JPH0851203A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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- JPH0851203A JPH0851203A JP6186049A JP18604994A JPH0851203A JP H0851203 A JPH0851203 A JP H0851203A JP 6186049 A JP6186049 A JP 6186049A JP 18604994 A JP18604994 A JP 18604994A JP H0851203 A JPH0851203 A JP H0851203A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 集積度の高い縦型トランジスタにおいてサブ
スレッショルド特性の向上を図る。
【構成】 層間絶縁膜15にこれを貫通するトランジス
タ用開口部16を設け、その中にソース/チャネル/ド
レインとなるエピタキシャル層18、19a、bを積層
して活性領域17を形成し、さらにこの活性領域17の
上から二層を貫通するゲート電極用開口部20を形成し
て、その中にゲート絶縁膜22を介してゲート電極23
を形成する。
(57) [Abstract] [Purpose] To improve the subthreshold characteristics in a highly integrated vertical transistor. A transistor opening 16 is provided through the interlayer insulating film 15, and epitaxial layers 18, 19a and 19b serving as a source / channel / drain are stacked therein to form an active region 17, and A gate electrode opening 20 penetrating two layers is formed from above the active region 17, and a gate electrode 23 is formed therein with a gate insulating film 22 interposed therebetween.
To form.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、MIS型半導体装置
に係り、特に縦方向にチャネルを有する縦型トランジス
タに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MIS type semiconductor device, and more particularly to a vertical transistor having a channel in the vertical direction.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、VLSIの高集積化、高性能化の
要求に従い、Si表面のSi酸化膜の上にSiの結晶層
を作り、ここに素子を形成するSOI(Silicon
onInsulator)構造や、縦方向にチャネル
を有する縦型MOSトランジスタなどの3次元素子が期
待されている。図61は例えば文献IEEE IEDM
85 P.694,Hideo Sunamiに示され
る従来のSOI型トランジスタを用いたDRAMのメモ
リーセルの構造を示す断面図である。図において、1は
Si単結晶等から成る半導体基板、2はセルプレート、
3、4はn+型不純物拡散層、5、6はSi酸化膜、7
はp型Si層、8はワード線となるゲート電極、9はビ
ット線である。2. Description of the Related Art In recent years, in accordance with the demand for higher integration and higher performance of VLSI, a crystal layer of Si is formed on a Si oxide film on the Si surface, and an SOI (Silicon) device is formed there.
On-insulator) structures and three-dimensional elements such as vertical MOS transistors having channels in the vertical direction are expected. FIG. 61 shows, for example, the document IEEE IEDM.
85 P. 694 is a cross-sectional view showing a structure of a memory cell of a DRAM using a conventional SOI transistor shown in 964, Hide Sunami. FIG. In the figure, 1 is a semiconductor substrate made of Si single crystal or the like, 2 is a cell plate,
3, 4 are n + type impurity diffusion layers, 5 and 6 are Si oxide films, 7
Is a p-type Si layer, 8 is a gate electrode serving as a word line, and 9 is a bit line.
【0003】図に示す様に、セルプレート2とn+型不
純物拡散層3aとこれら2つの電極に挟まれたSi酸化
膜5aとから成るキャパシタと、n+型不純物拡散層3
b、4をソース・ドレイン領域とするスイッチングトラ
ンジスタとでメモリーセルを構成し、このスイッチング
トランジスタはSi酸化膜5b上にチャネル領域となる
p型Si層7が形成されたSOI型トランジスタであ
る。この様に構成されるSOI型トランジスタは、トラ
ンジスタ動作時に、チャネル領域下層部に形成される空
乏層が、その下に形成された絶縁膜と直列に接続される
ため、実質的な空乏層容量が低減されてサブスレッショ
ルド特性が向上し、高性能が得られるものである。As shown in the figure, a cell plate 2, an n + -type impurity diffusion layer 3a and a capacitor composed of a Si oxide film 5a sandwiched between these two electrodes, and an n + -type impurity diffusion layer 3 are formed.
A memory cell is constituted by a switching transistor having b and 4 as source / drain regions, and this switching transistor is an SOI transistor in which a p-type Si layer 7 serving as a channel region is formed on the Si oxide film 5b. In the SOI type transistor configured as described above, the depletion layer formed in the lower layer portion of the channel region is connected in series with the insulating film formed thereunder during the transistor operation, so that the substantial depletion layer capacitance is It is reduced, the subthreshold characteristic is improved, and high performance is obtained.
【0004】しかしながら、上記の様な従来のSOI型
トランジスタでは、ソース/チャネル/ドレイン領域3
b、7、4は同一平面内に形成され、図に示す様にL1
+L2+L3の長さを必要とする。例えばゲート長を0.8
μm、ゲート電極8側壁に形成されるサイドウォールS
i酸化膜の幅(例えば0.2μm)を含むソース・ドレ
イン領域3b、4の幅を例えば1.2μmとすると、典
型的には1.2+0.8+1.2=3.2(μm)の長
さの領域を必要とし、トランジスタの占有面積を低減で
きないものであった。However, in the conventional SOI type transistor as described above, the source / channel / drain regions 3 are formed.
b, 7, and 4 are formed in the same plane, and as shown in the figure, L 1
It requires a length of + L 2 + L 3 . For example, the gate length is 0.8
μm, the sidewall S formed on the sidewall of the gate electrode 8
When the width of the source / drain regions 3b and 4 including the width of the i oxide film (for example, 0.2 μm) is 1.2 μm, the length is typically 1.2 + 0.8 + 1.2 = 3.2 (μm). However, the area occupied by the transistor cannot be reduced.
