JP2018160494A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造方法の過程において生じる異物が半導体素子を形成する領域に付着することによる不良の発生を抑制する。【解決手段】一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、表面に、ソース領域と、ドレイン領域と、ソース領域及びドレイン領域とにより挟み込まれる半導体基板の部分とゲート絶縁膜を介在して対向するゲート電極とを有する少なくとも1つの半導体素子を形成する工程と、表面の上に第1膜を形成する工程と、半導体基板を酸性溶液で洗浄する工程とを備える。第1膜は、酸性溶液中において半導体基板を構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成される。第1膜を形成する工程は、ゲート絶縁膜を形成する工程よりも前に行われる。第1膜は、ソース領域が形成される部分、ドレイン領域が形成される部分及びゲート電極が形成される部分と平面視において重ならない非アクティブ領域内に位置するように形成される。【選択図】図3
Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
従来から、特開2000−156380号公報(特許文献1)に記載の半導体装置の製造方法が知られている。特許文献1に記載の半導体装置の製造方法は、回路パターンに付着しようとする異物を収めるトラップが設けられたトラップパターンを形成する工程と、洗浄液がトラップに流入するように半導体ウエハを洗浄液で洗浄する工程とを備える。
特許文献1に記載の半導体装置の製造方法によると、回路パターンに付着する異物による回路パターンを構成する構造物の間の電気的なショートを抑制できる。
特許文献1に記載の半導体装置の製造方法においては、トラップパターンに異物を収めようとすると、トラップパターンが厚くなる。そのため、特許文献1に記載の半導体装置の製造方法においては、トラップパターンを形成した後の工程において、トラップパターンの厚さに起因した段差の影響を考慮しなければならない。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、表面に、ソース領域と、ドレイン領域と、ソース領域及びドレイン領域とにより挟み込まれる半導体基板の部分とゲート絶縁膜を介在して対向するゲート電極とを有する少なくとも1つの半導体素子を形成する工程と、表面の上に第1膜を形成する工程と、半導体基板を酸性溶液で洗浄する工程とを備える。第1膜は、酸性溶液中において半導体基板を構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成される。第1膜を形成する工程は、ゲート絶縁膜を形成する工程よりも前に行われる。第1膜は、ソース領域が形成される部分、ドレイン領域が形成される部分及びゲート電極が形成される部分と平面視において重ならない非アクティブ領域内に位置するように形成される。
一実施形態に係る半導体装置によると、製造方法の過程において生じる異物が半導体素子を形成する領域に付着することによる不良の発生を抑制することができる。
以下に、実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
(第1実施形態)
以下に、第1実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。
以下に、第1実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。
図1〜図3に示すように、第1実施形態に係る半導体装置は、半導体基板SUBと、ゲート絶縁膜GOと、ゲート電極GEと、第1膜FLと、素子分離膜ISLと、サイドウォールスペーサSWSと、プリメタル絶縁膜PMDと、コンタクトプラグCPと、配線層WL1と、層間絶縁膜ILDと、ビアプラグVPと、配線層WL2とを有している。
なお、図1においては、半導体基板SUB及びゲート電極GEの構成を明らかにするため、これら以外の構成の図示は省略してある。
半導体基板SUBは、第1面FS(表面)と、第2面SS(裏面)とを有している。第2面SSは、第1面FSの反対面である。半導体基板SUBには、例えば単結晶のシリコン(Si)が用いられている。半導体基板SUBは、不純物拡散領域DRを有している。不純物拡散領域DRは、ソース領域SRと、ドレイン領域DRAとを有している。ソース領域SR及びドレイン領域DRAは、第1面FSに接して配置されている。ソース領域SRは、ドレイン領域DRAと離間して配置されている。半導体基板SUBは、ソース領域SR及びドレイン領域DRAにより挟み込まれている部分を有している。
ソース領域SR及びドレイン領域DRAにおける導電型は、第1の導電型である。ソース部分及びドレイン領域DRAにより挟み込まれている半導体基板SUBの部分の導電型は、第2の導電型である。第2の導電型は、第1の導電型の反対の導電型である。例えば第1の導電型がn型である場合、第2の導電型はp型である。
ソース領域SRは、第1部分SR1と第2部分SR2とを有している。ドレイン領域DRAは、第1部分DRA1と第2部分DRA2とを有している。第1部分SR1は、後述するサイドウォールスペーサSWSの下方に配置されている。第1部分DRA1は、後述するサイドウォールスペーサSWSの下方に配置されている。
第1部分SR1は、第2部分SR2よりも不純物濃度が低い。第1部分DRA1は、第2部分DRA2よりも不純物濃度が低い。すなわち、第1部分SR1及び第1部分DRA1は、LDD(Lightly Doped Diffusion)構造を形成している。
ゲート絶縁膜GOは、半導体基板SUBの第1面FS上に配置されている。より具体的には、ゲート絶縁膜GOは、ソース領域SR及びドレイン領域DRAにより挟み込まれている第1面FSの部分の上に配置されている。ゲート絶縁膜GOには、例えば二酸化珪素(SiO2)が用いられる。
