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JP2013165159A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device Download PDF

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JP2013165159A
JP2013165159A JP2012027295A JP2012027295A JP2013165159A JP 2013165159 A JP2013165159 A JP 2013165159A JP 2012027295 A JP2012027295 A JP 2012027295A JP 2012027295 A JP2012027295 A JP 2012027295A JP 2013165159 A JP2013165159 A JP 2013165159A
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JP
Japan
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forming
groove
insulating film
semiconductor device
diffusion layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012027295A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Hayama
剛 巴山
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Micron Memory Japan Ltd
Original Assignee
Elpida Memory Inc
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Publication date
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Abstract

【課題】高精度のリソグラフィ技術等を用いることなく、微細パターンを有する埋め込み配線を安定して形成することが可能な半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供する。
【解決手段】シリコン基板1に第1溝1Dを形成することで複数のフィン部を形成する工程と、第1溝1Dの壁面に不純物を含む導電材料を成膜することで複数のフィン部の下部にビット線6を形成する工程と、ビット線6に熱処理を施して不純物を複数のフィン部の下部に拡散させることで下部拡散層5を形成する工程と、フィン部に第2溝を形成することでピラー部1Cを形成する工程と、第2溝の側面に不純物を含む導電材料を成膜してワード線を形成する工程と、ピラー部1Cの上面1cに不純物を注入して上部拡散層14を形成する工程と、を備える。
【選択図】図1
A semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device capable of stably forming a buried wiring having a fine pattern without using a high-precision lithography technique or the like.
A step of forming a plurality of fin portions by forming a first groove 1D in a silicon substrate 1 and a film of a conductive material containing impurities on a wall surface of the first groove 1D are formed. Forming a bit line 6 underneath, forming a lower diffusion layer 5 by heat-treating the bit line 6 to diffuse impurities under the plurality of fins, and forming a second groove in the fins Thus, a step of forming the pillar portion 1C, a step of forming a word line by forming a conductive material containing impurities on the side surface of the second groove, and an upper diffusion by injecting impurities into the upper surface 1c of the pillar portion 1C Forming the layer 14.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及びそれによって得られる半導体装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device obtained thereby.

一般に、DRAM(Dynamic Random Access Memory)又はPRAM(Parameter Random Access Memory)等の半導体装置の分野においては、半導体装置が使用される機器の高機能化等により、さらなる高集積化が進められている。   In general, in the field of a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) or a PRAM (Parameter Random Access Memory), higher integration is being promoted due to higher functions of devices in which the semiconductor device is used.

しかしながら、従来の半導体層装置では、集積度が増加するにつれて、平面的に半導体素子が占められる領域が減少しており、例えば、トランジスタが形成される領域、即ち活性領域の大きさが次第に減少しているという問題がある。具体的には、活性領域の大きさが減少するのに伴って、通常の平面型トランジスタのチャネル長が減少し、いわゆる短チャネル効果が発生するという問題があった。このため、制限された領域においてチャネル長及び幅を増加させることを目的として、従来の平面型トランジスタに代わり、垂直型トランジスタのような3次元トランジスタが形成されてなる半導体装置とその製造方法が提案されている(例えば、特許文献1、2等を参照)。具体的には、シリコン基板をピラー形状とし、最上部に上部不純物拡散層、中央部にゲート電極で囲まれたチャネル領域、基板側に下部不純物拡散層を形成することで、所謂MOSトランジスタが構成される半導体装置を製造することが提案されている。   However, in the conventional semiconductor layer device, as the degree of integration increases, the area occupied by semiconductor elements in a plane decreases, and for example, the size of the area where a transistor is formed, that is, the active area gradually decreases. There is a problem that. Specifically, as the size of the active region is reduced, the channel length of a normal planar transistor is reduced, so that a so-called short channel effect occurs. For this reason, a semiconductor device in which a three-dimensional transistor such as a vertical transistor is formed instead of a conventional planar transistor and a manufacturing method thereof are proposed in order to increase the channel length and width in a limited region. (See, for example, Patent Documents 1 and 2). Specifically, a silicon substrate is formed in a pillar shape, an upper impurity diffusion layer is formed at the top, a channel region surrounded by a gate electrode is formed at the center, and a lower impurity diffusion layer is formed on the substrate side, thereby forming a so-called MOS transistor. It has been proposed to manufacture a semiconductor device.

また、このような垂直型トランジスタにおいて、イオン注入法を利用して埋め込みビット線を形成する方法も採用されるようになっており、さらに、埋め込みビット線をシリサイド層として形成する方法も提案されている(例えば、特許文献3を参照)。   In such a vertical transistor, a method of forming a buried bit line using an ion implantation method has been adopted, and a method of forming a buried bit line as a silicide layer has also been proposed. (For example, see Patent Document 3).

特開平07−273221号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-273221 特表2002−541667号公報JP-T-2002-541667 特開2007−329480号公報JP 2007-329480 A

特許文献1〜3に記載のような方法で半導体装置を製造する場合、例えば、シリコン基板に形成されたフィン部の側面にビット線導電膜パターンを形成する工程等において、従来公知のリソグラフィ技術が用いられる。しかしながら、微細なビット線導電膜パターンを形成する場合、一般的なリソグラフィ技術を用いたのでは、合わせずれ等の不具合が発生し、製造歩留まりが低下するおそれがある。このような問題を防止するため、微細パターンの形成にあたっては、高精度のリソグラフィ工程を用いることが必要となるが、この場合、製造設備が高価になるとともに、工程時間が長くなり、コストアップの要因となっていた。   When manufacturing a semiconductor device by a method as described in Patent Documents 1 to 3, for example, in a process of forming a bit line conductive film pattern on a side surface of a fin portion formed on a silicon substrate, a conventionally known lithography technique is used. Used. However, when a fine bit line conductive film pattern is formed, if a general lithography technique is used, problems such as misalignment may occur, and the manufacturing yield may be reduced. In order to prevent such problems, it is necessary to use a high-precision lithography process in forming a fine pattern. In this case, however, the manufacturing equipment becomes expensive and the process time becomes long, resulting in an increase in cost. It was a factor.

また、従来の方法でビット線導電膜パターンを形成する場合、まず、フィン部の側面に導電材料を成膜した後、従来公知のエッチング法でパターンの高さを調整する方法が採用されている。しかしながら、このような方法では、ビット線導電膜パターンの高さ方向の寸法がエッチング量の誤差の影響を受けることから、安定した高さが得られず、微細パターンを形成するのが難しいという問題がある。   In addition, when forming a bit line conductive film pattern by a conventional method, first, after forming a conductive material on the side surface of the fin portion, a method of adjusting the pattern height by a conventionally known etching method is adopted. . However, in such a method, the dimension in the height direction of the bit line conductive film pattern is affected by the error of the etching amount, so that a stable height cannot be obtained and it is difficult to form a fine pattern. There is.

また、従来の方法で下部拡散層を形成し、さらにビット線導電膜パターンを形成する場合、まず、フィン部の側面に不純物をドープして下部拡散層を形成した後、上述の如く、下部拡散層の表面に導電材料を成膜してエッチング処理する方法が採用されている。しかしながら、このような従来の方法では、工程数を削減して生産性を向上させるのが困難であり、生産コストを削減するのも難しいという問題がある。さらに、下部拡散層の表面に形成したビット線導電膜パターンが微細であると、ビット線の抵抗が上昇し、素子特性に影響を及ぼすおそれがあった。   Further, when forming a lower diffusion layer by a conventional method and further forming a bit line conductive film pattern, first, after doping the impurity on the side surface of the fin portion to form the lower diffusion layer, as described above, the lower diffusion layer is formed. A method of forming a conductive material on the surface of the layer and performing an etching process is employed. However, such a conventional method has a problem that it is difficult to reduce the number of steps and improve productivity, and it is difficult to reduce production cost. Furthermore, if the bit line conductive film pattern formed on the surface of the lower diffusion layer is fine, the resistance of the bit line increases, which may affect the device characteristics.

本発明者等は上記問題を解決するために鋭意研究を行い、3次元構造を有する半導体装置を製造する工程において、まず、半導体基板のフィン部側面に、埋め込み配線としてビット線導電膜パターンを形成するにあたり、側面に形成したサイドウォール状の絶縁膜マスクの下にビット線導電膜パターンを形成する方法を採用することで、高精度のリソグラフィ技術等を用いることなく、微細パターンを有するビット線を安定して形成できる点に着目した。また、ビット線導電膜を、不純物を含む導電材料から構成し、さらに、熱処理を施すことで、ビット線導電膜に含まれる不純物を半導体基板のフィン部に拡散させることができ、生産性良く下部拡散層を形成できることを見出し、本発明を完成させた。   In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research, and in the process of manufacturing a semiconductor device having a three-dimensional structure, first, a bit line conductive film pattern is formed as a buried wiring on the side surface of the fin portion of the semiconductor substrate. In this case, by adopting a method of forming a bit line conductive film pattern under a sidewall-like insulating film mask formed on the side surface, a bit line having a fine pattern can be formed without using a high-precision lithography technique or the like. We focused on the point that it can be formed stably. Further, the bit line conductive film is made of a conductive material containing impurities, and further subjected to heat treatment, whereby the impurities contained in the bit line conductive film can be diffused into the fin portion of the semiconductor substrate, so that the lower part can be manufactured with high productivity. The present inventors have found that a diffusion layer can be formed and completed the present invention.

即ち、本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板の少なくとも一部を除去して第1溝を形成することにより、複数のフィン部を形成する工程と、前記第1溝の壁面に不純物を含む導電材料を成膜することにより、前記複数のフィン部の下部に埋め込み配線を形成する工程と、前記埋め込み配線に熱処理を施すことで、該埋め込み配線に含まれる不純物を前記複数のフィン部の下部に拡散させることにより、下部拡散層を形成する工程と、前記フィン部に、前記埋め込み配線よりも高い位置を底面とする第2溝を形成することにより、前記フィン部を複数に分断してピラー部を形成する工程と、前記第2溝の側面に不純物を含む導電材料を成膜することにより、ゲート電極を含むゲート配線を形成する工程と、前記ピラー部の上面に不純物を注入して上部拡散層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。   That is, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming a plurality of fin portions by removing at least a part of a silicon substrate to form a first groove, and impurities on a wall surface of the first groove. Forming a buried wiring under the plurality of fin portions by depositing a conductive material containing the conductive material; and applying heat treatment to the buried wiring to remove impurities contained in the buried wiring of the plurality of fin portions. A step of forming a lower diffusion layer by diffusing in the lower part and a second groove having a bottom surface at a position higher than the embedded wiring in the fin part, thereby dividing the fin part into a plurality of parts. Forming a pillar portion; forming a gate wiring including a gate electrode by depositing a conductive material containing an impurity on a side surface of the second groove; and impregnating an upper surface of the pillar portion. Characterized in that it comprises a step of forming an upper diffusion layer by implanting.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上にマスク絶縁膜及び第1レジストマスクを順次形成した後、前記第1レジストマスクを用いて前記シリコン基板及び前記マスク絶縁膜をエッチングすることにより、埋め込み配線予定ラインの延在方向で第1溝を形成することで複数のフィン部を形成し、その後、前記第1レジストマスクを除去するフィン部形成工程と、前記第1溝を絶縁材料で埋め込んだ後、該絶縁材料の上部をエッチング除去することで前記第1溝の底部に第1絶縁膜を形成し、次いで、前記第1絶縁膜の上面、前記第1溝の側面及び前記マスク絶縁膜を覆うように絶縁材料からなる薄膜を形成した後、前記第1絶縁膜の上面及び前記マスク絶縁膜上の薄膜をエッチバックすることで、前記第1溝の側面の上部においてサイドウォール状に設けられる第2絶縁膜を形成し、次いで、前記第1溝の下部に充填された前記第1絶縁膜をエッチング除去する絶縁膜形成工程と、前記第1溝に不純物を含む導電材料を充填した後、該導電材料の一部をエッチング除去し、前記第1溝の底面を露出させながら、前記第1溝の側面における前記第2絶縁膜よりも低い位置に前記導電材料を残存させることにより、前記複数のフィン部の下部に埋め込み配線を形成する埋め込み配線形成工程と、前記埋め込み配線に熱処理を施すことで、該埋め込み配線に含まれる不純物を前記複数のフィン部の下部に拡散させることにより、前記シリコン基板の前記埋め込み配線に接する領域に下部拡散層を形成する下部拡散工程と、前記フィン部を、前記埋め込み配線と交差するゲート配線予定ラインの延在方向でエッチングし、前記埋め込み配線よりも高い位置を底面とする第2溝を形成することにより、前記フィン部を複数に分断して複数のピラー部を形成するピラー部形成工程と、前記第2溝の側面及び底面に不純物を含む導電材料からなる薄膜を成膜した後、前記底面上に形成された前記薄膜をエッチング除去し、さらに、前記側面に形成された前記薄膜の上部をエッチング除去することにより、前記第2溝の側面にゲート電極を含むゲート配線を形成するゲート配線形成工程と、前記マスク絶縁膜をエッチング除去して前記ピラー部の上面を露出させ、該上面に不純物を注入することによって上部拡散層を形成する上部拡散工程と、を備えることを特徴とする。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a mask insulating film and a first resist mask are sequentially formed on a silicon substrate, and then the silicon substrate and the mask insulating film are etched using the first resist mask. Forming a plurality of fin portions by forming a first groove in the extending direction of the embedded wiring planned line, and then removing the first resist mask; and forming the first groove with an insulating material Then, the upper part of the insulating material is removed by etching to form a first insulating film at the bottom of the first groove, and then the upper surface of the first insulating film, the side surface of the first groove, and the mask After forming a thin film made of an insulating material so as to cover the insulating film, the upper surface of the first insulating film and the thin film on the mask insulating film are etched back, so that an upper portion of the side surface of the first groove is formed. Forming a second insulating film provided in a sidewall shape, and then etching and removing the first insulating film filled in the lower portion of the first groove, and the first groove contains impurities. After filling the conductive material, a part of the conductive material is removed by etching to expose the bottom surface of the first groove, and the conductive material is placed at a position lower than the second insulating film on the side surface of the first groove. By leaving the embedded wiring, a buried wiring forming step for forming a buried wiring under the plurality of fin portions, and by performing a heat treatment on the buried wiring, impurities contained in the buried wiring are formed under the plurality of fin portions. By diffusing, a lower diffusion step of forming a lower diffusion layer in a region of the silicon substrate in contact with the embedded wiring, and the fin portion crosses the embedded wiring. A pillar part that etches in the extending direction of the wiring line and forms a plurality of pillar parts by dividing the fin part into a plurality of parts by forming a second groove whose bottom surface is located higher than the buried wiring. Forming a thin film made of a conductive material containing impurities on the side surface and bottom surface of the second groove, and then etching away the thin film formed on the bottom surface; and further, forming the thin film on the side surface Etching the upper portion of the thin film to form a gate wiring including a gate electrode on the side surface of the second groove; and etching the mask insulating film to expose the upper surface of the pillar portion; An upper diffusion step of forming an upper diffusion layer by injecting impurities into the upper surface.

係る構成の半導体装置の製造方法によれば、高精度のリソグラフィ技術等を用いることなく、微細パターンを有するビット線である埋め込み配線を、合わせずれ等を防止しながら形成することができる。また、フィン部の側面における埋め込み配線の高さは、第1溝の側面に形成された第1絶縁膜の下端の高さで制限しながら形成することができるので、エッチング工程におけるエッチング量の影響を受けることなく、安定した高さで形成できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device having such a configuration, it is possible to form a buried wiring that is a bit line having a fine pattern while preventing misalignment or the like without using a high-precision lithography technique or the like. In addition, the height of the embedded wiring on the side surface of the fin portion can be formed while being limited by the height of the lower end of the first insulating film formed on the side surface of the first groove. It can be formed at a stable height without receiving.

また、埋め込み配線に不純物を含む導電材料を用い、これに含まれる不純物を半導体基板のフィン部に拡散させる方法を採用することで、工程を簡素にすることができるので、生産性が向上するとともに製造コストを低減することが可能となる。   In addition, by using a conductive material containing impurities for the embedded wiring and adopting a method of diffusing impurities contained in the fins of the semiconductor substrate, the process can be simplified and productivity is improved. Manufacturing costs can be reduced.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記方法を採用することにより、高精度のリソグラフィ技術等を用いることなく、微細パターンを有するビット線である埋め込み配線を、合わせずれ等を防止しながら形成することができるので、高い生産性で歩留まり良く半導体装置を製造することが可能となる。また、フィン部の側面における埋め込み配線の高さは、第1溝の側面に形成された第2絶縁膜の下端の高さで制限しながら形成することができるので、エッチング工程におけるエッチング量の影響を受けることなく、安定した高さで形成することが可能となる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, by adopting the above method, the embedded wiring which is a bit line having a fine pattern can be prevented from misalignment without using a high-precision lithography technique or the like. Since it can be formed, a semiconductor device can be manufactured with high productivity and high yield. In addition, the height of the embedded wiring on the side surface of the fin portion can be formed while being limited by the height of the lower end of the second insulating film formed on the side surface of the first groove. It becomes possible to form with stable height without receiving.

また、埋め込み配線に不純物を含む導電材料を用い、この埋め込み配線に含まれる不純物を半導体基板のフィン部に拡散させる方法を採用することで、工程を簡素にすることができ、生産性が向上するとともに製造コストを低減することが可能となる。また、下部拡散層を、縦型構造のMOSトランジスタにおける下部ソース/ドレイン領域として共用する場合には、下部ソース/ドレイン領域形成工程を省略できるので、さらに生産性が向上するという効果が得られる。   In addition, by using a conductive material containing impurities for the embedded wiring and diffusing the impurities included in the embedded wiring into the fin portion of the semiconductor substrate, the process can be simplified and productivity is improved. At the same time, the manufacturing cost can be reduced. Further, when the lower diffusion layer is shared as the lower source / drain region in the vertical type MOS transistor, the lower source / drain region forming step can be omitted, so that the effect of further improving productivity can be obtained.