【0005】次に、同様に文献IEEE IEDM85
P.694,Hideo Sunamiに示される従
来の縦型MOSトランジスタについて説明する。図62
は、従来の縦型MOSトランジスタを用いたDRAMの
メモリーセルの構造を示す断面図である。図において、
1〜3、5、6および9は図61のものと同じもの、1
0はn+型不純物拡散層3b上に形成されたp型Si
層、11はp型Si層10上に形成されたn+型不純物
拡散層、12は2つのn+型不純物拡散層3b、11と
その間のp型Si層10とで構成される柱状パターンの
側面の周囲に、Si酸化膜6を介して形成されたワード
線となるゲート電極である。Similarly, the document IEEE IEDM85
P. A conventional vertical MOS transistor shown in 696, Hide Sunami will be described. FIG. 62
FIG. 6 is a sectional view showing a structure of a memory cell of a DRAM using a conventional vertical MOS transistor. In the figure,
1-3, 5, 6, and 9 are the same as those in FIG. 61, 1
0 is p-type Si formed on the n + -type impurity diffusion layer 3b
A layer, 11 is an n + -type impurity diffusion layer formed on the p-type Si layer 10, and 12 is a columnar pattern composed of two n + -type impurity diffusion layers 3b and 11 and the p-type Si layer 10 therebetween. The gate electrode is a word line formed around the side surface via the Si oxide film 6.
【0006】図62に示す様に、メモリーセルを構成す
るキャパシタは図61と同様であり、スイッチングトラ
ンジスタは、2つのn+型不純物拡散層3b、11をソ
ース・ドレイン領域、p型Si層10をチャネル領域と
し、これらを例えば選択エピタキシャル技術等を用いて
縦方向に形成した縦型MOSトランジスタである。この
様に構成される縦型MOSトランジスタは、図に示す様
に、ゲート電極12の膜厚L4、ソース・ドレインおよ
びチャネル領域3b、11、10で構成する柱状パター
ンの幅をL5とすると、およそL4+L5+L4の長さの領
域を必要とする。例えばゲート電極12の膜厚L4を
0.3μm、上記柱状パターンの幅を1.0μmとする
と、典型的には0.3+1.0+0.3=1.6(μ
m)の長さの領域でトランジスタを構成でき、明らかに
トランジスタの占有面積が低減され高集積化に適した構
造である。As shown in FIG. 62, the capacitor constituting the memory cell is similar to that of FIG. 61, and the switching transistor has two n + -type impurity diffusion layers 3b and 11 as source / drain regions and p-type Si layer 10. Is a channel region, and these are formed in the vertical direction by using, for example, a selective epitaxial technique or the like to form a vertical MOS transistor. In the vertical MOS transistor thus configured, as shown in the drawing, the thickness L 4 of the gate electrode 12 and the width of the columnar pattern formed by the source / drain and channel regions 3b, 11 and 10 are L 5. , Requires a region approximately L 4 + L 5 + L 4 . For example, when the film thickness L 4 of the gate electrode 12 is 0.3 μm and the width of the columnar pattern is 1.0 μm, typically 0.3 + 1.0 + 0.3 = 1.6 (μ
Since the transistor can be formed in the region of length m), the area occupied by the transistor is obviously reduced and the structure is suitable for high integration.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様な従来の縦型MOSトランジスタでは、上述した従来
のSOI型トランジスタの様に、チャネル領域に形成さ
れる空乏層容量を低減させる絶縁膜が存在しないため、
サブスレッショルド特性が向上できないという問題点が
あり、従来のSOI型トランジスタおよび縦型MOSト
ランジスタの双方とも、高性能化かつ高集積化という2
つの要求を満たし得ないものであった。However, in the conventional vertical MOS transistor as described above, there is an insulating film for reducing the depletion layer capacitance formed in the channel region like the conventional SOI type transistor described above. Not because
There is a problem that the subthreshold characteristics cannot be improved, and both the conventional SOI type transistor and the vertical type MOS transistor have high performance and high integration.
It couldn't meet one requirement.
【0008】この発明は、上記の様な問題点を解消する
ためになされたもので、サブスレッショルド特性が向上
し、高性能でかつ集積度の高いトランジスタを含む半導
体装置を得ることを目的としており、さらにこの装置に
適した製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor device including a transistor having improved subthreshold characteristics, high performance, and high integration. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method suitable for this device.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る半導体装置は、半導体基板上に、層間絶縁膜と、この
層間絶縁膜を貫通して下地の上記半導体基板に到達しそ
の側面周囲が上記層間絶縁膜に囲まれる様に形成された
トランジスタ用開口部と、このトランジスタ用開口部内
の上記半導体基板上にチャネル領域となる第一導電型の
半導体層とこれを上下方向から挟む様にソース・ドレイ
ン領域となる第二導電型の半導体層との三層を積層して
成る活性領域と、上記トランジスタ用開口部の中央部に
上記活性領域の少なくとも上から二層を貫通する様に形
成されたゲート電極用開口部と、このゲート電極用開口
部内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを
有するものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: an interlayer insulating film on a semiconductor substrate; Is formed so as to be surrounded by the interlayer insulating film, a semiconductor layer of the first conductivity type which becomes a channel region on the semiconductor substrate in the opening for transistor, and the semiconductor layer is sandwiched in the vertical direction. An active region formed by stacking three layers of a second conductivity type semiconductor layer to be a source / drain region and a central part of the opening for the transistor so as to penetrate at least two layers from above the active region. The gate electrode opening is formed, and the gate electrode is formed in the gate electrode opening via the gate insulating film.