ゲート電極GEには、ゲート絶縁膜GOの上に配置されている。これにより、ゲート電極GEは、ソース領域SR及びドレイン領域DRAにより挟み込まれている半導体基板SUBの部分と絶縁されながら対向している。すなわち、ゲート電極GEは、ソース領域SR及びドレイン領域DRAにより挟み込まれている半導体基板SUBの部分とゲート絶縁膜GOを介在して対向している。ゲート電極GEには、例えば不純物がドープされた多結晶のSiが用いられる。
半導体素子SEは、ソース領域SR、ドレイン領域DRA及びゲート電極GEにより構成されている。半導体素子SEの数は、好ましくは複数である。
第1実施形態に係る半導体装置は、素子ブロックCBLを有している。素子ブロックCBLの数は、好ましくは複数である。素子ブロックCBLの各々は、平面視において、互いに離間して配置されている。すなわち、素子ブロックCBLの各々は、平面視において半導体素子SEが設けられていない領域(例えば、素子分離膜ISLが設けられている領域)に取り囲まれており、かつ当該領域の幅が素子ブロックCBL内において隣り合って配置されている半導体素子SEの間隔よりも広くなっている。素子ブロックCBLの各々は、複数の半導体素子SEにより構成されている。素子ブロックCBLを構成する各々の半導体素子SEは、相互に電気的に接続され、電気回路として機能する。なお、平面視とは、第1面FSに直交する方向から第1面FSをみる場合をいう。
上記のとおり、素子ブロックCBLは、半導体素子SEが形成されていない領域に取り囲まれている。そのため、各々の素子ブロックCBLの間には、半導体素子SEが形成されていない。また、平面視において最も外側に位置する素子ブロックCBLよりも外側には、半導体素子SEが形成されていない。
第1膜FLは、第1面FSの上に配置されている。第1膜FLが第1面FSの上に配置されている場合には、第1膜FLが第1面FSに接している場合と、第1膜FL第1面FSに接していない場合の双方が含まれている。すなわち、第1膜FLは、後述する素子分離膜ISL上に配置されていてもよい。
第1膜FLは、非アクティブ領域NAR内に配置されている。非アクティブ領域NARは、平面視において、ソース領域SR、ドレイン領域DRA及びゲート電極GEが形成される部分と重ならない領域である。すなわち、非アクティブ領域NARは、平面視において、ソース領域SR及びドレイン領域DRAが形成される部分の周囲に位置し、かつゲート電極GEが形成される部分の周囲に位置する領域である。第1膜FLが非アクティブ領域NAR内に配置されているとは、第1膜FLが、平面視において、非アクティブ領域NARの端よりも内側に位置していることをいう。
非アクティブ領域NARは、平面視における各々の素子ブロックCBLの内側に存在している。平面視における各々の素子ブロックCBLの内側に存在している非アクティブ領域NARを、以下においては、第1領域NAR1という。
上記のとおり、半導体素子SEは、各々の素子ブロックCBLの間において形成されていない。そのため、非アクティブ領域NARは、平面視において隣り合っている素子ブロックCBLの間にも存在している。以下においては、平面視において隣り合っている素子ブロックCBLの間に存在する非アクティブ領域NARを、第2領域NAR2という。
上記のとおり、半導体素子SEは、平面視において最も外側に位置する素子ブロックCBLよりも外側において形成されていない。そのため、非アクティブ領域NARは、平面視において最も外側に配置される素子ブロックCBLのさらに外側にも存在している。以下においては、平面視において最も外側に位置する素子ブロックCBLよりも外側に存在する非アクティブ領域NARを、第3領域NAR3という。
第1膜FLは、第1領域NAR1内に位置していてもよい。第1膜FLは、第3領域NAR3内に位置していてもよい。要するに、第1膜FLは、第1領域NAR1、第2領域NAR2及び第3領域NAR3のうちの少なくとも1つの内側に位置していればよい。
第1膜FLの厚さは、好ましくは、50nm以上200nm以下である。第1膜FLの平面視における面積の合計は、好ましくは、10μm2以上である。第1膜FLには、例えば窒化珪素(SiN)が用いられる。
第1膜FLは、酸性溶液中において半導体基板SUBを構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成されている。すなわち、第1膜FLは、酸性溶液中におけるゼータ電位が、半導体基板SUBを構成する材料とは逆符号となる材料により構成されている。好ましくは、第1膜FLは、pHの値が4以下の酸性溶液中において半導体基板SUBを構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成されている。さらに好ましくは、pHの値が3以下の酸性溶液中において半導体基板SUBを構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成されている。
例えば、半導体基板SUBを構成する材料がSiであり、第1膜FLを構成する材料がSiNである場合、pHの値が4以下の酸性溶液中において、半導体基板SUBを構成する材料が負に帯電し、第1膜FLを構成する材料が正に帯電する。なお、pHの値が4以下となる酸性溶液の例は、硫酸過酸化水素水(SPM)である。
素子分離膜ISLは、第1面FSに配置されている。素子分離膜ISLは、不純物拡散領域DRが形成される第1面FSの部分(ソース領域SR及びドレイン領域DRAが形成される第1面FSの部分)を取り囲んでいる。素子分離膜ISLは、絶縁体により構成されている。素子分離膜ISLは、半導体素子SEを絶縁分離している。素子分離膜ISLは、LOCOS(Local Oxidation Of Silicon)であってもよい。素子分離膜ISLは、STI(Shallow Trench Isolation)であってもよい。素子分離膜ISLには、例えばSiO2が用いられる。
サイドウォールスペーサSWSは、ゲート絶縁膜GO上に配置されている。サイドウォールスペーサSWSは、ゲート電極GEの側方に配置されている。サイドウォールスペーサSWSは、ゲート電極GE側に位置しているソース領域SR及びドレイン領域DRAの上に配置されている。サイドウォールスペーサSWSには、例えばSiO2、SiN等が用いられている。