また、本発明の半導体装置によれば、下部拡散層が、埋め込み配線をなす導電材料中に含まれる不純物が拡散されてなるものであり、さらに、ピラー部の下部において埋め込み配線と密接して形成されるものなので、埋め込み配線と同様にビット線として用いることができる。これにより、ビット線の抵抗を低減することができ、特に、ビット線である埋め込み配線を微細パターンで構成した場合であっても、ビット線の抵抗を顕著に低減することができるので、優れた素子特性を実現することが可能となる。   Further, according to the semiconductor device of the present invention, the lower diffusion layer is formed by diffusing impurities contained in the conductive material forming the buried wiring, and is formed in close contact with the buried wiring at the lower portion of the pillar portion. Therefore, it can be used as a bit line in the same manner as the embedded wiring. As a result, the resistance of the bit line can be reduced. In particular, the resistance of the bit line can be remarkably reduced even when the embedded wiring that is the bit line is configured with a fine pattern. It becomes possible to realize element characteristics.

本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法及び半導体装置を示す断面模式図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´、(c)は断面B−B´である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a cross-sectional schematic diagram which shows the manufacturing method and semiconductor device of the semiconductor device which are 1st Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross-section A- shown in (a) A 'and (c) are cross sections BB'. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法及び半導体装置を示す断面模式図であり、(a)は図1(a)中に示す断面C−C´、(c)は断面D−D´である。1A and 1B are schematic cross-sectional views illustrating a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view CC ′ shown in FIG. D ′. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross section AA 'shown in (a). . 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´、(c)は断面B−B´である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross section AA 'shown in (a), ( c) is a cross-section BB ′. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は図14(a)中に示す断面C−C´、(c)は断面D−D´である。FIG. 15A is a process diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 14A is a cross-section CC ′ illustrated in FIG. 14A and FIG. 14C is a cross-section DD ′. . 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´、(c)は断面B−B´である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross section AA 'shown in (a), ( c) is a cross-section BB ′. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は図16(a)中に示す断面C−C´、(c)は断面D−D´である。FIGS. 17A to 17C are process diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 16A is a cross-section CC ′ illustrated in FIG. 16A and FIG. . 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´、(c)は断面B−B´である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross section AA 'shown in (a), ( c) is a cross-section BB ′. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は図18(a)中に示す断面C−C´、(c)は断面D−D´である。FIGS. 19A to 19C are process diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 18A is a section CC ′ illustrated in FIG. 18A and FIG. 18C is a section DD ′; . 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´、(c)は断面B−B´である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross section AA 'shown in (a), ( c) is a cross-section BB ′. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は図20(a)中に示す断面C−C´、(c)は断面D−D´である。FIGS. 21A and 21B are process diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 20A is a section CC ′ and FIG. 20C is a section DD ′ illustrated in FIG. . 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、図20及び図21に示す工程における積層体を示す斜視図であって、図中に示すX方向はワード線延在方向、Y方向はビット線延在方向である。FIG. 22 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and is a perspective view illustrating the stacked body in the process illustrated in FIGS. 20 and 21, and the X direction illustrated in FIG. The current direction and the Y direction are the bit line extending directions. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´、(c)は断面B−B´である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross section AA 'shown in (a), ( c) is a cross-section BB ′. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は図23(a)中に示す断面C−C´、(c)は断面D−D´である。FIGS. 24A and 24B are process diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 23A is a cross-section CC ′ illustrated in FIG. 23A and FIG. 23C is a cross-section DD ′; . 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´、(c)は断面B−B´である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross section AA 'shown in (a), ( c) is a cross-section BB ′. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は図25(a)中に示す断面C−C´、(c)は断面D−D´である。FIG. 26 is a process diagram illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, in which (a) is a section CC ′ shown in FIG. 25A and (c) is a section DD ′. . 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´、(c)は断面B−B´である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 1st Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross section AA 'shown in (a), ( c) is a cross-section BB ′. 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は図27(a)中に示す断面C−C´、(c)は断面D−D´である。FIG. 28A is a process diagram illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, where FIG. 27A is a cross-section CC ′ illustrated in FIG. 27A, and FIG. 27C is a cross-section DD ′. . 本発明の第1実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、図1及び図2に示す積層体を示す斜視図であって、図中に示すX方向はワード線延在方向、Y方向はビット線延在方向である。FIG. 3 is a process diagram illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and is a perspective view illustrating the stacked body illustrated in FIGS. 1 and 2, in which an X direction is a word line extending direction; , Y direction is a bit line extending direction. 本発明の第2実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図であり、(a)は上面側から見た平面図、(b)は(a)中に示す断面A−A´である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 2nd Embodiment of this invention, (a) is the top view seen from the upper surface side, (b) is the cross section AA 'shown in (a). . 本発明の第2実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態である半導体装置の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is 2nd Embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施形態である半導体装置の製造方法及び半導体装置について、図面を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、本実施形態の半導体装置の製造方法及び半導体装置を説明する図面であって、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っている。   A semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate. The drawings referred to in the following description are for explaining the semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device of the present embodiment, and the size, thickness, dimensions, etc. of each part shown are the dimensions of the actual semiconductor device. The relationship is different.

[第1実施形態]
図1(a)〜(c)及び図2(a)、(b)は、本発明を適用した第1実施形態である半導体装置Aを模式的に示す断面図である。また、図29は、図1及び図2に示す積層体(半導体装置A)を示す斜視図であって、図中に示すX方向はビット線延在方向、Y方向はワード線延在方向である。また、また、図3〜図28は、本実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を模式的に示す工程図である。
[First Embodiment]
FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views schematically showing a semiconductor device A according to a first embodiment to which the present invention is applied. 29 is a perspective view showing the stacked body (semiconductor device A) shown in FIGS. 1 and 2, in which the X direction is the bit line extending direction and the Y direction is the word line extending direction. is there. 3 to 28 are process diagrams schematically showing each process of the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment.

「半導体装置の構成」
まず、本実施形態の半導体装置の構成について以下に説明する。
図1(a)〜(c)及び図2(a)、(b)に示すように、本実施形態の半導体装置Aは、少なくとも、基台部1Bの上に複数立設された柱状のピラー部1Cを含むシリコン基板(基板、半導体基板)1と、基台部1Bの側面1aを覆うように設けられ、不純物を含む導電材料からなるビット線(埋め込み配線)6と、ビット線6と接した基台部1B内に形成され、ビット線6をなす導電材料中に含まれる不純物が拡散されてなる下部拡散層5と、ビット線6よりも上側であるピラー部1Cの側面1b側に、ゲート絶縁膜8を介して設けられ、不純物を含む導電材料からなり、ワード線(ゲート配線)10の一部をなすゲート電極10Aと、ピラー部1Cの上面1cに形成され、不純物が拡散された上部拡散層14と、が備えられ、概略構成される。本実施形態の半導体装置Aは、上記構成のように、上部拡散層14、ワード線10、ビット線6、下部拡散層5等が備えられることにより、シリコン基板1上において、所謂、縦型構造のMOSトランジスタが構成されるものである。
"Configuration of semiconductor devices"
First, the configuration of the semiconductor device of this embodiment will be described below.
As shown in FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A and 2B, the semiconductor device A of this embodiment includes at least a plurality of columnar pillars erected on the base portion 1B. A bit line (buried wiring) 6 made of a conductive material including impurities, and a silicon substrate (substrate, semiconductor substrate) 1 including the portion 1C and the side surface 1a of the base portion 1B; The lower diffusion layer 5 formed in the base portion 1B and formed by diffusing impurities contained in the conductive material forming the bit line 6, and the side surface 1b side of the pillar portion 1C above the bit line 6, Formed on the gate electrode 10A, which is provided through the gate insulating film 8 and made of a conductive material containing impurities, forms part of the word line (gate wiring) 10 and the upper surface 1c of the pillar portion 1C, and the impurities are diffused. An upper diffusion layer 14 and a schematic configuration It is. As described above, the semiconductor device A according to this embodiment includes the upper diffusion layer 14, the word line 10, the bit line 6, the lower diffusion layer 5, and the like, so that a so-called vertical structure is formed on the silicon substrate 1. The MOS transistor is configured.

シリコン基板(基板)1は、平坦面からなる基体部1Aと、この基体部1A上に設けられた基台部1Bと、この基台部B上に複数立設された柱状のピラー部1Cとから構成されており、本実施形態においては、シリコン単結晶からなる。
基台部1Bは、基体部1A上において、柱状のピラー部1Cの基台として形成される。また、基台部1Bの各々の間の最下部には、後述の製造方法で詳しく説明するが、下部拡散層5を各々の基台部1Bの側面1aに分割する掘り込み部1Fが形成されている。
ピラー部1Cは、シリコンからなる柱状部であり、上面1cは、例えば楕円形状等とすることができる。また、この上面1cの高さは、ほぼ均一とされている。
なお、シリコン基板1は、基体部上にシリコン層からなる基台部及びピラー部が形成されたものを用いてもよい。
A silicon substrate (substrate) 1 includes a base portion 1A having a flat surface, a base portion 1B provided on the base portion 1A, and a plurality of columnar pillar portions 1C provided on the base portion B. In this embodiment, it is made of a silicon single crystal.
The base part 1B is formed as a base of the columnar pillar part 1C on the base part 1A. Further, in the lowermost part between each of the base parts 1B, a digging part 1F is formed to divide the lower diffusion layer 5 into the side surface 1a of each base part 1B, which will be described in detail in the manufacturing method described later. ing.
The pillar portion 1C is a columnar portion made of silicon, and the upper surface 1c can be, for example, elliptical. The height of the upper surface 1c is substantially uniform.
As the silicon substrate 1, a substrate in which a base portion and a pillar portion made of a silicon layer are formed on a base portion may be used.

ビット線(埋め込み配線)6は、本実施形態においては、少なくとも不純物を含む導電材料からなるものであり、基台部1Bの側面1aを覆うように薄膜状で形成され、ビット線延在方向に設けられる。また、ビット線6は、図1(b)に示すように、ピラー部1Cの側面1bに形成された埋め込み絶縁膜(第2絶縁膜)4よりも低い位置に配される。   In the present embodiment, the bit line (embedded wiring) 6 is made of a conductive material containing at least impurities, is formed in a thin film shape so as to cover the side surface 1a of the base portion 1B, and extends in the bit line extending direction. Provided. Further, as shown in FIG. 1B, the bit line 6 is disposed at a position lower than the buried insulating film (second insulating film) 4 formed on the side surface 1b of the pillar portion 1C.

また、ビット線6は、シリコン基板1と反対の導電型を有する不純物を含む導電材料からなり、例えば、不純物としてリン等がドープされたものが用いられる。また、本実施形態では、ビット線6が不純物を含む導電材料からなる例のみを説明しているが、これには限定されず、例えば、不純物を含むシリサイド層からなる構成を採用することも可能であり、適宜採用できる。   The bit line 6 is made of a conductive material containing an impurity having a conductivity type opposite to that of the silicon substrate 1, and for example, a material doped with phosphorus or the like as an impurity is used. In this embodiment, only the example in which the bit line 6 is made of a conductive material containing an impurity is described. However, the present invention is not limited to this. For example, a configuration made of a silicide layer containing an impurity can be adopted. And can be adopted as appropriate.

埋め込み絶縁膜(第2絶縁膜)4は、ビット線延在方向で、ピラー部1Cの側面1bを覆うサイドウォールとして設けられ、図1(b)等に示す例では、ピラー部1Cの側面1bにおいてビット線6よりも高い位置に形成されている。本実施形態で用いられる埋め込み絶縁膜4としては、例えば、シリコン窒化膜等を用い、CVD法等によって成膜することができる。   The buried insulating film (second insulating film) 4 is provided as a sidewall covering the side surface 1b of the pillar portion 1C in the bit line extending direction. In the example shown in FIG. 1B and the like, the side surface 1b of the pillar portion 1C is provided. Are formed at a position higher than the bit line 6. As the buried insulating film 4 used in the present embodiment, for example, a silicon nitride film or the like can be used and can be formed by a CVD method or the like.

下部拡散層5は、上述したように、埋め込み配線であるビット線6に含まれる不純物、例えばリン等が、熱処理によってシリコン基板1をなす基台部1B中に拡散されてなる領域である。図1(b)等に示す下部拡散層5は、基台部1Bの側面1aにおいて、その高さ方向の寸法が、ビット線6よりも大きくなるように形成されている。
また、下部拡散層5は、後述の上部拡散層14よりも低い位置に配され、リン等の不純物が、例えば、約2.5E15atoms/cm程度の濃度となるように拡散された領域である。
As described above, the lower diffusion layer 5 is a region formed by diffusing impurities contained in the bit line 6 that is a buried wiring, such as phosphorus, into the base portion 1B forming the silicon substrate 1 by heat treatment. The lower diffusion layer 5 shown in FIG. 1B or the like is formed on the side surface 1a of the base 1B so that the dimension in the height direction is larger than that of the bit line 6.
The lower diffusion layer 5 is disposed at a position lower than the upper diffusion layer 14 described later, and is a region in which impurities such as phosphorus are diffused so as to have a concentration of about 2.5E 15 atoms / cm 2 , for example. It is.

ワード線(ゲート電極を含むゲート配線)10は、少なくとも上記のゲート絶縁膜8を介して、ビット線6よりも上側の位置で、ピラー部1Cの側面1bを覆うように設けられており、ゲート電極10Aを含む構成とされている。
ワード線10の材料としては、例えば、不純物を含むドープトシリコン膜等を用いることができ、CVD法を用いて形成することができるが、ワード線10の材料は、これには限定されない。例えば、ワード線10として、窒化チタン膜、チタン膜、窒化タングステン膜、タングステン膜等の高融点金属膜を単層で用いるか、あるいは、これらの積層膜等を用いても良く、各種従来公知の材料も含め、適宜選択することが可能である。
なお、ワード線10の膜厚としては、後述の製造方法で説明するような、複数のピラー部1Cの各々の間に形成される第2溝1Eを、埋め込まない程度の厚さとすることが好ましい。
The word line (gate wiring including a gate electrode) 10 is provided so as to cover the side surface 1b of the pillar portion 1C at least above the bit line 6 with the gate insulating film 8 interposed therebetween. The electrode 10A is included.
As a material of the word line 10, for example, a doped silicon film containing impurities can be used, and the word line 10 can be formed by a CVD method. However, the material of the word line 10 is not limited to this. For example, as the word line 10, a high melting point metal film such as a titanium nitride film, a titanium film, a tungsten nitride film, or a tungsten film may be used as a single layer, or a laminated film thereof may be used. It is possible to select appropriately including the material.
Note that the film thickness of the word line 10 is preferably set to a thickness that does not fill the second groove 1E formed between each of the plurality of pillar portions 1C as described in a manufacturing method described later. .

ゲート絶縁膜8は、図2(a)等に示す例のように、ゲート線延在方向で、ピラー部1Cの側面1bを覆って設けられる。本実施形態で用いられるゲート絶縁膜8としては、例えば、シリコン酸化膜等を用い、例えば、熱酸化法等によって成膜することができる。   As in the example shown in FIG. 2A and the like, the gate insulating film 8 is provided so as to cover the side surface 1b of the pillar portion 1C in the gate line extending direction. As the gate insulating film 8 used in the present embodiment, for example, a silicon oxide film or the like can be used, and can be formed by, for example, a thermal oxidation method or the like.

上部拡散層14は、不純物(ドーパント)がイオン注入された不純物拡散領域から構成されており、シリコン基板1のピラー部1Cの上面1cに設けられている。上部拡散層14に拡散される不純物としては、例えば、N型の砒素(As)等が用いられ、従来公知のイオン注入法で基板内に導入される。また、本実施形態の上部拡散層14には、例えば、約2.5E15atoms/cm程度の濃度となるように砒素が注入された構成とすることができる。 The upper diffusion layer 14 is composed of an impurity diffusion region into which an impurity (dopant) is ion-implanted, and is provided on the upper surface 1 c of the pillar portion 1 C of the silicon substrate 1. As an impurity diffused in the upper diffusion layer 14, for example, N-type arsenic (As) is used and is introduced into the substrate by a conventionally known ion implantation method. Further, the upper diffusion layer 14 of the present embodiment can be configured such that arsenic is implanted so as to have a concentration of about 2.5E 15 atoms / cm 2 , for example.

第1層間絶縁膜(層間絶縁膜)7は、上述の埋め込み絶縁膜4を介して基台部1B及びピラー部1Cの側面の少なくとも一部を覆い、また、基台部1Bの側面1aの位置に形成された下部拡散層5を多いながら、ビット線6を覆うように形成されている。
また、第2層間絶縁膜(層間絶縁膜)11は、図2(a)、(b)に示すように、上述のワード線10及びゲート絶縁膜8を介してピラー部1Cの側面1bを覆うとともに、上部拡散層14及び後述のコンタクト導電膜12の側面を覆うように形成されている。
The first interlayer insulating film (interlayer insulating film) 7 covers at least a part of the side surfaces of the base portion 1B and the pillar portion 1C via the buried insulating film 4, and the position of the side surface 1a of the base portion 1B. The bit line 6 is formed so as to cover the lower diffusion layer 5 formed in a large number.
Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, the second interlayer insulating film (interlayer insulating film) 11 covers the side surface 1b of the pillar portion 1C via the word line 10 and the gate insulating film 8 described above. At the same time, it is formed so as to cover the side surfaces of the upper diffusion layer 14 and a contact conductive film 12 described later.

