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JP3546326B2 - Method for manufacturing semiconductor memory device - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体メモリ装置の製造方法に関するものであり、特にマスクROMに関して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、メモリセルアレイの高集積化に伴い、これを構成するMOSトランジスタが大幅に縮小されており、素子面積が小さく、且つ駆動能力の大きいMOSトランジスタの必要性が高まってきている。特に、マスクROMのようなメモリセルでは、1つのトランジスタが1セルに対応しており、このトランジスタのオン/オフの状態を情報「1」、「0」に対応させているので、この必要性がより高い。
【0003】
従来、この種のメモリセルアレイでは、フラットセル(或いはプレーナ型)構造を用いているが、素子分離はフィールド酸化膜を用いずに、注入によるPN接合分離により形成されている。
【0004】
従来技術として、特開昭61−288464号公報に記載の半導体メモリ装置を図5に示す。図6(a)は平面図、図6(b)は図6(a)のA−A断面図、図6(c)は図6(a)のB−B断面図である。
【0005】
図5において、シリコン基板21の表面部に、複数のソース/ドレイン領域25が平行に形成され、これらソース/ドレイン領域25上に、ゲート電極27がゲート絶縁膜26を介してソース/ドレイン領域25と直交する方向に複数本平行に形成されている。さらに、ソース/ドレイン領域25と逆導電型のイオンを注入することで、ソース/ドレイン領域25のない領域で、且つ、ゲート電極27のない領域の基板濃度を上げて素子分離領域30としている。
【0006】
また、この半導体メモリ装置の製造方法を図7乃至図9を用いて説明する。
【0007】
ここで、図7は図6(a)のA−A断面における製造工程図であり、図8は図6(a)のB−B断面における前半の製造工程図であり、図9は図6(a)のB−B断面における後半の製造工程図である。
【0008】
まず、図7(a)に示すように、P型シリコン基板21上に、絶縁膜22を形成した後、フォトリソグラフィ技術によってフォトレジスト膜23を帯状のパターンに複数本形成してから、このパターンをマスクとして、N型不純物をイオン注入し、MOSトランジスタのソース/ドレイン領域25を形成する。尚、符号24は注入された不純物を示す。
【0009】
次に、図7(b)及び図8(a)に示すように、フォトレジスト膜23と絶縁22とを除去した後、熱酸化を行いゲート酸化膜26を形成する。そして、ゲート酸化膜26上にゲート電極材料を堆積し、熱拡散や注入により、リン(P)等のN型不純物を導入する。その後、図8(b)のごとく、フォトリソグラフィ技術により、フォトレジスト膜28を、ソース/ドレイン領域25と直交する方向に複数本形成してから、このフォトレジスト膜28をマスクに、異方性エッチングにより、ゲート酸化膜36上のゲート電極27をエッチングにより形成する(図7(c)、図8(c))。
【0010】
次に、フォトレジスト膜28を除去して、素子分離のため、図7(d)及び図9(a)で示すように、基板と同じ導電型の不純物をイオン注入する。尚、符号29は注入された不純物を示す。そして、図9(b)に示すように、層間絶縁膜31を形成し、プログラムされたROMデータを記憶させるため、リソグラフィによりレジストパターン32を形成し、所望のセルトランジスタチャネル部にゲート電極上からボロンイオンの注入を行う。その後、熱処理を加え、ボロンを活性化する(図9(c))。尚、符号33は注入された不純物を示す。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
図5乃至図7で示された半導体装置の製造方法には以下に述べる問題がある。
【0012】
即ち、素子分離にはフィールド酸化膜を用いず、イオン注入により基板表面の濃度を上げているため、ソース/ドレインの接合耐圧が低下する。しかし、濃度を下げればソースとドレインとの間の耐圧が低くなり、ソース/ドレイン間のリーク電流が増大する。そのため、イオン注入によるPN接合分離では、素子分離幅が縮められず、メモリセルの微細化ができなくなる。
【0013】
更に、素子分離のためのイオン注入により、ソース/ドレインの接合容量が増大し、メモリセルの動作速度に遅延が生じる。ゲート電極をエッチングする工程(図7(c)、図8(c))と素子分離のためのイオン注入工程(図7(d)、図9(a))とを異なる装置で行うため、工程数が増えるとともに、作業効率が低下する。
【0014】
また、ROMデータの記憶のため、ゲート電極上からイオン注入を行うが、素子分離領域はセルのチャネル部と同一平面上にあるため、イオン注入された不純物が横方向に広がり、隣接するセルトランジスタへ影響を与えてしまう。隣接するセルトランジスタのチャネル部の濃度が上がり、しきい値電圧の上昇が生じるために、オン/オフの読み取りができなくなってしまう。そのため、セルの集積度向上の妨げとなる。
【0015】