プリメタル絶縁膜PMDは、半導体基板SUBの第1面FS上に配置されている。より具体的には、プリメタル絶縁膜PMDは、ゲート電極GE、サイドウォールスペーサSWS、第1膜FLを覆うように配置されている。プリメタル絶縁膜PMDには、例えば、SiO2が用いられている。
コンタクトプラグCPは、プリメタル絶縁膜PMD中に配置されている。より具体的には、コンタクトプラグCPは、プリメタル絶縁膜PMD中に設けられたコンタクトホールCH中に配置されている。コンタクトプラグCPは、ソース領域SR、ドレイン領域DRA及びゲート電極GEに電気的に接続されている。コンタクトプラグCPには、例えばタングステン(W)等が用いられる。
配線層WL1は、プリメタル絶縁膜PMD上に配置されている。配線層WL1は、コンタクトプラグCPに電気的に接続されている。配線層WL1には、例えば、アルミニウム(Al)、Al合金、銅(Cu)、Cu合金等が用いられる。
層間絶縁膜ILDは、プリメタル絶縁膜PMD上において、配線層WL1を覆うように配置されている。層間絶縁膜ILDには、例えばSiO2等が用いられる。ビアプラグVPは、層間絶縁膜ILD中に配置されている。より具体的には、ビアプラグVPは、層間絶縁膜ILD中に設けられたビアホールVH中に配置されている。ビアプラグVPは、配線層WL1に電気的に接続されている。ビアプラグVPには、例えばW等が用いられる。
配線層WL2は、層間絶縁膜ILD上に配置されている。配線層WL2は、ビアプラグVPに電気的に接続されている。配線層WL2には、例えばAl、Al合金、Cu、Cu合金等が用いられる。
なお、上記においては、配線層の数が2である場合について説明したが、第1実施形態に係る半導体装置は、配線層WL2の上にさらに層間絶縁膜及び配線層を積層されるとともに、配線層の間をビアプラグで電敵的に接続することにより、より多層の配線層を有する構造であってもよい。
以下に、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図4に示すように、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法は、素子分離膜形成工程S1と、第1膜形成工程S2と、洗浄工程S3と、ゲート絶縁膜形成工程S4と、半導体素子形成工程S5と、プリメタル絶縁膜形成工程S6と、コンタクトプラグ形成工程S7と、第1配線層形成工程S8と、層間絶縁膜形成工程S9と、ビアプラグ形成工程S10と、第2配線層形成工程S11とを有している。
図4に示すように、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法は、素子分離膜形成工程S1と、第1膜形成工程S2と、洗浄工程S3と、ゲート絶縁膜形成工程S4と、半導体素子形成工程S5と、プリメタル絶縁膜形成工程S6と、コンタクトプラグ形成工程S7と、第1配線層形成工程S8と、層間絶縁膜形成工程S9と、ビアプラグ形成工程S10と、第2配線層形成工程S11とを有している。
図5に示すように、素子分離膜形成工程S1においては、素子分離膜ISLが、不純物拡散領域DRが形成される部分を取り囲むように、半導体基板SUBの第1面FSに形成される。素子分離膜ISLの形成においては、第1に、半導体基板SUBの第1面FS上にマスクが形成される。マスクは、不純物拡散領域DRが形成される部分に位置する第1面FS上に配置されている。マスクは、例えば、SiO2膜と、SiO2膜の上に積層されたSiN膜とにより構成されている。
素子分離膜ISLの形成においては、第2に、半導体基板SUBの第1面FSの熱酸化が行われる。マスクが配置されている第1面FSの部分においては、熱酸化が行われないことになる。その結果、マスクが配置されていない第1面FSの部分(すなわち、不純物拡散領域DRが形成される部分を取り囲む第1面FSの部分)にのみ、素子分離膜ISLが形成される。
図6に示すように、第1膜形成工程S2においては、非アクティブ領域NAR内に位置する第1面FSの上に、第1膜FLが形成される。第1膜形成工程S2においては、第1に、第1面FSの上に、第1膜FLを構成する材料が、CVD(Chemical Vapor Deposition)等により成膜される。
第1膜形成工程S2においては、第2に、成膜された第1膜FLを構成する材料のパターンニングが行われる。成膜された第1膜FLを構成する材料のパターンニングは、例えばフォトリソグラフィにより行われる。このパターンニングは、非アクティブ領域NAR外に位置する第1面FSの上に成膜された第1膜FLを構成する材料を除去し、非アクティブ領域NAR内に位置する第1面FSの上に成膜された第1膜FLを構成する材料を残すように行われる。これにより、非アクティブ領域NARの上に、第1膜FLが形成される。
図7に示すように、洗浄工程S3においては、第1膜FL及び素子分離膜ISLが形成された半導体基板SUBの洗浄が行われる。この洗浄は、洗浄液CLが入れられた洗浄槽WTに第1膜FL及び素子分離膜ISLが形成された半導体基板SUBを浸漬することにより行われる。洗浄液CLは、硫酸過酸化水素水等の酸性溶液である。
図8に示すように、ゲート絶縁膜形成工程S4においては、ゲート絶縁膜GOの形成が行われる。ゲート絶縁膜GOの形成は、第1膜FL及び素子分離膜ISLから露出する半導体基板SUBの第1面FS(非アクティブ領域NAR外に位置する半導体基板SUBの第1面FS)を熱酸化することにより行われる。
半導体素子形成工程S5は、ゲート電極形成工程S51と、第1不純物注入工程S52と、サイドウォールスペーサ形成工程S53と、第2不純物注入工程S54とを有している。
図9に示すように、ゲート電極形成工程S51においては、ソース領域SRが形成される部分及びドレイン領域DRAが形成される部分に挟み込まれた半導体基板SUBの部分の上に形成されたゲート絶縁膜GOの上に、ゲート電極GEが形成される。ゲート電極GEの形成は、ゲート電極GEを構成する材料をCVD等により成膜するとともに、成膜したゲート電極GEを構成する材料をフォトリソグラフィによりパターニングすることにより行われる。