さらに、本実施形態の半導体装置Aでは、図1(b)等に例示するように、第1層間絶縁膜7の上に配され、後述のキャパシタ構造の側面を覆う第3層間絶縁膜15が設けられており、またさらに、キャパシタ構造の上に、第4層間絶縁膜16が設けられている。   Furthermore, in the semiconductor device A of the present embodiment, as illustrated in FIG. 1B and the like, a third interlayer insulating film 15 disposed on the first interlayer insulating film 7 and covering the side surface of the capacitor structure described later is provided. Further, a fourth interlayer insulating film 16 is provided on the capacitor structure.

上述の各層間絶縁膜7、11、15、16に用いられる材料としては、特に限定されず、例えば、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜等、従来公知の材料を何ら制限無く用いることが可能である。   The material used for each of the above-described interlayer insulating films 7, 11, 15, and 16 is not particularly limited. For example, a conventionally known material such as a silicon nitride film or a silicon oxide film can be used without any limitation. .

コンタクト導電膜12は、上部拡散層14の上面の全面に接続されて設けられる層であり、その材質は、特に限定されず、例えば、不純物ドープトシリコン膜を用いることができるが、これには限定されない。例えば、コンタクト導電膜12として、窒化チタン膜、チタン膜、窒化タングステン膜、タングステン膜等の高融点金属膜を単層で用いるか、あるいは、これらの積層膜等を用いてもよい。   The contact conductive film 12 is a layer that is connected to the entire upper surface of the upper diffusion layer 14, and the material thereof is not particularly limited. For example, an impurity-doped silicon film can be used. It is not limited. For example, as the contact conductive film 12, a refractory metal film such as a titanium nitride film, a titanium film, a tungsten nitride film, or a tungsten film may be used as a single layer, or a laminated film of these may be used.

キャパシタ13は、上述のコンタクト導電膜12の上に設けられ、従来公知のキャパシタ構造を何ら制限無く採用することが可能である。図1(b)に例示するように、本実施形態の半導体装置Aに備えられるキャパシタ13は、コンタクト導電膜12と背得属されるキャパシタ下部電極13bと、この上に形成されるキャパシタ絶縁膜13aと、キャパシタ上部電極13cとから構成される。   The capacitor 13 is provided on the above-described contact conductive film 12, and a conventionally known capacitor structure can be employed without any limitation. As illustrated in FIG. 1B, the capacitor 13 provided in the semiconductor device A of this embodiment includes a contact conductive film 12, a capacitor lower electrode 13b belonging to the back, and a capacitor insulating film 13a formed thereon. And the capacitor upper electrode 13c.

キャパシタ絶縁膜13aの材質としては、従来公知のキャパシタ材料を採用すれば良く、例えば、ジルコニウム酸化膜等を用いることが可能である。
キャパシタ下部電極13bは、キャパシタ絶縁膜13aの側面及び底面を覆うように形成される、コンタクト導電膜12との接続電極であり、例えば、窒化チタン膜等、従来公知の導電材料から構成することができる。
キャパシタ上部電極13cは、キャパシタ絶縁膜13aの凹部を埋めながら、このキャパシタ絶縁膜13aの上部を覆うように形成される。キャパシタ上部電極13cの材質としても、上記キャパシタ下部電極13bと同様、例えば、窒化チタン膜等、従来公知の導電材料を用いることが可能である。
As a material of the capacitor insulating film 13a, a conventionally known capacitor material may be employed. For example, a zirconium oxide film or the like can be used.
The capacitor lower electrode 13b is a connection electrode with the contact conductive film 12 formed so as to cover the side surface and the bottom surface of the capacitor insulating film 13a, and may be made of a conventionally known conductive material such as a titanium nitride film. it can.
The capacitor upper electrode 13c is formed so as to cover the upper portion of the capacitor insulating film 13a while filling the concave portion of the capacitor insulating film 13a. As the material of the capacitor upper electrode 13c, similarly to the capacitor lower electrode 13b, for example, a conventionally known conductive material such as a titanium nitride film can be used.

さらに、本実施形態の半導体装置Aは、キャパシタ上部電極13cの上に、絶縁材料からなる第4層間絶縁膜16が積層される。また、半導体装置Aには、各層間絶縁膜16、15、11等を貫くようにしてワード線10(ゲート電極10A)、下部拡散層5等と接続される、図示略の周辺コンタクトが設けられる。   Furthermore, in the semiconductor device A of the present embodiment, the fourth interlayer insulating film 16 made of an insulating material is stacked on the capacitor upper electrode 13c. Further, the semiconductor device A is provided with a peripheral contact (not shown) connected to the word line 10 (gate electrode 10A), the lower diffusion layer 5 and the like so as to penetrate each interlayer insulating film 16, 15, 11 and the like. .

そして、図1(a)〜(c)及び図2(a)、(b)に示す半導体装置Aは、上述した図示略の周辺コンタクトに接続され、下地層17aと主配線層17bとからなる周辺配線17が設けられている。また、詳細な図示を省略するが、本実施形態の半導体装置においては、必要に応じて、さらに、上部層間膜、ビアホール、各種配線並びにパッシベーション膜等を備えた構成を採用することができる。   The semiconductor device A shown in FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A and 2B is connected to the peripheral contact (not shown) and includes a base layer 17a and a main wiring layer 17b. Peripheral wiring 17 is provided. Although not shown in detail, in the semiconductor device of this embodiment, a configuration further including an upper interlayer film, a via hole, various wirings, a passivation film, and the like can be employed as necessary.

本実施形態の半導体装置Aは、上述のように、シリコン基板1上において、上部拡散層14、ワード線10、ビット線6、下部拡散層5が備えられ、さらに、上部拡散層14に接続されるキャパシタ13が備えられ、縦型構造のMOSトランジスタが構成される。即ち、半導体装置Aでは、下部拡散層5が下部ソース/ドレイン領域とされることでMOSトランジスタが構成される。   As described above, the semiconductor device A of this embodiment includes the upper diffusion layer 14, the word line 10, the bit line 6, and the lower diffusion layer 5 on the silicon substrate 1, and is further connected to the upper diffusion layer 14. The capacitor 13 is provided, and a vertical structure MOS transistor is formed. In other words, in the semiconductor device A, the lower diffusion layer 5 is used as the lower source / drain region to form a MOS transistor.

本実施形態の半導体装置Aは、下部拡散層5が、ビット線6をなす導電材料中に含まれる不純物が拡散されたものであり、また、基台部1Bにおいてビット線6と密接して形成されるものなので、ビット線6と併せてビット配線に用いることができる。これにより、ビット線6の抵抗を低減することができ、特に、ビット線6を微細パターンで構成した場合であっても、ビット線6と下部拡散層5とを併せて用いることで、ビット線6における抵抗を顕著に低減することが可能となる。   In the semiconductor device A of the present embodiment, the lower diffusion layer 5 is formed by diffusing impurities contained in the conductive material forming the bit line 6, and is formed in close contact with the bit line 6 in the base portion 1B. Therefore, it can be used together with the bit line 6 for bit wiring. As a result, the resistance of the bit line 6 can be reduced. In particular, even when the bit line 6 is configured with a fine pattern, the bit line 6 and the lower diffusion layer 5 are used in combination. The resistance at 6 can be significantly reduced.

「半導体装置の製造方法」
次に、本実施形態の半導体装置Aの製造方法について、図2〜図29(図1も参照)を用いて以下に説明する。
本実施形態の半導体装置Aの製造方法は、シリコン基板1の少なくとも一部を除去して第1溝1Dを形成することにより、複数のフィン部1Gを形成する工程と、第1溝1Dの壁面に不純物を含む導電材料を成膜することにより、複数のフィン部1Gの下部にビット線(埋め込み配線)を形成する工程と、ビット線6に熱処理を施すことで、このビット線6に含まれる不純物を複数のフィン部1Gの下部に拡散させることにより、下部拡散層5を形成する工程と、フィン部1Gに、ビット線6よりも高い位置を底面とする第2溝1Eを形成することにより、フィン部1Gを複数に分断してピラー部1Cを形成する工程と、第2溝1Eの側面に不純物を含む導電材料を成膜することにより、ワード線(ゲート電極10Aを含むゲート配線)10を形成する工程と、ピラー部1Cの上面1cに不純物を注入して上部拡散層14を形成する工程と、を備える方法である。
"Manufacturing method of semiconductor device"
Next, a method for manufacturing the semiconductor device A of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 2 to 29 (also refer to FIG. 1).
In the manufacturing method of the semiconductor device A according to the present embodiment, the step of forming the plurality of fin portions 1G by removing at least a part of the silicon substrate 1 to form the first groove 1D, and the wall surface of the first groove 1D A conductive material containing impurities is deposited on the plurality of fin portions 1G to form bit lines (embedded wirings), and the bit lines 6 are subjected to heat treatment to be included in the bit lines 6. By diffusing impurities under the plurality of fin portions 1G, a step of forming the lower diffusion layer 5 and a second groove 1E having a bottom surface at a position higher than the bit line 6 are formed in the fin portion 1G. The word line (gate wiring including the gate electrode 10A) 10 is formed by dividing the fin part 1G into a plurality of parts to form the pillar part 1C and by depositing a conductive material containing impurities on the side surface of the second groove 1E. Forming, and forming an upper diffusion layer 14 by implanting impurities into the upper surface 1c of the pillar portion 1C, a method comprising a.

また、本実施形態の製造方法は、より具体的には、以下に示す各工程(1)〜(7)を順次備えた方法とすることができる。
(1)シリコン基板1上にマスク絶縁膜2及び第1レジストマスクを順次形成した後、この第1レジストマスクを用いてシリコン基板1及びマスク絶縁膜2をエッチングすることにより、ビット線(埋め込み配線)予定ラインの延在方向で第1溝1Dを形成することで複数のフィン部1Gを形成し、その後、第1レジストマスクを除去するフィン部形成工程。
(2)第1溝1Dを絶縁材料で埋め込んだ後、この絶縁材料の上部をエッチング除去することで第1溝1Dの底部に第1絶縁膜31を形成し、次いで、この第1絶縁膜31の上面、第1溝1Dの側面及びマスク絶縁膜2を覆うように絶縁材料からなる薄膜を形成した後、第1絶縁膜31の上面及びマスク絶縁膜2上の薄膜をエッチバックすることで、第1溝1Dの側面の上部においてサイドウォール状に設けられる第2絶縁膜32を形成し、次いで、第1溝1Dの下部に充填された第1絶縁膜31をエッチング除去する絶縁膜形成工程。
(3)第1溝1Dに不純物を含む導電材料を充填した後、この導電材料の一部をエッチング除去し、第1溝1Dの底面を露出させながら、第1溝1Dの側面における第2絶縁膜32よりも低い位置に導電材料を残存させることにより、複数のフィン部1Gの下部にビット線(埋め込み配線)6を形成する埋め込み配線形成工程。
(4)ビット線6に熱処理を施すことで、ビット線6に含まれる不純物を複数のフィン部1Gの下部に拡散させることにより、シリコン基板1のビット線6に接する領域に下部拡散層5を形成する下部拡散工程。
(5)フィン部1Gを、ビット線6と交差するゲート配線(ワード線10)予定ラインの延在方向でエッチングし、ビット線6よりも高い位置を底面とする第2溝1Eを形成することにより、フィン部1Gを複数に分断して複数のピラー部1Cを形成するピラー部形成工程。
(6)第2溝1Eの側面及び底面に不純物を含む導電材料からなる薄膜を成膜した後、第2溝1Eの底面上に形成された薄膜をエッチング除去し、さらに、第2溝1Eの側面に形成された薄膜の上部をエッチング除去することにより、第2溝1Eの側面にゲート電極10Aを含むゲート配線であるワード線10を形成するワード線(ゲート配線)形成工程。
(7)マスク絶縁膜2をエッチング除去してピラー部1Cの上面1cを露出させ、この上面1cに不純物を注入することによって上部拡散層14を形成する上部拡散工程。
以下、各工程について詳細に説明する。
In addition, the manufacturing method of the present embodiment can be more specifically a method in which the following steps (1) to (7) are sequentially provided.
(1) A mask insulating film 2 and a first resist mask are sequentially formed on the silicon substrate 1, and then the silicon substrate 1 and the mask insulating film 2 are etched using the first resist mask, whereby a bit line (embedded wiring) is formed. ) A fin portion forming step of forming the plurality of fin portions 1G by forming the first groove 1D in the extending direction of the planned line and then removing the first resist mask.
(2) After embedding the first trench 1D with an insulating material, the first insulating film 31 is formed on the bottom of the first trench 1D by etching away the upper portion of the insulating material, and then the first insulating film 31 After forming a thin film made of an insulating material so as to cover the upper surface, the side surface of the first groove 1D and the mask insulating film 2, the upper surface of the first insulating film 31 and the thin film on the mask insulating film 2 are etched back, An insulating film forming step of forming a second insulating film 32 provided in a sidewall shape on an upper portion of the side surface of the first groove 1D, and then etching away the first insulating film 31 filled in the lower portion of the first groove 1D;
(3) After the first groove 1D is filled with a conductive material containing impurities, a part of this conductive material is removed by etching to expose the bottom surface of the first groove 1D, and the second insulation on the side surface of the first groove 1D. A buried wiring forming step of forming bit lines (buried wiring) 6 below the plurality of fin portions 1G by leaving the conductive material at a position lower than the film 32.
(4) By performing heat treatment on the bit line 6, the impurities contained in the bit line 6 are diffused below the plurality of fin portions 1 G, thereby forming the lower diffusion layer 5 in a region in contact with the bit line 6 of the silicon substrate 1. Lower diffusion process to be formed.
(5) Etching the fin portion 1G in the extending direction of the planned line of the gate wiring (word line 10) intersecting the bit line 6 to form the second groove 1E having a bottom surface at a position higher than the bit line 6. The pillar part formation process which divides | segments the fin part 1G into plurality and forms the several pillar part 1C by these.
(6) After forming a thin film made of a conductive material containing impurities on the side surface and bottom surface of the second groove 1E, the thin film formed on the bottom surface of the second groove 1E is removed by etching. A word line (gate wiring) forming step of forming the word line 10 which is a gate wiring including the gate electrode 10A on the side surface of the second groove 1E by etching away the upper part of the thin film formed on the side surface.
(7) An upper diffusion step of forming the upper diffusion layer 14 by etching away the mask insulating film 2 to expose the upper surface 1c of the pillar portion 1C and implanting impurities into the upper surface 1c.
Hereinafter, each step will be described in detail.

<(1)フィン部形成工程>
フィン部形成工程では、上述した通り、シリコン基板1上にマスク絶縁膜2を形成する。その後、さらに、マスク絶縁膜2上に第1レジストマスクを形成した後、この第1レジストマスクを用いてシリコン基板1及びマスク絶縁膜2をエッチングすることにより、ビット線(埋め込み配線)予定ラインの延在方向で第1溝1Dを形成することで複数のフィン部1Gを形成する
<(1) Fin part formation process>
In the fin portion forming step, the mask insulating film 2 is formed on the silicon substrate 1 as described above. Thereafter, a first resist mask is further formed on the mask insulating film 2, and then the silicon substrate 1 and the mask insulating film 2 are etched using the first resist mask, whereby the bit line (buried wiring) planned line is formed. A plurality of fin portions 1G are formed by forming the first groove 1D in the extending direction.

具体的には、図3(a)、(b)に示すように、まず、P型のシリコン単結晶からなるシリコン基板1を準備し、このシリコン基板1上にマスク絶縁膜2を形成する。この際、マスク絶縁膜2と材料として、例えば、シリコン窒化膜を用い、200nm程度の膜厚で、従来公知の成膜方法で形成する。   Specifically, as shown in FIGS. 3A and 3B, first, a silicon substrate 1 made of P-type silicon single crystal is prepared, and a mask insulating film 2 is formed on the silicon substrate 1. At this time, for example, a silicon nitride film is used as the mask insulating film 2 and the material, and the film thickness is approximately 200 nm and is formed by a conventionally known film forming method.

次いで、図示を省略するが、マスク絶縁膜2上に第1レジストマスクを形成する。この際、第1レジストマスクとしては、通常、この分野で用いられるレジスト材料を用い、従来公知の成膜方法で成膜することができる。   Next, although not shown, a first resist mask is formed on the mask insulating film 2. At this time, as the first resist mask, a resist material used in this field is usually used, and a film can be formed by a conventionally known film forming method.

次いで、図4(a)、(b)に示すように、図示略の第1レジストマスクをマスクとして、マスク絶縁膜2及びシリコン基板1を順次エッチングすることで、第1溝1Dを形成する。この第1溝1Dは、ビット線方向のX方向(図29を参照)に延在するパターンを有し、Y方向に複数並設される。また、互いに隣接する第1溝1D間には、シリコン基板1からなる複数のフィン部1Gが形成され、このフィン部1Gの上面にはマスク絶縁膜2が積層される。フィン部1Gは、第1溝1Dと同様、ビット線方向のX方向に延在するパターンを有し、Y方向に複数並設して配置される。   Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, the mask insulating film 2 and the silicon substrate 1 are sequentially etched using a first resist mask (not shown) as a mask, thereby forming a first groove 1D. The first grooves 1D have a pattern extending in the X direction (see FIG. 29) in the bit line direction, and a plurality of the first grooves 1D are arranged in the Y direction. A plurality of fin portions 1G made of the silicon substrate 1 are formed between the first grooves 1D adjacent to each other, and a mask insulating film 2 is laminated on the upper surface of the fin portions 1G. Similar to the first groove 1D, the fin portion 1G has a pattern extending in the X direction in the bit line direction, and a plurality of fin portions 1G are arranged in parallel in the Y direction.