本発明は工程数の増大を招くことなく、素子分離特性の向上と、隣接セルへの影響を抑制し、高集積化を図ることのできる半導体メモリ装置の製造方法を提供するものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体メモリ装置の製造方法は、半導体基板上に複数のソース/ドレインとなる拡散領域互いに平行に形成する工程と、前記半導体基板に増速酸化により前記拡散領域上の酸化膜を、該拡散領域以外の領域の酸化膜よりも厚く形成し、その後ゲート電極となる導電膜を形成する工程と、前記拡散領域と交差する方向に複数本互いに平行になるように、レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、導電膜をパターニングすることによりゲート電極を形成する工程と、前記レジストパターンをエッチングマスクとして用い、前記拡散領域以外の領域において、前記半導体基板表面が露出するまで、前記酸化膜を除去する工程と、前記レジストパターン及び前記拡散領域上の酸化膜をエッチングマスクとして用いて、エッチングにより前記半導体基板に溝を形成する工程と、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成するとともに、前記溝に前記層間絶縁膜を埋設する工程とを有することを特徴とするものである。
【0018】
また、本発明の半導体メモリ装置の製造方法は、半導体基板上に複数のソース/ドレインとなる拡散領域を互いに平行に形成する工程と、前記半導体基板に増速酸化により前記拡散領域上の酸化膜を、該拡散領域以外の領域の酸化膜よりも厚く形成し、その後ゲート電極となる導電膜及び絶縁膜を順次形成する工程と、前記拡散領域と交差する方向に複数本互いに平行になるように、レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、前記絶縁膜をパターニングする工程と、前記レジストパターンを除去した後、上記パターニングされた絶縁膜をエッチングマスクとして用いて、導電膜をパターニングすることによりゲート電極を形成する工程と、前記パターニングされた絶縁膜をエッチングマスクとして用い、前記拡散領域以外の領域において、前記半導体基板表面が露出するまで、前記酸化膜を除去する工程と、前記レジストパターン及び前記拡散領域上の酸化膜をエッチングマスクとして用いて、エッチングにより上記半導体基板に溝を形成する工程と、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成するとともに、前記溝に前記層間絶縁膜を埋設する工程とを有することを特徴とするものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明の強誘電体キャパシタの製造方法を詳細に説明する。
【0020】
図1は本発明の実施の形態に係る半導体メモリ装置の斜視断面図、図2(a)は平面図、図2(b)は図2(a)のA−A断面図、図2(c)は図2(a)のB−B断面図である。
【0021】
において、半導体メモリ装置の主要部は、P型シリコン基板1上に、ソース/ドレイン領域となるそれぞれ複数個の互いに平行な帯状のN型拡散層5が形成されている。シリコン基板1上には複数のゲート電極7がゲート酸化膜6を介し、拡散領域5と直交する方向に形成されている。N型拡散層5上には、増速酸化で厚くなったゲート酸化膜9(図3(d)参照)が形成されている。ゲート電極7と拡散領域5以外の領域のシリコン基板1が掘り込まれ溝10が形成されている。その後、図5に示すように層間絶縁膜11によって、溝10が埋め込まれ素子分離領域となる。
【0022】
この増速酸化は、酸化膜を形成する領域のうち、所定領域に高濃度にドーピングされた半導体基板上に酸化膜厚がその他の領域より厚くなるという現象である。増速酸化の一般論について、以下に簡単に説明する。
【0023】
目的とする酸化膜の膜厚をTox(t)とすると、
Tox(t)+ATox(t)=B(t+to)・・・(1)
という式(1)が成立することが分かっている。この式において、A、Bは速度定数であり、A=Po×Kp/Kl、B=Po×Kp(Poは規格化酸化分圧、Klは直線則酸化係数、Kpは2乗則酸化係数である)であり、toは補正時間である。そして、式(1)において低濃度ではKp、Klは単に酸化雰囲気と基板の結晶方向にのみ依存し、一方、高濃度ではKp、Klが大きくなる。そのため、増速酸化しないで同一条件で作成した酸化膜より厚い膜厚を有する酸化膜を形成することができる。
【0024】
次に、本発明の半導体メモリ装置の製造方法について、図3及び図4を用いて説明する。ここで、図3は図2(a)のA−A断面における製造工程図であり、図4は図2(a)のB−B断面における前半の製造工程図であり、図5は図2(a)のB−B断面における後半の製造工程図である
まず、図3(a)に示すように、P型シリコン基板1上に高温酸素雰囲気中で絶縁膜2であるシリコン酸化膜を200Å程度以下の厚さで形成した後、フォトリソグラフィ技術によってフォトレジスト膜3を例えば幅0.15〜0.6μm、間隔0.15〜0.6μmの帯状のパターンに複数本形成してから、このパターンをマスクとして、例えば砒素(As)等のN型不純物を注入エネルギーを10〜80keV、ドーズ量を3×1015cm−2程度の条件でイオン注入し、MOSトランジスタのソース/ドレイン領域5を形成する。尚、符号4は注入された不純物を示す。
【0025】