図10に示すように、第1不純物注入工程S52においては、第1部分SR1及び第1部分DRA1が形成される。第1部分SR1及び第1部分DRA1は、ゲート電極GE、第1膜FL及び素子分離膜ISLをマスクとしてイオン注入を行うことで形成される。
図11に示すように、サイドウォールスペーサ形成工程S53においては、ゲート電極GEの側方に、サイドウォールスペーサSWSが形成される。サイドウォールスペーサSWSの形成においては、第1に、CVD等により、ゲート電極GE、ゲート絶縁膜GO及び第1膜FLの上に、サイドウォールスペーサSWSを構成する材料が成膜される。第2に、サイドウォールスペーサSWSの形成においては、第2に、成膜されたサイドウォールスペーサSWSを構成する材料に対するRIE(Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングが行われる。この異方性エッチングは、ゲート電極GEの上面が露出するまで行われる。
図12に示すように、第2不純物注入工程S54においては、第2部分SR2及び第2部分DRA2が形成される。第2部分SR2及び第2部分DRA2は、ゲート電極GE、サイドウォールスペーサSWS、第1膜FL及び素子分離膜ISLをマスクとしてイオン注入を行うことにより形成される。
図13に示すように、プリメタル絶縁膜形成工程S6においては、半導体基板SUBの第1面FS上に、プリメタル絶縁膜PMDが形成される。プリメタル絶縁膜PMDの形成においては、第1に、プリメタル絶縁膜PMDを構成する材料の成膜が、CVD等により行われる。プリメタル絶縁膜PMDの形成においては、第2に、成膜されたプリメタル絶縁膜PMDの上面の平坦化が、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等により行われる。
図14に示すように、コンタクトプラグ形成工程S7においては、プリメタル絶縁膜PMD中に、コンタクトプラグCPが形成される。コンタクトプラグ形成工程S7においては、第1に、プリメタル絶縁膜PMD中にコンタクトホールCHが形成される。コンタクトホールCHは、例えばRIE等の異方性エッチングにより形成される。
コンタクトプラグ形成工程S7においては、第2に、コンタクトホールCH中へ、コンタクトプラグCPを構成する材料が充填される。コンタクトホールCH中へのコンタクトプラグCPを構成する材料の充填は、例えばCVD等により行われる。コンタクトプラグ形成工程S7においては、第3に、コンタクトホールCHからはみ出したコンタクトプラグCPを構成する材料の除去が行われる。コンタクトホールCHからはみ出したコンタクトプラグCPを構成する材料の除去は、例えばCMPにより行われる。
図15に示すように、第1配線層形成工程S8においては、プリメタル絶縁膜PMD上に配線層WL1が形成される。配線層WL1は、配線層WL1を構成する材料をスパッタリング等により成膜するとともに、成膜された配線層WL1を構成する材料をフォトリソグラフィ等でパターンニングすることにより形成される。
図16に示すように、層間絶縁膜形成工程S9においては、プリメタル絶縁膜PMD及び配線層WL1上に、層間絶縁膜ILDが形成される。層間絶縁膜ILDは、層間絶縁膜ILDを構成する材料をCVD等により形成するとともに、形成された層間絶縁膜ILDを構成する材料の上面をCMP等で平坦化することにより形成される。
図17に示すように、ビアプラグ形成工程S10においては、層間絶縁膜ILD中に、ビアプラグVPが形成される。ビアプラグ形成工程S10においては、第1に、層間絶縁膜ILD中にビアホールVHが形成される。ビアホールVHの形成は、例えばRIE等の異方性エッチングにより行われる。ビアプラグ形成工程S10においては、第2に、ビアホールVH中へ、ビアプラグVPを構成する材料が充填される。ビアホールVH中へのビアプラグを構成する材料の充填は、例えばCVD等により行われる。第3に、ビアホールVHからはみ出したビアプラグVPを構成する材料の除去が行われる。ビアホールVHからはみ出したビアプラグVPを構成する材料の除去は、例えばCMPにより行われる。
第2配線層形成工程S11においては、層間絶縁膜ILD上に、配線層WL2が形成される。配線層WL2は、配線層WL2を構成する材料をスパッタリング等により成膜するとともに、成膜された配線層WL2を構成する材料をフォトリソグラフィ等によりパターンニングすることにより形成される。以上により、図3に示される第1実施形態に係る半導体装置の構造が形成される。
なお、層間絶縁膜形成工程S9、ビアプラグ形成工程S10及び第2配線層形成工程S11をさらに繰り返すことにより、より多層の配線層を有する第1実施形態に係る半導体装置が製造される。また、サイドウォールスペーサSWSの下に配置される膜は、ゲート絶縁膜GOのみではなく、第1不純物注入工程S52において第1部分SR1及び第1部分DRA1を形成する前に、例えば熱酸化やCVDにより新たに形成した膜であってもよい。
以下に、第1実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法の効果について説明する。
ゲート絶縁膜形成工程S4を行う際に、異物が半導体素子SEが形成される部分に位置する半導体基板SUBの第1面FSに付着している場合、半導体素子SEの不良につながるおそれがある。そのため、ゲート絶縁膜形成工程S4を行う直前には、洗浄工程S3が行われる。
半導体基板SUBを洗浄液CLに浸漬することにより、異物は、半導体基板SUBの表面から洗浄液CL中へと離脱する。しかしながら、半導体基板SUBを洗浄液CLから取り出す際に、洗浄液CLへと離脱した異物が、半導体基板SUBの表面に再度付着することがある。
