JP5628471B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
具体的には、P型のチャネルドープ層109を有する半導体基板101の表面に、ソース、ドレイン(SD)となるN型拡散層113が形成されている。また、半導体基板101及びN型拡散層113には溝106が形成されており、この溝106によってN型拡散層113のソース領域とドレイン領域とが分断されている。更に、溝106の内面には、ゲート絶縁膜107が形成されている。また、溝106にはゲート電極112が埋め込まれており、溝106の底部および底部近傍の側面にはチャネルドープ層109が形成されている。
更に、ゲート電極112上には、層間絶縁膜115が形成され、N型拡散層113上には、ゲート側壁窒化膜114を介してゲート電極112,112間にセルコンタクトポリプラグ117が形成されている。
代表的なプロセスについて説明すると、図6(a)に示すように、P型の半導体基板101上にSTI(Shallow Trench Isolation)技術により素子分離領域102を形成する。その後、半導体基板101上にパッド酸化膜と窒化膜とフォトレジスト膜を形成し(図示せず)、ゲート電極112とほぼ同じ位置に開口するように、リソグラフィー法によりフォトレジストをパターニングした後、ドライエッチングを用いて窒化膜マスクを成形する。
そして、フォトレジストを除去した後、この窒化膜マスクをマスクにして半導体基板101をエッチングすることにより、溝106を形成する。その後、窒化膜マスク、及びパッド酸化膜を除去し、半導体基板101上および溝106の内面にゲート絶縁膜107を形成する。
前記溝の内部にゲート絶縁膜を形成した後、前記溝にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板および前記ゲート電極を覆うように絶縁膜を形成するとともに、前記ゲート電極の幅方向両側に位置する前記絶縁膜にセルコンタクト孔を形成する工程と、
前記セルコンタクト孔を介して、第1の不純物を前記半導体基板に注入し、前記ゲート電極の両側に前記第1の不純物を拡散させることによりソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、
前記セルコンタクト孔を介して、第2の不純物を前記半導体基板に注入し、前記溝の底部および底部近傍の側面に前記第2の不純物を拡散させてチャネルドープ層を形成する工程と、を順に具備してなることを特徴とする。
[2]また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記チャネルドープ層の形成工程において、前記チャネルドープ層を少なくとも溝の底部と同じ深さに配置するとともに、前記セルコンタクト孔の開孔領域よりも、前記溝に向けて前記第2の不純物を拡散させて形成することが好ましい。
[3]また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記ソース・ドレイン拡散層の形成工程に先立って、前記ゲート電極の側壁に窒化膜を形成することが好ましい。
[4]また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記ソース・ドレイン拡散層の形成工程に先立って、前記ゲート電極の側壁に窒化膜を形成することが好ましい。
[5]また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記ソース・ドレイン拡散層を形成する工程において、前記第1の不純物として、リンをエネルギー量20KeV〜50KeV、ドーズ量1×1013cm‐2〜1×1014cm‐2の範囲でイオン注入することが好ましい。
[6]また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記チャネルドープ層を形成する工程において、前記第2の不純物として、ボロンをエネルギー量40KeV〜70KeV、ドーズ量1×1012cm‐2〜5×1013cm‐2の範囲でイオン注入することが好ましい。
[7]本発明の半導体装置は、前記[1]〜[6]の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
図1〜図3に、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図を示す。図4は、本発明の実施形態である半導体装置の模式図であり、(a)は平面模式図、(b)は断面模式図を示す。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板に溝を形成する工程(溝形成工程)と、溝の内部にゲート絶縁膜を形成した後、溝にゲート電極を形成する工程(ゲート電極形成工程)と、半導体基板およびゲート電極を覆うように絶縁膜を形成するとともに、絶縁膜にセルコンタクト孔を形成する工程(コンタクト孔形成工程)と、溝の両側にソース・ドレイン(SD)拡散層を形成する工程(SD拡散層形成工程)と、溝の底部近傍にチャネルドープ層を形成する工程(チャネルドープ層形成工程)と、から概略構成されている。以下、各工程について順次説明する。
図1(a)に示すように、P型の半導体基板1上にSTI(Shallow Trench Isolation)技術により、例えば深さ約300nmの素子分離領域2を形成する。その後、熱酸化により例えば約20nmのパッド酸化膜3を形成し、更にCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、Si窒化膜を約100nm堆積した後、フォトレジスト5を堆積させる。
次に、図1(c)に示すように、高温の燐酸を用いて窒化膜マスク4を除去した後、フッ酸(HF)を含む溶液で平面部に存在するパッド酸化膜3を除去する。この状態で、半導体基板1上にゲート絶縁膜7として、熱酸化法によりSi酸化膜を例えば約6nm形成する。