次に、図3(b)及び図4(a)に示すように、フォトレジスト膜と絶縁膜2を除去した後、高温酸素雰囲気中で熱酸化を行い、ソース/ドレイン領域以外のゲート酸化膜厚に比べて増速酸化により膜厚が厚くなる。例えば、800℃、Oガス流量を10リットル/分、HClガス流量を0.4リットル/分で63分酸化で、図3(b)でソース/ドレイン領域以外のところでの膜厚D1が100Åの酸化膜を形成すると、高濃度に不純物注入されたソース/ドレイン領域5上には膜厚D2が300Åの酸化膜が形成されている。
【0026】
そして、ゲート酸化膜6上にゲート電極7として例えばポリシリコン膜をCVD法で1000〜2000Å程度堆積し、熱拡散や注入によりリン(P)等のN型不純物を導入する。ゲート電極の低抵抗化を図るため、この後タングステンシリサイドを1000〜2000Å程度堆積してポリサイド層を形成してもよい。
【0027】
その後、図4(b)のごとくフォトリソグラフィ技術によってフォトレジスト膜を例えば幅0.15〜0.6μm、間隔0.15〜0.6μmの帯状のパターンに複数本形成してから、このパターンをマスクとして、異方性エッチングにより、ゲート酸化膜6上のゲート電極7をエッチングする(図3(c))。ゲート電極はHBrとOとの混合ガス、HBrとClとOとの混合ガスを用いてエッチングを行う。
【0028】
次に、ソース/ドレイン以外の領域のゲート酸化膜がなくなるまで、即ち、膜厚としてD1の厚さをエッチングする。なお、ゲート酸化膜はCF4ガスを用いてエッチングを行う。図3(d)に示すように、ソース/ドレイン領域5にはD2−D1の膜厚の酸化膜9が残存する。上述の例によれば、およそ200Å程度の膜厚の酸化膜9がソース/ドレイン領域5上には形成され、それ以外で、ゲート電極7以外の領域では、シリコン基板1が露出している。
【0029】
次に、図3(e)、図4(c)に示すように、酸化膜に対し選択比の高い、例えばHBr/O2系のガスを用い、シリコン基板1を異方性エッチングにより掘り込み溝10を形成する。この溝10の深さは1000〜3000Åであり、ソース/ドレインの接合深さより深いことが望ましい。この溝10はソース/ドレイン領域5以外の領域で、且つゲート電極7でない領域、即ち素子分離領域のみに溝10が形成される。その後、フォトレジストを除去し、図5(a)で示すように、層間絶縁膜11を形成する。なお、ゲート電極のエッチングから溝形成のためのエッチングは同一装置内で1シーケンスで連続処理を行うことができ、ゲート電極形成のエッチングと同時に自己整合的に素子分離領域を形成することができる。
【0030】
次に、図5(b)に示すように、プログラムされたROMデータを記憶させるためにリソグラフィによりレジストパターンを形成し、所望のセルトランジスタチャネル部にゲート電極上からイオン注入を行う。このイオン注入はボロンで例えば注入エネルギーを180keVでドーズ量を5×1013〜5×1014cm−2程度である。
【0031】
次に、熱処理を加え、ボロンを活性化する(図5(c))。ボロンが注入されたトランジスタではしきい値電圧が4〜7Vと高くなり、注入されていないトランジスタのしきい値は0.8V程度であるため、これをオフ/オンに対応させてデータを記憶する。
【0032】
上述の説明では、素子分離領域のシリコン基板のエッチングをフォトレジストをマスクとして用いて行っているが、ゲート電極材料を堆積した後、酸化膜を例えば1500Å形成しておき、その上にフォトレジストを塗布し、所定の形状にパターニングした後、レジストパターンをマスクに酸化膜をエッチングし、レジストパターンを除去した後、酸化膜をマスクにエッチングにより、ゲート電極を形成し、このパターニングされた酸化膜と、拡散層上の酸化膜とをエッチングマスクにシリコン基板のエッチングを行ってもよい。酸化膜をマスクにエッチングする方が、レジストパターンをエッチングマスクにするより、微細加工に適している。本実施の形態では、P型シリコン基板でNchトランジスタのセル形成について説明したが、N型シリコン基板にPchトランジスタを形成しても同様の効果が得られる。
【0033】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、ゲート絶縁膜の膜厚より増速酸化によって拡散領域上の酸化膜の膜厚を素子分離上の酸化膜厚より厚くすることで、その膜厚差を利用してゲート電極形成時のエッチングで選択的に素子分離部のみ半導体基板をエッチングすることにより、工程数の増加を招く事なく、ソース/ドレイン接合リークを低減し、耐圧も上がるため、素子分離幅が狭くでき、セルの集積度は向上する。
【0034】
また、接合容量が低減するためメモリセルの高速化が可能となる。ゲート電極のエッチングから溝形成のためのエッチングまで、同一装置内で連続シーケンスで行うことができ、工程数の増加の抑制と作業効率の向上がは図れる。
【0035】
また、ROMデータの記憶のため、ゲート電極上からイオン注入を行うが、隣接するゲート電極のチャネル間はシリコン基板がエッチングされているため、イオン注入されて活性化された不純物が横方向に拡散できないため、隣接するセルへの影響を無くすことができ、読み出しマージンの向上、ゲート電極スペースの縮小によるセルの高密度化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る半導体メモリ装置の斜視断面図である。
【図2】(a)は本発明の実施の形態に係る半導体メモリ装置の平面図、(b)は(a)のA−A断面図であり、(c)は(a)のB−B断面図である。
【図3】図2(a)のA−A断面における製造工程図である。
【図4】図2(a)のB−B断面における前半の製造工程図である。