第1実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、ゲート絶縁膜形成工程S4よりも前に第1膜形成工程S2が行われている。第1膜FLを構成する材料は、酸性溶液である洗浄液CL中において、半導体基板SUBを構成する材料とは逆の電位に帯電する。半導体基板SUBの表面に付着している異物は、半導体基板SUBを構成する材料を含有している。そのため、半導体基板SUBの表面から洗浄液CL中に離脱した異物は、第1膜FLとの間の静電気的引力により、第1膜FLに吸着される。その結果、半導体基板SUBを洗浄液CLから取り出す際に、異物が半導体基板SUBの表面に再度付着しがたい。
上記のとおり、第1膜FLは、その物理的な構造により異物をトラップするものではなく、酸性溶液中における第1膜FLと異物との間の静電気的引力により異物をトラップするものである。そのため、第1膜FLは、厚く形成する必要がない。このように、第1実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法によると、異物をトラップするための構造に起因した段差の発生を抑制しつつ、半導体素子SEの不良の発生を抑制することができる。
第1実施形態に係る半導体装置において、第1膜FLが第1領域NAR1内に位置する第1面FSの上に配置されている場合、第1膜FLは、半導体素子SEが形成される部分の近傍に配置されることになる。そのため、この場合には、洗浄液CL中の異物が、半導体素子SEが形成される部分にさらに再付着しがたく、半導体素子SEの不良の発生をさらに抑制することができる。
第2領域NAR2及び第3領域NAR3内に位置する第1面FSには、半導体素子SEが形成されない。そのため、第1膜FLの形成に伴って、第2領域NAR2及び第3領域NAR3内に段差が生じたとしても、その段差が半導体素子SEの形成に与える影響は小さい。そのため、この場合には、第1膜FLの形成に伴う段差の影響をさらに抑制することができる。
(第2実施形態)
以下に、第2実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る半導体装置の構成と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
以下に、第2実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る半導体装置の構成と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
図18に示すように、第2実施形態に係る半導体装置は、半導体基板SUBと、ゲート絶縁膜GOと、ゲート電極GEと、第1膜FLと、素子分離膜ISLと、サイドウォールスペーサSWSと、プリメタル絶縁膜PMDと、コンタクトプラグCPと、配線層WL1と、層間絶縁膜ILDと、ビアプラグVPと、配線層WL2とを有している。
半導体基板SUBは、第1面FSと、第2面SSとを有している。非アクティブ領域NARは、第1領域NAR1と、第2領域NAR2と、第3領域NAR3とを有している。
半導体基板SUBは、不純物拡散領域DRを有している。不純物拡散領域DRは、ソース領域SRと、ドレイン領域DRAとを有している。ソース領域SRは、第1部分SR1と第2部分SR2とを有している。ドレイン領域DRAは、第1部分DRA1と、第2部分DRA2とを有している。
ソース領域SR、ドレイン領域DRA、ゲート絶縁膜GO及びゲート電極GEは、半導体素子SEを構成している。半導体素子SEは、複数設けられている。複数の半導体素子SEは、複数の素子ブロックCBLを構成している。これらの点において、第2実施形態に係る半導体装置は、第1実施形態に係る半導体装置と共通している。
第2実施形態に係る半導体装置は、第1膜FL及び素子分離膜ISLの配置において、第1実施形態に係る半導体装置と異なっている。
第1膜FLは、半導体基板SUBの第1面FSに接して配置されている。より具体的には、第1膜FLは、第2領域NAR2及び第3領域NAR3内に位置する第1面FSに接して配置されている。素子分離膜ISLは、第2領域NAR2及び第3領域NAR3外に位置する第1面FSに配置されている。すなわち、第1膜FLと素子分離膜ISLとは、平面視において、互いに重なり合わないように配置されている。
以下に、第2実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点について主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
図19に示すように、第2実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様に、素子分離膜形成工程S1と、第1膜形成工程S2と、洗浄工程S3と、ゲート絶縁膜形成工程S4と、半導体素子形成工程S5と、プリメタル絶縁膜形成工程S6と、コンタクトプラグ形成工程S7と、第1配線層形成工程S8と、層間絶縁膜形成工程S9と、ビアプラグ形成工程S10と、第2配線層形成工程S11とを有している。
第2実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、素子分離膜形成工程S1及び第1膜形成工程S2の順序が、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なっている。第1膜形成工程S2は、素子分離膜形成工程S1よりも前に行われる。
図20に示すように、第1膜形成工程S2においては、第2領域NAR2及び第3領域NAR3内に位置する半導体基板SUBの第1面FS上に、第1膜FLが形成される。第1膜FLの形成は、第1面FS上に第1膜FLを構成する材料をCVD等により成膜するとともに、成膜された第1膜FLを構成する材料をフォトリソグラフィによりパターンニングすることにより行われる。
図21に示すように、素子分離膜形成工程S1においては、半導体基板SUBの第1面FS上に素子分離膜ISLが形成される。素子分離膜ISLの形成においては、第1に、半導体基板SUBの第1面FS上に、マスクの形成が行われる。マスクは、不純物拡散領域DRが形成される部分の第1面FS上に配置される。素子分離膜ISLの形成においては、第2に、マスクが配置されていない部分に位置する半導体基板SUBの第1面FSに対して、熱酸化が行われる。