【0010】この発明の請求項2に係る半導体装置は、
半導体基板に第二導電型の拡散層を設け、この拡散層形
成領域内にトランジスタ用開口部を上記拡散層に到達す
る様に形成して、活性領域の最下層を上記拡散層に接続
したものである。A semiconductor device according to claim 2 of the present invention is
A semiconductor substrate is provided with a diffusion layer of the second conductivity type, an opening for a transistor is formed in the diffusion layer formation region so as to reach the diffusion layer, and the bottom layer of the active region is connected to the diffusion layer. Is.
【0011】この発明の請求項3に係る半導体装置は、
半導体基板に設けられた拡散層表面で、活性領域と接す
る領域以外の領域に金属シリサイド層を形成したもので
ある。A semiconductor device according to claim 3 of the present invention is
A metal silicide layer is formed on the surface of the diffusion layer provided on the semiconductor substrate, except for the region in contact with the active region.
【0012】この発明の請求項4に係る半導体装置は、
活性領域がエピタキシャル層から成るものである。A semiconductor device according to claim 4 of the present invention is
The active region is composed of an epitaxial layer.
【0013】この発明の請求項5に係る半導体装置は、
活性領域の少なくともチャネル領域となる半導体層が、
SiとGeとの化合物によるエピタキシャル層から成る
ものである。A semiconductor device according to claim 5 of the present invention is
The semiconductor layer which becomes at least the channel region of the active region,
It is composed of an epitaxial layer made of a compound of Si and Ge.
【0014】この発明の請求項6に係る半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程
と、この層間絶縁膜にトランジスタ用開口部を形成する
工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エピタキシ
ャル成長法により活性領域を形成する工程と、上記活性
領域の上から二層を貫通する様にゲート電極用開口部を
形成する工程と、上記ゲート電極用開口部内壁にゲート
絶縁膜を形成した後、上記ゲート電極用開口部内に埋め
込む様にゲート電極を形成する工程と、を有するもので
ある。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a transistor opening in the interlayer insulating film, and a transistor opening. A step of forming an active region by a selective epitaxial growth method, a step of forming a gate electrode opening so as to penetrate two layers from above the active region, and a gate insulating film on the inner wall of the gate electrode opening. After the formation, the step of forming the gate electrode so as to be embedded in the opening for gate electrode is performed.
【0015】この発明の請求項7に係る半導体装置は、
活性領域の最上層に接続する配線膜を上記活性領域上か
ら層間絶縁膜上に渡って設け、この配線膜と上記活性領
域の少なくとも上から二層とを連続して貫通する様にゲ
ート電極用開口部を形成し、さらにこのゲート電極用開
口部内壁と上記配線膜表面とにゲート絶縁膜を形成した
ものである。A semiconductor device according to claim 7 of the present invention is
A wiring film connected to the uppermost layer of the active region is provided from above the active region to above the interlayer insulating film, and for the gate electrode such that this wiring film and two layers from above at least the active region are continuously penetrated. An opening is formed, and a gate insulating film is further formed on the inner wall of the opening for gate electrode and the surface of the wiring film.
【0016】この発明の請求項8に係る半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程
と、この層間絶縁膜にトランジスタ用開口部を形成する
工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エピタキシ
ャル成長法により活性領域を形成した後、この活性領域
上から上記層間絶縁膜に渡って配線膜を形成する工程
と、上記配線膜と上記活性領域の上から二層とを貫通す
る様にゲート電極用開口部を形成する工程と、その後ゲ
ート絶縁膜を形成した後、ゲート電極を形成する工程
と、を有するものである。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a transistor opening in the interlayer insulating film, and a transistor opening. A step of forming an active region by selective epitaxial growth in the portion and then forming a wiring film over the active region and the interlayer insulating film; and a step of penetrating the wiring film and the two layers from above the active region. And a step of forming a gate electrode opening after that, and then forming a gate insulating film and then forming a gate electrode.
【0017】この発明の請求項9に係る半導体装置は、
層間絶縁膜に所定の深さの凹部を設け、この凹部領域の
一部に上記層間絶縁膜を貫通するトランジスタ用開口部
を形成し、このトランジスタ用開口部内に形成された活
性領域の最上層に接続する配線膜を上記凹部内に設け、
この配線膜と上記活性領域の少なくとも上から二層とを
連続して貫通する様にゲート電極用開口部を形成し、さ
らにこのゲート電極用開口部内壁と上記配線膜表面とに
ゲート絶縁膜を形成したものである。A semiconductor device according to claim 9 of the present invention is
A recess of a predetermined depth is provided in the interlayer insulating film, a transistor opening penetrating the interlayer insulating film is formed in a part of the recessed region, and the uppermost layer of the active region formed in the transistor opening is formed. A wiring film to be connected is provided in the recess,
An opening for a gate electrode is formed so as to continuously penetrate the wiring film and at least two layers from above the active region, and a gate insulating film is formed on the inner wall of the opening for the gate electrode and the surface of the wiring film. It was formed.