【図5】図2(a)のB−B断面における後半の製造工程図である。
【図6】(a)は従来の半導体メモリ装置の平面図であり、(b)は(a)のA−A断面図であり、(c)は(a)のB−B断面図である。
【図7】図6(a)のA−A断面における製造工程図である。
【図8】図6(a)のB−B断面における前半の製造工程図である。
【図9】図6(a)のB−B断面における後半の製造工程図である。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板
2 酸化膜
3 フォトレジスト
4 注入された不純物
5 ソース/ドレイン領域
6 ゲート酸化膜
7 ゲート電極
8 フォトレジスト
9 ソース/ドレイン領域上のゲート酸化膜
10 溝
11 層間絶縁膜
12 フォトレジスト
13 注入された不純物
14 活性化された不純物領域
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory equipment, and more particularly to a technology effective respect mask ROM.
[0002]
[Prior art]
In recent years, along with the high integration of memory cell arrays, MOS transistors constituting the memory cells have been greatly reduced, and the necessity of MOS transistors having a small element area and a large driving capability has been increasing. In particular, in a memory cell such as a mask ROM, one transistor corresponds to one cell, and the on / off state of this transistor corresponds to information “1” and “0”. Is higher.
[0003]
Conventionally, in this type of memory cell array, a flat cell (or planar type) structure is used, but element isolation is formed by PN junction isolation by implantation without using a field oxide film.
[0004]
As a prior art, FIG. 5 shows a semiconductor memory device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-288644. 6A is a plan view, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 6A, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 6A.
[0005]
5, a plurality of source / drain regions 25 are formed in parallel on the surface of a silicon substrate 21, and a gate electrode 27 is formed on these source / drain regions 25 via a gate insulating film 26. Are formed in parallel in a direction perpendicular to the direction. Further, by implanting ions of the conductivity type opposite to that of the source / drain region 25, the substrate concentration in the region without the source / drain region 25 and the region without the gate electrode 27 is increased to form the element isolation region 30.
[0006]
Further, a method of manufacturing the semiconductor memory device will be described with reference to FIGS.
[0007]
Here, FIG. 7 is a manufacturing process diagram in the AA cross section of FIG. 6A, FIG. 8 is a first half manufacturing process diagram in the BB cross section of FIG. 6A, and FIG. It is a manufacturing process figure of the latter half in the BB cross section of (a).