上記のとおり、第2領域NAR2及び第3領域NAR3内に位置する第1面FSには、第1膜FLが既に形成されている。そのため、第2領域NAR2及び第3領域NAR3内に位置する第1面FSが熱酸化されず、第2領域NAR2及び第3領域NAR3内に位置する第1面FSには、素子分離膜ISLが形成されない。
半導体装置の製造工程においては、洗浄工程S3が行われる前にも、他の洗浄工程が行われる場合がある。第2実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、第1膜形成工程S2が素子分離膜形成工程S1よりも前に行われる。そのため、第1膜FLには、洗浄工程S3よりも前に行われる他の洗浄工程において発生する異物も吸着させることができる。そのため、第2実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法によると、異物に起因した半導体素子SEの不良の発生をさらに抑制することができる。
(第3実施形態)
以下に、第3実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る半導体装置の構成と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
以下に、第3実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る半導体装置の構成と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
図22に示すように、第3実施形態に係る半導体装置は、半導体基板SUBと、ゲート絶縁膜GOと、ゲート電極GEと、第1膜FLと、素子分離膜ISLと、サイドウォールスペーサSWSと、プリメタル絶縁膜PMDと、コンタクトプラグCPと、配線層WL1と、層間絶縁膜ILDと、ビアプラグVPと、配線層WL2とを有している。
半導体基板SUBは、第1面FSと、第2面SSとを有している。非アクティブ領域NARは、第1領域NAR1と、第2領域NAR2と、第3領域NAR3とを有している。
半導体基板SUBは、不純物拡散領域DRを有している。不純物拡散領域DRは、ソース領域SRと、ドレイン領域DRAとを有している。ソース領域SRは、第1部分SR1と第2部分SR2とを有している。ドレイン領域DRAは、第1部分DRA1と、第2部分DRA2とを有している。
ソース領域SR、ドレイン領域DRA、ゲート絶縁膜GO及びゲート電極GEは、半導体素子SEを構成している。半導体素子SEは、複数設けられている。複数の半導体素子SEは、複数の素子ブロックCBLを構成している。これらの点において、第3実施形態に係る半導体装置は、第1実施形態に係る半導体装置と共通している。
第3実施形態に係る半導体装置は、第2膜SLをさらに有している点において、第1実施形態に係る半導体装置と異なっている。第2膜SLは、第1膜FLの上に配置されている。すなわち、第2膜SLは、非アクティブ領域NAR内に配置されている。
第2膜SLは、酸性溶液中において半導体基板SUBを構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成されている。第2膜SLは、好ましくは、pHの値が4以下の酸性溶液中において半導体基板SUBを構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成されている。第2膜SLは、殊に好ましくは、pHの値が3以下の酸性溶液中において半導体基板SUBを構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成されている。
第2膜SLを構成する材料は、第1膜FLを構成する材料と同一であってもよい。第2膜SLを構成する材料は、サイドウォールスペーサSWSを構成する材料と同一である。第2膜SL及びサイドウォールスペーサSWSには、具体的には、SiNが用いられる。
以下に、第3実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点について主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
図23に示すように、第3実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様に、素子分離膜形成工程S1と、第1膜形成工程S2と、洗浄工程S3と、ゲート絶縁膜形成工程S4と、半導体素子形成工程S5と、プリメタル絶縁膜形成工程S6と、コンタクトプラグ形成工程S7と、第1配線層形成工程S8と、層間絶縁膜形成工程S9と、ビアプラグ形成工程S10と、第2配線層形成工程S11とを有している。
第3実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第2膜形成工程S12をさらに有している。この点において、第3実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なっている。第2膜形成工程S12は、サイドウォールスペーサ形成工程S53と同時に行われる。
図24に示すように、第2膜形成工程S12とサイドウォールスペーサ形成工程S53においては、第2膜SLとサイドウォールスペーサSWSとが同時に形成される。第2膜SL及びサイドウォールスペーサSWSの形成においては、第1に、ゲート電極GE、ゲート絶縁膜GO及び第1膜FLの上に、第2膜SL及びサイドウォールスペーサSWSを構成する材料の成膜が、CVD等を用いて行われる。第2膜SL及びサイドウォールスペーサSWSの形成においては、第2に、第2領域NAR2及び第3領域NAR3の上にフォトレジストPRが形成される。