【0018】この発明の請求項10に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程
と、この層間絶縁膜に凹部を形成し、この凹部領域の一
部に上記層間絶縁膜を貫通するトランジスタ用開口部を
形成する工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エ
ピタキシャル成長法により活性領域を形成する工程と、
次いで上記凹部内を埋め込む様に全面に配線膜となる導
電膜を形成した後、この導電膜を上記凹部内にのみ残存
させて全面を平坦化する工程と、上記導電膜から成る配
線膜と上記活性領域の上から二層とを貫通する様にゲー
ト電極用開口部を形成する工程と、その後ゲート絶縁膜
を形成した後、ゲート電極を形成する工程と、を有する
ものである。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, forming a recess in the interlayer insulating film, and forming the interlayer in a part of the recess area. A step of forming a transistor opening penetrating the insulating film, and a step of forming an active region in the transistor opening by a selective epitaxial growth method,
Next, a step of forming a conductive film to be a wiring film on the entire surface so as to fill the concave portion, and flattening the entire surface by leaving the conductive film only in the concave portion; The method includes a step of forming a gate electrode opening so as to penetrate the two layers from above the active region, and a step of forming a gate insulating film and then forming a gate electrode.
【0019】この発明の請求項11に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程
と、この層間絶縁膜に凹部を形成し、この凹部領域の一
部に上記層間絶縁膜を貫通するトランジスタ用開口部を
形成する工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エ
ピタキシャル成長法により活性領域を形成する工程と、
次いで上記凹部内を埋め込む様に全面に配線膜となる導
電膜を形成した後、この導電膜を上記凹部内にのみ残存
させて全面を平坦化する工程と、次いで上記導電膜をエ
ッチングによりさらに後退させた後、全面に絶縁膜を形
成し、この絶縁膜を上記凹部内にのみ残存させて全面を
平坦化する工程と、次いで上記絶縁膜と上記導電膜から
成る配線膜と上記活性領域の上から二層とを貫通する様
にゲート電極用開口部を形成する工程と、その後ゲート
絶縁膜を形成した後、ゲート電極を形成する工程と、を
有するものである。According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, which comprises the steps of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, forming a recess in the interlayer insulating film, and forming the interlayer in a part of the recess region. A step of forming a transistor opening penetrating the insulating film, and a step of forming an active region in the transistor opening by a selective epitaxial growth method,
Next, a step of forming a conductive film to be a wiring film on the entire surface so as to fill the inside of the recess and flattening the entire surface by leaving the conductive film only in the recess, and then further retreating the conductive film by etching. After that, a step of forming an insulating film on the entire surface and flattening the entire surface by leaving the insulating film only in the concave portion, and then forming a wiring film made of the insulating film and the conductive film on the active region. And a step of forming a gate electrode opening so as to penetrate through the two layers, and a step of forming a gate insulating film and then forming a gate electrode.
【0020】この発明の請求項12に係る半導体装置
は、トランジスタ用開口部内に活性領域を、その表面の
高さが層間絶縁膜表面よりも所定量低くなる様に形成
し、上記トランジスタ用開口部の上層部周囲を囲む様に
上記層間絶縁膜に凹部を上記活性領域の上から二層目に
達しない深さに設け、この凹部内に配線膜を設けて上記
活性領域の最上層の側面に接続させ、さらに上記トラン
ジスタ用開口部内の上記活性領域に自己整合的にゲート
電極用開口部を形成し、このゲート電極用開口部内壁と
上記活性領域表面と上記配線膜表面とにゲート絶縁膜を
形成したものである。According to a twelfth aspect of the present invention, an active region is formed in the transistor opening so that the surface height of the active region is lower than the surface of the interlayer insulating film by a predetermined amount, and the transistor opening is formed. A recess is provided in the interlayer insulating film so as to surround the periphery of the upper layer at a depth that does not reach the second layer from the top of the active region. The gate electrode opening is formed in a self-aligned manner in the active region in the transistor opening, and a gate insulating film is formed on the inner wall of the gate electrode opening, the active region surface, and the wiring film surface. It was formed.
【0021】この発明の請求項13に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程
と、この層間絶縁膜にトランジスタ用開口部を形成する
工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エピタキシ
ャル成長法により活性領域を、その表面の高さが上記層
間絶縁膜表面よりも所定量低くなる様に形成する工程と
次いで上記トランジスタ用開口部内壁の上記層間絶縁膜
の露出部分にSi窒化膜のサイドウォールを形成する工
程と、このSi窒化膜のサイドウォールと上記層間絶縁
膜とをマスクとして自己整合的に上記活性領域をエッチ
ングして、ゲート電極用開口部を形成する工程と、この
ゲート電極用開口部をSi窒化膜の埋め込み層によって
埋め込む工程と、上記Si窒化膜のサイドウォールおよ
び埋め込み層とレジストパターンとをマスクとして上記
層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、この凹部内を埋め
込む様に全面に配線膜となる導電膜を形成した後、この
導電膜を上記凹部内にのみ残存させて全面を平坦化する
工程と、その後上記Si窒化膜のサイドウォールおよび
埋め込み層を除去する工程と、次いでゲート絶縁膜を形
成した後、ゲート電極を形成する工程とを有するもので
ある。A method of manufacturing a semiconductor device according to a thirteenth aspect of the present invention is directed to a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a transistor opening in the interlayer insulating film, and a step of forming the transistor opening. A step of forming an active region in the portion by a selective epitaxial growth method so that the surface height thereof is lower than the surface of the interlayer insulating film by a predetermined amount, and then Si is formed on the exposed portion of the interlayer insulating film on the inner wall of the transistor opening. A step of forming a sidewall of a nitride film, a step of etching the active region in a self-aligning manner using the sidewall of the Si nitride film and the interlayer insulating film as a mask, and forming a gate electrode opening, The step of burying the gate electrode opening with the burying layer of the Si nitride film and the step of filling the sidewall and burying layer of the Si nitride film with each other. Forming a recess in the interlayer insulating film using the strike pattern as a mask, and forming a conductive film to be a wiring film on the entire surface so as to fill the recess, and then leave the conductive film only in the recess. The method includes a step of flattening the entire surface, a step of removing the sidewalls and the buried layer of the Si nitride film thereafter, and a step of forming a gate insulating film and then forming a gate electrode.
