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JP2012038994A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP2012038994A
JP2012038994A JP2010179460A JP2010179460A JP2012038994A JP 2012038994 A JP2012038994 A JP 2012038994A JP 2010179460 A JP2010179460 A JP 2010179460A JP 2010179460 A JP2010179460 A JP 2010179460A JP 2012038994 A JP2012038994 A JP 2012038994A
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silicide layer
metal film
pillar
insulating film
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JP2010179460A
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Noriaki Mikasa
典章 三笠
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Micron Memory Japan Ltd
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Elpida Memory Inc
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Abstract

【課題】本発明は、ゲート電極と半導体基板との間のショートの発生を抑制した上で、厚さが厚く、かつ均一な厚さとされたシリサイド層を形成可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】ゲート絶縁膜27を介して、ピラー26の側面26a,26bに設けられたゲート電極61,62と、ピラー26の上端26−1に形成されたシリサイド層38と、ゲート電極61,62を覆うと共に、ピラー26の側面を囲むように配置され、かつシリサイド層38の側面を露出する絶縁膜と、シリサイド層38の側面を覆うように設けられ、かつピラー26の上端26−1に含まれるシリコンをシリサイド化させる金属膜39と、シリサイド層38の下面38bと接触するように、ピラー26に形成された上部不純物拡散領域36と、シリサイド層38の上面38aに設けられたキャパシタ52と、を有する。
【選択図】図2B
The present invention relates to a semiconductor device capable of forming a silicide layer having a large thickness and a uniform thickness while suppressing the occurrence of a short circuit between a gate electrode and a semiconductor substrate, and a method for manufacturing the same. The issue is to provide.
SOLUTION: Gate electrodes 61 and 62 provided on side surfaces 26a and 26b of a pillar 26 via a gate insulating film 27, a silicide layer 38 formed on an upper end 26-1 of the pillar 26, a gate electrode 61, 62, and is provided so as to surround the side surface of the pillar 26 and expose the side surface of the silicide layer 38, and to cover the side surface of the silicide layer 38, and on the upper end 26-1 of the pillar 26. A metal film 39 for silicidation of contained silicon; an upper impurity diffusion region 36 formed in the pillar 26 so as to contact the lower surface 38b of the silicide layer 38; and a capacitor 52 provided on the upper surface 38a of the silicide layer 38; Have.
[Selection] Figure 2B

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

近年、半導体装置(具体的には、半導体素子)の微細化が進められている。そのため、半導体装置としてDRAM(Dynamic Random Access Memory)を用い、DRAMのメモリセルを微細化した場合、メモリセルを構成する選択トランジスタ及びキャパシタが縮小化されるため、キャパシタの容量を十分に確保することが困難になってきている。   In recent years, semiconductor devices (specifically, semiconductor elements) have been miniaturized. Therefore, when a DRAM (Dynamic Random Access Memory) is used as a semiconductor device and a DRAM memory cell is miniaturized, a selection transistor and a capacitor constituting the memory cell are reduced, so that a sufficient capacity of the capacitor is ensured. Has become difficult.

この問題を解決する1つの方法として、キャパシタを立体化して、キャパシタを構成する電極の表面積を増加させると共に、キャパシタの構造をMIS(Metal Insulator Semiconductor)構造からMIM(Metal Insulation Metal)構造に移行させることが行なわれている。   As one method for solving this problem, the capacitor is three-dimensionalized to increase the surface area of the electrodes constituting the capacitor, and the capacitor structure is shifted from the MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure to the MIM (Metal Insulation Metal) structure. Has been done.

特許文献1には、下部電極、容量絶縁膜、及び上部電極よりなるMIMキャパシタと、該MIMキャパシタが接続される容量コンタクトプラグとの間の抵抗を低くするために、下部電極と容量コンタクトプラグとの間にシリサイド層を形成することが開示されている。   In Patent Document 1, in order to reduce resistance between an MIM capacitor including a lower electrode, a capacitive insulating film, and an upper electrode, and a capacitive contact plug to which the MIM capacitor is connected, a lower electrode and a capacitive contact plug are provided. It is disclosed that a silicide layer is formed between the two.

ここで、特許文献1に記載されたMIMキャパシタ及びシリサイド層の形成方法について、簡単に説明する。
始めに、トランジスタを構成する不純物拡散領域(ソース領域)と電気的に接続され、不純物含有多結晶シリコン膜よりなる容量コンタクトプラグを形成する。
次いで、容量コンタクトプラグ上に層間絶縁膜を形成する。次いで、異方性エッチングにより、層間絶縁膜に、容量コンタクトプラグの上面に達するシリンダ孔を形成する。
Here, the method for forming the MIM capacitor and the silicide layer described in Patent Document 1 will be briefly described.
First, a capacitive contact plug made of an impurity-containing polycrystalline silicon film is formed which is electrically connected to an impurity diffusion region (source region) constituting the transistor.
Next, an interlayer insulating film is formed on the capacitor contact plug. Next, a cylinder hole reaching the upper surface of the capacitor contact plug is formed in the interlayer insulating film by anisotropic etching.

次いで、シリンダ孔から露出された容量コンタクトプラグの上端面、及びシリンダ孔の内周面を覆うチタン(Ti)膜と、チタン(Ti)膜の表面を覆う窒化チタン(TiN)膜とを順次積層することで、下部電極を形成する。
この際、下部電極を構成するチタン(Ti)膜に含まれるTiと、容量コンタクトプラグに含まれるシリコンとを反応させることで、容量コンタクトプラグにシリサイド層を形成する。
その後、下部電極の表面を覆う容量絶縁膜と、容量絶縁膜の表面を覆う上部電極とを順次形成することで、MIMキャパシタが形成される。
Next, a titanium (Ti) film covering the upper end surface of the capacitor contact plug exposed from the cylinder hole and the inner peripheral surface of the cylinder hole, and a titanium nitride (TiN) film covering the surface of the titanium (Ti) film are sequentially stacked. Thus, the lower electrode is formed.
At this time, a silicide layer is formed on the capacitive contact plug by reacting Ti contained in the titanium (Ti) film constituting the lower electrode with silicon contained in the capacitive contact plug.
Thereafter, a MIM capacitor is formed by sequentially forming a capacitive insulating film covering the surface of the lower electrode and an upper electrode covering the surface of the capacitive insulating film.

特許文献2,3には、DRAMのメモリセルを微細化する技術として、半導体基板の主面に対して垂直に伸びるピラーに、トランジスタを形成した縦型トランジスタ(「3次元トランジスタ」ともいう)が開示されている。
特許文献3に記載の縦型トランジスタは、容量コンタクトプラグを介して、縦型トランジスタの上方に配置されたMIMキャパシタと接続されている。
上記構成とされた縦型トランジスタは、占有面積が小さく、かつ完全空乏化によって大きなドレイン電流が得られるという利点を有しており、4F(Fは最小加工寸法)の最密レイアウトの実現も可能である。
In Patent Documents 2 and 3, as a technique for miniaturizing a memory cell of a DRAM, a vertical transistor (also referred to as a “three-dimensional transistor”) in which a transistor is formed in a pillar extending perpendicularly to the main surface of a semiconductor substrate is disclosed. It is disclosed.
The vertical transistor described in Patent Document 3 is connected to an MIM capacitor disposed above the vertical transistor via a capacitive contact plug.
The vertical transistor having the above-described configuration has an advantage that the occupied area is small and a large drain current can be obtained by complete depletion, and a close-packed layout of 4F 2 (F is the minimum processing dimension) can be realized. Is possible.

特開2008−192650号公報JP 2008-192650 A 特開2008−300623号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2008-300623 特開2009−10366号公報JP 2009-10366 A

DRAMのセルを上記縦型トランジスタで構成した場合、キャパシタはその容量を十分に確保するため、ピラーの上端に形成された上部不純物拡散領域(ソース領域)上に直接コンタクトするように形成する。
この場合、下部電極と上部不純物拡散領域との間のコンタクト抵抗を低減するために、下部電極を構成するTi膜、及びシリコンよりなる上部不純物拡散領域の一部をシリサイド化させて、シリサイド層を介して、キャパシタと上部不純物拡散領域とを電気的に接続する。
When the DRAM cell is composed of the vertical transistor, the capacitor is formed so as to be in direct contact with the upper impurity diffusion region (source region) formed at the upper end of the pillar in order to ensure sufficient capacity.
In this case, in order to reduce the contact resistance between the lower electrode and the upper impurity diffusion region, the Ti film constituting the lower electrode and a part of the upper impurity diffusion region made of silicon are silicided to form a silicide layer. The capacitor and the upper impurity diffusion region are electrically connected to each other.

ところで、半導体装置のさらなる微細化が進んだ場合、シリンダ孔の直径がさらに小さくなるため、キャパシタと上部不純物拡散領域との間のコンタクト抵抗が上昇する。そこで、コンタクト抵抗の上昇を抑制するために、従来よりもシリサイド層の厚さを厚くする必要がある。   By the way, when the semiconductor device is further miniaturized, the diameter of the cylinder hole is further reduced, so that the contact resistance between the capacitor and the upper impurity diffusion region is increased. Therefore, in order to suppress an increase in contact resistance, it is necessary to make the thickness of the silicide layer thicker than before.

しかしながら、アスペクト比(=シリンダ孔の深さ/シリンダ孔の径)の高いシリンダ孔の底面から露出された上部不純物拡散領域の上面に、チタン(Ti)膜を成膜した場合、チタン(Ti)膜の厚さばらつきが大きくなり、複数のピラーに形成されるシリサイド層の厚さを均一にすることが困難となる。   However, when a titanium (Ti) film is formed on the upper surface of the upper impurity diffusion region exposed from the bottom surface of the cylinder hole having a high aspect ratio (= cylinder hole depth / cylinder hole diameter), titanium (Ti) Variations in the thickness of the film increase, making it difficult to make the thickness of the silicide layers formed on the plurality of pillars uniform.

そのため、シリサイド層の成長を促進してシリサイド層の厚さを厚くする場合、他のピラーよりもシリサイド層が厚く形成されたピラーでは、ゲート電極とシリサイド層との距離が近くなりすぎることで、シリサイド層がピラーの側面に形成されたゲート絶縁膜に到達してゲート絶縁膜が侵食破壊され、ゲート電極と半導体基板との間でショートが発生してしまう。
したがって、アスペクト比の高いシリンダ孔を介して下部電極を成膜することでシリサイド層を形成する従来の方法では、ゲート電極と半導体基板とのショートの発生を抑制した上で、厚さが厚く、かつ均一な厚さとされたシリサイド層を形成することが困難であった。
Therefore, when the thickness of the silicide layer is increased by promoting the growth of the silicide layer, in the pillar in which the silicide layer is formed thicker than other pillars, the distance between the gate electrode and the silicide layer is too close. The silicide layer reaches the gate insulating film formed on the side surface of the pillar, the gate insulating film is eroded and destroyed, and a short circuit occurs between the gate electrode and the semiconductor substrate.
Therefore, in the conventional method of forming a silicide layer by forming a lower electrode through a cylinder hole with a high aspect ratio, the occurrence of a short circuit between the gate electrode and the semiconductor substrate is suppressed, and the thickness is increased. In addition, it is difficult to form a silicide layer having a uniform thickness.

本発明の一観点によれば、シリコン(Si)を含む半導体基板に設けられ、前記半導体基板を母材とするピラーと、前記ピラーの上端に形成されたシリサイド層と、前記シリサイド層の側面を覆うように設けられ、かつ前記ピラーの上端に含まれるシリコン(Si)をシリサイド化させる金属膜と、ゲート絶縁膜を介して、前記シリサイド層よりも下方に位置する前記ピラーの側面に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うと共に、前記シリサイド層よりも下方に位置する前記ピラーの側面を囲むように配置され、かつ前記シリサイド層及び前記金属膜を露出する絶縁膜と、前記シリサイド層の下面と接触するように、前記ピラーに配置された上部不純物拡散領域と、前記シリサイド層の上面に設けられたキャパシタと、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, a pillar provided on a semiconductor substrate containing silicon (Si) and using the semiconductor substrate as a base material, a silicide layer formed on an upper end of the pillar, and a side surface of the silicide layer are provided. A metal film for siliciding silicon (Si) contained at the upper end of the pillar and a side surface of the pillar located below the silicide layer via a gate insulating film is provided. A gate electrode; an insulating film that covers the gate electrode and surrounds a side surface of the pillar located below the silicide layer; and exposes the silicide layer and the metal film; and An upper impurity diffusion region disposed on the pillar and a capacitor provided on the upper surface of the silicide layer so as to be in contact with the lower surface. The semiconductor device is provided, wherein.

本発明の半導体装置によれば、シリコン(Si)を含む半導体基板に設けられ、半導体基板を母材とするピラーと、ピラーの上端に形成されたシリサイド層と、シリサイド層の側面を覆うように設けられ、かつピラーの上端に含まれるシリコン(Si)をシリサイド化させる金属膜と、ゲート絶縁膜を介して、シリサイド層よりも下方に位置するピラーの側面に設けられたゲート電極と、ゲート電極を覆うと共に、シリサイド層よりも下方に位置するピラーの側面を囲むように配置され、かつシリサイド層及び金属膜を露出する絶縁膜と、シリサイド層の下面と接触するように、ピラーに配置された上部不純物拡散領域と、シリサイド層の上面に設けられたキャパシタと、を有することにより、金属膜に囲まれたピラーの上端のみにシリサイド層を形成することが可能になるため、シリサイド層とゲート電極との間の距離を十分に確保して、ゲート電極と半導体基板との間のショートの発生を抑制した上で、厚さが厚く、かつ均一な厚さとされたシリサイド層を設けることができる。   According to the semiconductor device of the present invention, a pillar provided on a semiconductor substrate containing silicon (Si), a pillar using the semiconductor substrate as a base material, a silicide layer formed on an upper end of the pillar, and a side surface of the silicide layer are covered. A metal film for siliciding silicon (Si) included at the upper end of the pillar, a gate electrode provided on a side surface of the pillar located below the silicide layer via the gate insulating film, and a gate electrode And is disposed on the pillar so as to be in contact with the lower surface of the silicide layer and the insulating film exposing the silicide layer and the metal film, and surrounding the side surface of the pillar located below the silicide layer. By having the upper impurity diffusion region and the capacitor provided on the upper surface of the silicide layer, only the upper end of the pillar surrounded by the metal film is silicidized. Since it is possible to form a layer, a sufficient distance is ensured between the silicide layer and the gate electrode, and the occurrence of a short circuit between the gate electrode and the semiconductor substrate is suppressed, and the thickness is increased. A silicide layer having a uniform thickness can be provided.

本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの概略を示す平面図である。1 is a plan view schematically showing a memory cell array provided in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図1に示すメモリセルアレイのA−A線方向の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the memory cell array shown in FIG. 1 in the AA line direction. 図1に示すメモリセルアレイのB−B線方向の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the memory cell array shown in FIG. 1 in the BB line direction. 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その1)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 3B is a diagram (part 1) illustrating a manufacturing process of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and a sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array illustrated in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その1)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 4B is a diagram (part 1) illustrating a manufacturing process of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and a sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array illustrated in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その2)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 3B is a diagram (part 2) illustrating a manufacturing process of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and a sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array illustrated in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その2)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 8B is a diagram (part 2) illustrating a manufacturing process of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and a sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array illustrated in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その3)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 3D is a diagram (part 3) illustrating a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array illustrated in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その3)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 8B is a diagram (No. 3) illustrating a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, and a sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その4)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 4B is a diagram (part 4) illustrating a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array illustrated in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その4)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 4D is a diagram (part 4) illustrating a manufacturing process of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array illustrated in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その5)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 8B is a diagram (part 5) illustrating a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array illustrated in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その5)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 6B is a view (No. 5) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, and a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その6)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 6D is a diagram (No. 6) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その6)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 6D is a view (No. 6) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その7)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 7B is a view (No. 7) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その7)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 8B is a view (No. 7) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その8)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 8B is a view (No. 8) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その8)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 8B is a view (No. 8) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その9)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 9B is a diagram (No. 9) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その9)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 9D is a diagram (No. 9) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その10)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 10B is a view (No. 10) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その10)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 10B is a view (No. 10) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, and a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その11)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 11B is a view (No. 11) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その11)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 12B is a view (No. 11) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, and a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その12)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 12B is a view (No. 12) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, and a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その12)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 12B is a view (No. 12) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, and a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その13)であり、図2Aに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 13B is a view (No. 13) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2A; 本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図(その13)であり、図2Bに示すメモリセルアレイの切断面に対応する断面図である。FIG. 13B is a view (No. 13) showing a manufacturing step of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the invention, which is a cross-sectional view corresponding to a cut surface of the memory cell array shown in FIG. 2B;

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。   Embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and the size, thickness, dimensions, and the like of each part shown in the drawings are different from the dimensional relationship of an actual semiconductor device. There is.

(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの概略を示す平面図である。図2Aは、図1に示すメモリセルアレイのA−A線方向の断面図であり、図2Bは、図1に示すメモリセルアレイのB−B線方向の断面図である。
図1において、X方向はワード線29の延在方向を示しており、Y方向はワード線29と交差するビット線21の延在方向を示している。また、図1では、説明の便宜上、図2A及び図2Bに示すメモリセルアレイ11の構成要素のうち、ビット線21、ワード線29、シリサイド層38、金属膜39、及び他の金属膜41、及びキャパシタ52のみを図示する。
図2A及び図2Bにおいて、図1に示すメモリセルアレイ11と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図1、図2A、及び図2Bでは、本実施の形態の半導体装置の一例としてDRAM(Dynamic Random Access Memory)を挙げて以下の説明を行う。
(Embodiment)
FIG. 1 is a plan view schematically showing a memory cell array provided in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 2A is a cross-sectional view of the memory cell array shown in FIG. 1 in the AA line direction, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the memory cell array shown in FIG. 1 in the BB line direction.
In FIG. 1, the X direction indicates the extending direction of the word line 29, and the Y direction indicates the extending direction of the bit line 21 that intersects the word line 29. In FIG. 1, for convenience of explanation, among the components of the memory cell array 11 shown in FIGS. 2A and 2B, the bit line 21, the word line 29, the silicide layer 38, the metal film 39, and the other metal film 41, and Only the capacitor 52 is shown.
2A and 2B, the same components as those of the memory cell array 11 shown in FIG. 1, 2 </ b> A, and 2 </ b> B, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) is taken as an example of the semiconductor device of this embodiment, and the following description is given.