第2膜SL及びサイドウォールスペーサSWSの形成においては、第3に、成膜された第2膜SL及びサイドウォールスペーサSWSを構成する材料に対するRIE等の異方性エッチングが、ゲート電極GEの上面が露出するまで行われる。この際、第2領域NAR2及び第3領域NAR3の上に成膜された第2膜SL及びサイドウォールスペーサSWSを構成する材料は、フォトレジストPRにより覆われているため、エッチングされずに残存する。以上により、同一材料により構成される第2膜SL及びサイドウォールスペーサSWSが、同時に形成される。
半導体装置の製造工程においては、ゲート絶縁膜形成工程S4が行われた後にも、他の洗浄工程が行われる場合がある。ゲート絶縁膜形成工程S4が行われる際、第1膜FLの表面も熱酸化されている。そのため、第1膜FLは、ゲート絶縁膜形成工程S4の後においては、洗浄液中に含まれる異物の吸着能を失っている。
しかしながら、第3実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法においては、洗浄液中に含まれる異物の吸着能を有する第2膜SLが、新たに形成される。そのため、第3実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法によると、ゲート絶縁膜形成工程S4が行われた後に行われる洗浄工程においても、洗浄液中に含まれる異物が再付着することを抑制することができる。
(第4実施形態)
以下に、第4実施形態に係る半導体装置について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る半導体装置と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
以下に、第4実施形態に係る半導体装置について説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る半導体装置と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さない。
図25に示すように、第3実施形態に係る半導体装置は、半導体基板SUBと、ゲート絶縁膜GOと、ゲート電極GEと、第1膜FLと、素子分離膜ISLと、サイドウォールスペーサSWSと、プリメタル絶縁膜PMDと、コンタクトプラグCPと、配線層WL1と、層間絶縁膜ILDと、ビアプラグVPと、配線層WL2とを有している。
半導体基板SUBは、第1面FSと第2面SSとを有している。半導体基板SUBは、不純物拡散領域DRを有している。不純物拡散領域DRは、ソース領域SRと、ドレイン領域DRAとを有している。ソース領域SRは、第1部分SR1と第2部分SR2とを有している。ドレイン領域DRAは、第1部分DRA1と、第2部分DRA2とを有している。
ソース領域SR、ドレイン領域DRA、ゲート絶縁膜GO及びゲート電極GEは、半導体素子SEを構成している。半導体素子SEは、複数設けられている。複数の半導体素子SEは、複数の素子ブロックCBLを構成している。これらの点において、第4実施形態に係る半導体装置は、第1実施形態に係る半導体装置と共通している。
第4実施形態に係る半導体装置においては、第1膜FLは、第2面SS上に形成されている。この点において、第4実施形態に係る半導体装置は、第1実施形態に係る半導体装置と異なっている。
図26に示すように、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様に、素子分離膜形成工程S1と、第1膜形成工程S2と、洗浄工程S3と、ゲート絶縁膜形成工程S4と、半導体素子形成工程S5と、プリメタル絶縁膜形成工程S6と、コンタクトプラグ形成工程S7と、第1配線層形成工程S8と、層間絶縁膜形成工程S9と、ビアプラグ形成工程S10と、第2配線層形成工程S11とを有している。
第4実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第1膜形成工程S2が、素子分離膜形成工程S1よりも前に行われる点において、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なっている。
図27に示すように、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の第1膜形成工程S2において、第1膜FLは、半導体基板SUBの第2面SSに形成される。第1膜FLは、例えばCVD等により第1膜FLを構成する材料を成膜することにより行われる。
半導体基板SUBの第2面SS側には、半導体素子SEが形成されない。そのため、第4実施形態に係る半導体装置においては、第1膜FLが、半導体素子SEの形成に影響を及ぼさない。そのため、第4実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法によると、第1膜FLの形成に伴う半導体素子SEの形成への影響を、さらに抑制することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
CBL 素子ブロック、CH コンタクトホール、CL 洗浄液、CP コンタクトプラグ、DR 不純物拡散領域、DRA ドレイン領域、DRA1 第1部分、DRA2 第2部分、FL 第1膜、FS 第1面、GE ゲート電極、GO ゲート絶縁膜、ILD 層間絶縁膜、ISL 素子分離膜、NAR 非アクティブ領域、NAR1 第1領域、NAR2 第2領域、NAR3 第3領域、PMD プリメタル絶縁膜、PR フォトレジスト、S1 素子分離膜形成工程、S2 第1膜形成工程、S3 洗浄工程、S4 ゲート絶縁膜形成工程、S5 半導体素子形成工程、S6 プリメタル絶縁膜形成工程、S7 コンタクトプラグ形成工程、S8 第1配線層形成工程、S9 層間絶縁膜形成工程、S10 ビアプラグ形成工程、S11 第2配線層形成工程、S12 第2膜形成工程、S51 ゲート電極形成工程、S52 第1不純物注入工程、S53 サイドウォールスペーサ形成工程、S54 第2不純物注入工程、SE 半導体素子、SL 第2膜、SR ソース領域、SR1 第1部分、SR2 第2部分、SS 第2面、SUB 半導体基板、SWS サイドウォールスペーサ、VH ビアホール、VP ビアプラグ、WL1,WL2 配線層、WT 洗浄槽。