ここで、第1溝1Dの溝幅をw2とした場合、第1溝1Dのパターンは、例えば、プロセスの最小加工寸法Fを用いて、Y方向に溝幅w2=F、間隔F、ピッチ2Fで形成することができ、この際のプロセスの最小加工寸法Fは、50nm程度とすることが好ましい。また、第1溝1Dの深さは、例えば、マスク絶縁膜2と併せた深さで500nm程度とすることが好ましい。   Here, when the groove width of the first groove 1D is w2, the pattern of the first groove 1D is, for example, using the minimum processing dimension F of the process, the groove width w2 = F, the interval F, and the pitch 2F in the Y direction. In this case, the minimum processing dimension F of the process is preferably about 50 nm. The depth of the first groove 1D is preferably about 500 nm, for example, combined with the mask insulating film 2.

そして、フィン部形成工程においては、図示略の第1レジストマスクをエッチング法で除去する。   In the fin portion forming step, the first resist mask (not shown) is removed by an etching method.

<(2)絶縁膜形成工程>
次に、絶縁膜形成工程では、第1溝1Dを絶縁材料で埋め込んだ後、この上部をエッチング除去することで第1溝1Dの底部に第1絶縁膜31を形成し、次いで、第1絶縁膜31の上面、第1溝1Dの側面及びマスク絶縁膜2を覆うように絶縁材料の薄膜を形成した後、第1絶縁膜31の上面及びマスク絶縁膜2上の薄膜をエッチバックして、第1溝1Dの側面の上部にサイドウォール状に設けられる第2絶縁膜32を形成し、その後、第1溝1Dの下部に充填された第1絶縁膜31をエッチング除去する。
<(2) Insulating film forming step>
Next, in the insulating film forming step, the first groove 1D is filled with an insulating material, and then the upper portion is etched away to form the first insulating film 31 at the bottom of the first groove 1D. After forming a thin film of an insulating material so as to cover the upper surface of the film 31, the side surface of the first groove 1D, and the mask insulating film 2, the upper surface of the first insulating film 31 and the thin film on the mask insulating film 2 are etched back, A second insulating film 32 provided in a sidewall shape is formed on the upper part of the side surface of the first groove 1D, and then the first insulating film 31 filled in the lower part of the first groove 1D is removed by etching.

具体的には、まず、第1溝1Dの内部からマスク絶縁膜2にかけて、絶縁材料を埋め込む。次いで、埋め込んだ絶縁材料をエッチングすることで、マスク絶縁膜2の上面を露出させる。そして、さらに引き続いてエッチングを進行させることで、第1溝1D内の底部に絶縁材料が残るようにエッチング量を調整することで、図5(a)、(b)に示すような第1絶縁膜31を形成する。図5(b)に示す例では、説明の都合上、第1絶縁膜31の、第1溝1Dの底面からの高さをd3と表している。   Specifically, first, an insulating material is embedded from the inside of the first trench 1 </ b> D to the mask insulating film 2. Next, the upper surface of the mask insulating film 2 is exposed by etching the buried insulating material. Then, by continuing the etching further, the etching amount is adjusted so that the insulating material remains at the bottom in the first groove 1D, whereby the first insulation as shown in FIGS. 5A and 5B is obtained. A film 31 is formed. In the example shown in FIG. 5B, for convenience of explanation, the height of the first insulating film 31 from the bottom surface of the first groove 1D is represented as d3.

第1絶縁膜31の材料としては、特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜を用い、CVD法や、SOD膜を塗布・アニールして成膜する方法等、従来公知の方法を用いて形成することができる。また、エッチング方法としても、ドライエッチング法や湿式エッチング等、従来公知の方法を採用することができる。   The material for the first insulating film 31 is not particularly limited. For example, the first insulating film 31 is formed using a silicon oxide film by a conventionally known method such as a CVD method or a method of forming an SOD film by applying and annealing. be able to. As the etching method, a conventionally known method such as a dry etching method or a wet etching method can be employed.

エッチング後の第1絶縁膜31の高さd3は、後述するビット線形成工程で形成するビット線(埋め込み配線)6の高さとなる。また、第1絶縁膜31の高さd3は、エッチング量で制御することができ、例えば、d3=100nm程度とすることができる。   The height d3 of the first insulating film 31 after the etching is the height of the bit line (buried wiring) 6 formed in the bit line forming process described later. Further, the height d3 of the first insulating film 31 can be controlled by the etching amount, and for example, d3 = about 100 nm.

上述のような第1絶縁膜31のエッチングによる形成は、シリコン基板1及びマスク絶縁膜2に対して絶縁材料(第1絶縁膜31)のエッチング速度が大きくなるような特性のエッチング方法を用いて行う。そのようなエッチングを行うためには、例えば、上述したように、第1絶縁膜31をシリコン酸化膜で形成し、半導体基板(シリコン基板1)をシリコン基板、マスク絶縁膜2をシリコン窒化膜で形成することが望ましい。このような、第1絶縁膜31に対して、シリコン基板1及びマスク絶縁膜2が、エッチング選択比を確保できるエッチング方法を採用することにより、絶縁材料(第1絶縁膜31)のエッチング中に、第1溝1Dの側面までもがエッチングされることで表面が粗くなったり、第1溝1Dの幅が拡大したりすることが抑制され、第1絶縁膜31を精度良く埋め込み形成することが可能となる。   The formation of the first insulating film 31 by etching as described above is performed using an etching method having such a characteristic that the etching rate of the insulating material (first insulating film 31) is higher than that of the silicon substrate 1 and the mask insulating film 2. Do. In order to perform such etching, for example, as described above, the first insulating film 31 is formed of a silicon oxide film, the semiconductor substrate (silicon substrate 1) is a silicon substrate, and the mask insulating film 2 is a silicon nitride film. It is desirable to form. By adopting an etching method in which the silicon substrate 1 and the mask insulating film 2 can secure an etching selectivity with respect to the first insulating film 31, the insulating material (first insulating film 31) can be etched. Further, even the side surfaces of the first groove 1D are etched, so that the surface becomes rough and the width of the first groove 1D is prevented from being increased, and the first insulating film 31 can be embedded and formed with high accuracy. It becomes possible.

次に、本実施形態の絶縁膜形成工程では、図6(a)、(b)に示すように、第1絶縁膜31の上面、第1溝1Dの側面及びマスク絶縁膜2を覆うように絶縁材料からなる薄膜を形成する。このような薄膜の材料としては、後述するエッチング処理の際に選択比が確保可能な材料を用いることが望ましく、例えば、シリコン窒化膜等を用い、段差被覆性に優れるCVD法等の方法で成膜することができる。また、この際の絶縁材料からなる薄膜の厚さは、第1溝1Dを埋め込まない程度の膜厚とし、例えば、第1溝1Dの側面における厚さは、10nm程度とすることが好ましい。ここで、図6(b)に示す例では、説明の都合上、第1溝1Dの側面における第2絶縁膜32の厚さをt4と表している。   Next, in the insulating film forming step of this embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6B, the upper surface of the first insulating film 31, the side surface of the first groove 1D, and the mask insulating film 2 are covered. A thin film made of an insulating material is formed. As a material for such a thin film, it is desirable to use a material that can ensure a selection ratio in an etching process described later. For example, a silicon nitride film or the like is used, and a method such as a CVD method that has excellent step coverage is used. Can be membrane. In this case, the thickness of the thin film made of the insulating material is set to a thickness that does not embed the first groove 1D. For example, the thickness on the side surface of the first groove 1D is preferably set to about 10 nm. Here, in the example shown in FIG. 6B, for convenience of explanation, the thickness of the second insulating film 32 on the side surface of the first groove 1D is represented by t4.

次に、図7(a)、(b)に示すように、上記手順で第1絶縁膜31の上面及びマスク絶縁膜2上に形成した絶縁材料からなる薄膜をエッチバックすることで、マスク絶縁膜2及び第1絶縁膜31の上面を露出させる。これにより、第1溝1Dの側面の上部においてサイドウォール状に設けられる第2絶縁膜32を形成することができる。この際、第2絶縁膜32の横幅は、上述した厚さt4とおおよそ同寸に形成される。   Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, mask insulation is performed by etching back a thin film made of an insulating material formed on the upper surface of the first insulating film 31 and the mask insulating film 2 in the above procedure. The upper surfaces of the film 2 and the first insulating film 31 are exposed. Thereby, the second insulating film 32 provided in a sidewall shape can be formed in the upper part of the side surface of the first groove 1D. At this time, the lateral width of the second insulating film 32 is formed to be approximately the same as the thickness t4 described above.

次に、図8(a)、(b)に示すように、第1溝1Dの下部に充填された第1絶縁膜31を、選択的にエッチング除去する。この際のエッチング方法としては、例えば、薬液にフッ酸を用いた湿式エッチングを用いることができる。
このエッチング処理を経て、第1溝1D内に、上部においては幅が広く、下部においては狭い幅とされた空間部33が形成される。図8(b)に示す例では、上述のような空間部33のうち、上側部分の第2絶縁膜32に挟まれた空間部を空間部33a、該空間部33aの下に形成される幅の広い空間部を空間部33bと表し、特に、空間部33bの内、第2絶縁膜32の直下に位置する部分を空間部33cと表している。ここで、図8(b)に示す空間部33bの横幅をw2として表すと、空間部33aの横幅は、おおよそ次式{w2−2×t4}で表される。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, the first insulating film 31 filled in the lower portion of the first groove 1D is selectively removed by etching. As an etching method at this time, for example, wet etching using hydrofluoric acid as a chemical solution can be used.
Through this etching process, a space 33 is formed in the first groove 1D. The space 33 is wide at the top and narrow at the bottom. In the example shown in FIG. 8B, the space portion sandwiched between the second insulating films 32 in the upper portion of the space portion 33 as described above is defined as the space portion 33 a and the width formed below the space portion 33 a. The wide space portion is represented as a space portion 33b, and in particular, a portion of the space portion 33b that is located immediately below the second insulating film 32 is represented as a space portion 33c. Here, when the horizontal width of the space portion 33b shown in FIG. 8B is expressed as w2, the horizontal width of the space portion 33a is approximately expressed by the following expression {w2-2 × t4}.

<(3)ビット線(埋め込み配線)形成工程>
次に、ビット線(埋め込み配線)形成工程では、第1溝1Dに不純物を含む導電材料を充填した後、この導電材料の一部をエッチング除去し、第1溝1Dの底面を露出させながら、第1溝1Dの側面における第2絶縁膜32よりも低い位置に導電材料を残存させることで、複数のフィン部1Gの下部にビット線(埋め込み配線)6を形成する。
<(3) Bit line (embedded wiring) formation process>
Next, in the bit line (embedded wiring) forming step, after the first groove 1D is filled with a conductive material containing impurities, a part of this conductive material is removed by etching to expose the bottom surface of the first groove 1D. By leaving the conductive material at a position lower than the second insulating film 32 on the side surface of the first trench 1D, bit lines (buried wiring) 6 are formed below the plurality of fin portions 1G.

具体的には、図9(a)、(b)に示すように、まず、空間部33(図8(b)参照)内の表面を覆うように導電材料を形成するとともに、マスク絶縁膜2上を覆って導電材料を成膜する。ここで用いる導電材料としては、シリコン基板1の導電型と反対の導電型の不純物を含む導電材料を用いることができ、例えば、リンドープトシリコン膜等を用いることができる。また、導電材料の成膜方法としては、段差被覆性に優れる方法を用いることができ、例えば、CVD法等を用いることができる。また、導電材料の膜厚としては、図8(b)に示した空間部33aを閉塞するような厚さで形成することができ、例えば、50nm程度で形成することができる。そして、この際、第1溝1D内の空間部33bにおいては、導電材料からなる薄膜に囲まれた空洞6aが形成される。   Specifically, as shown in FIGS. 9A and 9B, first, a conductive material is formed so as to cover the surface in the space 33 (see FIG. 8B), and the mask insulating film 2 is formed. A conductive material is deposited over the top. As the conductive material used here, a conductive material containing an impurity having a conductivity type opposite to that of the silicon substrate 1 can be used. For example, a phosphorus-doped silicon film or the like can be used. In addition, as a method for forming a conductive material, a method having excellent step coverage can be used, for example, a CVD method or the like can be used. The conductive material can be formed to a thickness that closes the space 33a shown in FIG. 8B, for example, about 50 nm. At this time, in the space portion 33b in the first groove 1D, a cavity 6a surrounded by a thin film made of a conductive material is formed.

第2絶縁膜32の下側には、第1溝1Dの側面に沿ってビット線を形成するための導電材料からなる薄膜が形成される。第1溝1Dの側面における導電材料の膜厚が第2絶縁膜32の厚さであるt4以下の場合、後に形成されるビット線6(図10(b)参照)の横幅は、第1溝1Dの側面におけるビット線6の膜厚とおおよそ等しく形成される。また、第1溝1Dの側面における導電材料の膜厚が第2絶縁膜32の厚さであるt4よりも大きい場合、後に形成されるビット線6の横幅は、おおよそ上記t4に規定される。   A thin film made of a conductive material for forming a bit line is formed below the second insulating film 32 along the side surface of the first groove 1D. When the thickness of the conductive material on the side surface of the first groove 1D is equal to or less than t4 which is the thickness of the second insulating film 32, the lateral width of the bit line 6 (see FIG. 10B) to be formed later is It is formed approximately equal to the film thickness of the bit line 6 on the 1D side surface. When the thickness of the conductive material on the side surface of the first groove 1D is larger than t4 which is the thickness of the second insulating film 32, the lateral width of the bit line 6 to be formed later is roughly defined as t4.

次に、ビット線形成工程においては、図10(a)、(b)に示すように、導電材料の薄膜に対して異方性のエッチングを行うことでマスク絶縁膜2上を露出させ、さらに、空間部33(図8(b)参照)内の導電材料をエッチングすることにより、第1溝1Dの底面のシリコン基板1を露出させる。この際、第2絶縁膜32の下の空間部33c(図8(b))に、導電材料の薄膜を残存させる。このような手順により、第2絶縁膜32の下側に、ビット線6を形成することができる。   Next, in the bit line formation step, as shown in FIGS. 10A and 10B, the mask insulating film 2 is exposed by performing anisotropic etching on the thin film of the conductive material, Etching the conductive material in the space 33 (see FIG. 8B) exposes the silicon substrate 1 on the bottom surface of the first groove 1D. At this time, a thin film of a conductive material is left in the space 33c (FIG. 8B) under the second insulating film 32. By such a procedure, the bit line 6 can be formed under the second insulating film 32.

ここで、空間部33cに埋め込まれたビット線6は、図29に示す斜視図中におけるX方向に延在する配線を形成する。また、フィン部1Gにおける2つの側面の各々の下部に、ビット線6が形成される。   Here, the bit line 6 embedded in the space portion 33c forms a wiring extending in the X direction in the perspective view shown in FIG. A bit line 6 is formed below each of the two side surfaces of the fin portion 1G.

また、形成されるビット線6の高さは、上述した絶縁膜形成工程(図5(a)、(b))における第1絶縁膜31の高さd3と同等となる。即ち、図5(a)、(b)に示した絶縁膜形成工程において、第1絶縁膜31の高さd3をエッチング制御することにより、ビット線6の高さを制御することができる。これにより、本発明におけるビット線形成工程では、導電材料をエッチングしてビット線6を形成する際、導電材料の上に形成された第2絶縁膜32をマスクとするので、エッチング量に依存してビット線6の高さが変わるようなことがない。また、ビット線6は、上端6aがマスクで覆われてエッチング形成されるものなので、例えば、ビット線6の頭部がエッチングで叩かれることで丸みを帯びた形状になる等のような、形状の変形等も発生しない。   The height of the bit line 6 to be formed is equivalent to the height d3 of the first insulating film 31 in the above-described insulating film forming step (FIGS. 5A and 5B). That is, in the insulating film formation step shown in FIGS. 5A and 5B, the height d3 of the first insulating film 31 is controlled by etching, whereby the height of the bit line 6 can be controlled. As a result, in the bit line forming step in the present invention, when the bit line 6 is formed by etching the conductive material, the second insulating film 32 formed on the conductive material is used as a mask, so that it depends on the etching amount. Thus, the height of the bit line 6 does not change. Further, since the bit line 6 is formed by etching with the upper end 6a covered with a mask, the bit line 6 has a shape such as a rounded shape when the head of the bit line 6 is hit by etching. There is no deformation.

上述のようなエッチング処理を経て、第1溝1D内には、第2絶縁膜32とビット線6に挟まれた、基板垂直方向に伸びる空間部34が形成される。   Through the etching process as described above, a space 34 extending in the direction perpendicular to the substrate is formed in the first trench 1D, sandwiched between the second insulating film 32 and the bit line 6.

<掘り込み工程>
本発明の半導体装置の製造方法においては、上記した(1)〜(7)の各工程に加え、後述の下部拡散工程(4)の前又は後に、第1溝1Dの底面をエッチングすることで、第1溝1Dに連通した掘り込み部1Fを形成する掘り込み工程が備えられていても良い。本実施形態においては、掘り込み工程が、ビット線形成工程と下部拡散工程との間に設けられた場合について説明する。
<Digging process>
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in addition to the above steps (1) to (7), the bottom surface of the first groove 1D is etched before or after the lower diffusion step (4) described later. A digging step for forming a digging portion 1F communicating with the first groove 1D may be provided. In the present embodiment, a case where the digging process is provided between the bit line forming process and the lower diffusion process will be described.