本実施の形態の半導体装置10は、図1、図2A、及び図2Bに示すメモリセルアレイ11が形成されるメモリセル領域と、メモリセル領域の周囲に配置された周辺回路(図示せず)が形成される周辺回路領域とを有する。周辺回路領域には、図示していない周辺回路用トランジスタ(例えば、プレーナー型トランジスタ)が形成されている。   The semiconductor device 10 of this embodiment includes a memory cell region in which the memory cell array 11 shown in FIGS. 1, 2A, and 2B is formed, and a peripheral circuit (not shown) arranged around the memory cell region. And a peripheral circuit region to be formed. In the peripheral circuit region, peripheral circuit transistors (for example, planar transistors) (not shown) are formed.

次に、図1、図2A、及び図2Bを参照して、メモリセルアレイ11の構成について説明する。
メモリセルアレイ11は、半導体基板13と、素子分離領域(図示せず)と、ビット線形成用溝15と、第1の絶縁膜16と、ビットコンタクト18と、下部不純物拡散領域19と、ビット線21と、第2の絶縁膜23と、ワード線形成用溝25と、ピラー26と、ゲート絶縁膜27と、ワード線29と、第1の埋め込み絶縁膜31と、溝32と、ライナー膜33と、第2の埋め込み絶縁膜35と、上部不純物拡散領域36と、凹部37と、シリサイド層38と、金属膜39、他の金属膜41と、第1のエッチングストッパ膜46と、第1の層間絶縁膜47と、第2のエッチングストッパ膜48と、サポート膜51と、キャパシタ52と、第3の層間絶縁膜53と、配線55と、第4の層間絶縁膜56と、を有する。
Next, the configuration of the memory cell array 11 will be described with reference to FIGS. 1, 2A, and 2B.
The memory cell array 11 includes a semiconductor substrate 13, an element isolation region (not shown), a bit line forming groove 15, a first insulating film 16, a bit contact 18, a lower impurity diffusion region 19, and a bit line. 21, second insulating film 23, word line forming groove 25, pillar 26, gate insulating film 27, word line 29, first buried insulating film 31, groove 32, and liner film 33. The second buried insulating film 35, the upper impurity diffusion region 36, the recess 37, the silicide layer 38, the metal film 39, the other metal film 41, the first etching stopper film 46, and the first etching stopper film 46. The interlayer insulating film 47, the second etching stopper film 48, the support film 51, the capacitor 52, the third interlayer insulating film 53, the wiring 55, and the fourth interlayer insulating film 56 are included.

図2A及び図2Bを参照するに、半導体基板13は、シリコン(Si)を含むと共に、所定の濃度の不純物とされた基板である。半導体基板としては、例えば、p型のシリコン基板を用いることができる。以下、半導体基板13としてp型のシリコン基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
半導体基板13には、素子分離用溝(図示せず)及び該素子分離用溝を埋め込む素子分離用絶縁膜(図示せず)により構成された素子分離領域(図示せず)と、該素子分離領域の内側に形成され、矩形とされた素子形成領域とを有する。
上記素子分離用絶縁膜としては、シリコン酸化膜(SiO膜)を用いる。上記素子分離領域の構造は、STI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれる。また、上記素子形成領域は、素子分離領域によって絶縁分離された活性領域である。
2A and 2B, the semiconductor substrate 13 is a substrate containing silicon (Si) and having impurities of a predetermined concentration. As the semiconductor substrate, for example, a p-type silicon substrate can be used. Hereinafter, a case where a p-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate 13 will be described as an example.
The semiconductor substrate 13 includes an element isolation region (not shown) constituted by an element isolation groove (not shown) and an element isolation insulating film (not shown) that fills the element isolation groove, and the element isolation. And an element forming region formed inside the region and having a rectangular shape.
A silicon oxide film (SiO 2 film) is used as the element isolation insulating film. The structure of the element isolation region is called STI (Shallow Trench Isolation). The element formation region is an active region that is insulated and isolated by an element isolation region.

図2Aを参照するに、ビット線形成用溝15は、半導体基板13に形成されている。ビット線形成用溝15は、Y方向に延在するように、X方向に対して複数配置されている。ビット線形成用溝15の底部には、ビット線21が形成される。
第1の絶縁膜16は、ビット線形成用溝15の内面のうち、ビット線21の形成領域に対応する面(具体的には、ビット線形成用溝15の側面の一部及び底面)に設けられている。第1の絶縁膜16は、ビットコンタクト18が形成される開口部16Aを有する。開口部16Aは、ピラー26の側面の一部を露出するように形成されている。第1の絶縁膜16としては、シリコン酸化膜(SiO膜)を用いることができる。
Referring to FIG. 2A, the bit line forming groove 15 is formed in the semiconductor substrate 13. A plurality of bit line forming grooves 15 are arranged in the X direction so as to extend in the Y direction. A bit line 21 is formed at the bottom of the bit line forming groove 15.
The first insulating film 16 is formed on the inner surface of the bit line formation groove 15 corresponding to the formation region of the bit line 21 (specifically, a part of the side surface and the bottom surface of the bit line formation groove 15). Is provided. The first insulating film 16 has an opening 16A in which the bit contact 18 is formed. The opening 16A is formed so as to expose a part of the side surface of the pillar 26. As the first insulating film 16, a silicon oxide film (SiO 2 film) can be used.

ビットコンタクト18は、第1の絶縁膜16に形成された開口部16Aを充填するように設けられている。ビットコンタクト18の材料としては、例えば、n型不純物(例えば、ヒ素(As))を含有した多結晶シリコン膜を用いることができる。
下部不純物拡散領域19は、n型不純物(例えば、ヒ素(As))を含んだ不純物拡散領域であり、ドレイン領域として機能する。下部不純物拡散領域19は、上部不純物拡散領域36の下方に位置するピラー26に形成されており、ビットコンタクト18と接触している。下部不純物拡散領域19は、ビットコンタクト18を介して、ビット線21と電気的に接続されている。
The bit contact 18 is provided so as to fill the opening 16 </ b> A formed in the first insulating film 16. As a material of the bit contact 18, for example, a polycrystalline silicon film containing an n-type impurity (for example, arsenic (As)) can be used.
The lower impurity diffusion region 19 is an impurity diffusion region containing an n-type impurity (for example, arsenic (As)), and functions as a drain region. The lower impurity diffusion region 19 is formed in the pillar 26 located below the upper impurity diffusion region 36 and is in contact with the bit contact 18. Lower impurity diffusion region 19 is electrically connected to bit line 21 via bit contact 18.

図2Aを参照するに、ビット線21(埋め込みビット線)は、第1の絶縁膜16を介して、ビット線形成用溝15の底部に形成されている。つまり、ビット線21は、半導体基板13に対して電気的に絶縁された状態で、後述するゲート電極61,62よりも下方に配置されている。
ビット線21の上面21aは、平坦な面とされている。ビット線21は、ワード線29と交差しており、Y方向に延在している。ビット線21は、X方向に複数配置されている(図1参照)。ビット線21は、ビットコンタクト18と接触しており、ビットコンタクト18を介して、下部不純物拡散領域19と電気的に接続されている。
ビット線21は、導電膜により構成されている。ビット線21を構成する導電膜としては、例えば、チタン(Ti)膜と、窒化チタン(TiN)膜と、タングステン(W)膜とを順次積層した積層膜を用いることができる。
Referring to FIG. 2A, the bit line 21 (embedded bit line) is formed at the bottom of the bit line forming groove 15 via the first insulating film 16. That is, the bit line 21 is disposed below gate electrodes 61 and 62 described later in a state of being electrically insulated from the semiconductor substrate 13.
The upper surface 21a of the bit line 21 is a flat surface. The bit line 21 intersects with the word line 29 and extends in the Y direction. A plurality of bit lines 21 are arranged in the X direction (see FIG. 1). The bit line 21 is in contact with the bit contact 18 and is electrically connected to the lower impurity diffusion region 19 through the bit contact 18.
The bit line 21 is composed of a conductive film. As the conductive film constituting the bit line 21, for example, a laminated film in which a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, and a tungsten (W) film are sequentially laminated can be used.

図2Aを参照するに、第2の絶縁膜23は、ビット線21の上面21a、及びビット線21よりも上方に位置するビット線形成用溝15の側面(言い換えれば、上部不純物拡散領域36の側面及びシリサイド層38dを含むピラー26の側面26c,26d)を覆うように形成されている。第2の絶縁膜23の上面23aは、シリサイド層38の下面38bに対して略面一とされている。第2の絶縁膜23としては、例えば、SiON膜を用いることができる。
図2A及び図2Bを参照するに、ワード線形成用溝25は、ビット線形成用溝15と交差するように、半導体基板13に形成されている。ワード線形成用溝25は、X方向に延在しており、Y方向に対して複数配置されている。
Referring to FIG. 2A, the second insulating film 23 includes the upper surface 21a of the bit line 21 and the side surface of the bit line forming groove 15 located above the bit line 21 (in other words, the upper impurity diffusion region 36). The side surfaces 26c and 26d) of the pillar 26 including the side surfaces and the silicide layer 38d are formed so as to cover them. The upper surface 23 a of the second insulating film 23 is substantially flush with the lower surface 38 b of the silicide layer 38. For example, a SiON film can be used as the second insulating film 23.
2A and 2B, the word line forming groove 25 is formed in the semiconductor substrate 13 so as to intersect the bit line forming groove 15. The word line forming grooves 25 extend in the X direction, and a plurality of the word line forming grooves 25 are arranged in the Y direction.

図2A及び図2Bを参照するに、ピラー26は、ビット線形成用溝15及びワード線形成用溝25に囲まれており、柱状形状とされている。ピラー26は、シリコンを含む半導体基板13を母材としており、半導体基板13の主面13aを部分的にエッチングして、ビット線形成用溝15及びワード線形成用溝25を加工することで複数形成される。
ピラー26の上端26−1には、シリサイド層38が形成されており、シリサイド層38の下方にはシリサイド層38と接触する上部不純物拡散領域36が形成されている。ピラー26のうち、上部不純物拡散領域36の下方に位置する部分は、チャネルとして機能する。
2A and 2B, the pillar 26 is surrounded by the bit line forming groove 15 and the word line forming groove 25, and has a columnar shape. The pillar 26 uses a semiconductor substrate 13 containing silicon as a base material. A plurality of pillars 26 are processed by partially etching the main surface 13a of the semiconductor substrate 13 to process the bit line forming groove 15 and the word line forming groove 25. It is formed.
A silicide layer 38 is formed on the upper end 26-1 of the pillar 26, and an upper impurity diffusion region 36 that is in contact with the silicide layer 38 is formed below the silicide layer 38. A portion of the pillar 26 located below the upper impurity diffusion region 36 functions as a channel.

このピラー26に、下部不純物拡散領域19、上部不純物拡散領域36、ゲート絶縁膜27、及び後述する一対のゲート電極61,62が形成されることで、縦型トランジスタ66が形成される。つまり、メモリセルアレイ11には、マトリックス状に複数の縦型トランジスタ66が形成されている。
縦型トランジスタ66は、占有面積が小さく、かつ完全空乏化によって大きなドレイン電流が得られるという利点がある。したがって、メモリセルアレイ11では、上記縦型トランジスタ66を複数備えることにより、4F(Fは最小加工寸法)の最密レイアウトが実現可能である。
A vertical transistor 66 is formed by forming the lower impurity diffusion region 19, the upper impurity diffusion region 36, the gate insulating film 27, and a pair of gate electrodes 61 and 62 described later in the pillar 26. That is, in the memory cell array 11, a plurality of vertical transistors 66 are formed in a matrix.
The vertical transistor 66 has an advantage in that the occupied area is small and a large drain current can be obtained by complete depletion. Therefore, in the memory cell array 11, by providing a plurality of the vertical transistors 66, a close-packed layout of 4F 2 (F is the minimum processing dimension) can be realized.

図2Bを参照するに、ゲート絶縁膜27は、X方向に配置された複数のピラー26の側面26a,26b(上部不純物拡散領域36の側面及びシリサイド層38の側面38cも含む)、及びワード線形成用溝25の底面25aを覆うように形成されている。
ゲート絶縁膜27としては、例えば、単層のシリコン酸化膜(SiO膜)、シリコン酸化膜を窒化した膜(SiON膜)、積層されたシリコン酸化膜(SiO膜)、シリコン酸化膜(SiO膜)上にシリコン窒化膜(SiN膜)を積層させた積層膜等を用いることができる。
Referring to FIG. 2B, the gate insulating film 27 includes side surfaces 26a and 26b (including side surfaces of the upper impurity diffusion region 36 and side surface 38c of the silicide layer 38) of the plurality of pillars 26 arranged in the X direction, and word lines. It is formed so as to cover the bottom surface 25 a of the forming groove 25.
Examples of the gate insulating film 27 include a single-layer silicon oxide film (SiO 2 film), a film obtained by nitriding a silicon oxide film (SiON film), a stacked silicon oxide film (SiO 2 film), and a silicon oxide film (SiO 2 ). A laminated film in which a silicon nitride film (SiN film) is laminated on ( two films) can be used.

図1を参照するに、ワード線29は、一対のゲート電極61,62と、電極端接続部63と、接続部65とを有する。
図1及び図2Bを参照するに、ゲート電極61は、X方向に延在しており、ゲート絶縁膜27を介して、シリサイド層38よりも下方に位置する複数のピラー26の側面26aに設けられている。ゲート電極62は、X方向に延在しており、ゲート絶縁膜27を介して、シリサイド層38よりも下方に位置する複数のピラー26の側面26bに設けられている。ゲート電極62は、ゲート絶縁膜27及び複数のピラー26を介して、ゲート電極61と対向配置されている。
図1を参照するに、電極端接続部63は、ゲート電極61,62の両端にそれぞれ設けられており、ゲート電極61,62の端部と一体に構成されている。
Referring to FIG. 1, the word line 29 includes a pair of gate electrodes 61 and 62, an electrode end connection portion 63, and a connection portion 65.
1 and 2B, the gate electrode 61 extends in the X direction, and is provided on the side surfaces 26a of the plurality of pillars 26 located below the silicide layer 38 via the gate insulating film 27. It has been. The gate electrode 62 extends in the X direction, and is provided on the side surfaces 26 b of the plurality of pillars 26 located below the silicide layer 38 with the gate insulating film 27 interposed therebetween. The gate electrode 62 is disposed to face the gate electrode 61 with the gate insulating film 27 and the plurality of pillars 26 interposed therebetween.
Referring to FIG. 1, the electrode end connection portions 63 are provided at both ends of the gate electrodes 61 and 62, respectively, and are configured integrally with the end portions of the gate electrodes 61 and 62.

図1及び図2Aを参照するに、接続部65は、第2の絶縁膜23を介して、ゲート電極61,62間に位置するビット線形成用溝15に設けられている。接続部65の一方の端部は、ゲート電極61と一体に構成されており、接続部65の他方の端部は、ゲート電極62と一体に構成されている。接続部65は、X方向におけるワード線29の電気抵抗の差を小さくするための部材である。
上記ワード線29は、導電膜により構成されている。ワード線29を構成する導電膜としては、例えば、チタン(Ti)膜と、窒化チタン(TiN)膜と、タングステン(W)膜とが順次積層された積層膜を用いることができる。
Referring to FIGS. 1 and 2A, the connection portion 65 is provided in the bit line forming groove 15 located between the gate electrodes 61 and 62 via the second insulating film 23. One end of the connecting portion 65 is configured integrally with the gate electrode 61, and the other end of the connecting portion 65 is configured integrally with the gate electrode 62. The connection portion 65 is a member for reducing the difference in electrical resistance of the word line 29 in the X direction.
The word line 29 is composed of a conductive film. As the conductive film constituting the word line 29, for example, a stacked film in which a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, and a tungsten (W) film are sequentially stacked can be used.

図2Aを参照するに、第1の埋め込み絶縁膜31は、接続部65の上面を覆うように、ビット線形成用溝15を埋め込んでいる。第1の埋め込み絶縁膜31の上面31aは、平坦な面とされており、シリサイド層38の下面38bに対して面一とされている。言い換えれば、第1の埋め込み絶縁膜31の上面31aは、半導体基板13の主面13a(後述する図4A及び図4Bに示すピラー26の上端面26−1e)よりも低い位置に配置されている。
第1の埋め込み絶縁膜31としては、例えば、埋め込み特性に優れ、緻密な膜質を有した絶縁膜を用いるとよい。具体的には、第1の埋め込み絶縁膜31としては、例えば、HDP(High Density Plasma)法により形成されたシリコン酸化膜(SiO膜)を用いるとよい。
Referring to FIG. 2A, the first buried insulating film 31 fills the bit line forming groove 15 so as to cover the upper surface of the connecting portion 65. The upper surface 31 a of the first buried insulating film 31 is a flat surface and is flush with the lower surface 38 b of the silicide layer 38. In other words, the upper surface 31a of the first buried insulating film 31 is disposed at a position lower than a main surface 13a of the semiconductor substrate 13 (an upper end surface 26-1e of the pillar 26 shown in FIGS. 4A and 4B described later). .
As the first buried insulating film 31, for example, an insulating film having excellent filling characteristics and a dense film quality may be used. Specifically, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) formed by HDP (High Density Plasma) method may be used as the first buried insulating film 31.

図2Bを参照するに、溝32は、X方向に延在しており、ワード線形成用溝25内に形成されている。溝32のY方向の幅は、ワード線形成用溝25のY方向の幅よりも狭い。溝32は、ワード線形成用溝25に埋め込まれ、ワード線29の母材となる導電膜(図示せず)を2つに分離することで、一対のゲート電極61,62を形成するための分離用溝である。そのため、溝32の深さは、ワード線29の母材となる導電膜を確実に2つに分離できるように、ワード線形成用溝25の深さよりも深くなるように形成されている。   Referring to FIG. 2B, the groove 32 extends in the X direction and is formed in the word line forming groove 25. The width of the groove 32 in the Y direction is narrower than the width of the word line forming groove 25 in the Y direction. The groove 32 is embedded in the word line forming groove 25, and a conductive film (not shown) serving as a base material of the word line 29 is separated into two to form a pair of gate electrodes 61 and 62. This is a separation groove. Therefore, the depth of the groove 32 is formed so as to be deeper than the depth of the word line forming groove 25 so that the conductive film as the base material of the word line 29 can be reliably separated into two.