Claims (14)
- 半導体基板の表面に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記表面に、ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域とにより挟み込まれる前記半導体基板の部分と前記ゲート絶縁膜を介在して対向するゲート電極とを有する少なくとも1つの半導体素子を形成する工程と、
前記表面の上に第1膜を形成する工程と、
前記半導体基板を酸性溶液で洗浄する工程とを備え、
前記第1膜は、前記酸性溶液中において前記半導体基板を構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成され、
前記第1膜を形成する工程は、前記ゲート絶縁膜を形成する工程よりも前に行われ、
前記第1膜は、前記ソース領域が形成される部分、前記ドレイン領域が形成される部分及び前記ゲート電極が形成される部分と平面視において重ならない非アクティブ領域内に位置するように形成される、半導体装置の製造方法。 - 前記第1膜は、pHが4以下の前記酸性溶液中において、前記半導体基板を構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板を構成する材料は、シリコンであり、
前記第1膜を構成する材料は、窒化シリコンである、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体素子を形成する工程において、複数の前記半導体素子が形成され、
前記複数の半導体素子は、平面視において互いに離間して配置される複数の素子ブロックを構成し、
前記第1膜は、平面視において前記複数の素子ブロックの各々の内側に位置する前記非アクティブ領域内に配置される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体素子を形成する工程において、複数の前記半導体素子が形成され、
前記複数の半導体素子は、平面視において互いに離間して配置される複数の素子ブロックを構成し、
前記第1膜は、平面視において隣り合う前記素子ブロックの間に位置する前記非アクティブ領域内に配置される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体素子を形成する工程において、複数の前記半導体素子が形成され、
前記複数の半導体素子は、平面視において互いに離間して配置される複数の素子ブロックを構成し、
前記第1膜は、平面視において前記複数の素子ブロックのうちで最も外側に配置される前記素子ブロックよりも外側に位置する前記非アクティブ領域内に配置される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体素子を絶縁分離する素子分離膜を形成する工程をさらに備え、
前記第1膜を形成する工程は、前記素子分離膜を形成する工程の前に行われる、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1膜の上に、前記酸性溶液中において前記半導体基板を構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成される第2膜を形成する工程をさらに備え、
前記半導体素子を形成する工程は、前記ゲート電極の側方に配置されるサイドウォールスペーサを形成する工程を有し、
前記第2膜及び前記サイドウォールスペーサは、同一材料により構成され、
前記第2膜を形成する工程は、前記サイドウォールスペーサを形成する工程と同時に行われる、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 表面を有し、かつ前記表面に接して配置されるソース領域と、前記ソース領域と離間して前記表面に接して配置されるドレイン領域とを有する半導体基板と、
前記表面において、前記ソース領域及び前記ドレイン領域により挟み込まれた前記半導体基板の部分と絶縁されながら対向するゲート電極と、
前記ソース領域と、前記ドレイン領域と、前記ゲート電極とにより構成される半導体素子と、
前記表面の上に配置され、酸性溶液中において前記半導体基板を構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成される第1膜とを備え、
前記第1膜は、前記ソース領域、前記ドレイン領域及び前記ゲート電極と平面視において重ならない非アクティブ領域内に位置する、半導体装置。 - 前記半導体素子の数は複数であり、
前記複数の半導体素子は、素子ブロックを構成し、
前記第1膜は、平面視において前記素子ブロックの内側に位置する前記非アクティブ領域内に位置する、請求項9に記載の半導体装置。 - 前記半導体素子の数は複数であり、
前記複数の半導体素子は、平面視において互いに離間して配置される複数の素子ブロックを構成し、
前記第1膜は、平面視において隣接する前記複数の素子ブロックの外側に位置する前記非アクティブ領域内に位置する、請求項9に記載の半導体装置。 - 前記半導体素子の数は複数であり、
前記複数の半導体素子は、平面視において互いに離間して配置される複数の素子ブロックを構成し、
前記第1膜は、平面視において前記複数の素子ブロックの外側に位置する前記非アクティブ領域内に位置する、請求項9に記載の半導体装置。 - 前記表面に前記半導体素子を絶縁分離する素子分離膜をさらに備え、
前記第1膜は、平面視において前記素子分離膜と重ならないように前記表面に接して配置される、請求項9に記載の半導体装置。 - 前記第1膜の上に配置され、酸性溶液中において前記半導体基板を構成する材料とは逆の電位に帯電する材料により構成される第2膜と、
前記ゲート電極の側方に配置されるサイドウォールスペーサをさらに備え、
前記第2膜及び前記サイドウォールスペーサは、同一材料により構成される、請求項9に記載の半導体装置。
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