【0022】この発明の請求項14に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程
と、この層間絶縁膜にトランジスタ用開口部を形成する
工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エピタキシ
ャル成長法により活性領域を、その表面の高さが上記層
間絶縁膜表面よりも所定量低くなる様に形成する工程
と、次いで上記トランジスタ用開口部内壁の上記層間絶
縁膜の露出部分にSi窒化膜のサイドウォールを形成す
る工程と、このSi窒化膜のサイドウォールと上記層間
絶縁膜とをマスクとして自己整合的に上記活性領域をエ
ッチングして、ゲート電極用開口部を形成する工程と、
このゲート電極用開口部をSi窒化膜の埋め込み層によ
って埋め込む工程と、上記Si窒化膜のサイドウォール
および埋め込み層とレジストパターンとをマスクとして
上記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、この凹部内を
埋め込む様に全面に配線膜となる導電膜を形成した後、
この導電膜を上記凹部内にのみ残存させて全面を平坦化
する工程と、次いで上記導電膜をエッチングによりさら
に後退させた後、全面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜を
上記凹部内にのみ残存させて全面を平坦化する工程と、
その後上記Si窒化膜のサイドウォールおよび埋め込み
層を除去する工程と、次いでゲート絶縁膜を形成した
後、ゲート電極を形成する工程と、を有するものであ
る。According to a fourteenth aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device, a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a transistor opening in the interlayer insulating film, and a transistor opening. A step of forming an active region in the portion by a selective epitaxial growth method so that the height of the surface thereof is lower than the surface of the interlayer insulating film by a predetermined amount, and then in an exposed portion of the interlayer insulating film on the inner wall of the opening for the transistor. A step of forming a sidewall of a Si nitride film, and a step of etching the active region in a self-aligning manner with the sidewall of the Si nitride film and the interlayer insulating film as a mask to form a gate electrode opening. ,
A step of filling the gate electrode opening with a burying layer of a Si nitride film; a step of forming a concave portion in the interlayer insulating film using the sidewall and filling layer of the Si nitride film and a resist pattern as a mask; After forming a conductive film to be a wiring film on the entire surface so that
A step of flattening the entire surface by leaving the conductive film only in the concave portion, and then further receding the conductive film by etching, and then forming an insulating film on the entire surface. A step of leaving it and flattening the entire surface,
After that, a step of removing the sidewall and the buried layer of the Si nitride film and a step of forming a gate insulating film and then forming a gate electrode are included.
【0023】この発明の請求項15に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程
と、この層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、この凹部
内をSi窒化膜の埋め込み層によって埋め込む工程と、
上記凹部領域の一部に、上記Si窒化膜の埋め込み層と
上記層間絶縁膜とを貫通するトランジスタ用開口部を形
成する工程と、このトランジスタ用開口部内の側壁にS
i窒化膜のサイドウォールを形成し、その後上記トラン
ジスタ用開口部内を埋め込む様に全面にSi酸化膜を形
成した後、上記Si窒化膜のサイドウォールの上層部分
が除去されて上記Si窒化膜のサイドウォールの幅が一
定になるまで全面を除去して平坦化し、上記Si酸化膜
の埋め込み層を形成する工程と、次いで上記Si窒化膜
の埋め込み層およびサイドウォールを除去する工程と、
次いで上記凹部下の上記トランジスタ用開口部内に選択
エピタキシャル成長法により、上記Si酸化膜の埋め込
み層の周囲に活性領域を形成する工程と、次いで上記凹
部内に埋め込む様に全面に配線膜となる導電膜を形成し
た後、この導電膜を凹部内の上記Si酸化膜の埋め込み
層の周囲にのみ残存させて全面を平坦化する工程と、次
いで上記Si酸化膜の埋め込み層をレジストマスクを用
いて除去し、ゲート電極用開口部を形成する工程と、そ
の後ゲート絶縁膜を形成した後、ゲート電極を形成する
工程と、を有するものである。According to a fifteenth aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device, a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a concave portion in the interlayer insulating film, and a Si nitride film inside the concave portion The step of burying with the burying layer of
A step of forming a transistor opening penetrating the buried layer of the Si nitride film and the interlayer insulating film in a part of the recessed region, and S on the side wall in the transistor opening.