[0008]
First, as shown in FIG. 7A, after an insulating film 22 is formed on a P-type silicon substrate 21, a plurality of photoresist films 23 are formed in a strip pattern by a photolithography technique. Is used as a mask, N-type impurities are ion-implanted to form source / drain regions 25 of the MOS transistor. Note that reference numeral 24 indicates the implanted impurities.
[0009]
Next, as shown in FIGS. 7B and 8A, after removing the photoresist film 23 and the insulation 22, thermal oxidation is performed to form a gate oxide film 26. Then, a gate electrode material is deposited on the gate oxide film 26, and an N-type impurity such as phosphorus (P) is introduced by thermal diffusion or implantation. Thereafter, as shown in FIG. 8B, a plurality of photoresist films 28 are formed by photolithography in a direction orthogonal to the source / drain regions 25, and then anisotropically using the photoresist film 28 as a mask. The gate electrode 27 on the gate oxide film 36 is formed by etching (FIGS. 7C and 8C).
[0010]
Next, the photoresist film 28 is removed, and an impurity of the same conductivity type as that of the substrate is ion-implanted for element isolation, as shown in FIGS. 7D and 9A. Note that reference numeral 29 indicates the implanted impurities. Then, as shown in FIG. 9B, an interlayer insulating film 31 is formed, a resist pattern 32 is formed by lithography in order to store programmed ROM data, and a desired cell transistor channel portion is formed from above the gate electrode. Implant boron ions. Thereafter, heat treatment is performed to activate boron (FIG. 9C). Note that reference numeral 33 denotes the implanted impurities.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The method for manufacturing the semiconductor device shown in FIGS. 5 to 7 has the following problems.
[0012]
That is, since the field oxide film is not used for element isolation and the concentration on the substrate surface is increased by ion implantation, the source / drain junction breakdown voltage is reduced. However, if the concentration is reduced, the breakdown voltage between the source and the drain decreases, and the leak current between the source and the drain increases. Therefore, in the PN junction isolation by ion implantation, the element isolation width is not reduced, and the memory cell cannot be miniaturized.
[0013]
Further, the ion implantation for element isolation increases the source / drain junction capacitance, causing a delay in the operation speed of the memory cell. The step of etching the gate electrode (FIGS. 7C and 8C) and the step of ion implantation for element isolation (FIGS. 7D and 9A) are performed by different apparatuses. As the number increases, work efficiency decreases.
[0014]
In order to store ROM data, ions are implanted from above the gate electrode. However, since the element isolation region is on the same plane as the channel portion of the cell, the ion-implanted impurities spread in the horizontal direction, and the adjacent cell transistor Will be affected. Since the concentration of the channel portion of the adjacent cell transistor is increased and the threshold voltage is increased, on / off reading cannot be performed. For this reason, it hinders the improvement of the cell integration.
[0015]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device capable of improving element isolation characteristics, suppressing influence on adjacent cells, and achieving high integration without increasing the number of steps.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention includes the steps of forming a diffusion region comprising a plurality of source / drain over the semiconductor substrate in parallel to each other, the oxide film on the diffusion region by accelerated oxidation on the semiconductor substrate Forming a thicker film than the oxide film in a region other than the diffusion region, and thereafter forming a conductive film to be a gate electrode, and etching the resist pattern so that a plurality of the conductive films are parallel to each other in a direction crossing the diffusion region. Using the mask as a mask, forming a gate electrode by patterning a conductive film, and using the resist pattern as an etching mask, in the region other than the diffusion region, removing the oxide film until the semiconductor substrate surface is exposed. Removing and etching using the oxide film on the resist pattern and the diffusion region as an etching mask Forming a groove in more said semiconductor substrate, and forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate, it is characterized in that a step of burying the interlayer insulating film in the groove.
[0018]
Further , according to the method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, a plurality of diffusion regions serving as a source / drain are formed on a semiconductor substrate in parallel with each other, and an oxide film on the diffusion region is formed on the semiconductor substrate by accelerated oxidation. Forming a film thicker than the oxide film in the region other than the diffusion region, and then sequentially forming a conductive film and an insulating film to be a gate electrode, so that a plurality of the conductive films and the insulating film are parallel to each other in a direction crossing the diffusion region. Patterning the insulating film using a resist pattern as an etching mask; and removing the resist pattern, and then patterning the conductive film using the patterned insulating film as an etching mask to form a gate electrode. Forming and using the patterned insulating film as an etching mask, in an area other than the diffusion area. Removing the oxide film until the surface of the semiconductor substrate is exposed, and forming a groove in the semiconductor substrate by etching using the oxide film on the resist pattern and the diffusion region as an etching mask. Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate, and burying the interlayer insulating film in the groove.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method for manufacturing a ferroelectric capacitor of the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0020]
FIG. 1 is a perspective sectional view of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a plan view, FIG. 2 (b) is a sectional view taken along line AA of FIG. 2 (a), and FIG. 3) is a sectional view taken along line BB of FIG.