図2Bを参照するに、ライナー膜33は、ワード線形成用溝25内に設けられており、ゲート電極61,62上にサイドウォール状に形成されている。ライナー膜33は、絶縁性を有した膜である。ライナー膜33としては、例えば、SiON膜を用いることができる。ライナー膜33の上面33aは、平坦な面とされており、シリサイド層38の下面38bに対して面一とされている。
図2Bを参照するに、第2の埋め込み絶縁膜35は、溝32を充填するように設けられている。第2の埋め込み絶縁膜35の上面35aは、平坦な面とされており、シリサイド層38の下面38bに対して面一とされている。
なお、本実施の形態において、ゲート電極61,62を覆うと共に、シリサイド層38よりも下方に位置するピラー26の側面を囲むように配置され、かつシリサイド層38及び金属膜39を露出する絶縁膜は、第1の埋め込み絶縁膜31、ライナー膜33、及び第2の埋め込み絶縁膜35により構成されている。
Referring to FIG. 2B, the liner film 33 is provided in the word line forming groove 25 and formed in a sidewall shape on the gate electrodes 61 and 62. The liner film 33 is an insulating film. As the liner film 33, for example, a SiON film can be used. The upper surface 33 a of the liner film 33 is a flat surface and is flush with the lower surface 38 b of the silicide layer 38.
Referring to FIG. 2B, the second buried insulating film 35 is provided so as to fill the trench 32. The upper surface 35 a of the second buried insulating film 35 is a flat surface and is flush with the lower surface 38 b of the silicide layer 38.
In the present embodiment, the insulating film that covers the gate electrodes 61 and 62 and surrounds the side surface of the pillar 26 located below the silicide layer 38 and exposes the silicide layer 38 and the metal film 39. Is composed of a first buried insulating film 31, a liner film 33, and a second buried insulating film 35.

図2A及び図2Bを参照するに、上部不純物拡散領域36は、ピラー26の上部に形成されており、シリサイド層38の下面38bと接触している。これにより、上部不純物拡散領域36は、シリサイド層38と電気的に接続されている。
上部不純物拡散領域36は、n型不純物(例えば、ヒ素(As))を含んだ不純物拡散領域であり、ソース領域として機能する。
本実施の形態の場合の縦型トランジスタ66(「3次元トランジスタ」ともいう)は、ピラー26に、ビットコンタクト18、下部不純物拡散領域19、ゲート絶縁膜27、ゲート電極61,62、及び上部不純物拡散領域36が形成された構成とされている。
Referring to FIGS. 2A and 2B, the upper impurity diffusion region 36 is formed on the pillar 26 and is in contact with the lower surface 38 b of the silicide layer 38. Thereby, the upper impurity diffusion region 36 is electrically connected to the silicide layer 38.
The upper impurity diffusion region 36 is an impurity diffusion region containing an n-type impurity (for example, arsenic (As)), and functions as a source region.
The vertical transistor 66 (also referred to as “three-dimensional transistor”) in the present embodiment includes a pillar 26, a bit contact 18, a lower impurity diffusion region 19, a gate insulating film 27, gate electrodes 61 and 62, and upper impurities. The diffusion region 36 is formed.

図2A及び図2Bを参照するに、凹部37は、同一平面上に配置された第2の絶縁膜23の上面23a、第1の埋め込み絶縁膜31の上面31a、ライナー膜33の上面33a、及び第2の埋め込み絶縁膜35の上面35aを半導体基板13の主面13aよりも下方に配置することで形成されている。凹部37の底面は、平坦な面とされており、第2の絶縁膜23の上面23a、第1の埋め込み絶縁膜31の上面31a、ライナー膜33の上面33a、及び第2の埋め込み絶縁膜35の上面35aにより構成されている。   Referring to FIG. 2A and FIG. 2B, the recess 37 includes the upper surface 23a of the second insulating film 23, the upper surface 31a of the first embedded insulating film 31, the upper surface 33a of the liner film 33, and the like. The upper surface 35 a of the second buried insulating film 35 is formed below the main surface 13 a of the semiconductor substrate 13. The bottom surface of the recess 37 is a flat surface. The upper surface 23 a of the second insulating film 23, the upper surface 31 a of the first embedded insulating film 31, the upper surface 33 a of the liner film 33, and the second embedded insulating film 35. It is comprised by the upper surface 35a.

凹部37は、金属膜39、他の金属膜41、及び第1のエッチングストッパ膜46を配置するための溝であり、シリサイド層38の側面38c,38dを露出するように形成されている。
なお、実際に、メモリセルを形成する場合、後述する図4A及び図4Bに示すように、凹部37は、金属膜39が形成される複数のピラー26の上端26−1の側面26−1a,26−1b,26−1c,26−1dを露出するように形成される。金属膜39は、複数のピラー26の上端26−1にシリサイド層38を形成するための膜である。
なお、側面26−1aは、ピラー26の側面26aの一部であり、側面26−1bは、ピラー26の側面26bの一部である。また、側面26−1cは、ピラー26の側面26cの一部であり、側面26−1dは、ピラー26の側面26dの一部である。
The recess 37 is a groove for disposing the metal film 39, the other metal film 41, and the first etching stopper film 46, and is formed so as to expose the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38.
When actually forming a memory cell, as shown in FIGS. 4A and 4B, which will be described later, the concave portion 37 has side surfaces 26-1a of the upper ends 26-1 of the plurality of pillars 26 on which the metal films 39 are formed. 26-1b, 26-1c, and 26-1d are formed to be exposed. The metal film 39 is a film for forming the silicide layer 38 on the upper ends 26-1 of the plurality of pillars 26.
The side surface 26-1a is a part of the side surface 26a of the pillar 26, and the side surface 26-1b is a part of the side surface 26b of the pillar 26. The side surface 26-1c is a part of the side surface 26c of the pillar 26, and the side surface 26-1d is a part of the side surface 26d of the pillar 26.

このように、金属膜39が形成される複数のピラー26の上端26−1の側面26−1a,26−1b,26−1c,26−1dを露出する凹部37を設けることにより、凹部37の深さを変えることで、シリサイド層38の厚さを容易に制御することができると共に、複数のピラー26に形成されるシリサイド層38の厚さばらつきを小さくすることができる。
半導体基板13の主面13aを基準とした際の凹部37の深さは、例えば、50nmとすることができる。
Thus, by providing the recessed part 37 which exposes the side surfaces 26-1a, 26-1b, 26-1c, 26-1d of the upper ends 26-1 of the plurality of pillars 26 on which the metal films 39 are formed, By changing the depth, the thickness of the silicide layer 38 can be easily controlled, and variations in the thickness of the silicide layers 38 formed on the plurality of pillars 26 can be reduced.
The depth of the concave portion 37 when the main surface 13a of the semiconductor substrate 13 is used as a reference can be set to 50 nm, for example.

図2A及び図2Bを参照するに、シリサイド層38は、凹部37から露出され、かつ金属膜39に囲まれたピラー26の上端26−1に形成されている。
シリサイド層38の上面38aは、半導体基板13の主面13aに対して略面一とされており、キャパシタ52となる下部電極71と接触している。また、シリサイド層38の下面38bは、上部不純物拡散領域36と接触している。これにより、シリサイド層38は、キャパシタ52の下部電極71と上部不純物拡散領域36とを電気的に接続している。
シリサイド層38は、キャパシタ52と上部不純物拡散領域36との間のコンタクト抵抗を小さくするための層である。
Referring to FIGS. 2A and 2B, the silicide layer 38 is formed on the upper end 26-1 of the pillar 26 exposed from the recess 37 and surrounded by the metal film 39.
The upper surface 38 a of the silicide layer 38 is substantially flush with the main surface 13 a of the semiconductor substrate 13 and is in contact with the lower electrode 71 serving as the capacitor 52. Further, the lower surface 38 b of the silicide layer 38 is in contact with the upper impurity diffusion region 36. Thereby, the silicide layer 38 electrically connects the lower electrode 71 of the capacitor 52 and the upper impurity diffusion region 36.
The silicide layer 38 is a layer for reducing the contact resistance between the capacitor 52 and the upper impurity diffusion region 36.

シリサイド層38は、ピラー26の上端26−1に含まれるシリコンと金属膜39に含まれる後述する金属とが反応して、ピラー26の上端26−1がシリサイド化することで形成される。
シリサイド層38としては、チタンシリサイド層(具体的には、TiSi層等)、コバルトシリサイド層等を用いることができる。
The silicide layer 38 is formed by reacting silicon contained in the upper end 26-1 of the pillar 26 with a metal described later contained in the metal film 39, whereby the upper end 26-1 of the pillar 26 is silicided.
As the silicide layer 38, a titanium silicide layer (specifically, a TiSi 2 layer or the like), a cobalt silicide layer, or the like can be used.

シリサイド層38としては、TiSi層を用いるとよい。TiSi層は、シリサイド層のなかで電気抵抗が最も低く、かつ多結晶シリコン及び上部不純物拡散領域の表面に自然酸化膜(シリコン酸化膜(SiO膜))が形成された場合でも安定な固相反応が進行する(Tiはシリコン酸化膜を還元して反応する)からである。
シリサイド層38の厚さは、凹部37の深さの値と等しく、例えば、50nmとすることができる。
As the silicide layer 38, a TiSi 2 layer may be used. The TiSi 2 layer has the lowest electrical resistance among the silicide layers, and is stable even when a natural oxide film (silicon oxide film (SiO 2 film)) is formed on the surface of the polycrystalline silicon and the upper impurity diffusion region. This is because the phase reaction proceeds (Ti reacts by reducing the silicon oxide film).
The thickness of the silicide layer 38 is equal to the depth value of the recess 37, and can be set to, for example, 50 nm.

図2A及び図2Bを参照するに、金属膜39は、凹部37の内壁に設けられており、第1の金属膜67と、第2の金属膜68とが順次積層された構成とされている。
第1の金属膜67は、第2の絶縁膜23の上面23a、第1の埋め込み絶縁膜31の上面31a、及びライナー膜33の上面33aに、シリサイド層38の側面38c,38dを覆うように配置されている。
第1の金属膜67の上面67aは、シリサイド層38の上面38aに対して略面一とされている。第1の金属膜67の上面67aは、キャパシタ52の下部電極71と接触している。これにより、第1の金属膜67は、下部電極71と電気的に接続されている。
Referring to FIGS. 2A and 2B, the metal film 39 is provided on the inner wall of the recess 37, and a first metal film 67 and a second metal film 68 are sequentially stacked. .
The first metal film 67 covers the upper surface 23a of the second insulating film 23, the upper surface 31a of the first buried insulating film 31, and the upper surface 33a of the liner film 33 so as to cover the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38. Has been placed.
The upper surface 67 a of the first metal film 67 is substantially flush with the upper surface 38 a of the silicide layer 38. The upper surface 67 a of the first metal film 67 is in contact with the lower electrode 71 of the capacitor 52. Thereby, the first metal film 67 is electrically connected to the lower electrode 71.

第1の金属膜67は、ピラー26の上端26−1に含まれるシリコンと反応することで、シリサイド層38を形成する金属を含む膜である。つまり、第1の金属膜67は、第1の金属膜67の成膜時の熱により、ピラー26の上端26−1をシリサイド化させることで、ピラー26の上端26−1にシリサイド層38を形成するための膜である。そのため、シリサイド層38は、第1の金属膜67により囲まれた部分のみに形成される。第1の金属膜67は、CVD法により形成することができる。   The first metal film 67 is a film containing a metal that forms the silicide layer 38 by reacting with silicon contained in the upper end 26-1 of the pillar 26. That is, the first metal film 67 is formed by silicidizing the upper end 26-1 of the pillar 26 by heat during the formation of the first metal film 67, thereby forming the silicide layer 38 on the upper end 26-1 of the pillar 26. It is a film for forming. Therefore, the silicide layer 38 is formed only in a portion surrounded by the first metal film 67. The first metal film 67 can be formed by a CVD method.

このように、ピラー26の上端26−1を露出する凹部37を設け、ピラー26の上端26−1の側面を覆うように、シリコンと反応する金属を含む第1の金属膜67を形成することにより、第1の金属膜67により囲まれた領域のみにシリサイド層38を形成することが可能となる。これにより、シリサイド層38とゲート電極61,62との間の距離を十分に確保して、ゲート電極61,62と半導体基板13との間のショートの発生を抑制した上で、厚さが厚く、かつ均一な厚さとされたシリサイド層38を設けることができると共に、複数のピラー26に形成されるシリサイド層38の厚さばらつきを小さくすることができる。   As described above, the concave portion 37 exposing the upper end 26-1 of the pillar 26 is provided, and the first metal film 67 containing a metal that reacts with silicon is formed so as to cover the side surface of the upper end 26-1 of the pillar 26. Accordingly, the silicide layer 38 can be formed only in the region surrounded by the first metal film 67. As a result, a sufficient distance is ensured between the silicide layer 38 and the gate electrodes 61 and 62 to suppress occurrence of a short circuit between the gate electrodes 61 and 62 and the semiconductor substrate 13, and the thickness is increased. In addition, the silicide layer 38 having a uniform thickness can be provided, and variations in the thickness of the silicide layers 38 formed on the plurality of pillars 26 can be reduced.

第1の金属膜67としては、例えば、チタン(Ti)膜、コバルト(Co)膜等を用いることができる。第1の金属膜67としてチタン(Ti)膜を用いた場合、シリサイド層38としてTiSi層を形成することができる。
第1の金属膜67としてチタン(Ti)膜を用いる場合、シリサイド層38の側面38c,38dに対して直交する方向における第1の金属膜67の厚さは、例えば、7nmとすることができる。
As the first metal film 67, for example, a titanium (Ti) film, a cobalt (Co) film, or the like can be used. When a titanium (Ti) film is used as the first metal film 67, a TiSi 2 layer can be formed as the silicide layer 38.
When a titanium (Ti) film is used as the first metal film 67, the thickness of the first metal film 67 in the direction orthogonal to the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38 can be set to 7 nm, for example. .

第2の金属膜68は、第1の埋め込み絶縁膜31の上面31a及びライナー膜33の上面33aに、第1の金属膜67の外周側面67bを覆うように設けられている。第2の金属膜68の上面68aは、下部電極71と接触している。これにより、第2の金属膜68は、下部電極71と電気的に接続されている。   The second metal film 68 is provided on the upper surface 31 a of the first buried insulating film 31 and the upper surface 33 a of the liner film 33 so as to cover the outer peripheral side surface 67 b of the first metal film 67. The upper surface 68 a of the second metal film 68 is in contact with the lower electrode 71. As a result, the second metal film 68 is electrically connected to the lower electrode 71.

第2の金属膜68としては、第1の金属膜67と他の金属膜41との間の密着性を向上可能な膜が好ましい。第2の金属膜68としては、例えば、窒化チタン(TiN)膜、或いは、チタン(Ti)膜と窒化チタン(TiN)膜とを順次積層した積層膜等を用いることができる。
第2の金属膜68として窒化チタン(TiN)膜を用いる場合、シリサイド層38の側面38c,38dに対して直交する方向における第2の金属膜68の厚さは、例えば、5nmとすることができる。
図1に示すように、上記構成とされた金属膜39は、ピラー26に形成されたシリサイド層38を囲むような形状とされている。
なお、本実施の形態では、一例として、第1の金属膜67としてチタン(Ti)膜を用い、第2の金属膜68として窒化チタン(TiN)膜を用いた場合を例に挙げて、以下の説明を行う。
The second metal film 68 is preferably a film that can improve the adhesion between the first metal film 67 and the other metal film 41. As the second metal film 68, for example, a titanium nitride (TiN) film or a laminated film in which a titanium (Ti) film and a titanium nitride (TiN) film are sequentially laminated can be used.
When a titanium nitride (TiN) film is used as the second metal film 68, the thickness of the second metal film 68 in the direction orthogonal to the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38 is, for example, 5 nm. it can.
As shown in FIG. 1, the metal film 39 configured as described above has a shape surrounding a silicide layer 38 formed on the pillar 26.
In this embodiment, as an example, a case where a titanium (Ti) film is used as the first metal film 67 and a titanium nitride (TiN) film is used as the second metal film 68 is described as an example. Will be explained.

図2A及び図2Bを参照するに、他の金属膜41は、第2の金属膜68の外周側面68bを覆うように、第1の埋め込み絶縁膜31の上面31a及びライナー膜33の上面33aに設けられている。
他の金属膜41は、金属膜39と共に、凹部37内に配置されている。他の金属膜41は、金属膜39と比較して、抵抗値の低い膜である。他の金属膜41の上面は、下部電極71と接触している。これにより、他の金属膜41は、下部電極71と電気的に接続されている。
2A and 2B, another metal film 41 is formed on the upper surface 31a of the first buried insulating film 31 and the upper surface 33a of the liner film 33 so as to cover the outer peripheral side surface 68b of the second metal film 68. Is provided.
The other metal film 41 is disposed in the recess 37 together with the metal film 39. The other metal film 41 is a film having a lower resistance value than the metal film 39. The upper surface of the other metal film 41 is in contact with the lower electrode 71. Thereby, the other metal film 41 is electrically connected to the lower electrode 71.

他の金属膜41としては、例えば、タングステン(W)膜を用いることができる。他の金属膜41としてタングステン(W)膜を用いる場合、シリサイド層38の側面38c,38dに対して直交する方向における他の金属膜41の厚さは、例えば、10nmとすることができる。
図1に示すように、上記構成とされた他の金属膜41は、金属膜39を介して、ピラー26に形成されたシリサイド層38を囲むような形状とされている。
As the other metal film 41, for example, a tungsten (W) film can be used. When a tungsten (W) film is used as the other metal film 41, the thickness of the other metal film 41 in the direction orthogonal to the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38 can be set to 10 nm, for example.
As shown in FIG. 1, the other metal film 41 configured as described above has a shape surrounding a silicide layer 38 formed on the pillar 26 with a metal film 39 interposed therebetween.