After forming a sidewall of the i-nitride film and then forming a Si oxide film on the entire surface so as to fill the inside of the transistor opening, the upper portion of the sidewall of the Si-nitride film is removed to remove the side wall of the Si-nitride film. Removing the entire surface until the width of the wall becomes constant and planarizing it, and forming a buried layer of the Si oxide film, and then removing the buried layer and sidewalls of the Si nitride film,
Next, a step of forming an active region around the buried layer of the Si oxide film by a selective epitaxial growth method in the opening for the transistor under the recess, and then a conductive film which becomes a wiring film over the entire surface so as to be buried in the recess. And forming the conductive film, the conductive film is left only around the buried layer of the Si oxide film in the recess to planarize the entire surface, and then the buried layer of the Si oxide film is removed using a resist mask. , And a step of forming a gate electrode opening, and then forming a gate insulating film and then forming a gate electrode.
【0024】この発明の請求項16に係る半導体装置
は、活性領域の最上層に接続する配線膜を、その上層に
ゲート絶縁膜よりも十分に厚い絶縁膜を設けたものとす
るものである。A semiconductor device according to a sixteenth aspect of the present invention is such that a wiring film connected to the uppermost layer of the active region and an insulating film sufficiently thicker than the gate insulating film are provided on the wiring film.
【0025】この発明の請求項17に係る半導体装置
は、活性領域を、基板半導体層から成る拡散層によって
構成したものである。A semiconductor device according to a seventeenth aspect of the present invention has the active region formed of a diffusion layer formed of a substrate semiconductor layer.
【0026】この発明の請求項18に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基板にゲート電極用開口部を形成す
る工程と、このゲート電極用開口部内にSi窒化膜の埋
め込み層を埋め込んだ後、上記半導体基板をエッチング
して上記Si窒化膜の埋め込み層の上層部を突出させる
工程と、このSi窒化膜の埋め込み層の突出部側面に第
1のSi酸化膜サイドウォールを形成する工程と、この
第1のSi酸化膜サイドウォールと上記Si窒化膜の埋
め込み層とをマスクとして上記半導体基板をエッチング
して、上記Si窒化膜の埋め込み層周囲を囲む様に基板
半導体層を形成する工程と、上記第1のSi酸化膜サイ
ドウォールとその下の上記基板半導体層との周囲に第2
のSi酸化膜サイドウォールを形成する工程と、上記第
1および第2のSi酸化膜サイドウォールと上記Si窒
化膜の埋め込み層とをマスクとして再び上記半導体基板
をエッチングして、周囲にサイドウォールが形成されて
いない下層部分を含む基板半導体層を、上記Si窒化膜
の埋め込み層周囲を囲む様に形成する工程と、次いでイ
オン注入法により上記基板半導体層の下層部分とその周
囲の上記半導体基板とに活性領域の最下層となる不純物
拡散層を形成する工程と、次いで全面に層間絶縁膜を形
成した後、上記基板半導体層表面が露出するまで全面を
平坦化する工程と、次いでイオン注入法により上記基板
半導体層に上記活性領域の上から二層となる不純物拡散
層をそれぞれ形成する工程と、次いで上記基板半導体層
の上層部周囲を囲む様に上記層間絶縁膜に凹部を、上記
活性領域の二層目に達しない深さに形成する工程と、次
いで上記凹部内に配線膜を埋め込む工程と、次いで上記
Si窒化膜の埋め込み層を除去して上記ゲート電極用開
口部を開口し、ゲート絶縁膜を形成した後ゲート電極を
形成する工程と、を有するものである。According to an eighteenth aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device, a step of forming a gate electrode opening in a semiconductor substrate and, after filling the gate electrode opening with an embedded layer of a Si nitride film, A step of etching the semiconductor substrate to project an upper layer portion of the Si nitride film burying layer; a step of forming a first Si oxide film sidewall on a side surface of the projecting portion of the Si nitride film burying layer; Etching the semiconductor substrate using the first Si oxide film side wall and the burying layer of the Si nitride film as a mask to form a substrate semiconductor layer so as to surround the periphery of the burying layer of the Si nitride film; A second silicon oxide film is formed around the first silicon oxide film side wall and the substrate semiconductor layer below the second silicon oxide film side wall.
And the step of forming the Si oxide film side wall, and the semiconductor substrate is etched again by using the first and second Si oxide film side walls and the buried layer of the Si nitride film as a mask, and the sidewall is surrounded by A step of forming a substrate semiconductor layer including a lower layer portion not formed so as to surround the buried layer of the Si nitride film, and then a lower layer portion of the substrate semiconductor layer by ion implantation and the semiconductor substrate around it. A step of forming an impurity diffusion layer to be the lowermost layer of the active region, a step of forming an interlayer insulating film over the entire surface, and then planarizing the entire surface until the substrate semiconductor layer surface is exposed, and then performing an ion implantation method. Forming a two-layered impurity diffusion layer on the substrate semiconductor layer from above the active region; Like this, a step of forming a recess in the interlayer insulating film to a depth that does not reach the second layer of the active region, then a step of filling a wiring film in the recess, and then removing the buried layer of the Si nitride film. And then forming the gate insulating film after forming the gate insulating film by forming the gate electrode opening.