本実施形態の掘り込み工程においては、図11(a)、(b)に示すように、ビット線形成工程において露出させた第1溝1Dの底面をエッチングしてシリコン基板1をさらに掘り込み、掘り込み部1Fを形成する。これにより、上述の空間部34は、図11(b)に示すように、掘り込み部1Fが形成された分だけ広くなる。   In the digging process of the present embodiment, as shown in FIGS. 11A and 11B, the bottom surface of the first groove 1D exposed in the bit line forming process is etched to further dig the silicon substrate 1, The digging portion 1F is formed. Thereby, as shown in FIG.11 (b), the above-mentioned space part 34 becomes wide only by the part which the digging part 1F was formed.

掘り込み工程におけるシリコン基板1のエッチングは、ビット線形工程と同様に、ビット線6の上に形成された第2絶縁膜32をマスクとして行われるので、シリコン基板1のエッチング中に、ビット線6の高さの変動や形状劣化等が生じるのを抑制しながら、掘り込み部1Fを形成することができる。   Since the etching of the silicon substrate 1 in the digging process is performed using the second insulating film 32 formed on the bit line 6 as a mask, similarly to the bit linear process, the bit line 6 is etched during the etching of the silicon substrate 1. The digging portion 1 </ b> F can be formed while suppressing the occurrence of fluctuations in height, shape deterioration, and the like.

なお、本発明の製造方法においては、予め、ビット線6に含まれる不純物を、後述の下部拡散工程において第1溝1Dの側面から底面を覆うように拡散させて下部拡散層5を形成した後、掘り込み工程において掘り込み部11Fを形成することにより、下部拡散層5を第1溝1Dの各側面に沿って分断する方法を採用することも可能である。   In the manufacturing method of the present invention, after the impurity contained in the bit line 6 is previously diffused so as to cover the bottom surface from the side surface of the first groove 1D in the lower diffusion process described later, the lower diffusion layer 5 is formed. It is also possible to adopt a method of dividing the lower diffusion layer 5 along each side surface of the first groove 1D by forming the digging portion 11F in the digging step.

<(4)下部拡散工程>
次に、下部拡散工程では、ビット線6に熱処理を施すことで、ビット線6に含まれる不純物を複数のフィン部1Gの下部に拡散させることにより、シリコン基板1のビット線6に接する領域に下部拡散層5を形成する。
<(4) Lower diffusion process>
Next, in the lower diffusion step, the bit line 6 is subjected to heat treatment to diffuse impurities contained in the bit line 6 below the plurality of fin portions 1G, so that the region in contact with the bit line 6 of the silicon substrate 1 is formed. A lower diffusion layer 5 is formed.

具体的には、図12(a)、(b)に示すように、ビット線6を加熱して熱処理を行うことにより、ビット線6に含まれる不純物、本実施形態で説明する例ではリンを、シリコン基板1のビット線6が接する箇所、即ち、フィン部1Gの下部に拡散させることで、下部拡散層5を形成する。この際、図12(b)に示すように、下部拡散層5は、フィン部1Gの2つの側面の各々の下部に形成される。このように、第1溝Dの両側面にそれぞれ形成される下部拡散層5同士は、掘り込み部1Fによって電気的に分離される。ここで、掘り込み部1Fの深さは、上述した掘り込み工程において、予め、第1溝1Dの両側面に形成される下部拡散層5同士を電気的に分離できるような深さに設定する。   Specifically, as shown in FIGS. 12A and 12B, by heating the bit line 6 and performing a heat treatment, impurities contained in the bit line 6, that is, phosphorus in the example described in this embodiment, are removed. The lower diffusion layer 5 is formed by diffusing the silicon substrate 1 at the portion where the bit line 6 contacts, that is, the lower portion of the fin portion 1G. At this time, as shown in FIG. 12B, the lower diffusion layer 5 is formed in the lower part of each of the two side surfaces of the fin portion 1G. Thus, the lower diffusion layers 5 formed on both side surfaces of the first groove D are electrically separated by the digging portion 1F. Here, the depth of the digging portion 1F is set in advance such that the lower diffusion layers 5 formed on both side surfaces of the first groove 1D can be electrically separated in the digging step described above. .

隣接する下部拡散層5とビット線6とは、これらを併せることで一つのビット配線を構成することができ、また、フィン部1Gの両側面において、それぞれビット配線が形成される。このような、フィン部1Gの両側面に形成される二つのビット配線は、メモリセルアレイ端で短絡させ、一つのビット配線として用いることができる。   The adjacent lower diffusion layer 5 and bit line 6 can be combined to form one bit wiring, and bit wiring is formed on both side surfaces of the fin portion 1G. Such two bit wirings formed on both side surfaces of the fin portion 1G can be short-circuited at the end of the memory cell array and used as one bit wiring.

なお、フィン部1Gの両側面に形成される二つの下部拡散層5同士は、フィン部1Gの中央付近で接合し合うように形成することもでき、さらに、複数のフィン部1Gの下方に形成された各々の下部拡散層5が接続するように形成することも可能である。このような構成を採用する場合、後の工程を経て形成されるトランジスタの構造は、シリコン基板1の下部拡散層5よりも上側の位置が、下部拡散層5の下側の位置と下部拡散層5によって電気的に分離された、所謂FBC(フローティングボディセル)構造となる。   The two lower diffusion layers 5 formed on both side surfaces of the fin portion 1G can be formed so as to be joined near the center of the fin portion 1G, and further formed below the plurality of fin portions 1G. It is also possible to form each of the formed lower diffusion layers 5 so as to be connected. When such a configuration is adopted, the structure of the transistor formed through the subsequent process is such that the position above the lower diffusion layer 5 of the silicon substrate 1 is located below the lower diffusion layer 5 and the lower diffusion layer. 5 is a so-called FBC (floating body cell) structure that is electrically separated by 5.

なお、上述した掘り込み工程を下部拡散工程の後に設ける場合には、まず、下部拡散工程において、ビット線6に含まれるリン等の不純物を、第1溝1Dの側面から底面を覆うように拡散させて下部拡散層を形成する。そして、掘り込み工程において、第1溝1Dに連通した掘り込み部1Fを形成することにより、下部拡散層を第1溝1Dの各側面に沿って分断することで、フィン部1Gの両側面に下部拡散層5を形成する方法を採用することも可能である。   When the above-described digging step is provided after the lower diffusion step, first, in the lower diffusion step, impurities such as phosphorus contained in the bit line 6 are diffused so as to cover the bottom surface from the side surface of the first groove 1D. To form a lower diffusion layer. Then, in the digging step, by forming the digging portion 1F communicating with the first groove 1D, the lower diffusion layer is divided along each side surface of the first groove 1D, so that both sides of the fin portion 1G are formed. It is also possible to employ a method of forming the lower diffusion layer 5.

<(5)ピラー部形成工程>
次に、ピラー部形成工程では、フィン部1Gを、ビット線6と交差するゲート配線(ワード線10)予定ラインの延在方向でエッチングし、ビット線6よりも高い位置を底面とする第2溝1Eを形成することで、フィン部1Gを複数に分断して複数のピラー部1Cを形成する。
<(5) Pillar part formation process>
Next, in the pillar portion forming step, the fin portion 1G is etched in the extending direction of the planned line of the gate wiring (word line 10) intersecting with the bit line 6, and the second position having a position higher than the bit line 6 as the bottom surface is second. By forming the groove 1E, the fin portion 1G is divided into a plurality of pillar portions 1C.

具体的には、図13(a)、(b)に示すように、まず、予め、第1溝1D及び掘り込み部1Fの内部に、マスク絶縁膜2の上面にかけて空間部34(図12(b)等参照)を埋め込むように絶縁材料を充填する。この際の絶縁材料としては、例えば、シリコン酸化膜等を用いることができる。そして、CMP法等の方法を用いて、マスク絶縁膜2上に堆積した絶縁材料を除去することにより、空間部34内に第1層間絶縁膜7を形成する。   Specifically, as shown in FIGS. 13A and 13B, first, the space portion 34 (FIG. 12 (FIG. 12 (A)) is formed in advance inside the first groove 1D and the digging portion 1F over the upper surface of the mask insulating film 2. b) etc.) is filled with an insulating material so as to be embedded. As the insulating material at this time, for example, a silicon oxide film or the like can be used. Then, the first interlayer insulating film 7 is formed in the space 34 by removing the insulating material deposited on the mask insulating film 2 using a method such as CMP.

次いで、図14(a)〜(c)及び図15(a)、(b)に示すように、フィン部1Gの形成方向と交差するライン状パターンのレジストマスク35を形成する。本実施形態においては、レジストマスク35のライン状パターンは、図29の斜視図中に示すY方向(ワード線延在方向)に延在し、X方向(ビット線延在方向)に複数並列して配置される。本実施形態では、レジストマスク35の大きさを、X方向に幅F、間隔F、ピッチ2Fとする。   Next, as shown in FIGS. 14A to 14C and FIGS. 15A and 15B, a resist mask 35 having a linear pattern intersecting with the formation direction of the fin portion 1G is formed. In this embodiment, the line pattern of the resist mask 35 extends in the Y direction (word line extending direction) shown in the perspective view of FIG. 29, and a plurality of line patterns are arranged in parallel in the X direction (bit line extending direction). Arranged. In the present embodiment, the size of the resist mask 35 is a width F, an interval F, and a pitch 2F in the X direction.

次に、レジストマスク35を用いて、露出したマスク絶縁膜2、第1層間絶縁膜7、第2絶縁膜32に対してエッチングを行う。マスク絶縁膜2がエッチング除去されるとシリコン基板1が露出され、このシリコン基板1の露出した箇所に対しては、さらにエッチングを進行させ、下部拡散層5の上部が露出するように掘り下げる。この際、第1層間絶縁膜7、第2絶縁膜32の高さとしては、掘り下げられたシリコン基板1の高さと概ね同程度の高さになるように形成する。これにより、Y方向(ワード線延在方向)に貫通して延在する第2溝1Eが形成される。即ち、X方向(ビット線延在方向)に隣接し合う第2溝1E間において、Y方向に延在するフィン状の構造体が形成される。
上記工程により、図16(a)〜(c)及び図17(a)、(b)に示すような、複数で柱状とされたピラー部1Cを形成することができる。このピラー部1Cは、本発明の半導体装置Aにおいて、縦型構造のMOSトランジスタが構成される要部となる。
Next, the exposed mask insulating film 2, the first interlayer insulating film 7, and the second insulating film 32 are etched using the resist mask 35. When the mask insulating film 2 is removed by etching, the silicon substrate 1 is exposed, and the exposed portion of the silicon substrate 1 is further etched so that the upper portion of the lower diffusion layer 5 is exposed. At this time, the first interlayer insulating film 7 and the second insulating film 32 are formed to have a height substantially equal to the height of the silicon substrate 1 dug down. As a result, a second groove 1E extending through the Y direction (word line extending direction) is formed. That is, a fin-like structure extending in the Y direction is formed between the second grooves 1E adjacent in the X direction (bit line extending direction).
Through the above steps, a plurality of pillar portions 1C having a columnar shape as shown in FIGS. 16A to 16C and FIGS. 17A and 17B can be formed. The pillar portion 1C is a main portion in which a vertical MOS transistor is formed in the semiconductor device A of the present invention.

さらに、本発明に備えられるピラー部形成工程では、上記手順及び条件でエッチングを行うことにより、シリコン基板1において、基体部1A上に設けられるとともに、その上には上記のピラー部1Cが設けられ、側面1dに下部拡散層5が形成された基台部1Bが形成される。   Furthermore, in the pillar part forming step provided in the present invention, the silicon substrate 1 is provided on the base part 1A by performing etching according to the above procedure and conditions, and the pillar part 1C is provided thereon. The base portion 1B having the lower diffusion layer 5 formed on the side surface 1d is formed.

また、本発明のピラー部形成工程においては、上述したエッチング処理により、マスク絶縁膜2、第1層間絶縁膜7及び第2絶縁膜32においても第2溝1Eに連通して溝部が形成され、Y方向(ワード線延在方向)に延在するゲート溝部Mが形成される。なお、本実施形態では、このゲート溝部Mについても、便宜上、第2溝1Eと称して説明することがある。   Further, in the pillar portion forming process of the present invention, a groove portion is formed in the mask insulating film 2, the first interlayer insulating film 7 and the second insulating film 32 in communication with the second groove 1E by the etching process described above. A gate trench portion M extending in the Y direction (word line extending direction) is formed. In the present embodiment, the gate groove M may also be referred to as the second groove 1E for convenience.

<(6)ワード線(ゲート配線)形成工程>
次に、ワード線(ゲート配線)形成工程では、第2溝1Eの側面及び底面に不純物を含む導電材料からなる薄膜を成膜した後、第2溝1Eの底面上に形成された薄膜をエッチング除去し、さらに、第2溝1Eの側面に形成された薄膜の上部をエッチング除去することで、第2溝1E(ゲート溝部M)の側面にゲート電極10Aを含むゲート配線である、ワード線10を形成する。
<(6) Word line (gate wiring) formation process>
Next, in the word line (gate wiring) formation step, a thin film made of a conductive material containing impurities is formed on the side surface and bottom surface of the second groove 1E, and then the thin film formed on the bottom surface of the second groove 1E is etched. Further, by removing the upper portion of the thin film formed on the side surface of the second groove 1E by etching, the word line 10 is a gate wiring including the gate electrode 10A on the side surface of the second groove 1E (gate groove portion M). Form.

具体的には、図18(a)〜(c)及び図19(a)、(b)に示すように、まず、レジストマスク35を除去する。次いで、第2溝1E(ゲート溝部M)の側面及び底面に露出したシリコン基板1上に、ゲート絶縁膜8を形成する。このゲート絶縁膜8の材料としては、例えば、シリコン酸化膜とし、熱酸化法によってシリコン基板1の表層を熱酸化させることで形成する。   Specifically, as shown in FIGS. 18A to 18C and FIGS. 19A and 19B, the resist mask 35 is first removed. Next, a gate insulating film 8 is formed on the silicon substrate 1 exposed at the side and bottom surfaces of the second trench 1E (gate trench portion M). The material of the gate insulating film 8 is, for example, a silicon oxide film, which is formed by thermally oxidizing the surface layer of the silicon substrate 1 by a thermal oxidation method.

次に、第2溝1E(ゲート溝部M)の側面及び底面、マスク絶縁膜2、第1層間絶縁膜7並びにゲート絶縁膜8を覆うように、ワード線をなす導電材料を成膜する。この際の導電材料としては、例えば、不純物を含むドープトシリコン膜等を用い、成膜方法としては、例えば、CVD法を用いる。なお、この際に用いる導電材料としては、上記材料には限定されず、例えば、窒化チタン膜、チタン膜、窒化タングステン膜、タングステン膜等の高融点金属膜を単層で形成するか、あるいは、これらの積層膜を形成しても良い。また、この際に成膜する導電材料の膜厚としては、第2溝1Eを埋め込まない程度の厚さとする。   Next, a conductive material forming a word line is formed so as to cover the side and bottom surfaces of the second trench 1E (gate trench portion M), the mask insulating film 2, the first interlayer insulating film 7, and the gate insulating film 8. As the conductive material at this time, for example, a doped silicon film containing impurities is used, and as the film formation method, for example, a CVD method is used. Note that the conductive material used at this time is not limited to the above materials, and for example, a refractory metal film such as a titanium nitride film, a titanium film, a tungsten nitride film, or a tungsten film is formed as a single layer, or These laminated films may be formed. In addition, the thickness of the conductive material formed at this time is set to a thickness that does not fill the second groove 1E.

次に、図20(a)〜(c)及び図21(a)、(b)に示すように、ドライエッチング技術を用いて導電材料をエッチバックすることにより、第2溝1E(ゲート溝部M)内においてサイドウォール状のワード線10(ゲート電極10Aを含むゲート配線)を形成する。この際、ゲート配線10の上端までの高さは、例えば、ピラー部1Cと同程度の高さに形成する。図示例のように、ワード線10(ゲート電極10A)は、各々のピラー部1Cの両側面の他、第2溝1Eと同形状で連通するゲート溝部M内において、ゲート絶縁膜8、第1層間絶縁膜7及び第2絶縁膜32を覆うように連なって形成されている。また、ピラー部1Cの両側面及びこれに連通して形成されるワード線10は、図示略のメモリセルアレイ端で各側面に形成されたワード線10同士を短絡させることにより、共通のワード線(ゲート配線)として用いることができる。   Next, as shown in FIGS. 20A to 20C and FIGS. 21A and 21B, the second groove 1E (gate groove portion M) is obtained by etching back the conductive material using a dry etching technique. ) To form a sidewall-like word line 10 (a gate wiring including the gate electrode 10A). At this time, the height to the upper end of the gate wiring 10 is formed to be approximately the same as that of the pillar portion 1C, for example. As in the illustrated example, the word line 10 (gate electrode 10A) includes the gate insulating film 8 and the first insulating film 8 in the gate groove portion M communicating in the same shape as the second groove 1E in addition to both side surfaces of each pillar portion 1C. The interlayer insulating film 7 and the second insulating film 32 are formed so as to cover the interlayer insulating film 7 and the second insulating film 32. The word lines 10 formed on both side surfaces of the pillar portion 1C and in communication with the side surfaces are short-circuited between the word lines 10 formed on the respective side surfaces at the end of the memory cell array (not shown), thereby forming a common word line ( Gate wiring).

図22に、図20(a)に示すα方向から見た場合の、積層体の斜視図を示す。図22に示すように、Y方向に延在して形成されるワード線10(ゲート電極10A)はゲート配線(ワード線)として、X方向に延在して形成されるビット線6及び下部拡散層5は、隣接し合って同一配線を構成することで、ビット線として機能する。本発明においては、ワード線10とビット線6との各交差点のそれぞれにピラー部1Cが形成されることで、これらが単位メモリセルとして機能する。   FIG. 22 shows a perspective view of the laminate as viewed from the α direction shown in FIG. As shown in FIG. 22, a word line 10 (gate electrode 10A) formed extending in the Y direction serves as a gate wiring (word line) and a bit line 6 formed in the X direction and a lower diffusion. The layer 5 functions as a bit line by forming the same wiring adjacent to each other. In the present invention, pillar portions 1C are formed at the respective intersections of the word line 10 and the bit line 6 so that these function as unit memory cells.