図2A及び図2Bを参照するに、第1のエッチングストッパ膜46は、シリサイド層38の上面38a、第1の金属膜67の上面67a、第2の金属膜68の上面68a、及び他の金属膜41の上面41aのうち、下部電極71と接触していない面を覆うと共に、金属膜39及び他の金属膜41が形成された凹部37を埋め込むように形成されている。これにより、第1のエッチングストッパ膜46は、他の金属膜41の外周側面41bを覆っている。第1のエッチングストッパ膜46の上面は、平坦な面とされている。
第1のエッチングストッパ膜46としては、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いる。この場合、第1のエッチングストッパ膜46の厚さは、例えば、50nmとすることができる。
第1の層間絶縁膜47は、第1のエッチングストッパ膜46上に設けられている。第1の層間絶縁膜47としては、シリコン酸化膜(SiO膜)を用いる。この場合、第1の層間絶縁膜47の厚さは、例えば、400nmとすることができる。
2A and 2B, the first etching stopper film 46 includes an upper surface 38a of the silicide layer 38, an upper surface 67a of the first metal film 67, an upper surface 68a of the second metal film 68, and other metals. The upper surface 41a of the film 41 is formed so as to cover a surface that is not in contact with the lower electrode 71 and to bury the concave portion 37 in which the metal film 39 and the other metal film 41 are formed. Thereby, the first etching stopper film 46 covers the outer peripheral side surface 41 b of the other metal film 41. The upper surface of the first etching stopper film 46 is a flat surface.
A silicon nitride film (SiN film) is used as the first etching stopper film 46. In this case, the thickness of the first etching stopper film 46 can be set to, for example, 50 nm.
The first interlayer insulating film 47 is provided on the first etching stopper film 46. A silicon oxide film (SiO 2 film) is used as the first interlayer insulating film 47. In this case, the thickness of the first interlayer insulating film 47 can be set to 400 nm, for example.

第2のエッチングストッパ膜48は、第1の層間絶縁膜47上に設けられている。第2のエッチングストッパ膜48としては、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いる。この場合、第2のエッチングストッパ膜48の厚さは、例えば、50nmとすることができる。   The second etching stopper film 48 is provided on the first interlayer insulating film 47. A silicon nitride film (SiN film) is used as the second etching stopper film 48. In this case, the thickness of the second etching stopper film 48 can be set to, for example, 50 nm.

サポート膜51は、第2のエッチングストッパ膜48の上方に配置されている。サポート膜51としては、シリコン窒化膜(SiN膜)を用いる。サポート膜51は、後述する複数の下部電極71の上端側の外周側面57aと接触している。これにより、サポート膜51は、複数の下部電極71を連結している。
図2Bに示すように、サポート膜51には貫通部76が形成されている。貫通部76は、ウエットエッチングにより、後述する図11A及び図11Bに示す第2の層間絶縁膜78を除去するためのエッチング液の導入口である。半導体装置10において、第2の層間絶縁膜78は、図示していない周辺回路領域に形成されている。
The support film 51 is disposed above the second etching stopper film 48. As the support film 51, a silicon nitride film (SiN film) is used. The support film 51 is in contact with the outer peripheral side surface 57a on the upper end side of a plurality of lower electrodes 71 described later. As a result, the support film 51 connects the plurality of lower electrodes 71.
As shown in FIG. 2B, the support film 51 has a through-hole 76 formed therein. The through portion 76 is an inlet for an etching solution for removing a second interlayer insulating film 78 shown in FIGS. 11A and 11B described later by wet etching. In the semiconductor device 10, the second interlayer insulating film 78 is formed in a peripheral circuit region (not shown).

上記第2の層間絶縁膜78が除去されることにより、第2のエッチングストッパ膜48とサポート膜51と間には、空間77が形成される。サポート膜51と第2のエッチングストッパ膜48との間隔は、図11A及び図11Bに示す第2の層間絶縁膜78の厚さと等しく、例えば、900nmとすることができる。
また、サポート膜51の厚さは、例えば、100μmとすることができる。なお、図2Bでは、1つの貫通部76のみ図示しているが、実際には、サポート膜51には複数の貫通部76が形成されている。
By removing the second interlayer insulating film 78, a space 77 is formed between the second etching stopper film 48 and the support film 51. The distance between the support film 51 and the second etching stopper film 48 is equal to the thickness of the second interlayer insulating film 78 shown in FIGS. 11A and 11B, and can be, for example, 900 nm.
Further, the thickness of the support film 51 can be set to 100 μm, for example. In FIG. 2B, only one through portion 76 is shown, but actually, a plurality of through portions 76 are formed in the support film 51.

キャパシタ52は、MIMキャパシタであり、複数のピラー26に対してそれぞれ1つ設けられている。つまり、メモリセルアレイ11は、複数のキャパシタ52を有する。
キャパシタ52は、1つの下部電極71と、複数の下部電極71に亘るように形成された容量絶縁膜72(言い換えれば、複数の下部電極71に対して共通の容量絶縁膜)と、容量絶縁膜72の表面を覆う上部電極73(言い換えれば、複数の下部電極71に対して共通の上部電極)とを有する。
下部電極71は、王冠形状とされている。下部電極71は、サポート膜51により他の下部電極71と連結されている。下部電極71としては、金属膜を用いる。具体的には、下部電極71としては、例えば、チタン(Ti)膜と、窒化チタン(TiN)膜とが順次積層された積層膜を用いるとよい。下部電極71の底部は、金属膜39の上面39aと接続されている。
The capacitors 52 are MIM capacitors, and one capacitor 52 is provided for each of the plurality of pillars 26. That is, the memory cell array 11 has a plurality of capacitors 52.
The capacitor 52 includes one lower electrode 71, a capacitor insulating film 72 (in other words, a capacitor insulating film common to the plurality of lower electrodes 71) formed so as to extend over the plurality of lower electrodes 71, and a capacitor insulating film. And an upper electrode 73 covering the surface of 72 (in other words, an upper electrode common to the plurality of lower electrodes 71).
The lower electrode 71 has a crown shape. The lower electrode 71 is connected to the other lower electrode 71 by the support film 51. A metal film is used as the lower electrode 71. Specifically, as the lower electrode 71, for example, a laminated film in which a titanium (Ti) film and a titanium nitride (TiN) film are sequentially laminated may be used. The bottom of the lower electrode 71 is connected to the upper surface 39 a of the metal film 39.

このように、金属膜よりなる下部電極71の底部と金属膜39とを接続することにより、下部電極71の底部とシリサイド層38の外周部及び金属膜39とが接続されるため、下部電極71の底部がシリサイド層38の上面38aの中央のみと接触した場合と比較して、キャパシタ52と上部不純物拡散領域36との間のコンタクト抵抗を低減できる。   Thus, by connecting the bottom part of the lower electrode 71 made of a metal film and the metal film 39, the bottom part of the lower electrode 71 is connected to the outer peripheral part of the silicide layer 38 and the metal film 39. The contact resistance between the capacitor 52 and the upper impurity diffusion region 36 can be reduced as compared with the case where the bottom portion of the capacitor contacts only the center of the upper surface 38 a of the silicide layer 38.

また、下部電極71の底部は、第2の金属膜68の外周側面68bを覆うように配置された他の金属膜41の上面41aと接続されている。
このように、第2の金属膜68の外周側面68bを覆うように配置され、金属膜39よりも抵抗値の低い他の金属膜41の上面41aと金属膜よりなる下部電極71の底部とを接続させることにより、キャパシタ52と上部不純物拡散領域36との間のコンタクト抵抗をさらに低減できる。
The bottom of the lower electrode 71 is connected to the upper surface 41 a of another metal film 41 disposed so as to cover the outer peripheral side surface 68 b of the second metal film 68.
In this way, the upper surface 41a of the other metal film 41, which is disposed so as to cover the outer peripheral side surface 68b of the second metal film 68 and has a lower resistance value than the metal film 39, and the bottom of the lower electrode 71 made of the metal film are formed. By connecting, the contact resistance between the capacitor 52 and the upper impurity diffusion region 36 can be further reduced.

容量絶縁膜72は、複数の下部電極71の内面、第2のエッチングストッパ膜48とサポート膜51との間に位置する複数の下部電極71の外周側面71a、第2のエッチングストッパ膜48の上面48a、サポート膜51の上面51a及び下面51b、及び貫通部76を構成するサポート膜51の側面を覆うように設けられている。
容量絶縁膜72としては、例えば、酸化アルミニウム膜(Al膜)と酸化ジルコニウム膜(ZrO膜)とを順次積層した積層膜を用いることができる。
The capacitor insulating film 72 includes inner surfaces of the plurality of lower electrodes 71, outer peripheral side surfaces 71 a of the plurality of lower electrodes 71 positioned between the second etching stopper film 48 and the support film 51, and upper surfaces of the second etching stopper film 48. 48 a, the upper surface 51 a and the lower surface 51 b of the support film 51, and the side surface of the support film 51 constituting the through portion 76.
As the capacitor insulating film 72, for example, a laminated film in which an aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) and a zirconium oxide film (ZrO 2 film) are sequentially laminated can be used.

上部電極73は、容量絶縁膜72の表面を覆うように設けられており、容量絶縁膜72を介して、複数の下部電極71内、貫通部76、及び空間77を充填している。
上部電極73の上面73aは、平坦な面とされている。上部電極73としては、ルテニウム(Ru)膜、タングステン(W)膜、窒化チタン(TiN)膜等の金属膜、或いは多結晶シリコン膜等を用いることができる。
The upper electrode 73 is provided so as to cover the surface of the capacitive insulating film 72, and fills the plurality of lower electrodes 71, the through portions 76, and the spaces 77 through the capacitive insulating film 72.
The upper surface 73a of the upper electrode 73 is a flat surface. As the upper electrode 73, a metal film such as a ruthenium (Ru) film, a tungsten (W) film, a titanium nitride (TiN) film, a polycrystalline silicon film, or the like can be used.

第3の層間絶縁膜53は、上部電極73の上面73aに設けられている。第3の層間絶縁膜53としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO膜)を用いることができる。
配線55は、第3の層間絶縁膜53上に設けられている。配線55は、下層に配置された上部電極73と電気的に接続されている。
第4の層間絶縁膜56は、配線55を覆うように、第3の層間絶縁膜53上に設けられている。第4の層間絶縁膜56としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO膜)を用いることができる。
The third interlayer insulating film 53 is provided on the upper surface 73 a of the upper electrode 73. As the third interlayer insulating film 53, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) can be used.
The wiring 55 is provided on the third interlayer insulating film 53. The wiring 55 is electrically connected to the upper electrode 73 disposed in the lower layer.
The fourth interlayer insulating film 56 is provided on the third interlayer insulating film 53 so as to cover the wiring 55. As the fourth interlayer insulating film 56, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) can be used.

本実施の形態の半導体装置によれば、ゲート絶縁膜27を介して、ピラー26の側面26a,26bに設けられたゲート電極61,62と、ピラー26の上端26−1に形成されたシリサイド層38と、ゲート電極61,62を覆うと共に、ピラー26の側面26a,26b,26c,26dを囲むように配置され、かつシリサイド層38の側面38c,38dを露出する絶縁膜(具体的には、第2の絶縁膜23、第1の埋め込み絶縁膜31、及びライナー膜33により構成された絶縁膜)と、シリサイド層38の側面38c,38dを覆うように設けられ、かつピラー26の上端26−1に含まれるシリコンをシリサイド化させる金属膜39と、シリサイド層38の下面38bと接触するように、ピラー26に形成された上部不純物拡散領域36と、シリサイド層38の上面38aに設けられたキャパシタ52と、を有することにより、金属膜39に囲まれた部分のみにシリサイド層38を形成することが可能になるため、シリサイド層38とゲート電極61,62との間の距離を十分に確保して、ゲート電極61,62と半導体基板13との間のショートの発生を抑制した上で、厚さが厚く、かつ均一な厚さとされたシリサイド層38を設けることができる。   According to the semiconductor device of the present embodiment, the gate electrodes 61 and 62 provided on the side surfaces 26 a and 26 b of the pillar 26 and the silicide layer formed on the upper end 26-1 of the pillar 26 via the gate insulating film 27. 38 and the gate electrodes 61 and 62, and is disposed so as to surround the side surfaces 26a, 26b, 26c, and 26d of the pillar 26 and exposes the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38 (specifically, An insulating film composed of the second insulating film 23, the first buried insulating film 31, and the liner film 33) and the side surfaces 38 c and 38 d of the silicide layer 38, and the upper end 26-of the pillar 26 1 is an upper impurity diffusion region formed in the pillar 26 so as to be in contact with the metal film 39 for siliciding silicon contained in 1 and the lower surface 38b of the silicide layer 38. 36 and the capacitor 52 provided on the upper surface 38a of the silicide layer 38, the silicide layer 38 can be formed only in the portion surrounded by the metal film 39. Therefore, the silicide layer 38 and the gate are formed. The distance between the electrodes 61 and 62 is sufficiently secured to suppress the occurrence of a short circuit between the gate electrodes 61 and 62 and the semiconductor substrate 13, and the thickness is increased to be uniform. A silicide layer 38 may be provided.

これにより、シリンダ孔の径が小さい場合でも、下部電極52と上部不純物拡散領域36との間のコンタクト抵抗を低減することができる。   Thereby, even when the diameter of the cylinder hole is small, the contact resistance between the lower electrode 52 and the upper impurity diffusion region 36 can be reduced.

図3A、図3B、図4A、図4B、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8A、図8B、図9A、図9B、図10A、図10B、図11A、図11B、図12A、図12B、図13A、図13B、図14A、図14B、図15A、及び図15Bは、本発明の実施の形態に係る半導体装置に設けられたメモリセルアレイの製造工程を示す図である。
図3A、図4A、図5A、図6A、図7A、図8A、図9A、図10A、図11A、図12A、図13A、図14A、及び図15Aは、図2Aに示すメモリセルアレイ11の切断面に対応する断面図である。
3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B, 9A, 9B, 10A, 10B, and 11A 11B, FIG. 12A, FIG. 12B, FIG. 13A, FIG. 13B, FIG. 14A, FIG. 14B, FIG. 15A, and FIG. 15B show the manufacturing process of the memory cell array provided in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. FIG.
3A, 4A, 5A, 6A, 7A, 8A, 9A, 10A, 11A, 12A, 13A, 14A, and 15A are cuts of the memory cell array 11 shown in FIG. 2A. It is sectional drawing corresponding to a surface.

また、図3B、図4B、図5B、図6B、図7B、図8B、図9B、図10B、図11B、図12B、図13B、図14B、及び図15Bは、図2Bに示すメモリセルアレイ11の切断面に対応する断面図である。
図3A、図3B、図4A、図4B、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8A、図8B、図9A、図9B、図10A、図10B、図11A、図11B、図12A、図12B、図13A、図13B、図14A、図14B、図15A、及び図15Bにおいて、図2A及び図2に示すメモリセルアレイ11と同一構成部分には同一符号を付す。
3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B, 9B, 10B, 11B, 12B, 13B, 14B, and 15B show the memory cell array 11 shown in FIG. 2B. It is sectional drawing corresponding to a cut surface.
3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B, 9A, 9B, 10A, 10B, and 11A 11B, 12A, 12B, 13A, 13B, 14A, 14B, 15A, and 15B, the same components as those in the memory cell array 11 shown in FIGS. 2A and 2 are denoted by the same reference numerals. .

次に、図3A、図3B、図4A、図4B、図5A、図5B、図6A、図6B、図7A、図7B、図8A、図8B、図9A、図9B、図10A、図10B、図11A、図11B、図12A、図12B、図13A、図13B、図4A、図14B、図15A、及び図15Bを参照して、本発明の実施の形態に係る半導体装置10(具体的には、メモリセルアレイ11)の製造方法について説明する。   Next, FIGS. 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B, 9A, 9B, 10A, and 10B. 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, 13B, 4A, 14B, 15A, and 15B, the semiconductor device 10 according to the embodiment of the present invention (specifically Next, a method for manufacturing the memory cell array 11) will be described.

始めに、図3A及び図3Bに示す工程では、シリコン(Si)を含む半導体基板13に、図示していない素子分離用溝を形成し、次いで、該素子分離用溝を埋め込む素子分離用絶縁膜(シリコン酸化膜(SiO膜))を形成することで、素子分離領域(図示せず)を形成する。これにより、該素子分離領域の内側に配置された素子形成領域(活性領域)を形成する。
半導体基板13としては、例えば、p型のシリコン基板を用いることができる。以下、半導体基板13としてp型のシリコン基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
First, in the process shown in FIGS. 3A and 3B, an element isolation trench (not shown) is formed in a semiconductor substrate 13 containing silicon (Si), and then the element isolation insulating film is embedded. By forming (silicon oxide film (SiO 2 film)), an element isolation region (not shown) is formed. Thus, an element formation region (active region) disposed inside the element isolation region is formed.
As the semiconductor substrate 13, for example, a p-type silicon substrate can be used. Hereinafter, a case where a p-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate 13 will be described as an example.

次いで、ホトリソグラフィ技術及びドライエッチング法により、半導体基板13の主面13aにシリコン窒化膜よりなるハードマスク(図示せず)を形成する。次いで、該ハードマスク(図示せず)をマスクとするドライエッチングにより、半導体基板13の主面13aを部分的にエッチングすることで、Y方向に延在する複数のビット線形成用溝15を形成する。次いで、複数のビット線形成用溝15の内面のうち、ビット線21の形成領域に対応する面を覆うように第1の絶縁膜16を形成する。この段階では、第1の絶縁膜16には、開口部16Aは形成されていない。   Next, a hard mask (not shown) made of a silicon nitride film is formed on the main surface 13a of the semiconductor substrate 13 by photolithography and dry etching. Next, the main surface 13a of the semiconductor substrate 13 is partially etched by dry etching using the hard mask (not shown) as a mask, thereby forming a plurality of bit line forming grooves 15 extending in the Y direction. To do. Next, the first insulating film 16 is formed so as to cover the surface corresponding to the formation region of the bit line 21 among the inner surfaces of the plurality of bit line forming grooves 15. At this stage, the opening 16 </ b> A is not formed in the first insulating film 16.