【0027】この発明の請求項19に係る半導体装置
は、半導体基板上に第1の層間絶縁膜と、この第1の層
間絶縁膜上の所定領域に形成されたゲート電極と、この
ゲート電極を覆って上記第1の層間絶縁膜上に形成され
た第2の層間絶縁膜と、上記ゲート電極形成領域に、上
記第2の層間絶縁膜と上記ゲート電極と上記第1の層間
絶縁膜とを貫通して下地の上記半導体基板に到達する様
に形成された線状のトランジスタ用開口部と、このトラ
ンジスタ用開口部内壁に形成されたゲート絶縁膜と、こ
のゲート絶縁膜が形成された上記トランジスタ用開口部
内の上記半導体基板上に、チャネル領域となる第一導電
型のエピタキシャル層とこれを上下方向から挟む様にソ
ース・ドレイン領域となる第二導電型のエピタキシャル
層との三層を積層して、縦方向の薄膜状に形成された活
性領域と、を有するものである。According to a nineteenth aspect of the present invention, in a semiconductor device, a first interlayer insulating film, a gate electrode formed in a predetermined region on the first interlayer insulating film, and the gate electrode are provided on the semiconductor substrate. A second interlayer insulating film formed to cover the first interlayer insulating film, and the second interlayer insulating film, the gate electrode, and the first interlayer insulating film in the gate electrode formation region. A linear transistor opening formed so as to penetrate therethrough to reach the underlying semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the inner wall of the transistor opening, and the transistor having the gate insulating film formed On the semiconductor substrate in the opening for use, three layers of a first-conductivity-type epitaxial layer to be a channel region and a second-conductivity-type epitaxial layer to be a source / drain region so as to sandwich the channel from above and below are laminated. , A vertical thin film which is formed in the active region, and has a.
【0028】この発明の請求項20に係る半導体装置
は、半導体基板に第二導電型の拡散層を設け、この拡散
層形成領域にトランジスタ用開口部を上記拡散層に到達
する様に形成して活性領域の最下層を上記拡散層に接続
したものである。In a semiconductor device according to a twentieth aspect of the present invention, a second conductive type diffusion layer is provided on a semiconductor substrate, and a transistor opening is formed in the diffusion layer forming region so as to reach the diffusion layer. The bottom layer of the active region is connected to the diffusion layer.
【0029】この発明の請求項21に係る半導体装置
は、トランジスタ用開口部を上限値を0.2μmとする
微細幅で形成したものである。A semiconductor device according to a twenty-first aspect of the present invention has a transistor opening formed with a fine width with an upper limit value of 0.2 μm.
【0030】この発明の請求項22に係る半導体装置の
製造方法は、半導体基板上に第1の層間絶縁膜を形成す
る工程と、この第1の層間絶縁膜上にゲート電極を形成
した後、このゲート電極を覆って全面に第2の層間絶縁
膜を形成する工程と、上記ゲート電極形成領域内に上記
第2の層間絶縁膜と上記ゲート電極と上記第1の層間絶
縁膜とを貫通する様に線状のトランジスタ用開口部を形
成する工程と、次いでゲート絶縁膜を形成した後、上記
トランジスタ用開口部内に活性領域を形成する工程と、
を有するものである。According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate and a step of forming a gate electrode on the first interlayer insulating film, A step of forming a second interlayer insulating film on the entire surface to cover the gate electrode, and penetrating the second interlayer insulating film, the gate electrode and the first interlayer insulating film in the gate electrode forming region. Forming a linear transistor opening, and then forming a gate insulating film, and then forming an active region in the transistor opening,
Is to have.
【0031】[0031]
【作用】この発明による半導体装置は、層間絶縁膜に囲
まれたトランジスタ用開口部内にソース/チャネル/ド
レインの三層を縦方向に積層して活性領域を形成し、さ
らにこの活性領域に、少なくとも上から二層を貫通する
ゲート電極用開口部を有しその中にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極を形成してトランジスタを構成したもので
ある。このため活性領域は、内部にゲート電極を有し、
周囲に層間絶縁膜を有する、円筒形状のものとなる。す
なわち、活性領域の上から二層目であるチャネル領域に
おいても、内側にゲート電極が、外側に層間絶縁膜が形
成されSOI型トランジスタと同じ効果がある。すなわ
ちトランジスタ動作時にチャネル領域に形成される空乏
層がその周囲の層間絶縁膜と直列に接続され、空乏層容
量が低減し、サブスレッショルド特性が向上する。また
活性領域を縦方向に形成した縦型トランジスタであるた
め、トランジスタ占有面積は非常に小さく、このため、
サブスレッショルド特性が向上し、高性能で集積度の高
い半導体装置が得られる。According to the semiconductor device of the present invention, the active region is formed by vertically stacking three layers of source / channel / drain in the opening for the transistor surrounded by the interlayer insulating film, and at least the active region is formed. A transistor is formed by forming a gate electrode opening from the top through two layers and forming a gate electrode therein through a gate insulating film. Therefore, the active region has a gate electrode inside,
It has a cylindrical shape with an interlayer insulating film around it. That is, even in the channel region which is the second layer from the top of the active region, the gate electrode is formed on the inner side and the interlayer insulating film is formed on the outer side, and the same effect as that of the SOI type transistor is obtained. That is, the depletion layer formed in the channel region during transistor operation is connected in series with the surrounding interlayer insulating film, the depletion layer capacitance is reduced, and the subthreshold characteristic is improved. In addition, since it is a vertical transistor in which the active region is formed in the vertical direction, the area occupied by the transistor is very small.
Subthreshold characteristics are improved, and a semiconductor device with high performance and high integration can be obtained.