[0021]
In FIG. 2 , a main part of the semiconductor memory device has a plurality of mutually parallel band-shaped N-type diffusion layers 5 serving as source / drain regions formed on a P-type silicon substrate 1. A plurality of gate electrodes 7 are formed on silicon substrate 1 with gate oxide film 6 interposed therebetween in a direction orthogonal to diffusion region 5. On the N-type diffusion layer 5, a gate oxide film 9 (see FIG. 3D) which is thickened by accelerated oxidation is formed. A groove 10 is formed by digging the silicon substrate 1 in a region other than the gate electrode 7 and the diffusion region 5. Thereafter, as shown in FIG. 5 , the trench 10 is buried by the interlayer insulating film 11 to become an element isolation region.
[0022]
The accelerated oxidation is a phenomenon in which, in a region where an oxide film is formed, a predetermined region is heavily doped on a semiconductor substrate, and an oxide film becomes thicker than other regions. The general theory of accelerated oxidation will be briefly described below.
[0023]
Assuming that the intended thickness of the oxide film is Tox (t),
Tox 2 (t) + ATox (t) = B (t + to) (1)
Equation (1) holds. In this equation, A and B are rate constants, and A = Po 2 × Kp / Kl, B = Po 2 × Kp (Po 2 is a normalized oxidation partial pressure, Kl is a linear law oxidation coefficient, and Kp is a square law. And to is the correction time. In the formula (1), at low concentrations, Kp and Kl depend only on the oxidizing atmosphere and the crystal direction of the substrate, while at high concentrations, Kp and Kl increase. Therefore, an oxide film having a larger thickness than an oxide film formed under the same conditions can be formed without accelerated oxidation.
[0024]
Next, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 3 is a manufacturing process diagram in the AA cross section of FIG. 2A, FIG. 4 is a first half manufacturing process diagram in the BB cross section of FIG. 2A, and FIG. FIG. 3A is a manufacturing process diagram of the latter half of the BB cross section. First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film as an insulating film 2 is formed on a P-type silicon substrate 1 in a high-temperature oxygen atmosphere by 200 mm. After forming the photoresist film 3 by photolithography, a plurality of photoresist films 3 are formed in a band-like pattern having a width of, for example, 0.15 to 0.6 μm and an interval of 0.15 to 0.6 μm. Using the pattern as a mask, an N-type impurity such as arsenic (As) is ion-implanted under the conditions of an implantation energy of 10 to 80 keV and a dose of about 3 × 10 15 cm −2 , and the source / drain region 5 of the MOS transistor Form. Note that reference numeral 4 indicates the implanted impurities.
[0025]
Next, as shown in FIGS. 3B and 4A, after the photoresist film and the insulating film 2 are removed, thermal oxidation is performed in a high-temperature oxygen atmosphere to form a gate oxide film other than the source / drain regions. The thickness is increased by the accelerated oxidation as compared with the thickness. For example, oxidation is performed at 800 ° C. for 63 minutes at an O 2 gas flow rate of 10 liters / minute and an HCl gas flow rate of 0.4 liters / minute, and the film thickness D1 outside the source / drain regions in FIG. When the oxide film is formed, an oxide film having a thickness D2 of 300 ° is formed on the source / drain region 5 into which impurities are implanted at a high concentration.
[0026]
Then, for example, a polysilicon film is deposited on the gate oxide film 6 as the gate electrode 7 by, for example, about 1000 to 2000 ° by a CVD method, and an N-type impurity such as phosphorus (P) is introduced by thermal diffusion or implantation. After that, in order to reduce the resistance of the gate electrode, a polycide layer may be formed by depositing tungsten silicide at about 1000 to 2000 °.