次いで、第1の絶縁膜16を介して、開口部16Aの形成領域よりも低い位置にあるビット線形成用溝15を埋め込むように、ヒ素(As)を含有した多結晶シリコン膜(図示せず)を形成する。次いで、第1の絶縁膜16のうち、ビットコンタクト18の形成領域に対応する部分を選択的にエッチングすることで、半導体基板13を露出する開口部16Aを形成する。   Next, a polycrystalline silicon film (not shown) containing arsenic (As) so as to bury the bit line forming groove 15 at a position lower than the formation region of the opening 16A through the first insulating film 16. ). Next, a portion of the first insulating film 16 corresponding to the formation region of the bit contact 18 is selectively etched to form an opening 16A that exposes the semiconductor substrate 13.

次いで、ヒ素(As)を含有した多結晶シリコン膜(図示せず)上に、ヒ素(As)を含有した多結晶シリコン膜(図示せず)を成長させることで、複数のビット線形成用溝15内を埋め込む。
次いで、エッチバックにより、複数のビット線形成用溝15に形成されたヒ素(As)を含有した多結晶シリコン膜(図示せず)を除去して、開口部16Aのみにヒ素(As)を含有した多結晶シリコン膜(図示せず)を残存させることで、開口部16Aにヒ素(As)を含有した多結晶シリコン膜(図示せず)よりなるビットコンタクト18を形成する。
Next, a plurality of bit line forming grooves are formed by growing a polycrystalline silicon film (not shown) containing arsenic (As) on a polycrystalline silicon film (not shown) containing arsenic (As). 15 is embedded.
Next, the polycrystalline silicon film (not shown) containing arsenic (As) formed in the plurality of trenches 15 for bit line formation is removed by etch back, and arsenic (As) is contained only in the opening 16A. By leaving the polycrystalline silicon film (not shown), a bit contact 18 made of a polycrystalline silicon film (not shown) containing arsenic (As) is formed in the opening 16A.

次いで、CVD法により、所定の温度(例えば、650℃)に加熱された雰囲気内で、ビット線21の母材となる導電膜を成膜する。具体的には、ビット線21の母材となる導電膜として、チタン(Ti)膜と、窒化チタン(TiN)膜と、タングステン(W)膜とを順次積層する。
このとき、上記導電膜の成膜時の熱により、ビットコンタクト18に含まれるヒ素(As)がピラー26の形成領域に対応した半導体基板13に熱拡散する。これにより、ピラー26の側壁に対応する部分に下部不純物拡散領域19が形成される。
次いで、上記導電膜をエッチバックして、ビット線形成用溝15の底部に導電膜を残存させることで、Y方向に延在するビット線21を形成する。
Next, a conductive film serving as a base material of the bit line 21 is formed by an CVD method in an atmosphere heated to a predetermined temperature (for example, 650 ° C.). Specifically, a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, and a tungsten (W) film are sequentially stacked as a conductive film that becomes a base material of the bit line 21.
At this time, arsenic (As) contained in the bit contact 18 is thermally diffused into the semiconductor substrate 13 corresponding to the formation region of the pillar 26 due to heat at the time of forming the conductive film. As a result, the lower impurity diffusion region 19 is formed in a portion corresponding to the side wall of the pillar 26.
Next, the conductive film is etched back to leave the conductive film at the bottom of the bit line forming groove 15, thereby forming the bit line 21 extending in the Y direction.

次いで、ビット線21の上面21a、及びビット線21よりも上方に位置するビット線形成用溝15の側面(言い換えれば、複数のピラー26の側面26c,26dの一部)を覆う第2の絶縁膜23を形成する。第2の絶縁膜23としては、例えば、SiON膜を用いることができる。
次いで、ビット線形成用溝15を埋め込むように、SOG(Spin On Glass)法により、図示していない塗布系のシリコン酸化膜(SiO膜)を塗布し、その後、該塗布系のシリコン酸化膜(SiO膜)をエッチバックすることで、接続部65の形成領域に対応するビット線形成用溝15のみに、塗布系のシリコン酸化膜(SiO膜)を残存させる。
次いで、HDP(High Density Plasma)法により、塗布系のシリコン酸化膜(SiO膜)上に位置するビット線形成用溝15を埋め込むシリコン酸化膜(SiO膜)を成膜することで、第1の埋め込み絶縁膜31を形成する。
Next, a second insulation that covers the upper surface 21a of the bit line 21 and the side surface of the bit line forming groove 15 positioned above the bit line 21 (in other words, part of the side surfaces 26c and 26d of the plurality of pillars 26). A film 23 is formed. For example, a SiON film can be used as the second insulating film 23.
Next, a coating type silicon oxide film (SiO 2 film) (not shown) is applied by SOG (Spin On Glass) method so as to fill the bit line forming groove 15, and then the coating type silicon oxide film By etching back the (SiO 2 film), the coating-type silicon oxide film (SiO 2 film) remains only in the bit line forming groove 15 corresponding to the formation region of the connection portion 65.
Then, by HDP (High Density Plasma) method, by forming a silicon oxide film of coating type silicon oxide film to be buried bit lines forming grooves 15 located (SiO 2 film) on (SiO 2 film), a One buried insulating film 31 is formed.

次いで、半導体基板13の主面13aを部分的にエッチングすることで、ビット線形成用溝15と交差し、かつX方向に延在するワード線形成用溝25を複数形成する。ワード線形成用溝25は、先に説明したビット線形成用溝15と同様な手法により形成する。このとき、ワード線形成用溝25は、SOG法により形成された塗布系のシリコン酸化膜(図示せず)を完全に露出するように形成する。
これにより、シリコンを含む半導体基板13よりなり、ビット線形成用溝15及びワード線形成用溝25に囲まれた複数のピラー26が形成される。言い換えれば、半導体基板13の主面13aを部分的にエッチングすることで、複数のピラー26を形成する。
Next, the main surface 13a of the semiconductor substrate 13 is partially etched to form a plurality of word line forming grooves 25 that intersect the bit line forming grooves 15 and extend in the X direction. The word line forming groove 25 is formed by the same method as the bit line forming groove 15 described above. At this time, the word line forming groove 25 is formed so as to completely expose a coating type silicon oxide film (not shown) formed by the SOG method.
As a result, a plurality of pillars 26 made of the semiconductor substrate 13 containing silicon and surrounded by the bit line forming grooves 15 and the word line forming grooves 25 are formed. In other words, the pillars 26 are formed by partially etching the main surface 13 a of the semiconductor substrate 13.

次いで、ウエットエッチングにより、塗布系のシリコン酸化膜(図示せず)を選択的に除去する。その後、ワード線形成用溝25の内面(具体的には、ワード線形成用溝25の底面25a、及び複数のピラー26の側面26a,26b)を覆うゲート絶縁膜27を形成する。   Next, a coating type silicon oxide film (not shown) is selectively removed by wet etching. Thereafter, a gate insulating film 27 is formed to cover the inner surface of the word line forming groove 25 (specifically, the bottom surface 25a of the word line forming groove 25 and the side surfaces 26a and 26b of the plurality of pillars 26).

ゲート絶縁膜27としては、例えば、単層のシリコン酸化膜(SiO膜)、シリコン酸化膜を窒化した膜(SiON膜)、積層されたシリコン酸化膜(SiO膜)、シリコン酸化膜(SiO膜)上にシリコン窒化膜(SiN膜)を積層させた積層膜等を用いることができる。 Examples of the gate insulating film 27 include a single-layer silicon oxide film (SiO 2 film), a film obtained by nitriding a silicon oxide film (SiON film), a stacked silicon oxide film (SiO 2 film), and a silicon oxide film (SiO 2 ). A laminated film in which a silicon nitride film (SiN film) is laminated on ( two films) can be used.

次いで、CVD法により、接続部65の形成領域に対応するビット線形成用溝15、及びワード線形成用溝25を埋め込むように、ワード線29の母材となる導電膜を成膜する。
具体的には、チタン(Ti)膜と、窒化チタン(TiN)膜と、タングステン(W)膜とを順次成膜することで、チタン(Ti)膜、窒化チタン(TiN)膜、及びタングステン(W)膜よりなる導電膜を形成する。
これにより、ビット線形成用溝15に、該導電膜よりなる複数の接続部65が形成される。このとき、図示していない電極端接続部63(図1参照)も同時に形成する。
次いで、ワード線形成用溝25に形成された導電膜をエッチバックして、ワード線形成用溝25内に残存する導電膜の厚さを所定の厚さとする。ワード線形成用溝25内に残存する導電膜は、一対のゲート電極61,62の母材となる。
Next, a conductive film serving as a base material of the word line 29 is formed by CVD so as to fill the bit line forming groove 15 and the word line forming groove 25 corresponding to the formation region of the connection portion 65.
Specifically, by sequentially forming a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, and a tungsten (W) film, the titanium (Ti) film, the titanium nitride (TiN) film, and the tungsten ( W) A conductive film made of a film is formed.
As a result, a plurality of connection portions 65 made of the conductive film are formed in the bit line forming groove 15. At this time, an electrode end connection portion 63 (see FIG. 1) not shown is also formed at the same time.
Next, the conductive film formed in the word line formation groove 25 is etched back, and the thickness of the conductive film remaining in the word line formation groove 25 is set to a predetermined thickness. The conductive film remaining in the word line forming trench 25 serves as a base material for the pair of gate electrodes 61 and 62.

次いで、ワード線形成用溝25内に、ワード線形成用溝25よりも幅が狭く、かつX方向に延在し、ワード線形成用溝25内に残存する導電膜を2分割する溝32を形成する。
これにより、ゲート絶縁膜27を介して、複数のピラー26の側面26aにゲート電極61が形成されると共に、ゲート絶縁膜27を介して、複数のピラー26の側面26bにゲート電極62が形成される。
つまり、この段階で、電極端接続部63、接続部65、及びX方向に延在する一対のゲート電極61,62を備えたワード線29が形成される。
Next, a groove 32 having a width smaller than that of the word line forming groove 25 and extending in the X direction and dividing the conductive film remaining in the word line forming groove 25 into two in the word line forming groove 25. Form.
As a result, gate electrodes 61 are formed on the side surfaces 26 a of the plurality of pillars 26 via the gate insulating film 27, and gate electrodes 62 are formed on the side surfaces 26 b of the plurality of pillars 26 via the gate insulating film 27. The
That is, at this stage, the word line 29 including the electrode end connection portion 63, the connection portion 65, and the pair of gate electrodes 61 and 62 extending in the X direction is formed.

次いで、ゲート電極61,62上に、ゲート絶縁膜27と接触するように、ライナー膜33を形成する。ライナー膜33としては、例えば、SiON膜を用いることができる。
次いで、ワード線形成用溝25及び溝32を第2の埋め込み絶縁膜35で埋め込む。第2の埋め込み絶縁膜35としては、SOG法により形成された塗布系のシリコン酸化膜(SiO膜)を用いるとよい。
次いで、図示していないハードマスク(ビット線形成用溝15を形成する際に使用するマスク)を除去する。これにより、複数のピラー26の上端面(半導体基板13の主面13a)が露出される。
Next, the liner film 33 is formed on the gate electrodes 61 and 62 so as to be in contact with the gate insulating film 27. As the liner film 33, for example, a SiON film can be used.
Next, the word line forming trench 25 and the trench 32 are filled with the second buried insulating film 35. As the second buried insulating film 35, a coated silicon oxide film (SiO 2 film) formed by the SOG method may be used.
Next, a hard mask (mask used when forming the bit line forming groove 15) (not shown) is removed. Thereby, the upper end surfaces of the plurality of pillars 26 (main surface 13a of the semiconductor substrate 13) are exposed.

次いで、複数のピラー26の上端面26−1e(半導体基板13の主面13a)に、n型不純物としてヒ素(As)をドーピングし、その後、ヒ素(As)を熱拡散させることで、複数のピラー26の上部(ピラー26の上端26−1を含む)に上部不純物拡散領域36を形成する。
なお、この段階では、ピラー26の上端26−1にも上部不純物拡散領域36が形成されており、後述する図5A及び図5Bに示す工程において、シリサイド層38を形成することで、図2A及び図2Bに示す上部不純物拡散領域36が形成される。
Next, arsenic (As) is doped as n-type impurities on the upper end surfaces 26-1e of the plurality of pillars 26 (the main surface 13a of the semiconductor substrate 13), and then, thermal diffusion of the arsenic (As) is performed. An upper impurity diffusion region 36 is formed in the upper part of the pillar 26 (including the upper end 26-1 of the pillar 26).
At this stage, an upper impurity diffusion region 36 is also formed at the upper end 26-1 of the pillar 26. In the process shown in FIGS. 5A and 5B described later, a silicide layer 38 is formed, thereby forming FIG. An upper impurity diffusion region 36 shown in FIG. 2B is formed.

その後、絶縁膜(具体的には、第1の埋め込み絶縁膜31、ライナー膜33、及び第2の埋め込み絶縁膜35)のうち、複数のピラー26の上端面26−1eから突出した部分を研磨により除去することで、図3A及び図3Bに示すように、上面が平坦化された構造体を形成する。
これにより、ゲート絶縁膜27を介して、ピラーの側面26a,26b,26c,26dを囲むと共に、ゲート電極61,62を覆う絶縁膜(この場合、第2の絶縁膜23、第1の埋め込み絶縁膜31、ライナー膜33、及び第2の埋め込み絶縁膜35よりなる絶縁膜)が形成される。
Thereafter, portions of the insulating film (specifically, the first buried insulating film 31, the liner film 33, and the second buried insulating film 35) protruding from the upper end surfaces 26-1e of the plurality of pillars 26 are polished. As shown in FIGS. 3A and 3B, a structure with a flattened upper surface is formed.
As a result, the side surfaces 26a, 26b, 26c, and 26d of the pillar are surrounded by the gate insulating film 27 and the insulating films that cover the gate electrodes 61 and 62 (in this case, the second insulating film 23 and the first buried insulating layer). Film 31, liner film 33, and second buried insulating film 35).

次いで、図4A及び図4Bに示す工程では、第2の絶縁膜23、第1の埋め込み絶縁膜31、ライナー膜33、及び第2の埋め込み絶縁膜35よりなる絶縁膜、及びゲート絶縁膜27をエッチバックすることにより、上部不純物拡散領域36が形成された複数のピラー26の上端26−1の側面26−1a,26−1b,26−1c,26−1dを露出する凹部37を形成する。
このとき、第2の絶縁膜23の上面23a、第1の埋め込み絶縁膜31の上面31a、ライナー膜33の上面33a、及び第2の埋め込み絶縁膜35の上面35aにより構成される凹部37の底面が、平坦な面となるようにエッチバックを行なう。
4A and 4B, the second insulating film 23, the first embedded insulating film 31, the liner film 33, the insulating film made of the second embedded insulating film 35, and the gate insulating film 27 are formed. Etching back forms the recesses 37 that expose the side surfaces 26-1a, 26-1b, 26-1c, 26-1d of the upper ends 26-1 of the plurality of pillars 26 in which the upper impurity diffusion regions 36 are formed.
At this time, the bottom surface of the recess 37 constituted by the upper surface 23 a of the second insulating film 23, the upper surface 31 a of the first buried insulating film 31, the upper surface 33 a of the liner film 33, and the upper surface 35 a of the second buried insulating film 35. However, etch back is performed so that a flat surface is obtained.

また、凹部37は、凹部37の深さCがシリサイド層38の所望の厚さの値と等しくなるように形成する。このように、凹部37の深さを設定することで、シリサイド層38を形成したい領域に金属膜39(シリコンと反応することでシリサイド層38を形成する膜)を精度良く形成することが可能となるので、シリサイド層38の厚さを容易に制御することができると共に、複数のピラー26に形成されるシリサイド層38の厚さばらつきを低減することができる。
半導体基板13の主面13aを基準とした際の凹部37の深さCは、例えば、50nmとすることができる。
The recess 37 is formed so that the depth C of the recess 37 is equal to the desired thickness of the silicide layer 38. In this way, by setting the depth of the recess 37, it is possible to accurately form the metal film 39 (film that forms the silicide layer 38 by reacting with silicon) in the region where the silicide layer 38 is to be formed. As a result, the thickness of the silicide layer 38 can be easily controlled, and variations in the thickness of the silicide layers 38 formed on the plurality of pillars 26 can be reduced.
The depth C of the concave portion 37 with respect to the main surface 13a of the semiconductor substrate 13 can be set to, for example, 50 nm.

次いで、図5A及び図5Bに示す工程では、図4A及び図4Bに示すピラー26の上端26−1の側面26−1a,26−1b,26−1c,26−1d及び上端面26−1eを覆うように、第1及び第2の金属膜68,68よりなる金属膜39を成膜して、第1の金属膜67に含まれる金属とピラー26の上端26−1に含まれるシリコンとを反応させることで、図4A及び図4Bに示す上部不純物拡散領域36のうち、第1の金属膜67で囲まれたピラー26の上端26−1にシリサイド層38を形成する。
これにより、シリサイド層38の下面38bが上部不純物拡散領域36と接触する。つまり、シリサイド層38と上部不純物拡散領域36とが電気的に接続される。
5A and 5B, the side surfaces 26-1a, 26-1b, 26-1c, 26-1d and the upper end surface 26-1e of the upper end 26-1 of the pillar 26 shown in FIGS. 4A and 4B are formed. A metal film 39 made of the first and second metal films 68 and 68 is formed so as to cover the metal contained in the first metal film 67 and the silicon contained in the upper end 26-1 of the pillar 26. By reacting, a silicide layer 38 is formed on the upper end 26-1 of the pillar 26 surrounded by the first metal film 67 in the upper impurity diffusion region 36 shown in FIGS. 4A and 4B.
As a result, the lower surface 38 b of the silicide layer 38 is in contact with the upper impurity diffusion region 36. That is, the silicide layer 38 and the upper impurity diffusion region 36 are electrically connected.