続いて、層間絶縁膜15(絶縁膜)として、例えばBPSG膜を約500nm成膜した後、例えば750℃〜900℃の窒素雰囲気中でアニールすることによってリフローした後、CMPプロセスにより平坦化する。
更に、リソグラフィー法とドライエッチングにより、図4(a)に示したセルアクティブ部Kにコンタクトを開口し、セルコンタクト孔16を形成する。セルコンタクト孔16は、ゲート電極12の幅方向両側に位置する層間絶縁膜15に形成する。
次に、図3(b)に示すように、ウェハ全面に第1の不純物を注入して、ソース・ドレイン(SD)拡散層13を形成する。第1の不純物として、例えば、リンをエネルギー量20KeV〜50KeV、ドーズ量1×1013cm‐2〜1×1014cm‐2の範囲でイオン注入することが好ましい。
これにより、メモリセル内ではセルコンタクト孔16を通って第1の不純物がアクティブ部Kに注入され、セルコンタクト孔16の下方にSD拡散層13を形成することができる。
また、セルコンタクト孔16はメモリセル内の所望の箇所にのみ開口されており、それ以外の領域は層間絶縁膜15にマスクされているため、リソグラフィー工程を追加することなく、セルフアラインで第1の不純物を注入することができる。
次に、図3(c)に示すように、ウェハ全面に第2の不純物を注入して、チャネルドープ層9を形成する。第2の不純物としては、例えば、ボロンをエネルギー量40KeV〜70KeV、ドーズ量1×1012cm‐2〜5×1013cm‐2の範囲でイオン注入することが好ましい。
チャネルドープ層9は、溝6の底部6aおよび底部近傍の側面6bに形成する必要があるため、チャネルドープ層9を少なくとも溝6の底部6aと同じ深さに配置するとともに、セルコンタクト孔16の開孔領域よりも、溝6に向けて第2の不純物を拡散させて形成することが好ましい。
このとき第2の不純物が注入される箇所はセルコンタクト孔16の下方であるが、第2の不純物を高エネルギーで注入することにより、溝6の底部6aおよび底部近傍の側面6bを覆うように横方向に広がりのあるチャネルドープ層9を形成することができ、得られるトランジスタの閾値電圧を調整することができる。このことは、実デバイスにおいて所望の閾値電圧特性が得られることを確認した。
図4には、上記の製造方法によって製造された半導体装置Hを示す。
図4(a)に示すように、本実施形態の溝ゲートトランジスタ(半導体装置)Hは、半導体基板1の表面近傍に素子分離領域2が設けられており、半導体基板1上を複数のアクティブ部Kに分割している。
素子分離領域2よりも深い部分にはP型ウェル層が設けられ(図示せず)、このP型ウェル層よりも浅い部分にはP型のチャネルドープ層9が設けられている。SD拡散層13は、チャネルドープ層9よりも更に浅い部分で、且つ、一対の素子分離領域2に挟まれた部分に設けられている。
ゲート絶縁膜7は、半導体基板1の表面に設けられ、溝6にも追従するように形成されている。
Claims (7)
- 半導体基板に溝を形成する工程と、
前記溝の内部にゲート絶縁膜を形成した後、前記溝にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板および前記ゲート電極を覆うように絶縁膜を形成するとともに、前記ゲート電極の幅方向両側に位置する前記絶縁膜にセルコンタクト孔を形成する工程と、
前記セルコンタクト孔を介して、第1の不純物を前記半導体基板に注入し、前記ゲート電極の両側に前記第1の不純物を拡散させることによりソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、
前記セルコンタクト孔を介して、第2の不純物を前記半導体基板に注入し、前記溝の底部および該底部近傍の側面に前記第2の不純物を拡散させてチャネルドープ層を形成する工程と、を備え、
前記セルコンタクト孔を形成する前記工程は、
前記半導体基板および前記ゲート電極を覆うように第1の絶縁膜を形成した後、該第1の絶縁膜を前記ゲート電極の上表面までエッチバックして、前記ゲート電極の側壁にゲート側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極および前記ゲート側壁絶縁膜を覆うように、層間絶縁膜となる第2の絶縁膜を形成し、前記ソース・ドレイン拡散層を形成する領域の上方の前記第2の絶縁膜にコンタクトを開口する工程と、を含み、
前記ソース・ドレイン拡散層および前記チャネルドープ層を形成する前記工程における前記第1および第2の不純物の注入は、前記側壁絶縁膜および前記第2の絶縁膜をマスクとして行なわれる、
半導体装置の製造方法。 - 前記チャネルドープ層の形成工程において、前記チャネルドープ層を少なくとも溝の底部と同じ深さに配置するとともに、前記セルコンタクト孔の開孔領域よりも、前記溝に向けて前記第2の不純物を拡散させて形成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の絶縁膜が窒化膜である、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の絶縁膜がBPSG膜である、請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ソース・ドレイン拡散層を形成する工程において、前記第1の不純物として、リンをエネルギー量20KeV〜50KeV、ドーズ量1×1013cm−2〜1×1014cm−2の範囲でイオン注入することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記チャネルドープ層を形成する工程において、前記第2の不純物として、ボロンをエネルギー量40KeV〜70KeV、ドーズ量1×1012cm−2〜5×1013cm−2の範囲でイオン注入することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項1〜6の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置。
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