[0027]
Thereafter, as shown in FIG. 4B, a plurality of photoresist films are formed in a band-like pattern having a width of, for example, 0.15 to 0.6 μm and an interval of 0.15 to 0.6 μm by a photolithography technique. As a mask, the gate electrode 7 on the gate oxide film 6 is etched by anisotropic etching (FIG. 3C). The gate electrode is etched using a mixed gas of HBr and O 2 or a mixed gas of HBr, Cl 2 and O 2 .
[0028]
Next, etching is performed until the gate oxide film in the region other than the source / drain is exhausted, that is, the thickness D1 is etched. Note that the gate oxide film is etched using CF4 gas. As shown in FIG. 3D, an oxide film 9 having a thickness of D2-D1 remains in the source / drain region 5. According to the above-described example, the oxide film 9 having a thickness of about 200 ° is formed on the source / drain region 5, and the silicon substrate 1 is exposed in a region other than the gate electrode 7.
[0029]
Next, as shown in FIGS. 3E and 4C, the silicon substrate 1 is dug by anisotropic etching using, for example, an HBr / O 2 -based gas having a high selectivity to the oxide film. A groove 10 is formed. The depth of the groove 10 is 1000 to 3000 °, and is desirably deeper than the source / drain junction depth. The groove 10 in the region other than the source / drain regions 5 and regions not gate electrode 7, namely the isolation region only in the groove 10 is formed. Thereafter, the photoresist is removed, and an interlayer insulating film 11 is formed as shown in FIG. Note that the etching for forming the groove from the etching of the gate electrode can be continuously performed in one sequence in the same apparatus, and the element isolation region can be formed in a self-aligned manner simultaneously with the etching for forming the gate electrode.
[0030]
Next, as shown in FIG. 5B, a resist pattern is formed by lithography in order to store the programmed ROM data, and ions are implanted into a desired cell transistor channel from above the gate electrode. This ion implantation is performed with boron at an implantation energy of, for example, 180 keV and a dose of about 5 × 10 13 to 5 × 10 14 cm −2 .
[0031]
Next, heat treatment is performed to activate boron (FIG. 5C). The threshold voltage of a transistor into which boron is implanted is as high as 4 to 7 V, and the threshold voltage of a transistor into which boron is not implanted is about 0.8 V. Therefore, data is stored in correspondence with the off / on state. .
[0032]
In the above description, the silicon substrate in the element isolation region is etched using the photoresist as a mask. However, after depositing a gate electrode material, an oxide film is formed, for example, at 1500 °, and the photoresist is formed thereon. After coating and patterning into a predetermined shape, the oxide film is etched using the resist pattern as a mask, and after removing the resist pattern, a gate electrode is formed by etching using the oxide film as a mask. The silicon substrate may be etched using the oxide film on the diffusion layer as an etching mask. Etching using an oxide film as a mask is more suitable for fine processing than using a resist pattern as an etching mask. In this embodiment, the formation of the Nch transistor cell on the P-type silicon substrate has been described. However, the same effect can be obtained by forming the Pch transistor on the N-type silicon substrate.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, by making the thickness of the oxide film on the diffusion region larger than the thickness of the oxide on the element isolation by the accelerated oxidation than the thickness of the gate insulating film, the thickness difference is utilized. By selectively etching the semiconductor substrate only in the element isolation portion by etching at the time of forming the gate electrode, the source / drain junction leakage is reduced and the withstand voltage is increased without increasing the number of steps, so that the element isolation width is increased. It can be narrowed, and the degree of integration of the cell is improved.
[0034]
Further, since the junction capacitance is reduced, the speed of the memory cell can be increased. From the etching of the gate electrode to the etching for forming the groove, it can be performed in a continuous sequence in the same apparatus, so that an increase in the number of steps can be suppressed and work efficiency can be improved.
[0035]
In order to store ROM data, ions are implanted from above the gate electrode. However, since the silicon substrate is etched between the channels of the adjacent gate electrodes, the impurities implanted and activated by the ion implantation diffuse in the lateral direction. Therefore, the influence on adjacent cells can be eliminated, and the read margin can be improved, and the density of cells can be increased by reducing the gate electrode space.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective sectional view of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
2A is a plan view of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. It is sectional drawing.
FIG. 3 is a manufacturing process diagram in the AA cross section of FIG. 2 (a).
FIG. 4 is a first half of a manufacturing process diagram in a BB cross section of FIG.
FIG. 5 is a manufacturing process diagram of the latter half in the BB section of FIG. 2 (a).
6A is a plan view of a conventional semiconductor memory device, FIG. 6B is a sectional view taken along line AA of FIG. 6A, and FIG. 6C is a sectional view taken along line BB of FIG. .