具体的には、CVD法により、所定の温度(例えば、650℃)に加熱された雰囲気中において、図4A及び図4Bに示すピラー26の上端26−1の側面26−1a,26−1b,26−1c,26−1d及び上端面26−1eを覆うように、第1の金属膜67としてチタン(Ti)膜(例えば、厚さ7nm)を成膜すると共に、チタン(Ti)膜を成膜する際の熱により、チタン(Ti)膜に含まれるチタン(Ti)と、ピラー26の上端26−1に含まれるシリコン(Si)とを反応させることで、ピラー26の上端26−1にシリサイド層38としてTiSi層を形成する。 Specifically, in an atmosphere heated to a predetermined temperature (for example, 650 ° C.) by a CVD method, the side surfaces 26-1a, 26-1b, 26-1b of the upper end 26-1 of the pillar 26 shown in FIGS. 4A and 4B, 26-1c and 26-1d and the upper end surface 26-1e are covered with a titanium (Ti) film (for example, a thickness of 7 nm) as the first metal film 67, and a titanium (Ti) film is formed. By reacting titanium (Ti) contained in the titanium (Ti) film with silicon (Si) contained in the upper end 26-1 of the pillar 26 by heat at the time of film formation, the upper end 26-1 of the pillar 26 is caused to react. A TiSi 2 layer is formed as the silicide layer 38.

このとき、第1の金属膜67は、図4A及び図4Bに示す構造体の上面全体に形成される。言い換えれば、凹部37の底面にも第1の金属膜67が成膜される。
また、実際には、チタン(Ti)膜のうち、ピラー26の上端26−1と接触している部分のほとんどがシリサイド化されてTiSi層となる。
さらに、シリサイド層38を形成することで、複数のピラー26に、ビットコンタクト18、下部不純物拡散領域19、ゲート絶縁膜27、ゲート電極61,62、及び上部不純物拡散領域36を備えた縦型トランジスタ66(「3次元トランジスタ」ともいう)が形成される。
At this time, the first metal film 67 is formed on the entire top surface of the structure shown in FIGS. 4A and 4B. In other words, the first metal film 67 is also formed on the bottom surface of the recess 37.
In practice, most of the portion of the titanium (Ti) film that is in contact with the upper end 26-1 of the pillar 26 is silicided to form a TiSi 2 layer.
Further, by forming the silicide layer 38, the vertical transistor including the bit contact 18, the lower impurity diffusion region 19, the gate insulating film 27, the gate electrodes 61 and 62, and the upper impurity diffusion region 36 in the plurality of pillars 26. 66 (also referred to as “three-dimensional transistor”) is formed.

このように、ゲート絶縁膜27を介して、ピラー26の側面26a,26b,26c,26dを囲むと共に、ゲート電極61,62を覆う絶縁膜(第2の絶縁膜23、第1の埋め込み絶縁膜31、ライナー膜33、及び第2の埋め込み絶縁膜35よりなる絶縁膜)を形成し、次いで、ゲート絶縁膜27及び該絶縁膜をエッチバックすることで、上部不純物拡散領域36が形成されたピラー26の上端26−1の側面26−1a,26−1b,26−1c,26−1dを露出し、その後、ピラー26の上端26−1の側面26−1a,26−1b,26−1c,26−1d及び上端面26−1eを覆うように金属膜39を成膜して、金属膜39に含まれる金属(例えば、チタン(Ti))とピラー26の上端に含まれるシリコンとを反応させることで、上部不純物拡散領域36のうち、金属膜39で囲まれたピラー26の上端26−1にシリサイド層38を形成することにより、金属膜39に囲まれたピラー26の上端26−1のみにシリサイド層38を形成することが可能となるので、シリサイド層38とゲート電極61,62との間の距離を十分に確保して、ゲート電極61,62と半導体基板13との間のショートの発生を抑制した上で、厚さが厚く、かつ均一な厚さとされたシリサイド層38を形成できる。   As described above, the insulating films (second insulating film 23, first buried insulating film) that surround the gate electrodes 61 and 62 while surrounding the side surfaces 26a, 26b, 26c, and 26d of the pillar 26 with the gate insulating film 27 interposed therebetween. 31, the liner film 33, and the second buried insulating film 35), and then the gate insulating film 27 and the insulating film are etched back to form the pillar in which the upper impurity diffusion region 36 is formed. 26, the side surfaces 26-1a, 26-1b, 26-1c, and 26-1d of the upper end 26-1 are exposed, and then the side surfaces 26-1a, 26-1b, 26-1c, and the upper end 26-1 of the pillar 26 are exposed. A metal film 39 is formed so as to cover 26-1d and the upper end surface 26-1e, and a metal (for example, titanium (Ti)) included in the metal film 39 is reacted with silicon included in the upper end of the pillar 26. In the upper impurity diffusion region 36, only the upper end 26-1 of the pillar 26 surrounded by the metal film 39 is formed by forming the silicide layer 38 on the upper end 26-1 of the pillar 26 surrounded by the metal film 39. Since the silicide layer 38 can be formed on the gate electrode 61, a sufficient distance between the silicide layer 38 and the gate electrodes 61 and 62 can be secured to prevent a short circuit between the gate electrodes 61 and 62 and the semiconductor substrate 13. It is possible to form the silicide layer 38 having a large thickness and a uniform thickness while suppressing the generation.

また、シリサイド層38として、他のシリサイド層(例えば、WSi層)と比較して抵抗が低いTiSi層を形成することにより、他のシリサイド層を用いた場合と比較して、コンタクト抵抗を低くできる。
なお、第1の金属膜67としてチタン(Ti)膜の替わりに、コバルト(Co)膜を形成してもよい。この場合、シリサイド層38としてコバルトシリサイド層が形成される。
Further, as the silicide layer 38, a TiSi 2 layer having a resistance lower than that of other silicide layers (for example, WSi 2 layer) is formed, so that the contact resistance is reduced as compared with the case where other silicide layers are used. Can be lowered.
Note that a cobalt (Co) film may be formed as the first metal film 67 instead of the titanium (Ti) film. In this case, a cobalt silicide layer is formed as the silicide layer 38.

次いで、第1の金属膜67及びシリサイド層38を形成後に、第1の金属膜67の表面を覆う第2の金属膜68を形成する。具体的には、CVD法により、第2の金属膜68として窒化チタン(TiN)膜(例えば、厚さ5nm)を形成する。
なお、第2の金属膜68として窒化チタン(TiN)膜の替わりに、チタン(Ti)膜と窒化チタン(TiN)膜とが順次積層された積層膜を形成してもよい。
Next, after forming the first metal film 67 and the silicide layer 38, a second metal film 68 covering the surface of the first metal film 67 is formed. Specifically, a titanium nitride (TiN) film (for example, a thickness of 5 nm) is formed as the second metal film 68 by a CVD method.
Note that a stacked film in which a titanium (Ti) film and a titanium nitride (TiN) film are sequentially stacked may be formed as the second metal film 68 instead of the titanium nitride (TiN) film.

次いで、図6A及び図6Bに示す工程では、金属膜39の表面(具体的には、第2の金属膜68の表面68a)を覆うように、金属膜39よりも抵抗値の低い他の金属膜41を成膜する。具体的には、CVD法により、他の金属膜41としてタングステン(W)膜(例えば、厚さ10nm)を成膜する。   6A and 6B, another metal having a lower resistance value than that of the metal film 39 so as to cover the surface of the metal film 39 (specifically, the surface 68a of the second metal film 68). A film 41 is formed. Specifically, a tungsten (W) film (for example, a thickness of 10 nm) is formed as the other metal film 41 by the CVD method.

次いで、図7A及び図7Bに示す工程では、図6A及び図6Bに示す金属膜39及び他の金属膜41をエッチバックすることで、シリサイド層38の上面38a及び凹部37の底面に形成された金属膜39及び他の金属膜41を選択的に除去することで、シリサイド層38の側面38c,38dを覆うように、金属膜39及び他の金属膜41を残存させる。
これにより、サイドウォール状とされ、かつシリサイド層38の側面38c,38dを囲む金属膜39及び他の金属膜41(先に説明した図2A及び図2Bに示す金属膜39及び他の金属膜41)が形成される。
Next, in the process shown in FIGS. 7A and 7B, the metal film 39 and the other metal film 41 shown in FIGS. 6A and 6B are etched back to form the upper surface 38a of the silicide layer 38 and the bottom surface of the recess 37. By selectively removing the metal film 39 and the other metal film 41, the metal film 39 and the other metal film 41 are left so as to cover the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38.
As a result, the metal film 39 and the other metal film 41 having the sidewall shape and surrounding the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38 (the metal film 39 and the other metal film 41 shown in FIGS. 2A and 2B described above). ) Is formed.

上記エッチバックにより、エッチバック後における金属膜39の上面39a(第1及び第2の金属膜68,68の上面67a,68a)及び他の金属膜41の上面41aは、シリサイド層38の上面38aに対して面一となる。
次いで、図示していない周辺回路領域に、周知の手法により周辺回路用トランジスタとしてプレーナー型トランジスタ(図示せず)を形成する。
By the etch back, the upper surface 39a of the metal film 39 (the upper surfaces 67a and 68a of the first and second metal films 68 and 68) and the upper surface 41a of the other metal film 41 after the etch back are the upper surface 38a of the silicide layer 38. It becomes flush with.
Next, a planar transistor (not shown) is formed as a peripheral circuit transistor in a peripheral circuit region (not shown) by a known method.

次いで、シリサイド層38の上面38a、第1の金属膜67の上面67a、第2の金属膜68の上面68a、及び他の金属膜41の上面41aを覆うと共に、金属膜39及び他の金属膜41が形成された凹部37を埋め込むように、第1のエッチングストッパ膜46を形成する。これにより、他の金属膜41の外周側面41bは、第1のエッチングストッパ膜46により覆われる。第1のエッチングストッパ膜46は、厚さ50nmのシリコン窒化膜(SiN膜)を成膜することで形成する。   Next, the upper surface 38a of the silicide layer 38, the upper surface 67a of the first metal film 67, the upper surface 68a of the second metal film 68, and the upper surface 41a of the other metal film 41 are covered, and the metal film 39 and the other metal film are covered. A first etching stopper film 46 is formed so as to fill the recess 37 in which 41 is formed. As a result, the outer peripheral side surface 41 b of the other metal film 41 is covered with the first etching stopper film 46. The first etching stopper film 46 is formed by depositing a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of 50 nm.

第1のエッチングストッパ膜46は、異方性エッチング(具体的には、ドライエッチング)により、第2のエッチングストッパ膜48、層間絶縁膜である第1及び第2の層間絶縁膜47,78、及びサポート膜51を貫通するシリンダ孔79(図9A及び図9B参照)を形成する際のエッチングストッパ膜として機能する。   The first etching stopper film 46 is formed by anisotropic etching (specifically, dry etching), a second etching stopper film 48, first and second interlayer insulating films 47 and 78, which are interlayer insulating films, And it functions as an etching stopper film when the cylinder hole 79 (see FIGS. 9A and 9B) penetrating the support film 51 is formed.

次いで、図8A及び図8Bに示す工程では、図7A及び図7Bに示す第1のエッチングストッパ膜46上に、第1の層間絶縁膜47と、第2のエッチングストッパ膜48(エッチングストッパ膜)と、第2の層間絶縁膜78と、サポート膜51とを順次成膜する。   8A and 8B, the first interlayer insulating film 47 and the second etching stopper film 48 (etching stopper film) are formed on the first etching stopper film 46 shown in FIGS. 7A and 7B. Then, the second interlayer insulating film 78 and the support film 51 are sequentially formed.

具体的には、例えば、第1の層間絶縁膜47として厚さ400nmのシリコン酸化膜(SiO膜)と、第2のエッチングストッパ膜48として厚さ50nmのシリコン窒化膜(SiN膜)と、第2の層間絶縁膜78として厚さ900nmのシリコン酸化膜(SiO膜)と、サポート膜51として厚さ100nmのシリコン窒化膜(SiN膜)と、を順次成膜する。 Specifically, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) having a thickness of 400 nm as the first interlayer insulating film 47, and a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of 50 nm as the second etching stopper film 48, A silicon oxide film (SiO 2 film) having a thickness of 900 nm is formed as the second interlayer insulating film 78 and a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of 100 nm is sequentially formed as the support film 51.

第2のエッチングストッパ膜48は、後述する図12A及び図12Bに示す工程において、ウエットエッチングにより、メモリセル領域に形成された第2の層間絶縁膜78を除去する際、第2のエッチングストッパ膜48よりも下層に配置された構成(例えば、第1の層間絶縁膜47及び縦型トランジスタ66等)がエッチングされることを防ぐ機能を有する。つまり、第2のエッチングストッパ膜48は、ウエットエッチング時のストッパ膜として機能する。   The second etching stopper film 48 is formed when the second interlayer insulating film 78 formed in the memory cell region is removed by wet etching in the process shown in FIGS. 12A and 12B described later. It has a function of preventing the structure (for example, the first interlayer insulating film 47 and the vertical transistor 66) disposed below 48 from being etched. That is, the second etching stopper film 48 functions as a stopper film at the time of wet etching.

また、第2のエッチングストッパ膜48は、複数の下部電極71の下部を連結することで、後述する図12A及び図12Bに示す工程において、メモリセル領域に形成された第2の層間絶縁膜78を除去した際、複数の下部電極71を連結する機能を有する。
また、この段階でのサポート膜51には、先に説明した図2Bに示す貫通部76はまだ形成されていない。つまり、図8A及び図8Bに示すサポート膜51は、パターニングされていない膜である。
Further, the second etching stopper film 48 connects the lower portions of the plurality of lower electrodes 71, so that the second interlayer insulating film 78 formed in the memory cell region in the process shown in FIGS. 12A and 12B described later. When the is removed, the plurality of lower electrodes 71 are connected.
In addition, the through-hole 76 shown in FIG. 2B described above is not yet formed in the support film 51 at this stage. That is, the support film 51 shown in FIGS. 8A and 8B is a film that is not patterned.

次いで、図9A及び図9Bに示す工程では、異方性エッチング(具体的には、ドライエッチング)により、サポート膜51、第2の層間絶縁膜78、第2のエッチングストッパ膜48、第1の層間絶縁膜47、及び第1のエッチングストッパ膜46をエッチングすることで、上部不純物拡散領域36の上面36a、金属膜39の上面39a、及び他の金属膜41の上面41aを露出するシリンダ孔79を形成する。   Next, in the process shown in FIGS. 9A and 9B, the support film 51, the second interlayer insulating film 78, the second etching stopper film 48, and the first film are formed by anisotropic etching (specifically, dry etching). By etching the interlayer insulating film 47 and the first etching stopper film 46, the cylinder hole 79 exposing the upper surface 36a of the upper impurity diffusion region 36, the upper surface 39a of the metal film 39, and the upper surfaces 41a of the other metal films 41 is exposed. Form.

具体的には、図8A及び図8Bに示すサポート膜51の上面44aに、ホトリソグラフィ技術により、シリンダ孔79の形成領域に対応するサポート膜51の上面51aを露出する開口部(図示せず)を有したホトレジスト(図示せず)を形成する。   Specifically, an opening (not shown) that exposes the upper surface 51a of the support film 51 corresponding to the formation region of the cylinder hole 79 on the upper surface 44a of the support film 51 shown in FIGS. 8A and 8B by photolithography. A photoresist (not shown) having is formed.

次いで、第1のステップとして、サポート膜51及びシリコン窒化膜(SiN膜)よりなる第2のエッチングストッパ膜48と、シリコン酸化膜(SiO膜)よりなる第1及び第2の層間絶縁膜47,78とが同じようにエッチングされる条件を用いて、第1及び第2の層間絶縁膜47,78、サポート膜51、及び第2のエッチングストッパ膜48をドライエッチングすることで、サポート膜51、第1の層間絶縁膜47、及び第2のエッチングストッパ膜48を貫通し、かつ底面が第2のエッチングストッパ膜48と第1のエッチングストッパ膜46との間に位置する第1の孔(図示せず)を複数形成する。第1の孔は、シリンダ孔79の一部となる孔である。 Next, as a first step, a second etching stopper film 48 made of a support film 51 and a silicon nitride film (SiN film), and first and second interlayer insulating films 47 made of a silicon oxide film (SiO 2 film). The first and second interlayer insulating films 47 and 78, the support film 51, and the second etching stopper film 48 are dry-etched using the same etching conditions. A first hole (through the first interlayer insulating film 47 and the second etching stopper film 48 and having a bottom surface located between the second etching stopper film 48 and the first etching stopper film 46 ( A plurality of (not shown) are formed. The first hole is a hole that becomes a part of the cylinder hole 79.

次いで、第2のステップとして、シリコン酸化膜(SiO膜)よりなる第1の層間絶縁膜47を選択的にエッチングする条件(言い換えれば、シリコン窒化膜(SiN膜)に対して選択比がある条件)を用いて、第1のエッチングストッパ膜46の上面が露出するまで第1の層間絶縁膜47をドライエッチングする。
これにより、第1の孔(図示せず)の形成領域、及び該第1の孔の下方に形成され、第1の孔よりも深さの深い第2の孔(図示せず)を複数形成する。
Next, as a second step, there is a selection ratio with respect to the conditions for selectively etching the first interlayer insulating film 47 made of the silicon oxide film (SiO 2 film) (in other words, the silicon nitride film (SiN film)). The first interlayer insulating film 47 is dry etched until the upper surface of the first etching stopper film 46 is exposed.
Thereby, a formation region of a first hole (not shown) and a plurality of second holes (not shown) formed below the first hole and deeper than the first hole are formed. To do.

次いで、第3のステップとして、シリコン窒化膜(SiN膜)よりなる第1のエッチングストッパ膜46を選択的にエッチングする条件を用いて、上部不純物拡散領域36の上面36a、金属膜39の上面39a、及び他の金属膜41の上面41aが露出するまで第1のエッチングストッパ膜46をドライエッチングする。   Next, as a third step, the upper surface 36 a of the upper impurity diffusion region 36 and the upper surface 39 a of the metal film 39 are used under the condition of selectively etching the first etching stopper film 46 made of a silicon nitride film (SiN film). The first etching stopper film 46 is dry-etched until the upper surface 41a of the other metal film 41 is exposed.