<(7)上部拡散工程〜コンタクト導電膜を形成する工程>
次に、上部拡散工程では、マスク絶縁膜2をエッチング除去してピラー部1Cの上面1cを露出させ、この上面1cに不純物を注入することで上部拡散層14を形成する。また、本実施形態では、上部拡散工程の後、さらに、上部拡散層14上に導電材料を堆積させてコンタクト導電膜12を形成する工程を備える。
<(7) Upper diffusion step to step of forming a contact conductive film>
Next, in the upper diffusion step, the mask insulating film 2 is removed by etching to expose the upper surface 1c of the pillar portion 1C, and an impurity is implanted into the upper surface 1c to form the upper diffusion layer 14. In the present embodiment, after the upper diffusion step, a contact conductive film 12 is formed by depositing a conductive material on the upper diffusion layer 14.

具体的には、図23(a)〜(c)及び図24(a)、(b)に示すように、まず、第2溝1E(ゲート溝部M)を埋め込むとともに、マスク絶縁膜2の上面を覆うように、例えば、シリコン酸化膜等からなる層を形成する。次いで、マスク絶縁膜2上のシリコン酸化膜をCMP研磨等によって除去し、平坦化することにより、第2溝1E(ゲート溝部M)内に第2層間絶縁膜11を形成する。   Specifically, as shown in FIGS. 23A to 23C and FIGS. 24A and 24B, first, the second trench 1E (gate trench portion M) is buried and the upper surface of the mask insulating film 2 is filled. For example, a layer made of a silicon oxide film or the like is formed so as to cover the surface. Next, the silicon oxide film on the mask insulating film 2 is removed by CMP polishing or the like and planarized to form the second interlayer insulating film 11 in the second trench 1E (gate trench portion M).

次いで、図25(a)〜(c)及び図26(a)、(b)に示すように、マスク絶縁膜2をエッチング除去して、ピラー部1Cの上面1cを露出させる。この際、例えば、熱リン酸溶液を用いた湿式エッチングを用いて、マスク絶縁膜2を除去する。また、露出したピラー部1Cの上面1cは、後述するコンタクト導電膜12を形成するためのコンタクト開口部の一部として機能する。   Next, as shown in FIGS. 25A to 25C and FIGS. 26A and 26B, the mask insulating film 2 is removed by etching to expose the upper surface 1c of the pillar portion 1C. At this time, for example, the mask insulating film 2 is removed by wet etching using a hot phosphoric acid solution. Further, the exposed upper surface 1c of the pillar portion 1C functions as a part of a contact opening for forming a contact conductive film 12 described later.

次いで、図27(a)〜(c)及び図28(a)、(b)に示すように、露出したピラー部1Cの上面1cに不純物を導入する。この際、不純物としては、例えばN型の不純物である砒素(As)を用い、イオン注入法によって導入、拡散させることができる。その後、不純物の導入箇所を熱処理することで不純物を活性化させることにより、ピラー部1Cの上面1cに上部拡散層14を形成する。   Next, as shown in FIGS. 27A to 27C and FIGS. 28A and 28B, impurities are introduced into the exposed upper surface 1c of the pillar portion 1C. At this time, as an impurity, for example, arsenic (As) which is an N-type impurity can be used and introduced and diffused by an ion implantation method. Then, the upper diffusion layer 14 is formed on the upper surface 1c of the pillar portion 1C by activating the impurity by heat-treating the impurity introduction portion.

さらに、コンタクト導電膜を形成する工程では、図27(a)〜(c)及び図28(a)、(b)に示すように、第2層間絶縁膜11の間から露出した上部拡散層14(上面1c)を埋め込むように、コンタクト導電膜12を成膜する。この際、コンタクト導電膜12に用いる材料としては、例えば、不純物がドープされたシリコン膜等を用いることができる。また、コンタクト導電膜12の材料としては、上記材料には限定されず、例えば、窒化チタン膜、チタン膜、窒化タングステン膜、タングステン膜等の高融点金属膜を単層で用いるか、あるいは、これらの積層膜を用いることも可能である。
また、コンタクト導電膜12を成膜した後、CMP研磨等によって余剰分を除去する。
Further, in the step of forming the contact conductive film, as shown in FIGS. 27A to 27C and FIGS. 28A and 28B, the upper diffusion layer 14 exposed from between the second interlayer insulating films 11 is formed. A contact conductive film 12 is formed so as to embed (upper surface 1c). At this time, as a material used for the contact conductive film 12, for example, a silicon film doped with impurities can be used. Further, the material of the contact conductive film 12 is not limited to the above materials, and for example, a refractory metal film such as a titanium nitride film, a titanium film, a tungsten nitride film, or a tungsten film is used as a single layer, or these It is also possible to use the laminated film.
Further, after the contact conductive film 12 is formed, the surplus is removed by CMP polishing or the like.

図29に、図27(a)に示すα方向から見た場合の、積層体の斜視図を示す。図29に示すように、ピラー部1Cには、上部に上部拡散層14、下部に下部拡散層5が形成され、また、両側面にワード線10(ゲート電極10A)が形成される。また、シリコン基板1の垂直方向をチャネル電流が流れる方向とする、縦型構造のMOSトランジスタが形成される。   FIG. 29 is a perspective view of the laminate as viewed from the α direction shown in FIG. As shown in FIG. 29, in the pillar portion 1C, the upper diffusion layer 14 is formed in the upper portion, the lower diffusion layer 5 is formed in the lower portion, and the word line 10 (gate electrode 10A) is formed on both side surfaces. Also, a vertical MOS transistor is formed in which the vertical direction of the silicon substrate 1 is the direction in which the channel current flows.

<キャパシタを形成する工程>
次に、本実施形態の製造方法では、さらに、コンタクト導電膜12上にキャパシタ13を形成するキャパシタ形成工程を備えた方法とすることができる。
<Process for forming capacitor>
Next, the manufacturing method according to the present embodiment may further include a capacitor forming step of forming the capacitor 13 on the contact conductive film 12.

具体的には、まず、図29に示す積層体の上面を覆うように絶縁材料を成膜することにより、第3層間絶縁膜15を形成する。次いで、この第3層間絶縁膜15に、コンタクト導電膜12を露出させるキャパシタ開口部を形成する(図1(b)を参照)。   Specifically, first, a third interlayer insulating film 15 is formed by forming an insulating material so as to cover the upper surface of the stacked body shown in FIG. Next, a capacitor opening for exposing the contact conductive film 12 is formed in the third interlayer insulating film 15 (see FIG. 1B).

次に、図1(a)〜(c)及び図2(a)、(b)に示すように、第3層間絶縁膜15のキャパシタ開口部及びキャパシタ導電膜12の上を覆うように、このコンタクト導電膜プラグ12と接続されるキャパシタ下部電極13bを形成する。この際、キャパシタ下部電極13aの材料としては、例えば、窒化チタン膜等を用いることができる。
次いで、キャパシタ下部電極13b上に、キャパシタ絶縁膜13aを形成する。このキャパシタ絶縁膜13aの材料としては、例えば、ジルコニウム酸化膜等を用いることができる。
次いで、キャパシタ絶縁膜13a上に、キャパシタ上部電極13cを形成する。このキャパシタ上部電極17cの材料としては、例えば、窒化チタン膜等を用いることができる。
そして、キャパシタ上部電極13cを所定形状にパターニングすることにより、キャパシタ下部電極13b、キャパシタ絶縁膜13a及びキャパシタ上部電極13cからなキャパシタ13を形成する。
Next, as shown in FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A and 2B, the capacitor openings of the third interlayer insulating film 15 and the capacitor conductive film 12 are covered so as to cover the capacitor openings. A capacitor lower electrode 13b connected to the contact conductive film plug 12 is formed. At this time, as a material of the capacitor lower electrode 13a, for example, a titanium nitride film or the like can be used.
Next, a capacitor insulating film 13a is formed on the capacitor lower electrode 13b. As a material of the capacitor insulating film 13a, for example, a zirconium oxide film or the like can be used.
Next, a capacitor upper electrode 13c is formed on the capacitor insulating film 13a. As a material of the capacitor upper electrode 17c, for example, a titanium nitride film or the like can be used.
Then, the capacitor upper electrode 13c is patterned into a predetermined shape, thereby forming the capacitor 13 including the capacitor lower electrode 13b, the capacitor insulating film 13a, and the capacitor upper electrode 13c.

<その他の形成工程>
本実施形態の半導体装置Aの製造方法では、図1(a)〜(c)及び図2(a)、(b)に示すように、さらに、上記手順で形成されたキャパシタ13の上、即ち、キャパシタ上部電極13c上に第4層間絶縁膜16を形成する方法を採用することができる。第4層間絶縁膜16の材料としては、上記同様、従来公知の絶縁材料を用いることができる。
次いで、本実施形態では、各層間絶縁膜16、15、11等を貫くようにしてワード線10(ゲート電極10A)、下部拡散層5等と接続される、図示略の周辺コンタクトを形成する。
<Other forming processes>
In the method for manufacturing the semiconductor device A according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A and 2B, the capacitor 13 is further formed on the above-described procedure. A method of forming the fourth interlayer insulating film 16 on the capacitor upper electrode 13c can be employed. As the material of the fourth interlayer insulating film 16, a conventionally known insulating material can be used as described above.
Next, in the present embodiment, peripheral contacts (not shown) connected to the word line 10 (gate electrode 10A), the lower diffusion layer 5 and the like are formed so as to penetrate the interlayer insulating films 16, 15, 11 and the like.

次に、本実施形態では、上述した図示略の周辺コンタクトに接続され、下地層17aと主配線層17bとからなる周辺配線17を形成する。この際、下地層17a及び主配線層17bとしては、この分野で用いられる従来公知の導電材料を用いることができ、CVD法等の方法を用いて成膜した後、パターニングすることで形成することが可能である。
また、本実施形態では、必要に応じて、さらに、上部層間膜、ビアホール、各種配線並びにパッシベーション膜等を形成する方法を適宜採用することが可能である。
以上のような各工程により、本実施形態の半導体装置Aを製造することができる。
Next, in the present embodiment, the peripheral wiring 17 composed of the base layer 17a and the main wiring layer 17b is formed, which is connected to the peripheral contact (not shown) described above. At this time, as the base layer 17a and the main wiring layer 17b, a conventionally known conductive material used in this field can be used, and it is formed by forming a film using a method such as a CVD method and then patterning it. Is possible.
In the present embodiment, a method of forming an upper interlayer film, a via hole, various wirings, a passivation film, and the like can be appropriately employed as necessary.
The semiconductor device A of this embodiment can be manufactured through the above steps.

本発明の半導体装置Aは、平面が四角形状を有する柱状半導体(ピラー部1C)、柱状半導体の対向し合う2つの側面のそれぞれに接して形成されるビット線導電膜パターン(ビット線6)、ビット線導電膜パターンに隣接する柱状半導体内に設けられる下部拡散層5、ビット線導電パターンよりも上の柱状半導体の側面にゲート絶縁膜を介して設けられるゲート電極10A(ワード線10)、柱状半導体の上部に設けられた上部拡散層14、上部拡散層14に接続された記憶素子(キャパシタ構造)を含んで構成される。即ち、下部拡散層5と上部拡散層14とをソース/ドレインとし、ゲート電極10A(ワード線10)を備える縦型構造のMOSトランジスタが形成される。そして、この縦型構造のMOSトランジスタをスイッチングトランジスタとし、ビット線6及び下部拡散層5を併せてビット配線とし、ゲート電極10Aがワード線10に含まれ、さらに記憶素子を含んでなるメモリ素子が構成される。   The semiconductor device A of the present invention includes a columnar semiconductor (pillar portion 1C) having a square plane, a bit line conductive film pattern (bit line 6) formed in contact with each of two opposing side surfaces of the columnar semiconductor, Lower diffusion layer 5 provided in the columnar semiconductor adjacent to the bit line conductive film pattern, gate electrode 10A (word line 10) provided on the side surface of the columnar semiconductor above the bit line conductive pattern via a gate insulating film, columnar The semiconductor device includes an upper diffusion layer 14 provided on the semiconductor and a storage element (capacitor structure) connected to the upper diffusion layer 14. That is, a vertical type MOS transistor having the lower diffusion layer 5 and the upper diffusion layer 14 as the source / drain and including the gate electrode 10A (word line 10) is formed. The vertical MOS transistor is a switching transistor, the bit line 6 and the lower diffusion layer 5 are combined as a bit wiring, a gate electrode 10A is included in the word line 10, and a memory element including a storage element is also provided. Composed.

また、本発明の半導体装置Aの製造方法は、半導体基板(シリコン基板1)に複数の溝を形成して、隣接し合う第1溝1Dの間に半導体フィン(フィン部1G)を形成する工程、第1溝1Dの底部に第1絶縁膜31を埋め込む工程、第1絶縁膜31上面より上に存在する第1溝1Dの側面にサイドウォール状の第2絶縁膜32を形成する工程、選択的に第1絶縁膜31を除去する工程、第1溝1D内にビット線6を形成する工程を備え、ビット線6をなす導電材料を異方性エッチングすることで、第2絶縁膜32の下にビット線6の導電膜パターンを残存形成させる方法を採用している。このような方法を採用することにより、第1溝1D内で相対向し合う2側面のそれぞれに、互いに分離されたビット線6の導電膜パターンが形成され、フィン部1Gの2つの側面のそれぞれにビット線6を形成することができる。   Further, in the method of manufacturing the semiconductor device A according to the present invention, a plurality of grooves are formed in the semiconductor substrate (silicon substrate 1), and semiconductor fins (fin portions 1G) are formed between the adjacent first grooves 1D. A step of embedding the first insulating film 31 in the bottom of the first groove 1D, a step of forming a sidewall-like second insulating film 32 on the side surface of the first groove 1D existing above the upper surface of the first insulating film 31, and The step of removing the first insulating film 31 and the step of forming the bit line 6 in the first groove 1D are performed, and the conductive material forming the bit line 6 is anisotropically etched. A method is employed in which the conductive film pattern of the bit line 6 is left to be formed below. By adopting such a method, the conductive film pattern of the bit line 6 separated from each other is formed on each of the two side surfaces facing each other in the first groove 1D, and each of the two side surfaces of the fin portion 1G is formed. The bit line 6 can be formed.

本発明では、フィン部1Gの側面にビット線導電膜パターンを形成するにあたり、第1溝1Dの側面に形成したサイドウォール状の第2絶縁膜32をマスクとして、その下にビット線6の導電膜パターンを形成する方法を採用している。これにより、高精度のリソグラフィ技術等を用いることなく微細なビット線のパターンを形成することができるので、生産コストの低減とビット線の微細化の両方を実現することができる。従って、リソグラフィ技術を用いる場合に発生する合わせずれなどの問題もなく、良好な歩留まりで半導体装置を製造することが可能となる。   In the present invention, when the bit line conductive film pattern is formed on the side surface of the fin portion 1G, the side wall-like second insulating film 32 formed on the side surface of the first groove 1D is used as a mask to conduct the bit line 6 below. A method of forming a film pattern is employed. As a result, a fine bit line pattern can be formed without using a high-precision lithography technique or the like, so that both reduction in production cost and miniaturization of the bit line can be realized. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device with a good yield without problems such as misalignment that occurs when the lithography technique is used.

また、ビット線6の高さは、第1溝の底部に埋設形成された第1絶縁膜31の高さに依存しながら形成することができるので、エッチング量の影響を受けることなく、安定した高さで形成することが可能となる。
さらに、ビット線6を、不純物を含む導電材料で構成し、ビット線6からフィン部1Gに不純物を拡散させて、フィン部1Gに下部拡散層5を形成することにより、この下部拡散層5をビット線6と併せてビット配線として用いることにより、ビット線の抵抗を低減させることが可能となる。
さらに、この下部拡散層5を、縦型構造のMOSトランジスタの下部ソース/ドレイン領域として共用することにより、下部ソース/ドレイン領域工程を削減でき、生産性の向上と製造コストを低減できるという効果も有する。
Further, since the height of the bit line 6 can be formed depending on the height of the first insulating film 31 embedded in the bottom of the first groove, it is stable without being affected by the etching amount. It can be formed at a height.
Further, the bit line 6 is made of a conductive material containing impurities, the impurities are diffused from the bit line 6 to the fin portion 1G, and the lower diffusion layer 5 is formed in the fin portion 1G. By using it as a bit wiring together with the bit line 6, the resistance of the bit line can be reduced.
Furthermore, by sharing the lower diffusion layer 5 as the lower source / drain region of the vertical MOS transistor, the lower source / drain region process can be reduced, and the productivity can be improved and the manufacturing cost can be reduced. Have.