FIG. 7 is a manufacturing process diagram in an AA section of FIG. 6 (a).
FIG. 8 is a first half of a manufacturing process drawing in a BB cross section of FIG. 6 (a).
FIG. 9 is a manufacturing process diagram of the latter half in the BB section of FIG. 6 (a).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 P-type silicon substrate 2 Oxide film 3 Photoresist 4 Injected impurity 5 Source / drain region 6 Gate oxide film 7 Gate electrode 8 Photoresist 9 Gate oxide film on source / drain region 10 Groove 11 Interlayer insulating film 12 Photoresist 13 Impurity implanted 14 Activated impurity region

Claims (2)

半導体基板上に複数のソース/ドレインとなる拡散領域互いに平行に形成する工程と、
前記半導体基板に増速酸化により前記拡散領域上の酸化膜を、該拡散領域以外の領域の酸化膜よりも厚く形成し、その後ゲート電極となる導電膜を形成する工程と、
前記拡散領域と交差する方向に複数本互いに平行になるように、レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、導電膜をパターニングすることによりゲート電極を形成する工程と、
前記レジストパターンをエッチングマスクとして用い、前記拡散領域以外の領域において、前記半導体基板表面が露出するまで、前記酸化膜を除去する工程と、
前記レジストパターン及び前記拡散領域上の酸化膜をエッチングマスクとして用いて、エッチングにより前記半導体基板に溝を形成する工程と、
前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成するとともに、前記溝に前記層間絶縁膜を埋設する工程とを有することを特徴とする半導体メモリ装置の製造方法。
A step of parallel to each other a diffusion region comprising a plurality of source / drain in the semiconductor substrate,
Forming an oxide film on the diffusion region by accelerated oxidation on the semiconductor substrate to be thicker than an oxide film in a region other than the diffusion region, and thereafter forming a conductive film serving as a gate electrode;
Forming a gate electrode by patterning a conductive film using a resist pattern as an etching mask so that a plurality of the gate electrodes are parallel to each other in a direction intersecting with the diffusion region ;
Using the resist pattern as an etching mask, in a region other than the diffusion region, until the semiconductor substrate surface is exposed, removing the oxide film;
Using the oxide film on the resist pattern and the diffusion region as an etching mask, forming a groove in the semiconductor substrate by etching;
Wherein with an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and having a burying the interlayer insulating film in the groove, the method of manufacturing a semiconductor memory device.
半導体基板上に複数のソース/ドレインとなる拡散領域を互いに平行に形成する工程と、
前記半導体基板に増速酸化により前記拡散領域上の酸化膜を、該拡散領域以外の領域の酸化膜よりも厚く形成し、その後ゲート電極となる導電膜及び絶縁膜を順次形成する工程と、
前記拡散領域と交差する方向に複数本互いに平行になるように、レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、前記絶縁膜をパターニングする工程と、前記レジストパターンを除去した後、上記パターニングされた絶縁膜をエッチングマスクとして用いて、導電膜をパターニングすることによりゲート電極を形成する工程と、
前記パターニングされた絶縁膜をエッチングマスクとして用い、前記拡散領域以外の領域において、前記半導体基板表面が露出するまで、前記酸化膜を除去する工程と、
前記レジストパターン及び前記拡散領域上の酸化膜をエッチングマスクとして用いて、エッチングにより記半導体基板に溝を形成する工程と、
前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成するとともに、前記溝に前記層間絶縁膜を埋設する工程とを有することを特徴とする、半導体メモリ装置の製造方法。
Forming a plurality of diffusion regions serving as a source / drain on a semiconductor substrate in parallel with each other;
Forming an oxide film on the diffusion region by the accelerated oxidation on the semiconductor substrate to be thicker than an oxide film in a region other than the diffusion region, and then sequentially forming a conductive film and an insulating film to be a gate electrode;
Patterning the insulating film using a resist pattern as an etching mask so that a plurality of the insulating films are parallel to each other in a direction crossing the diffusion region, and after removing the resist pattern, removing the patterned insulating film. Forming a gate electrode by patterning the conductive film using the etching mask ;
Using the patterned insulating film as an etching mask, in a region other than the diffusion region, until the semiconductor substrate surface is exposed, removing the oxide film;
The resist pattern and using the oxide film on the diffusion region as an etch mask to form a groove in the upper Symbol semiconductor substrate by etching,
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate, and burying the interlayer insulating film in the trench.
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