これにより、第2の孔(図示せず)の形成領域、及び該第2の孔の下方に形成され、第2の孔よりも深さの深いシリンダ孔79が複数形成される。
シリンダ孔79は、下部電極71が形成される孔であり、上部不純物拡散領域36の上面36a、金属膜39の上面39a、及び他の金属膜41の上面41aを露出するように形成する。その後、ホトレジスト(図示せず)を除去する。
Thereby, a formation region of a second hole (not shown) and a plurality of cylinder holes 79 formed below the second hole and deeper than the second hole are formed.
The cylinder hole 79 is a hole in which the lower electrode 71 is formed, and is formed so as to expose the upper surface 36 a of the upper impurity diffusion region 36, the upper surface 39 a of the metal film 39, and the upper surfaces 41 a of the other metal films 41. Thereafter, the photoresist (not shown) is removed.

第1のエッチングストッパ膜46の厚さが50nm、第1の層間絶縁膜47の厚さが400nm、第2のエッチングストッパ膜48の厚さが50nm、第2の層間絶縁膜78の厚さが900nm、サポート膜51の厚さが100nmの場合、シリンダ孔79の直径Rは、例えば、60nmとすることができる。この場合、シリンダ孔79の深さDは、1500nmとすることができる。
なお、上記シリンダ孔79を形成する際に、メモリセル領域を囲むリング形状とされたガード壁用溝(図示せず)を形成する。ガード壁用溝は、少なくともサポート膜51、第2の層間絶縁膜78、及び第2のエッチングストッパ膜48を貫通するように形成する。
The thickness of the first etching stopper film 46 is 50 nm, the thickness of the first interlayer insulating film 47 is 400 nm, the thickness of the second etching stopper film 48 is 50 nm, and the thickness of the second interlayer insulating film 78 is When the thickness of the support film 51 is 900 nm and the diameter R of the cylinder hole 79 can be set to 60 nm, for example. In this case, the depth D of the cylinder hole 79 can be 1500 nm.
When the cylinder hole 79 is formed, a guard wall groove (not shown) having a ring shape surrounding the memory cell region is formed. The guard wall groove is formed so as to penetrate at least the support film 51, the second interlayer insulating film 78, and the second etching stopper film 48.

次いで、図10A及び図10Bに示す工程では、シリンダ孔79の内面を覆うと共に、王冠形状とされ、金属膜よりなる下部電極71を形成する。これにより、下部電極71の底部は、上部不純物拡散領域36の上面36a、金属膜39の上面39a、及び他の金属膜41の上面41aと接続される。したがって、下部電極71は、上部不純物拡散領域36、金属膜39、及び他の金属膜41と電気的に接続される。   Next, in the process shown in FIGS. 10A and 10B, the inner surface of the cylinder hole 79 is covered and the lower electrode 71 made of a metal film is formed with a crown shape. Thereby, the bottom of the lower electrode 71 is connected to the upper surface 36 a of the upper impurity diffusion region 36, the upper surface 39 a of the metal film 39, and the upper surfaces 41 a of the other metal films 41. Accordingly, the lower electrode 71 is electrically connected to the upper impurity diffusion region 36, the metal film 39, and the other metal film 41.

このように、金属膜よりなる下部電極71の底部と金属膜39の上面39aとを接続することにより、下部電極71の底部とシリサイド層38の外周部及び金属膜39とが接続されるため、下部電極71の底部がシリサイド層38の上面38aの中央のみと接触した場合と比較して、キャパシタ52と上部不純物拡散領域36との間のコンタクト抵抗を低減できる。
また、金属膜よりなる下部電極71の底部と金属膜39よりも抵抗値の低い他の金属膜41の上面41aとを接続することにより、キャパシタ52と上部不純物拡散領域36との間のコンタクト抵抗をさらに低減できる。
Thus, by connecting the bottom of the lower electrode 71 made of a metal film and the upper surface 39a of the metal film 39, the bottom of the lower electrode 71 is connected to the outer periphery of the silicide layer 38 and the metal film 39. Compared with the case where the bottom of the lower electrode 71 is in contact with only the center of the upper surface 38a of the silicide layer 38, the contact resistance between the capacitor 52 and the upper impurity diffusion region 36 can be reduced.
Further, the contact resistance between the capacitor 52 and the upper impurity diffusion region 36 is obtained by connecting the bottom of the lower electrode 71 made of a metal film and the upper surface 41a of another metal film 41 having a resistance value lower than that of the metal film 39. Can be further reduced.

具体的には、下部電極71は、CVD法により、図9A及び図9Bに示す構造体の上面側から、シリンダ孔79の内面を覆うチタン(Ti)膜と、チタン(Ti)膜の表面を覆う窒化チタン(TiN)膜とを順次成膜する。次いで、チタン(Ti)膜及び窒化チタン(TiN)膜が成膜された複数のシリンダ孔71をホトレジストで充填し、その後、異方性エッチング(具体的には、ドライエッチング)により、サポート膜51の上面51aに成膜された不要なチタン(Ti)膜及び窒化チタン(TiN)膜を除去することで、複数の下部電極71を形成する。その後、ホトレジストを除去する。   Specifically, the lower electrode 71 includes a titanium (Ti) film covering the inner surface of the cylinder hole 79 and a surface of the titanium (Ti) film from the upper surface side of the structure shown in FIGS. 9A and 9B by CVD. A covering titanium nitride (TiN) film is sequentially formed. Next, the plurality of cylinder holes 71 formed with the titanium (Ti) film and the titanium nitride (TiN) film are filled with a photoresist, and then the support film 51 is formed by anisotropic etching (specifically, dry etching). A plurality of lower electrodes 71 are formed by removing unnecessary titanium (Ti) films and titanium nitride (TiN) films formed on the upper surface 51a. Thereafter, the photoresist is removed.

なお、図10A及び図10Bに示す工程では、ガード壁用溝(図示せず)の内面にもチタン(Ti)膜及び窒化チタン(TiN)膜を成膜し、ガード壁用溝(図示せず)の内面にチタン(Ti)膜及び窒化チタン(TiN)膜を残存させる。ガード壁用溝(図示せず)に形成されたチタン(Ti)膜及び窒化チタン(TiN)膜は、ガード壁(図示せず)として機能する。
該ガード壁は、後述する図12A及び図12Bに示す工程において、エッチング液により、メモリセル領域に形成された第2の層間絶縁膜78を除去する際、周辺回路領域に形成された第2の層間絶縁膜78にエッチング液が到達することを防止する機能を有する。
10A and 10B, a titanium (Ti) film and a titanium nitride (TiN) film are formed on the inner surface of the guard wall groove (not shown), and the guard wall groove (not shown) is formed. The titanium (Ti) film and the titanium nitride (TiN) film are left on the inner surface. The titanium (Ti) film and titanium nitride (TiN) film formed in the guard wall groove (not shown) function as a guard wall (not shown).
In the step shown in FIGS. 12A and 12B, which will be described later, the guard wall is formed by removing the second interlayer insulating film 78 formed in the memory cell region with an etching solution when the second interlayer insulating film 78 formed in the peripheral circuit region is removed. It has a function of preventing the etching solution from reaching the interlayer insulating film 78.

次いで、図11A及び図11Bに示す工程では、図10A及び図10Bに示すサポート膜51に、サポート膜51の下層に形成された第2の層間絶縁膜78を露出する貫通部76を形成することで、複数の下部電極71の上端の外周面71aと接触し、複数の下部電極71を連結する図2Bに示すサポート膜51を形成する。   Next, in the step shown in FIGS. 11A and 11B, a through-hole 76 exposing the second interlayer insulating film 78 formed below the support film 51 is formed in the support film 51 shown in FIGS. 10A and 10B. Thus, the support film 51 shown in FIG. 2B is formed in contact with the outer peripheral surfaces 71 a at the upper ends of the plurality of lower electrodes 71 and connecting the plurality of lower electrodes 71.

具体的には、貫通部76は、図10A及び図10Bに示すサポート膜51の上面51aに、ホトリソグラフィ技術により、貫通部76の形成領域に対応するサポート膜51の上面51aを露出する開口部(図示せず)を有したホトレジスト(図示せず)を形成し、次いで、該ホトレジストをマスクとする異方性エッチング(具体的には、ドライエッチング)により、第2の層間絶縁膜78の上面が露出するまでサポート膜51をエッチングすることで形成する。その後、ホトレジスト(図示せず)を除去する。
なお、図11A及び図11Bでは、1つの貫通部76のみ図示しているが、図11A及び図12Bに示す工程では、実際には複数の貫通部76を形成する。
Specifically, the through portion 76 is an opening that exposes the upper surface 51a of the support film 51 corresponding to the formation region of the through portion 76 on the upper surface 51a of the support film 51 illustrated in FIGS. 10A and 10B by photolithography. A photoresist (not shown) having (not shown) is formed, and then the upper surface of the second interlayer insulating film 78 is formed by anisotropic etching (specifically, dry etching) using the photoresist as a mask. The support film 51 is etched until it is exposed. Thereafter, the photoresist (not shown) is removed.
In FIG. 11A and FIG. 11B, only one through-hole 76 is shown, but in the process shown in FIGS. 11A and 12B, a plurality of through-holes 76 are actually formed.

次いで、図12A及び図12Bに示す工程では、貫通部76を介して、メモリセル領域に形成された第2の層間絶縁膜78に、第2の層間絶縁膜78を選択的にエッチング可能なウエットエッチング液を供給することで、ガード壁(図示せず)に囲まれた第2の層間絶縁膜78を選択的に除去する。これにより、第2のエッチングストッパ膜48とサポート膜51との間に空間77を形成する。
上記ウエットエッチング液としては、シリコン酸化膜(SiO膜)を選択的にエッチングするエッチング液(言い換えれば、第2のエッチングストッパ膜48及びサポート膜51に対して選択比があるエッチング液)を用いる。具体的には、上記ウエットエッチング液としては、例えば、フッ化水素酸(HF)を用いる。
Next, in the process shown in FIGS. 12A and 12B, wet that can selectively etch the second interlayer insulating film 78 on the second interlayer insulating film 78 formed in the memory cell region through the through portion 76. By supplying the etching solution, the second interlayer insulating film 78 surrounded by the guard wall (not shown) is selectively removed. Thereby, a space 77 is formed between the second etching stopper film 48 and the support film 51.
As the wet etching solution, an etching solution for selectively etching a silicon oxide film (SiO 2 film) (in other words, an etching solution having a selection ratio with respect to the second etching stopper film 48 and the support film 51) is used. . Specifically, for example, hydrofluoric acid (HF) is used as the wet etching solution.

また、空間77は、第2のエッチングストッパ膜48の上面48a、サポート膜51の下面51b、第2のエッチングストッパ膜48とサポート膜51との間に位置する複数の下部電極71の外周側面71a、及び図示していないガード壁の内壁を露出するように形成する。
この際に、ストッパ膜23によって、メモリセル領域11の下層へのウエットエッチング液の浸透が防止されるため、第1の層間絶縁膜47及び既に形成済みのトランジスタ(例えば、縦型トランジスタ66)等にダメージが及ぶことは無い。
The space 77 includes an upper surface 48 a of the second etching stopper film 48, a lower surface 51 b of the support film 51, and outer peripheral side surfaces 71 a of the plurality of lower electrodes 71 positioned between the second etching stopper film 48 and the support film 51. And an inner wall of a guard wall (not shown) is formed to be exposed.
At this time, since the stopper film 23 prevents the wet etching solution from penetrating into the lower layer of the memory cell region 11, the first interlayer insulating film 47, the already formed transistor (for example, the vertical transistor 66), etc. Will not be damaged.

次いで、図13A及び図13Bに示す工程では、図12A及び図12Bに示す構造体の上面側から、貫通部76を介して、ALD(Atomic Layer Deposition;原子層堆積)法により、空間77を区画する面を覆う容量絶縁膜72を形成する。
これにより、容量絶縁膜72は、第2のエッチングストッパ膜48の上面48aと、サポート膜51の上面51a及び下面51bと、第2のエッチングストッパ膜48とサポート膜51との間に位置する複数の下部電極71の外周側面71aとを覆うように形成される。
容量絶縁膜72としては、例えば、酸化アルミニウム膜(Al膜)と酸化ジルコニウム膜(ZrO膜)とよりなる積層膜を用いることができる。
Next, in the process shown in FIGS. 13A and 13B, the space 77 is partitioned from the upper surface side of the structure shown in FIGS. 12A and 12B by the ALD (Atomic Layer Deposition) method through the penetrating portion 76. A capacitor insulating film 72 covering the surface to be formed is formed.
As a result, the capacitive insulating film 72 includes a plurality of upper surfaces 48 a of the second etching stopper film 48, upper and lower surfaces 51 a and 51 b of the support film 51, and a plurality of portions located between the second etching stopper film 48 and the support film 51. The lower electrode 71 is formed to cover the outer peripheral side surface 71a.
As the capacitor insulating film 72, for example, a laminated film made of an aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) and a zirconium oxide film (ZrO 2 film) can be used.

次いで、図14A及び図14Bに示す工程では、図13A及び図13Bに示す構造体の上面側から、貫通部76を介して、CVD法により、容量絶縁膜72の表面を覆うと共に、空間77を充填する導電膜を成膜する。
該導電膜は、上部電極73の母材となる膜であり、例えば、ルテニウム(Ru)膜、タングステン(W)膜、窒化チタン(TiN)膜等の金属膜、或いは多結晶シリコン膜等を用いることができる。
14A and 14B, from the upper surface side of the structure shown in FIGS. 13A and 13B, the surface of the capacitive insulating film 72 is covered by the CVD method through the penetrating portion 76, and the space 77 is formed. A conductive film to be filled is formed.
The conductive film is a film that becomes a base material of the upper electrode 73, and for example, a metal film such as a ruthenium (Ru) film, a tungsten (W) film, a titanium nitride (TiN) film, or a polycrystalline silicon film is used. be able to.

次いで、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により該導電膜を研磨することで、該導電膜よりなり、かつ上面73aが平坦な面とされた上部電極73を形成する。
これにより、上部不純物拡散領域36上に、下部電極71、容量絶縁膜72、及び上部電極73よりなるキャパシタ52(MIMキャパシタ)が形成される。このキャパシタ52は、上部不純物拡散領域36、金属膜39、及び他の金属膜41と電気的に接続されている。
Next, the conductive film is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method to form the upper electrode 73 made of the conductive film and having a flat upper surface 73a.
As a result, a capacitor 52 (MIM capacitor) including the lower electrode 71, the capacitor insulating film 72, and the upper electrode 73 is formed on the upper impurity diffusion region 36. The capacitor 52 is electrically connected to the upper impurity diffusion region 36, the metal film 39, and the other metal film 41.

また、第2のエッチングストッパ膜48とサポート膜51との間に、第2のエッチングストッパ膜48の上面48a、サポート膜51の下面51b、及び複数の下部電極71の外周側面71aを露出する空間77を形成し、次いで、空間77を区画する面を覆う容量絶縁膜72を形成し、その後、容量絶縁膜72の表面に空間77を充填する上部電極73を形成することにより、キャパシタ52の容量を大きくすることができる。   Further, a space exposing the upper surface 48 a of the second etching stopper film 48, the lower surface 51 b of the support film 51, and the outer peripheral side surfaces 71 a of the plurality of lower electrodes 71 between the second etching stopper film 48 and the support film 51. 77, and then a capacitor insulating film 72 is formed to cover the surface defining the space 77, and then an upper electrode 73 that fills the space 77 is formed on the surface of the capacitor insulating film 72. Can be increased.

次いで、図15A及び図15Bに示す工程では、上部電極73の上面73aに第3の層間絶縁膜53を形成する。第3の層間絶縁膜53は、CVD法により形成することができる。また、第3の層間絶縁膜53としては、シリコン酸化膜(SiO膜)を用いる。 15A and 15B, a third interlayer insulating film 53 is formed on the upper surface 73a of the upper electrode 73. The third interlayer insulating film 53 can be formed by a CVD method. As the third interlayer insulating film 53, a silicon oxide film (SiO 2 film) is used.

次いで、第3の層間絶縁膜53上に、周知の手法により、上部電極73と電気的に接続される配線55を形成する。次いで、第3の層間絶縁膜53上に、配線55を覆うように第4の層間絶縁膜56を形成する。第4の層間絶縁膜56は、CVD法により形成することができる。また、第4の層間絶縁膜56としては、シリコン酸化膜(SiO膜)を用いる。これにより、本実施の形態の半導体装置10が製造される。 Next, a wiring 55 that is electrically connected to the upper electrode 73 is formed on the third interlayer insulating film 53 by a known method. Next, a fourth interlayer insulating film 56 is formed on the third interlayer insulating film 53 so as to cover the wiring 55. The fourth interlayer insulating film 56 can be formed by a CVD method. As the fourth interlayer insulating film 56, a silicon oxide film (SiO 2 film) is used. Thereby, the semiconductor device 10 of the present embodiment is manufactured.