[第2実施形態]
以下に、本発明の第2実施形態の半導体装置の製造方法について、図30〜図35を適宜参照しながら説明する。図30〜図35は、本発明を適用した第2実施形態である半導体装置の製造装置を模式的に示す工程図である。
なお、本実施形態では、上記第1実施形態の半導体装置Aの製造方法と共通する手順や半導体構造等については同じ符号を付し、また、その詳しい説明を省略する。
[Second Embodiment]
The method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 30 to 35 as appropriate. 30 to 35 are process diagrams schematically showing a semiconductor device manufacturing apparatus according to a second embodiment to which the present invention is applied.
In the present embodiment, the same reference numerals are given to the procedures, semiconductor structures, etc. common to the manufacturing method of the semiconductor device A of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態の半導体装置の製造方法は、図30(a)、(b)に例示するように、まず、第1溝11Dに不純物含有材料61を充填する工程を備える。次いで、図31(a)、(b)に示すように、不純物含有材料61に含まれる不純物を、第1溝11Dの側面から底面を覆うように拡散させて下部拡散層50を形成する下部拡散工程が備えられる。次いで、図32(a)、(b)に示すように、第1溝11Dから不純物含有材料61を除去した後、図33(a)、(b)及び図34(a)、(b)に示すように、第1溝11Dに導電材料を充填〜エッチングすることで、ビット線60を形成する。そして、本実施形態では、図35(a)、(b)に示すように、下部拡散層50及びビット線60を形成した後に、掘り込み工程において第1溝11Dに連通した掘り込み部11Fを形成することにより、下部拡散層50を第1溝11Dの各側面に沿って分断する方法を採用している点で、上記第1実施形態とは異なる。   As illustrated in FIGS. 30A and 30B, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment first includes a step of filling the first groove 11 </ b> D with an impurity-containing material 61. Next, as shown in FIGS. 31A and 31B, the lower diffusion layer 50 is formed by diffusing impurities contained in the impurity-containing material 61 so as to cover the bottom surface from the side surface of the first groove 11D. A process is provided. Next, as shown in FIGS. 32A and 32B, after removing the impurity-containing material 61 from the first groove 11D, FIGS. 33A and 33B and FIGS. 34A and 34B are used. As shown, the bit line 60 is formed by filling and etching the first groove 11D with a conductive material. In the present embodiment, as shown in FIGS. 35A and 35B, after forming the lower diffusion layer 50 and the bit line 60, the digging portion 11F communicated with the first groove 11D is formed in the digging step. It differs from the said 1st Embodiment by the point which employ | adopts the method of dividing | segmenting the lower diffusion layer 50 along each side surface of 1st groove | channel 11D by forming.

上記第1実施形態で説明した方法では、ビット線の材料に不純物を含む導電材料を用いたうえで、これに熱処理を加えることでビット線から不純物を拡散し、下部拡散層を形成する方法を採用している。このため、ビット線としては、不純物を高濃度に含む材料を用いる必要があることから、ドープトシリコン膜等が用いられる。しかしながら、ドープトシリコン膜等の材料は、金属材料に比べて電気抵抗が相対的に大きいことから、このような材料をビット線に用いると、ビット線の電気抵抗が大きくなり、メモリセルのデータの書き換え時間、読み出し時間等に制限を加えてしまう場合もある。
このため、第2実施形態においては、ビット線の材料への、不純物を多量に含む導電性材料の採用を回避することも可能とし、材料の選択を広げることができる方法を採用している。
In the method described in the first embodiment, a conductive material containing impurities is used as the material of the bit line, and then a heat treatment is applied to this to diffuse the impurities from the bit line, thereby forming a lower diffusion layer. Adopted. For this reason, a doped silicon film or the like is used as the bit line because it is necessary to use a material containing impurities at a high concentration. However, since materials such as doped silicon films have a relatively high electrical resistance compared to metal materials, the use of such materials for bit lines increases the electrical resistance of the bit lines, resulting in memory cell data. In some cases, there are restrictions on the rewrite time, read time, and the like.
For this reason, in the second embodiment, it is possible to avoid the use of a conductive material containing a large amount of impurities for the material of the bit line, and a method that can widen the selection of the material is adopted.

また、上記第1実施形態で説明した方法では、ビット線の導電膜パターンは、第1溝内の側壁に形成する構造を採用しているため、第1溝の幅内に、2つのビット線の導電膜パターンと、これら隣接するビット線の導電膜パターン間を分離する分離領域とを形成しなければならない。このため、ビット線の導電膜パターンは、第1溝の幅内で、分離領域の幅を確保した残りの領域で形成しなければならないという制限があった。
これに対し、第2実施形態においては、第1溝内において形成可能なビット線の導電膜パターンの幅を、第1実施形態と比較して大きなサイズにできるという効果も有する。
Further, in the method described in the first embodiment, since the conductive film pattern of the bit line adopts a structure formed on the side wall in the first groove, two bit lines are within the width of the first groove. The conductive film pattern and an isolation region for separating the conductive film patterns of the adjacent bit lines must be formed. For this reason, there is a limitation that the conductive film pattern of the bit line must be formed in the remaining region in which the width of the isolation region is secured within the width of the first groove.
On the other hand, the second embodiment has an effect that the width of the conductive film pattern of the bit line that can be formed in the first groove can be made larger than that of the first embodiment.

以下に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
本実施形態では、まず、上記第1実施形態と同様の手順を用いて、シリコン基板10の表面にマスク絶縁膜20成膜した後、第1溝10Dを形成することで、フィン部10Gを形成し、さらに、第1溝10Dの内部にサイドウォール状の第2絶縁膜132を形成する。そして、本実施形態では、図30(a)、(b)に示すように、第1溝10Dを埋め込むとともにマスク絶縁膜20上を覆うように、不純物含有材料61を充填する。この際、不純物含有材料61としてはリンドープトシリコン膜等を用いることができ、従来公知の方法で成膜することができる。
Below, the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is demonstrated.
In the present embodiment, first, after forming the mask insulating film 20 on the surface of the silicon substrate 10 using the same procedure as in the first embodiment, the fin 10G is formed by forming the first groove 10D. Further, a sidewall-like second insulating film 132 is formed inside the first trench 10D. In this embodiment, as shown in FIGS. 30A and 30B, the impurity-containing material 61 is filled so as to fill the first trench 10 </ b> D and cover the mask insulating film 20. At this time, a phosphorus-doped silicon film or the like can be used as the impurity-containing material 61 and can be formed by a conventionally known method.

次に、図31(a)、(b)に示すように、下部拡散工程において、上記不純物含有材料に熱処理を施すことにより、この材料に含まれる不純物のリンを、隣接するシリコン基板10の基台部10B内に拡散させることで下部拡散層50を形成する。この下部拡散層50は、第1溝10Dの側面からシリコン基板10内に拡散することで形成される。図31(a)、(b)に示す例においては、隣接し合う第1溝10Dのそれぞれの下部拡散層50同士間は、フィン部10Gの下で接合されないように形成した場合を示している。また、隣接する下部拡散層50同士は、それぞれ結合するように形成することもでき、その場合には、上述したようなFBC(フローティングボディセル)構造を構成することが可能となる。   Next, as shown in FIGS. 31 (a) and 31 (b), in the lower diffusion step, the impurity-containing material is subjected to heat treatment so that the impurity phosphorus contained in this material is removed from the adjacent silicon substrate 10. The lower diffusion layer 50 is formed by diffusing in the base portion 10B. The lower diffusion layer 50 is formed by diffusing into the silicon substrate 10 from the side surface of the first groove 10D. In the example shown in FIGS. 31A and 31B, the lower diffusion layers 50 of the adjacent first grooves 10D are formed so as not to be joined under the fin portion 10G. . Further, the adjacent lower diffusion layers 50 can be formed so as to be coupled to each other, and in this case, it is possible to configure the FBC (floating body cell) structure as described above.

次に、図32(a)、(b)に示すように、第1溝10D内を埋め込むとともにマスク絶縁膜32を覆うように形成された不純物含有材料61を選択的にエッチング除去する。この際のエッチング方法としては、例えば、等方的エッチング条件を採用することができ、本実施形態のように、不純物含有材料としてシリコンを用いる場合、例えば、薬液に弗硝酸を用いた湿式エッチング法を用いることができる。また、エッチング処理においては、不純物含有材料61をエッチング除去するとともに、第2絶縁膜132の下で不純物含有材料61と接したシリコン基板10の表面部分もエッチングするように行うことができる。図32(b)に示す例では、この際にシリコン基板10のエッチングされる部分の長さを、便宜的にw22として表している。このシリコン基板10をエッチングする際、下部拡散層50が削り取られるが、この下部拡散層50は所定の厚さで残存するようにエッチングを行う。このように、不純物含有材料61及びシリコン基板10の一部がエッチング除去されることにより、図示例のように、第1溝10Dの底部付近の空間部133cが拡大される。   Next, as shown in FIGS. 32A and 32B, the impurity-containing material 61 formed so as to fill the first trench 10D and cover the mask insulating film 32 is selectively removed by etching. As an etching method at this time, for example, isotropic etching conditions can be adopted. When silicon is used as the impurity-containing material as in this embodiment, for example, a wet etching method using hydrofluoric acid as a chemical solution. Can be used. In the etching process, the impurity-containing material 61 can be removed by etching and the surface portion of the silicon substrate 10 in contact with the impurity-containing material 61 under the second insulating film 132 can also be etched. In the example shown in FIG. 32B, the length of the etched portion of the silicon substrate 10 at this time is represented as w22 for convenience. When the silicon substrate 10 is etched, the lower diffusion layer 50 is scraped off, but the lower diffusion layer 50 is etched so as to remain with a predetermined thickness. As described above, the impurity-containing material 61 and a part of the silicon substrate 10 are removed by etching, so that the space portion 133c near the bottom of the first groove 10D is enlarged as illustrated.

また、上記手順のエッチング処理により、第2絶縁膜132の下端から第1溝10Dの底部にかけて、所定高さの空間部133dが確保さる。また、図32(b)に示す例においては、第2絶縁膜132で挟まれた部分を空間部133a、第1溝10Dに形成される部分を空間部133bと表している。   Further, the etching process of the above procedure secures a space 133d having a predetermined height from the lower end of the second insulating film 132 to the bottom of the first groove 10D. In the example shown in FIG. 32B, a portion sandwiched between the second insulating films 132 is represented as a space portion 133a, and a portion formed in the first groove 10D is represented as a space portion 133b.

次に、図33(a)、(b)に示すように、ビット線(埋め込み配線)60をなす材料を、空間部133cの内面を被覆するように成膜する。この際の成膜方法としては、被覆性に優れる方法が好ましく、CVD法、ALD法等を採用することができる。また、ビット線60の材料としては、例えば、高融点金属材料、ドープトシリコン膜等を用いることができる。これらの内、ビット線60に高融点金属材料を用いる場合には、例えば、チタン膜及び窒化チタン膜の積層膜や、チタン膜、窒化チタン膜及びタングステン膜の積層膜等を用いることができる。上述した高融点金属膜をビット線60に用いることにより、ドープトシリコン膜を用いた場合に比べてビット線抵抗を低減化することが可能となり、メモリセルの微細化や、データの書き換え、読み出しの高速化が可能となる。また、ビット線60の膜厚としては、空間部133dを閉塞するよう形成することが望ましく、例えば、50nm程度の厚さとすることができる。   Next, as shown in FIGS. 33A and 33B, a material forming the bit line (buried wiring) 60 is formed so as to cover the inner surface of the space portion 133c. As a film forming method at this time, a method having excellent coverage is preferable, and a CVD method, an ALD method, or the like can be employed. Further, as the material of the bit line 60, for example, a refractory metal material, a doped silicon film, or the like can be used. Among these, when a refractory metal material is used for the bit line 60, for example, a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film, a laminated film of a titanium film, a titanium nitride film, and a tungsten film can be used. By using the refractory metal film described above for the bit line 60, the bit line resistance can be reduced as compared with the case of using a doped silicon film, and the memory cell can be miniaturized, data can be rewritten, and read. Can be speeded up. The film thickness of the bit line 60 is desirably formed so as to close the space 133d, and can be set to a thickness of, for example, about 50 nm.

次に、図34(a)、(b)に示すように、ビット線60に対してエッチングを行い、マスク絶縁膜20を露出させる。引き続き、ビット線60に対して、異方性エッチング条件を用いてエッチングを行い、ビット線60の上面を下げ、空間部133cにおける底部を露出させるとともに、この空間部133cの側面の下部拡散層50に沿ってビット線60残存させる。   Next, as shown in FIGS. 34A and 34B, the bit line 60 is etched to expose the mask insulating film 20. Subsequently, the bit line 60 is etched using anisotropic etching conditions, the upper surface of the bit line 60 is lowered to expose the bottom of the space portion 133c, and the lower diffusion layer 50 on the side surface of the space portion 133c. The bit line 60 is left along.

上述のようなエッチング処理により、ビット線60は、第1溝10D内において対向するように確保される空間部133dに埋め込まれるように形成される。このビット線60は、X方向(ビット線延在方向)に延在する配線を構成する。ビット線60は、フィン部10Cから見て、両側面のそれぞれの下部、即ち、基台部10Bのそれぞれの側面にビット線60が形成された形状となる。これらビット線60は、縦型構造のMOSトランジスタにおけるメモリセルのビット線として機能する。   By the etching process as described above, the bit line 60 is formed so as to be embedded in the space portion 133d secured so as to face each other in the first groove 10D. The bit line 60 constitutes a wiring extending in the X direction (bit line extending direction). The bit line 60 has a shape in which the bit line 60 is formed on each lower portion of both side surfaces, that is, on each side surface of the base portion 10B, as viewed from the fin portion 10C. These bit lines 60 function as bit lines of memory cells in a vertical structure MOS transistor.

ビット線60の基板垂直方向における高さは、第1実施形態(図5(a)、(b)を参照)で説明したように、第2絶縁膜サイドウォール132の下端から第1溝10Dの上端までの高さd3を制御することによって調整できる。ビット線60の導電膜パターンを形成するエッチング処理では、ビット線60の上に形成される第2絶縁膜132をマスクに用いてエッチングするので、ビット線導電性パターンを形成するためのエッチング量に依存して、ビット線60の高さが変わるようなことはなく、安定した形状で形成できる。これにより、ビット線形成工程においては、ビット線60の高さの変動を考慮することなく、エッチング量を決めることができる。また、エッチング中に、ビット線60の上端60aがエッチングでたたかれ、上端形状が丸くなったり、傾斜形状に形成されたりする等、各種の変形が生じるのを抑制することが可能となる。   As described in the first embodiment (see FIGS. 5A and 5B), the height of the bit line 60 in the vertical direction of the substrate is the height of the first groove 10D from the lower end of the second insulating film sidewall 132. It can be adjusted by controlling the height d3 to the upper end. In the etching process for forming the conductive film pattern of the bit line 60, etching is performed using the second insulating film 132 formed on the bit line 60 as a mask, so that the etching amount for forming the bit line conductive pattern is increased. Accordingly, the height of the bit line 60 does not change and can be formed in a stable shape. Thereby, in the bit line formation step, the etching amount can be determined without considering the height variation of the bit line 60. In addition, during the etching, it is possible to suppress various deformations such as the upper end 60a of the bit line 60 being hit by etching and the upper end shape being rounded or formed in an inclined shape.

ビット線60の横幅は、概ね、上述したt4とt22とを合わせた長さに形成されるが、上記の第1実施形態1と比較して、t22の分だけ幅を広く形成できる。このビット線60のエッチングを行うことで、第2絶縁膜132の各々の間、及び、ビット線60の各々の間から、第1溝10Dの底部に連なった空間部134が確保される。   The lateral width of the bit line 60 is generally formed by a length that is a combination of the above-described t4 and t22. However, the bit line 60 can be formed wider than the first embodiment by the amount corresponding to t22. By performing the etching of the bit line 60, a space 134 connected to the bottom of the first groove 10D is secured between each of the second insulating films 132 and between each of the bit lines 60.

次に、本実施形態では、図35(a)、(b)に示すように、上記工程に引き続き、露出したシリコン基板10における第1溝10Dの底部に対してエッチングを行い、シリコン基板10をさらに掘り込むことで掘り込み部10Fを形成することにより、下部拡散層50を台溝10Dの両側面に分離させる掘り込み工程が備えられている。この際、掘り込み部10Fの深さは、第1溝10Dを挟んで左右に形成される下部拡散層50同士を電気的に分離できるような深さに設定される。このような掘り込み工程により、空間部134は、掘り込み部10Fが形成された分だけ深く形成される。
なお、掘り込み工程におけるシリコン基板10のエッチングは、ビット線6の上に第2絶縁膜132が形成された状態で行われるので、ビット線60を形成する際のエッチングと同様に、エッチングによるビット線60の上端60aの変形等が防止できる。
Next, in the present embodiment, as shown in FIGS. 35A and 35B, following the above steps, the bottom of the first groove 10D in the exposed silicon substrate 10 is etched, and the silicon substrate 10 is formed. Further, a digging step is provided in which the digging portion 10F is formed by digging to separate the lower diffusion layer 50 into both side surfaces of the base groove 10D. At this time, the depth of the dug portion 10F is set to such a depth that the lower diffusion layers 50 formed on the left and right sides of the first groove 10D can be electrically separated. By such a digging process, the space 134 is formed deeper by the amount of the digging portion 10F.
Since the etching of the silicon substrate 10 in the digging process is performed in a state where the second insulating film 132 is formed on the bit line 6, the bit by etching is similar to the etching when forming the bit line 60. Deformation of the upper end 60a of the line 60 can be prevented.

この後、上記第1実施形態におけるピラー部形成工程以降と同様の工程を行うことにより、半導体装置を製造することができる。   Thereafter, the semiconductor device can be manufactured by performing the same steps as the pillar portion forming step and thereafter in the first embodiment.

なお、本実施形態では、図32(a)、(b)に示すエッチング工程において、第2絶縁膜132の下方に位置する第1溝10Dの側面を一定量エッチングする例を示しているが、これには限定されず、シリコン基板10がエッチングされない条件を採用しても良い。その場合、図32(b)に示すw22は概略ゼロとなり、ビット線60が形成可能な幅は、第1実施形態のビット線6と同等となる。   In this embodiment, in the etching process shown in FIGS. 32A and 32B, an example in which a certain amount of the side surface of the first groove 10D located below the second insulating film 132 is etched is shown. However, the present invention is not limited to this, and conditions under which the silicon substrate 10 is not etched may be employed. In this case, w22 shown in FIG. 32B is substantially zero, and the width that the bit line 60 can be formed is equivalent to the bit line 6 of the first embodiment.

