact 74 Interlayer insulating film 100 Recess 200 Asymmetric transistor having a recess channel structure 210, 220 Symmetric transistor having a recess channel structure 230 Conventional memory cell transistor

Claims (6)

半導体シリコン基板と、
前記半導体シリコン基板の一部の表面上に成長された選択エピタキシャルシリコン層と、
前記半導体シリコン基板に形成されたリセスと、
前記リセス内部に接して形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極と、
ならびに前記ゲート電極に対応する一対のN型拡散層を含むソース領域およびドレイン領域とを少なくとも有し、
前記ソース領域は、前記半導体シリコン基板の表面領域に形成され、
前記ドレイン領域は、前記選択エピタキシャルシリコン層および前記選択エピタキシャルシリコン層下部の前記半導体シリコン基板の表面領域に形成されている、
リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタ、
を含む半導体装置。
A semiconductor silicon substrate;
A selective epitaxial silicon layer grown on a part of the surface of the semiconductor silicon substrate;
A recess formed in the semiconductor silicon substrate;
A gate insulating film formed in contact with the recess;
A gate electrode formed in contact with the gate insulating film;
And at least a source region and a drain region including a pair of N-type diffusion layers corresponding to the gate electrode,
The source region is formed in a surface region of the semiconductor silicon substrate;
The drain region is formed in a surface region of the semiconductor silicon substrate below the selective epitaxial silicon layer and the selective epitaxial silicon layer,
An asymmetric transistor having a recessed channel structure;
A semiconductor device including:
前記半導体シリコン基板の表面を基準とした前記ソース領域の深さと、
前記選択エピタキシャルシリコン層の表面を基準とした前記ドレイン領域との深さとが、略等しいことを特徴とする、請求項1に記載のリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置。
The depth of the source region relative to the surface of the semiconductor silicon substrate;
2. The semiconductor device including an asymmetric transistor having a recessed channel structure according to claim 1, wherein a depth of the drain region with respect to a surface of the selective epitaxial silicon layer is substantially equal.
半導体シリコン基板にリセスを形成する工程(1)、
前記リセス内部に接してゲート絶縁膜を形成する工程(2)、
前記ゲート絶縁膜に接してゲート電極を形成する工程(3)、
前記リセスにより隔てられた前記半導体シリコン基板のうち、一方の前記半導体シリコン基板の表面上に、選択エピタキシャル成長法により、選択エピタキシャルシリコン層を成長させる工程(4)、および、
前記リセスにより隔てられた前記半導体シリコン基板のうち、
一方の側の前記半導体シリコン基板の表面上に成長された前記選択エピタキシャルシリコン層と、
他方の側の前記半導体シリコン基板の表面領域と、
の両方にN型不純物をイオン注入することにより、それぞれドレイン領域およびソース領域を形成する工程(5)、
を有することを特徴とする、リセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置の製造方法。
Forming a recess in the semiconductor silicon substrate (1);
A step (2) of forming a gate insulating film in contact with the recess;
Forming a gate electrode in contact with the gate insulating film (3);
A step (4) of growing a selective epitaxial silicon layer on the surface of one of the semiconductor silicon substrates separated by the recess by a selective epitaxial growth method; and
Of the semiconductor silicon substrates separated by the recess,
The selective epitaxial silicon layer grown on the surface of the semiconductor silicon substrate on one side;
The surface region of the semiconductor silicon substrate on the other side;
(5) forming a drain region and a source region by implanting N-type impurities into both
A method of manufacturing a semiconductor device including an asymmetric transistor having a recess channel structure, comprising:
前記半導体シリコン上面、前記ゲート電極上面および前記ゲート電極側面に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜のうち前記選択エピタキシャルシリコン層を形成する位置に開口部を形成してから前記工程(4)を行い、
続いて、前記絶縁膜のうち前記ソース領域を形成する位置に開口部を形成してから前記工程(5)を行うことを特徴とする、請求項3に記載のリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置の製造方法。
After forming an insulating film on the upper surface of the semiconductor silicon, the upper surface of the gate electrode, and the side surface of the gate electrode, an opening is formed in the insulating film at a position where the selective epitaxial silicon layer is formed, and then the step (4) is performed. Done
4. The asymmetric transistor having a recessed channel structure according to claim 3, wherein the step (5) is performed after an opening is formed in the insulating film at a position where the source region is formed. A method of manufacturing a semiconductor device including:
請求項3または4に記載の製造方法により得られたリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置。   A semiconductor device including an asymmetric transistor having a recessed channel structure obtained by the manufacturing method according to claim 3. 請求項1,2または5のいずれかに記載のリセスチャネル構造を有する非対称型トランジスタを含む半導体装置を搭載した電子機器。
An electronic device on which a semiconductor device including an asymmetric transistor having a recess channel structure according to claim 1 is mounted.
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