本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、ピラー26の上端26−1を含むピラー26の上部に上部不純物拡散領域36を形成し、次いで、ゲート絶縁膜27を介して、ピラー26の側面26a,26b,26c,26dを囲むと共に、ゲート電極61,62を覆う絶縁膜(具体的には、第2の絶縁膜23、第1の埋め込み絶縁膜31、ライナー膜33、及び第2の埋め込み絶縁膜35により構成される絶縁膜)を形成し、次いで、ゲート絶縁膜27及び該絶縁膜をエッチバックすることで、ピラー26の上端26−1の側面26−1a,26−1b,26−1c,26−1dを露出し、次いで、ピラー26の上端26−1の側面26−1a,26−1b,26−1c,26−1d及び上端面26−1eを覆う金属膜39を成膜して、金属膜39に含まれる金属(例えば、チタン(Ti))とピラー26の上端26−1に含まれるシリコン(Si)とを反応させることで、金属膜39で囲まれたピラー26の上端26−1にシリサイド層38を形成し、次いで、シリサイド層38の上面38aに形成された金属膜39を選択的に除去し、その後、シリサイド層38の側面38c,38dのみに金属膜39を残存させ、次いで、シリサイド層38上に、シリサイド層38の上面38a及びシリサイド層38の側面38c,38dに残存する金属膜39の上面39aと接触するキャパシタ52を形成することにより、金属膜39に囲まれたピラー26の上端26−1のみにシリサイド層38を形成することが可能となるので、シリサイド層38とゲート電極61,62との間の距離を十分に確保して、ゲート電極61,62と半導体基板13との間のショートの発生を抑制した上で、厚さが厚く、かつ均一な厚さとされたシリサイド層38を形成できる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the upper impurity diffusion region 36 is formed on the pillar 26 including the upper end 26-1 of the pillar 26, and then the pillar 26 is formed via the gate insulating film 27. An insulating film that surrounds the side surfaces 26a, 26b, 26c, and 26d and covers the gate electrodes 61 and 62 (specifically, the second insulating film 23, the first buried insulating film 31, the liner film 33, and the second film) (Insulating film composed of the buried insulating film 35) is formed, and then the gate insulating film 27 and the insulating film are etched back, whereby the side surfaces 26-1a, 26-1b, 26 of the upper end 26-1 of the pillar 26 are obtained. -1c, 26-1d are exposed, and then a metal film 39 is formed to cover the side surfaces 26-1a, 26-1b, 26-1c, 26-1d and the upper end surface 26-1e of the upper end 26-1 of the pillar 26. do it, By reacting a metal (for example, titanium (Ti)) contained in the metal film 39 with silicon (Si) contained in the upper end 26-1 of the pillar 26, the upper end 26- of the pillar 26 surrounded by the metal film 39 is reacted. 1 is formed, and the metal film 39 formed on the upper surface 38a of the silicide layer 38 is selectively removed. Thereafter, the metal film 39 is left only on the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38. Next, the capacitor 52 is formed on the silicide layer 38 so as to be in contact with the upper surface 39a of the metal film 39 remaining on the upper surface 38a of the silicide layer 38 and the side surfaces 38c and 38d of the silicide layer 38, thereby being surrounded by the metal film 39. Since the silicide layer 38 can be formed only on the upper end 26-1 of the pillar 26, the distance between the silicide layer 38 and the gate electrodes 61 and 62 is reduced. The sufficiently secured, on which suppresses the occurrence of short circuit between the gate electrodes 61 and 62 and the semiconductor substrate 13, thick thick, and can form a uniform thickness and silicide layer 38.

これにより、シリンダ孔の径が小さい場合でも、下部電極52と上部不純物拡散領域36との間のコンタクト抵抗を低減することができる。   Thereby, even when the diameter of the cylinder hole is small, the contact resistance between the lower electrode 52 and the upper impurity diffusion region 36 can be reduced.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.

例えば、本実施の形態では、金属膜39の上面39a及び他の金属膜41の上面41aが下部電極71の底部と接続されている場合を例に挙げて説明したが、少なくとも金属膜39を構成する第1の金属膜67の上面67aと下部電極71の底部とが接続されていればよい。
また、本実施の形態では、他の金属膜41を設けた場合を例に挙げて説明したが、金属膜39の上面39aの面積が十分に広い場合(キャパシタ52と上部不純物拡散領域36との間のコンタクト抵抗を十分に低減できる場合)には、他の金属膜41を設ける必要はない。
For example, in the present embodiment, the case where the upper surface 39a of the metal film 39 and the upper surface 41a of the other metal film 41 are connected to the bottom of the lower electrode 71 has been described as an example, but at least the metal film 39 is configured. It is only necessary that the upper surface 67a of the first metal film 67 to be connected to the bottom of the lower electrode 71.
In the present embodiment, the case where another metal film 41 is provided has been described as an example. However, when the area of the upper surface 39a of the metal film 39 is sufficiently large (between the capacitor 52 and the upper impurity diffusion region 36). When the contact resistance between them can be sufficiently reduced), it is not necessary to provide another metal film 41.

本発明は、半導体装置及びその製造方法に適用可能である。   The present invention is applicable to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

10…半導体装置、11…メモリセルアレイ、13…半導体基板、13a…主面、15…ビット線形成用溝、16…第1の絶縁膜、16A…開口部、18…ビットコンタクト、19…下部不純物拡散領域、21…ビット線、21a,23a,31a,33a,35a,38a,39a,41a,51a,67a,68a,73a…上面、23…第2の絶縁膜、25…ワード線形成用溝、25a…底面、26…ピラー、26−1…上端、26a,26b,26c,26d,26−1a,26−1b,26−1c,26−1d,38c,38d…側面、26−1e…上端面、27…ゲート絶縁膜、29…ワード線、31…第1の埋め込み絶縁膜、32…溝、33…ライナー膜、35…第2の埋め込み絶縁膜、36…上部不純物拡散領域、37…凹部、38…シリサイド層、38b,51b…下面、39…金属膜、41…他の金属膜、41b,67b,68b…外周側面、46…第1のエッチングストッパ膜、47…第1の層間絶縁膜、48…第2のエッチングストッパ膜、51…サポート膜、52…キャパシタ、53…第3の層間絶縁膜、55…配線、56…第4の層間絶縁膜、61,62…ゲート電極、63…電極端接続部、65…接続部、66…縦型トランジスタ、67…第1の金属膜、68…第2の金属膜、68a…表面、71…下部電極、71a…外周側面、72…容量絶縁膜、73…上部電極、76…貫通部、77…空間、78…第2の層間絶縁膜、79…シリンダ孔、C,D…深さ、R…直径   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor device, 11 ... Memory cell array, 13 ... Semiconductor substrate, 13a ... Main surface, 15 ... Bit line formation groove, 16 ... First insulating film, 16A ... Opening, 18 ... Bit contact, 19 ... Lower impurity Diffusion region, 21... Bit line, 21a, 23a, 31a, 33a, 35a, 38a, 39a, 41a, 51a, 67a, 68a, 73a ... upper surface, 23 ... second insulating film, 25 ... word line forming groove, 25a ... bottom surface, 26 ... pillar, 26-1 ... upper end, 26a, 26b, 26c, 26d, 26-1a, 26-1b, 26-1c, 26-1d, 38c, 38d ... side surface, 26-1e ... upper end surface 27 ... Gate insulating film, 29 ... Word line, 31 ... First buried insulating film, 32 ... Groove, 33 ... Liner film, 35 ... Second buried insulating film, 36 ... Upper impurity diffusion region, 37 ... Recess 38 ... Silicide layer, 38b, 51b ... Lower surface, 39 ... Metal film, 41 ... Other metal films, 41b, 67b, 68b ... Outer side surface, 46 ... First etching stopper film, 47 ... First interlayer insulating film 48 ... second etching stopper film, 51 ... support film, 52 ... capacitor, 53 ... third interlayer insulating film, 55 ... wiring, 56 ... fourth interlayer insulating film, 61, 62 ... gate electrode, 63 ... Electrode end connection part, 65 ... connection part, 66 ... vertical transistor, 67 ... first metal film, 68 ... second metal film, 68a ... surface, 71 ... lower electrode, 71a ... outer peripheral side surface, 72 ... capacitive insulation Membrane, 73 ... upper electrode, 76 ... penetration, 77 ... space, 78 ... second interlayer insulating film, 79 ... cylinder hole, C, D ... depth, R ... diameter

Claims (17)

シリコン(Si)を含む半導体基板に設けられ、前記半導体基板を母材とするピラーと、
前記ピラーの上端に形成されたシリサイド層と、
前記シリサイド層の側面を覆うように設けられ、かつ前記ピラーの上端に含まれるシリコン(Si)をシリサイド化させる金属膜と、
ゲート絶縁膜を介して、前記シリサイド層よりも下方に位置する前記ピラーの側面に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うと共に、前記シリサイド層よりも下方に位置する前記ピラーの側面を囲むように配置され、かつ前記シリサイド層及び前記金属膜を露出する絶縁膜と、
前記シリサイド層の下面と接触するように、前記ピラーに配置された上部不純物拡散領域と、
前記シリサイド層の上面に設けられたキャパシタと、
を有することを特徴とする半導体装置。
Pillars provided on a semiconductor substrate containing silicon (Si) and using the semiconductor substrate as a base material;
A silicide layer formed on an upper end of the pillar;
A metal film provided so as to cover a side surface of the silicide layer and silicidating silicon (Si) included in an upper end of the pillar;
A gate electrode provided on a side surface of the pillar located below the silicide layer via a gate insulating film;
An insulating film that covers the gate electrode and surrounds the side surface of the pillar located below the silicide layer and exposes the silicide layer and the metal film;
An upper impurity diffusion region disposed in the pillar so as to be in contact with the lower surface of the silicide layer;
A capacitor provided on the upper surface of the silicide layer;
A semiconductor device comprising:
前記キャパシタとなる下部電極は、前記シリサイド層の上面及び前記金属膜の上面と接触することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the lower electrode serving as the capacitor is in contact with the upper surface of the silicide layer and the upper surface of the metal film. 前記金属膜は、前記シリサイド層の側面を覆うチタン(Ti)膜を含み、
前記シリサイド層は、TiSi層であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
The metal film includes a titanium (Ti) film covering a side surface of the silicide layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicide layer is a TiSi 2 layer.
前記金属膜は、前記チタン(Ti)膜の外周側面を覆う窒化チタン(TiN)膜を有することを特徴とする請求項3記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the metal film has a titanium nitride (TiN) film covering an outer peripheral side surface of the titanium (Ti) film. 前記金属膜よりも抵抗値が低く、前記金属膜の外周側面を覆うように設けられ、かつ上面が前記下部電極と接触する他の金属膜を有することを特徴とする請求項2ないし4のうち、いずれか1項記載の半導体装置。   5. The device according to claim 2, further comprising: another metal film having a lower resistance value than the metal film, provided to cover an outer peripheral side surface of the metal film, and having an upper surface in contact with the lower electrode. A semiconductor device according to any one of the above. 前記他の金属膜は、タングステン(W)膜であることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the other metal film is a tungsten (W) film. 前記ゲート電極よりも下方に位置するように前記半導体基板に内設され、前記半導体基板に対して電気的に絶縁され、かつ前記ゲート電極の延在方向に対して交差する方向に延在するビット線を設けたことを特徴とする請求項1ないし6のうち、いずれか1項記載の半導体装置。   A bit provided in the semiconductor substrate so as to be positioned below the gate electrode, electrically insulated from the semiconductor substrate, and extending in a direction intersecting with the extending direction of the gate electrode 7. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a line. 前記ピラーのうち、前記上部不純物拡散領域の下方に位置する部分に形成され、前記ビット線と電気的に接続された下部不純物拡散領域を有することを特徴とする請求項7記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, further comprising a lower impurity diffusion region formed in a portion of the pillar located below the upper impurity diffusion region and electrically connected to the bit line. シリコン(Si)を含む半導体基板を部分的にエッチングすることでピラーを形成する工程と、
ゲート絶縁膜を介して、前記ピラーの側面にゲート電極を形成する工程と、
前記ピラーの上端を含む前記ピラーの上部に上部不純物拡散領域を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記ピラーの側面を囲むと共に、前記ゲート電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜及び前記絶縁膜をエッチバックすることで、前記ピラーの側面のうち、前記上部不純物拡散領域が形成された前記ピラーの上端の側面を露出する工程と、
前記ピラーの上端の側面及び前記ピラーの上端面を覆うように金属膜を成膜することで、前記金属膜に含まれる金属と前記ピラーの上端に含まれるシリコン(Si)とを反応させ、前記上部不純物拡散領域のうち、前記金属膜で囲まれた部分にシリサイド層を形成する工程と、
前記シリサイド層の上面に形成された金属膜を選択的に除去することで、前記シリサイド層の側面のみに前記金属膜を残存させる工程と、
前記シリサイド層上に、該シリサイド層の上面、及び前記シリサイド層の側面に残存する前記金属膜の上面と接触するキャパシタを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a pillar by partially etching a semiconductor substrate containing silicon (Si);
Forming a gate electrode on a side surface of the pillar via a gate insulating film;
Forming an upper impurity diffusion region on an upper portion of the pillar including an upper end of the pillar;
Forming an insulating film that surrounds the side surface of the pillar through the gate insulating film and covers the gate electrode;
Etching back the gate insulating film and the insulating film to expose the upper side surface of the pillar in which the upper impurity diffusion region is formed among the side surfaces of the pillar;
By forming a metal film so as to cover the upper side surface of the pillar and the upper end surface of the pillar, the metal contained in the metal film reacts with silicon (Si) contained in the upper end of the pillar, A step of forming a silicide layer in a portion surrounded by the metal film in the upper impurity diffusion region;
Selectively removing the metal film formed on the upper surface of the silicide layer to leave the metal film only on the side surface of the silicide layer;
Forming a capacitor in contact with the upper surface of the silicide layer and the upper surface of the metal film remaining on the side surface of the silicide layer on the silicide layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、前記ピラーの上端の側面を覆うように、前記金属膜となるチタン(Ti)膜を成膜すると共に、前記チタン(Ti)膜の成膜時の熱により、前記チタン(Ti)膜に含まれるチタン(Ti)と前記ピラーの上端に含まれる前記シリコン(Si)とを反応させることで、前記シリサイド層としてTiSi層を形成することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。 With a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a titanium (Ti) film to be the metal film is formed so as to cover the side surface of the upper end of the pillar, and by the heat at the time of forming the titanium (Ti) film, The TiSi 2 layer is formed as the silicide layer by reacting titanium (Ti) contained in the titanium (Ti) film with the silicon (Si) contained in the upper end of the pillar. 10. A method for manufacturing a semiconductor device according to 9. 前記金属膜を選択的に除去する前に、前記金属膜の表面を覆うように、前記金属膜よりも抵抗値の低い他の金属膜を成膜する工程を有し、
前記金属膜を選択的に除去する際に、前記金属膜を介して、前記ピラーの上端面に形成された前記他の金属膜を選択的に除去することで、前記シリサイド層の側面に形成された前記金属膜に前記他の金属膜を残存させることを特徴とする請求項9または10記載の半導体装置の製造方法。
Before selectively removing the metal film, having a step of forming another metal film having a lower resistance than the metal film so as to cover the surface of the metal film;
When the metal film is selectively removed, the other metal film formed on the upper end surface of the pillar is selectively removed through the metal film, thereby forming a side surface of the silicide layer. 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the other metal film is left on the metal film.
前記シリサイド層の上面、前記金属膜の上面、及び前記他の金属膜の上面を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記上部不純物拡散領域の上面、前記金属膜の上面、及び前記他の金属膜の上面を露出するシリンダ孔を形成する工程と、
前記シリンダ孔の内面を覆うように、前記キャパシタとなる下部電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film covering the upper surface of the silicide layer, the upper surface of the metal film, and the upper surface of the other metal film;
Forming a cylinder hole exposing the upper surface of the upper impurity diffusion region, the upper surface of the metal film, and the upper surface of the other metal film in the interlayer insulating film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, further comprising: forming a lower electrode to be the capacitor so as to cover an inner surface of the cylinder hole.
前記ピラーを形成する工程では、複数の前記ピラーを形成し、
前記下部電極は、複数の前記ピラーに対してそれぞれ1つ形成し、
前記層間絶縁膜中に、複数の前記下部電極を連結するエッチングストッパ膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に、複数の前記下部電極の上端を連結するサポート膜を形成する工程と、を含み、
前記シリンダ孔は、前記エッチングストッパ膜及び前記サポート膜を貫通するように形成することを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。
In the step of forming the pillar, a plurality of the pillars are formed,
One lower electrode is formed for each of the plurality of pillars,
Forming an etching stopper film connecting the plurality of lower electrodes in the interlayer insulating film;
Forming a support film connecting upper ends of the plurality of lower electrodes on the interlayer insulating film,
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the cylinder hole is formed so as to penetrate the etching stopper film and the support film.
前記下部電極を形成後に、前記サポート膜に、該サポート膜を貫通する貫通部を形成し、
前記エッチングストッパ膜及び前記サポート膜のエッチング速度が小さいエッチング液を前記貫通部から導入することにより、前記サポート膜と前記エッチングストッパ膜との間に配置された前記層間絶縁膜を選択的に除去することで、前記エッチングストッパ膜の上面、前記サポート膜の下面、及び複数の前記下部電極の外周側面を露出する空間を形成することを特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方法。
After forming the lower electrode, the support film is formed with a penetrating portion that penetrates the support film,
The interlayer insulating film disposed between the support film and the etching stopper film is selectively removed by introducing an etching solution having a low etching rate for the etching stopper film and the support film from the through portion. 14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein a space exposing the upper surface of the etching stopper film, the lower surface of the support film, and the outer peripheral side surfaces of the plurality of lower electrodes is formed.
前記下部電極の内面と、前記サポート膜の上面及び下面と、前記空間により露出された前記下部電極の外周側面、及び前記エッチングストッパ膜の上面を覆うように、前記キャパシタとなる容量絶縁膜を形成することを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。   A capacitor insulating film to be the capacitor is formed so as to cover the inner surface of the lower electrode, the upper and lower surfaces of the support film, the outer peripheral side surface of the lower electrode exposed by the space, and the upper surface of the etching stopper film. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14. 前記容量絶縁膜の表面を覆うと共に、前記空間を充填するように、前記キャパシタとなる上部電極を形成することを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。   16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein an upper electrode serving as the capacitor is formed so as to cover the surface of the capacitive insulating film and fill the space. 前記ピラーのうち、前記上部不純物拡散領域の下方に位置する部分に、下部不純物拡散領域を形成する工程と、
前記ゲート電極よりも下方に位置する前記半導体基板に、前記ゲート電極の延在方向に対して交差する方向に延在し、かつ前記下部不純物拡散領域と電気的に接続されるビット線を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項9ないし16のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
Forming a lower impurity diffusion region in a portion of the pillar located below the upper impurity diffusion region;
A bit line extending in a direction intersecting with the extending direction of the gate electrode and electrically connected to the lower impurity diffusion region is formed on the semiconductor substrate located below the gate electrode. Process,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising:
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