以上説明したような、本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記方法を採用することにより、高精度のリソグラフィ技術等を用いることなく、微細パターンを有するビット線6(埋め込み配線)を、合わせずれ等を防止しながら形成することができるので、高い生産性で歩留まり良く半導体装置Aを製造することが可能となる。また、フィン部1G(10G)の側面におけるビット線6の高さは、第1溝1D(10D)の側面に形成された第2絶縁膜32(132)の下端の高さで制限しながら形成することができるので、エッチング工程におけるエッチング量の影響を受けることなく、安定した高さで形成することが可能となる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention as described above, by adopting the above method, the bit line 6 (embedded wiring) having a fine pattern can be formed without using a high-precision lithography technique or the like. Since it can be formed while preventing misalignment and the like, the semiconductor device A can be manufactured with high productivity and high yield. Further, the height of the bit line 6 on the side surface of the fin portion 1G (10G) is formed while being limited by the height of the lower end of the second insulating film 32 (132) formed on the side surface of the first groove 1D (10D). Therefore, it can be formed at a stable height without being affected by the etching amount in the etching process.

また、ビット線6に不純物を含む導電材料を用い、このビット線6に含まれる不純物をシリコン基板1のフィン部1Gに拡散させる方法を採用することで、工程を簡素にすることができ、生産性が向上するとともに製造コストを低減することが可能となる。また、下部拡散層5を、縦型構造のMOSトランジスタにおける下部ソース/ドレイン領域として共用する場合には、下部ソース/ドレイン領域形成工程を省略できるので、さらに生産性が向上するという効果が得られる。   Further, by using a conductive material containing impurities for the bit line 6 and adopting a method of diffusing the impurities contained in the bit line 6 into the fin portion 1G of the silicon substrate 1, the process can be simplified and the production can be performed. As a result, the manufacturing cost can be reduced. Further, when the lower diffusion layer 5 is shared as the lower source / drain region in the vertical type MOS transistor, the lower source / drain region forming step can be omitted, so that the productivity can be further improved. .

また、本発明の半導体装置Aによれば、下部拡散層5が、ビット線6をなす導電材料中に含まれる不純物が拡散されてなるものであり、さらに、ピラー部1C下方の基台部1Bにおいてビット線6と密接して形成されるものなので、ビット線6と併せてビット配線として用いることができる。これにより、ビット配線の抵抗を低減することができ、特に、ビット線6を微細パターンで構成した場合であっても、ビット線6の抵抗を顕著に低減することができるので、優れた素子特性を実現することが可能となる。   Further, according to the semiconductor device A of the present invention, the lower diffusion layer 5 is formed by diffusing impurities contained in the conductive material forming the bit line 6, and the base portion 1B below the pillar portion 1C. In FIG. 2, the bit line 6 is formed in close contact with the bit line 6 and can be used as a bit wiring. As a result, the resistance of the bit line can be reduced. In particular, even when the bit line 6 is configured with a fine pattern, the resistance of the bit line 6 can be significantly reduced. Can be realized.

あるいは、本発明では、上記第2実施形態で説明したように、ビット線導電パターンを形成する前に、第1溝10Dに不純物含有材料61を充填した後、不純物含有材料61に熱処理を施すことで不純物をシリコン基板10の基台部10B内に拡散させ、予め下部拡散層50を形成した後に、ビット線60を形成する方法を採用することも可能である。   Alternatively, in the present invention, as described in the second embodiment, before the bit line conductive pattern is formed, the first groove 10D is filled with the impurity-containing material 61, and then the impurity-containing material 61 is subjected to heat treatment. It is also possible to adopt a method of forming the bit line 60 after the impurities are diffused into the base portion 10B of the silicon substrate 10 and the lower diffusion layer 50 is formed in advance.

A…半導体装置、1、10…シリコン基板、1A、11A…基体部、1B、11B…基台部、1C、11C…ピラー部、1D、11D…第1溝、1E…第2溝、1F…掘り込み部、1G、10G…フィン部、1a…側面(基台部)、1b…側面(ピラー部)、1c…上面(ピラー部)、2、20…マスク絶縁膜、31…第1絶縁膜、32、132…第2絶縁膜、5、50…下部拡散層、6、60…ビット線(埋め込み配線)、6a、60a…上端(ビット線)、61…不純物含有材料、7…第1層間絶縁膜(層間絶縁膜)、11…第2層間絶縁膜(層間絶縁膜)、15…第3層間絶縁膜(層間絶縁膜)、16…第4層間絶縁膜(層間絶縁膜)、10…ワード線(ゲート配線)、10A…ゲート電極、12…コンタクト、13…キャパシタ、14…上部拡散層、 A ... Semiconductor device, 1, 10 ... Silicon substrate, 1A, 11A ... Base part, 1B, 11B ... Base part, 1C, 11C ... Pillar part, 1D, 11D ... First groove, 1E ... Second groove, 1F ... Excavation part, 1G, 10G ... fin part, 1a ... side face (base part), 1b ... side face (pillar part), 1c ... top face (pillar part), 2, 20 ... mask insulating film, 31 ... first insulating film , 32, 132 ... second insulating film, 5, 50 ... lower diffusion layer, 6, 60 ... bit line (buried wiring), 6a, 60a ... upper end (bit line), 61 ... impurity-containing material, 7 ... first interlayer Insulating film (interlayer insulating film), 11 ... second interlayer insulating film (interlayer insulating film), 15 ... third interlayer insulating film (interlayer insulating film), 16 ... fourth interlayer insulating film (interlayer insulating film), 10 ... word Line (gate wiring), 10A ... gate electrode, 12 ... contact, 13 ... capacitor, 1 ... upper diffusion layer,

Claims (13)

シリコン基板の少なくとも一部を除去して第1溝を形成することにより、複数のフィン部を形成する工程と、
前記第1溝の壁面に不純物を含む導電材料を成膜することにより、前記複数のフィン部の下部に埋め込み配線を形成する工程と、
前記埋め込み配線に熱処理を施すことで、該埋め込み配線に含まれる不純物を前記複数のフィン部の下部に拡散させることにより、下部拡散層を形成する工程と、
前記フィン部に、前記埋め込み配線よりも高い位置を底面とする第2溝を形成することにより、前記フィン部を複数に分断してピラー部を形成する工程と、
前記第2溝の側面に不純物を含む導電材料を成膜することにより、ゲート電極を含むゲート配線を形成する工程と、
前記ピラー部の上面に不純物を注入して上部拡散層を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a plurality of fin portions by removing at least a portion of the silicon substrate to form a first groove;
Forming a buried wiring under the plurality of fin portions by forming a conductive material containing impurities on the wall surface of the first groove;
Forming a lower diffusion layer by performing heat treatment on the buried wiring to diffuse impurities contained in the buried wiring into the lower portions of the plurality of fin portions;
Forming a pillar portion by dividing the fin portion into a plurality of portions by forming a second groove having a bottom surface at a position higher than the embedded wiring in the fin portion;
Forming a gate wiring including a gate electrode by forming a conductive material including an impurity on a side surface of the second groove;
And a step of forming an upper diffusion layer by implanting impurities into the upper surface of the pillar portion.
シリコン基板上にマスク絶縁膜及び第1レジストマスクを順次形成した後、前記第1レジストマスクを用いて前記シリコン基板及び前記マスク絶縁膜をエッチングすることにより、埋め込み配線予定ラインの延在方向で第1溝を形成することで複数のフィン部を形成し、その後、前記第1レジストマスクを除去するフィン部形成工程と、
前記第1溝を絶縁材料で埋め込んだ後、該絶縁材料の上部をエッチング除去することで前記第1溝の底部に第1絶縁膜を形成し、次いで、前記第1絶縁膜の上面、前記第1溝の側面及び前記マスク絶縁膜を覆うように絶縁材料からなる薄膜を形成した後、前記第1絶縁膜の上面及び前記マスク絶縁膜上の薄膜をエッチバックすることで、前記第1溝の側面の上部においてサイドウォール状に設けられる第2絶縁膜を形成し、次いで、前記第1溝の下部に充填された前記第1絶縁膜をエッチング除去する絶縁膜形成工程と、
前記第1溝に不純物を含む導電材料を充填した後、該導電材料の一部をエッチング除去し、前記第1溝の底面を露出させながら、前記第1溝の側面における前記第2絶縁膜よりも低い位置に前記導電材料を残存させることにより、前記複数のフィン部の下部に埋め込み配線を形成する埋め込み配線形成工程と、
前記埋め込み配線に熱処理を施すことで、該埋め込み配線に含まれる不純物を前記複数のフィン部の下部に拡散させることにより、前記シリコン基板の前記埋め込み配線に接する領域に下部拡散層を形成する下部拡散工程と、
前記フィン部を、前記埋め込み配線と交差するゲート配線予定ラインの延在方向でエッチングし、前記埋め込み配線よりも高い位置を底面とする第2溝を形成することにより、前記フィン部を複数に分断して複数のピラー部を形成するピラー部形成工程と、
前記第2溝の側面及び底面に不純物を含む導電材料からなる薄膜を成膜した後、前記底面上に形成された前記薄膜をエッチング除去し、さらに、前記側面に形成された前記薄膜の上部をエッチング除去することにより、前記第2溝の側面にゲート電極を含むゲート配線を形成するゲート配線形成工程と、
前記マスク絶縁膜をエッチング除去して前記ピラー部の上面を露出させ、該上面に不純物を注入することによって上部拡散層を形成する上部拡散工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A mask insulating film and a first resist mask are sequentially formed on the silicon substrate, and then the silicon substrate and the mask insulating film are etched using the first resist mask, whereby a first embedded wiring line is extended in the extending direction. Forming a plurality of fin portions by forming one groove, and then removing the first resist mask;
After the first trench is filled with an insulating material, the upper portion of the insulating material is etched away to form a first insulating film at the bottom of the first trench, and then the upper surface of the first insulating film, the first After forming a thin film made of an insulating material so as to cover the side surface of one groove and the mask insulating film, the upper surface of the first insulating film and the thin film on the mask insulating film are etched back, thereby Forming an insulating film formed in a sidewall shape at the upper part of the side surface, and then etching away the first insulating film filled in the lower part of the first groove;
After the first groove is filled with a conductive material containing impurities, a part of the conductive material is removed by etching, and the bottom surface of the first groove is exposed, while the second insulating film on the side surface of the first groove is exposed. Embedded wiring forming step of forming embedded wiring below the plurality of fin portions by leaving the conductive material at a lower position,
By performing a heat treatment on the buried wiring, an impurity contained in the buried wiring is diffused below the plurality of fin portions, thereby forming a lower diffusion layer in a region of the silicon substrate in contact with the buried wiring. Process,
The fin portion is etched in the extending direction of a gate wiring planned line intersecting the embedded wiring, and a second groove having a bottom surface at a position higher than the embedded wiring is formed, thereby dividing the fin portion into a plurality of portions. And a pillar part forming step of forming a plurality of pillar parts,
After forming a thin film made of a conductive material containing impurities on the side surface and bottom surface of the second groove, the thin film formed on the bottom surface is removed by etching, and the upper portion of the thin film formed on the side surface is further removed. A gate wiring forming step of forming a gate wiring including a gate electrode on a side surface of the second groove by etching away;
An upper diffusion step of forming an upper diffusion layer by exposing the upper surface of the pillar portion by etching away the mask insulating film and implanting impurities into the upper surface. .
さらに、前記下部拡散工程の前又は後に、前記第1溝の底面をエッチングすることで、前記第1溝に連通した掘り込み部を形成する掘り込み工程が備えられていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   Furthermore, before or after the lower diffusion step, a digging step for forming a digging portion communicating with the first groove by etching the bottom surface of the first groove is provided. Item 3. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 2. 前記下部拡散工程において、前記埋め込み配線に含まれる不純物を、前記第1溝の側面から底面を覆うように拡散させて下部拡散層を形成した後、前記掘り込み工程において、前記第1溝に連通した掘り込み部を形成することにより、前記下部拡散層を前記第1溝の各側面に沿って分断することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   In the lower diffusion step, impurities contained in the buried wiring are diffused so as to cover the bottom surface from the side surface of the first groove to form a lower diffusion layer, and then communicated with the first groove in the digging step. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the lower diffusion layer is divided along each side surface of the first groove by forming a digging portion. さらに、前記上部拡散層上に導電材料を堆積させてコンタクト導電膜を形成する工程が備えられていることを特徴とする請求項2〜請求項4の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device manufacturing method according to claim 2, further comprising a step of forming a contact conductive film by depositing a conductive material on the upper diffusion layer. Method. 前記下部拡散工程の後に、前記第1溝に絶縁材料を充填して層間絶縁膜を形成する工程が備えられ、さらに、前記ゲート配線形成工程の後に、前記第2溝に絶縁材料を充填して層間絶縁膜を形成する工程が備えられていることを特徴とする請求項2〜請求項5の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。   After the lower diffusion step, there is provided a step of filling the first groove with an insulating material to form an interlayer insulating film, and further, after the gate wiring forming step, filling the second groove with an insulating material. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a step of forming an interlayer insulating film. さらに、前記コンタクト導電膜上にキャパシタを形成するキャパシタ形成工程が備えられていることを特徴とする請求項2〜請求項6の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a capacitor forming step of forming a capacitor on the contact conductive film. シリコン基板の少なくとも一部を除去して第1溝を形成することにより、複数のフィン部を形成する工程と、
前記第1溝に不純物含有材料を充填する工程と、
前記不純物含有材料に熱処理を施すことで、該不純物含有材料に含まれる不純物を前記複数のフィン部の下部に拡散させることにより、下部拡散層を形成する工程と、
前記第1溝の内部から前記不純物含有材料を除去した後、前記第1溝の壁面に導電材料を成膜することにより、前記複数のフィン部の下部に埋め込み配線を形成する工程と、
前記フィン部に、前記埋め込み配線よりも高い位置を底面とする第2溝を形成することにより、前記フィン部を複数に分断してピラー部を形成する工程と、
前記第2溝の側面に不純物を含む導電材料を成膜することにより、ゲート電極を含むゲート配線を形成する工程と、
前記ピラー部の上面に不純物を注入して上部拡散層を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a plurality of fin portions by removing at least a portion of the silicon substrate to form a first groove;
Filling the first groove with an impurity-containing material;
Forming a lower diffusion layer by performing a heat treatment on the impurity-containing material to diffuse impurities contained in the impurity-containing material into the lower portions of the plurality of fin portions;
Removing the impurity-containing material from the inside of the first groove, and then forming a conductive material on the wall surface of the first groove, thereby forming embedded wirings below the plurality of fin portions;
Forming a pillar portion by dividing the fin portion into a plurality of portions by forming a second groove having a bottom surface at a position higher than the embedded wiring in the fin portion;
Forming a gate wiring including a gate electrode by forming a conductive material including an impurity on a side surface of the second groove;
And a step of forming an upper diffusion layer by implanting impurities into the upper surface of the pillar portion.
少なくとも、基台部の上に複数立設された柱状のピラー部を含むシリコン基板と、
前記基台部の側面を覆うように設けられ、不純物を含む導電材料からなる埋め込み配線と、
前記埋め込み配線と接した前記基台部内に形成され、前記埋め込み配線をなす導電材料中に含まれる不純物が拡散されてなる下部拡散層と、
前記埋め込み配線よりも上側である前記ピラー部の側面側に、第1絶縁膜を介して設けられ、不純物を含む導電材料からなり、ゲート配線の一部をなすゲート電極と、
前記ピラー部の上面に形成され、不純物が拡散された上部拡散層と、が備えられてなることを特徴とする半導体装置。
At least a silicon substrate including a pillar-shaped pillar portion erected on the base portion;
Embedded wiring made of a conductive material containing impurities, provided so as to cover the side surface of the base portion;
A lower diffusion layer formed in the base portion in contact with the buried wiring and formed by diffusing impurities contained in the conductive material forming the buried wiring;
A gate electrode that is provided on the side surface of the pillar portion above the embedded wiring via a first insulating film, made of a conductive material containing an impurity, and forming a part of the gate wiring;
A semiconductor device comprising: an upper diffusion layer formed on an upper surface of the pillar portion and doped with impurities.
前記ピラー部及び前記基台部を含む前記シリコン基板がシリコン単結晶からなることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 9, wherein the silicon substrate including the pillar portion and the base portion is made of a silicon single crystal. 前記埋め込み配線が、前記シリコン基板と反対の導電型を有する不純物を含む導電材料からなることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 9, wherein the embedded wiring is made of a conductive material containing an impurity having a conductivity type opposite to that of the silicon substrate. さらに、前記上部拡散層上にコンタクト導電膜が設けられ、該コンタクト導電膜上にキャパシタが設けられていることを特徴とする請求項9〜請求項11の何れか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 9, further comprising a contact conductive film provided on the upper diffusion layer, and a capacitor provided on the contact conductive film. 前記埋め込み配線層及び前記下部拡散層がビット線をなすとともに、前記ゲート電極を含むゲート配線がワード線をなし、さらに、前記下部拡散層が下部ソース/ドレイン領域とされることで、縦型構造のMOSトランジスタが形成されてなることを特徴とする請求項9〜請求項12の何れか1項に記載の半導体装置。
The buried wiring layer and the lower diffusion layer form a bit line, the gate wiring including the gate electrode forms a word line, and the lower diffusion layer serves as a lower source / drain region. 13. The semiconductor device according to claim 9, wherein a MOS transistor is formed.
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