【0032】また、この発明によると、半導体基板に第
二導電型の拡散層を設けて活性領域の最下層と接続した
ため、ソース・ドレイン領域の一方である活性領域の最
下層の電極取り出しが容易となる。また、この拡散層は
そのまま配線として用いることもできる。Further, according to the present invention, since the semiconductor substrate is provided with the diffusion layer of the second conductivity type and is connected to the lowermost layer of the active region, it is easy to take out the electrode of the lowermost layer of the active region which is one of the source / drain regions. Becomes Further, this diffusion layer can be used as it is as a wiring.
【0033】また、この発明によると、活性領域の最下
層と接続する拡散層の表面に金属シリサイド層を形成し
たため、活性領域の最下層の電極取り出し層の抵抗が低
減できる。特に上記拡散層を配線として用いる場合は低
抵抗な配線となり有効である。また、活性領域と接する
部分に金属シリサイド層を形成していないため製造工程
において、金属シリサイド層形成後にエピタキシャル成
長により活性領域を形成する際に、良好なエピタキシャ
ル成長が行える。Further, according to the present invention, since the metal silicide layer is formed on the surface of the diffusion layer connected to the lowermost layer of the active region, the resistance of the electrode extraction layer of the lowermost layer of the active region can be reduced. In particular, when the diffusion layer is used as a wiring, the wiring has low resistance and is effective. Further, since the metal silicide layer is not formed in the portion in contact with the active region, good epitaxial growth can be performed when the active region is formed by epitaxial growth after forming the metal silicide layer in the manufacturing process.
【0034】また、この発明による半導体装置は、活性
領域がエピタキシャル層から成るため、良質な半導体層
が安定して積層され、信頼性の高い縦方向に積層された
活性領域が得られる。Further, in the semiconductor device according to the present invention, since the active region is composed of the epitaxial layer, the high-quality semiconductor layers are stably laminated, and the highly reliable active region vertically laminated is obtained.
【0035】また、この発明によると、チャネル領域を
SiとGeとの化合物によるエピタキシャル層で構成し
た。SiとGeとの化合物はホールの移動度が高いた
め、特にpチャネル型トランジスタにおいて、高速化が
図れる。Further, according to the present invention, the channel region is formed of an epitaxial layer made of a compound of Si and Ge. Since the compound of Si and Ge has a high hole mobility, high speed can be achieved especially in a p-channel transistor.
【0036】また、この発明による半導体装置の製造方
法は、層間絶縁膜を形成後、この層間絶縁膜にトランジ
スタ用開口部を形成して、その中に活性領域をエピタキ
シャル成長させ、その後ゲート電極用開口部を形成し
て、その中にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する
ものである。このため、活性領域を円筒形状に形成し、
内側にゲート電極を、外側に層間絶縁膜を、配設した構
造が容易に実現できる。このためサブスレッショルド特
性が向上し、高性能で集積度の高い半導体装置が容易に
製造できる。Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after forming an interlayer insulating film, a transistor opening is formed in this interlayer insulating film, an active region is epitaxially grown therein, and then a gate electrode opening is formed. Forming a gate insulating film and a gate electrode therein. Therefore, the active region is formed into a cylindrical shape,
A structure in which a gate electrode is provided inside and an interlayer insulating film is provided outside can be easily realized. Therefore, the subthreshold characteristic is improved, and a high-performance and highly integrated semiconductor device can be easily manufactured.
【0037】また、この発明による半導体装置は、トラ
ンジスタ用開口部内の活性領域上から層間絶縁膜上に渡
って配線膜を形成し、配線膜と活性領域の上から二層と
を連続して貫通するゲート電極開口部を形成したもので
ある。このためソース・ドレイン領域となる活性領域の
最上層に配線膜を確実に接続形成できる。さらに、ゲー
ト絶縁膜を配線膜表面にも形成したためゲート電極と配
線膜とが確実に絶縁できる。また、配線膜を形成後に、
ゲート電極開口部を形成し、その後ゲート絶縁膜を形成
するため、上記の様な半導体装置が容易に製造できる。Further, in the semiconductor device according to the present invention, a wiring film is formed from the active region in the transistor opening to the interlayer insulating film, and the wiring film and the two layers from the active region are continuously penetrated. A gate electrode opening is formed. Therefore, the wiring film can be surely connected and formed on the uppermost layer of the active region serving as the source / drain region. Furthermore, since the gate insulating film is also formed on the surface of the wiring film, the gate electrode and the wiring film can be reliably insulated. Also, after forming the wiring film,
Since the gate electrode opening is formed and then the gate insulating film is formed, the semiconductor device as described above can be easily manufactured.
【0038】また、この発明による半導体装置は、活性
領域の最上層に接続する配線膜を、層間絶縁膜に設けた
凹部内に形成したため、層間絶縁膜表面に配線膜による
段差がなく、ゲート電極形成時にパターニングが容易と
なり信頼性が向上する。さらに、上記凹部内に配線膜を
形成する際、全面に導電膜を形成した後凹部内にのみ残
存させて全面を平坦化することにより形成する。このた
め、半導体装置を容易に製造できる。また、前工程で、
選択エピタキシャル成長によりトランジスタ用開口部内
に活性領域を形成する際に、選択性が破れて層間絶縁膜
上にもSi粒が形成された場合でも、配線膜形成工程で
全面を平坦化する時に、不要な導電膜と共に上記Si粒
が除去される。このため配線膜等が層間絶縁膜上のSi
粒によって不必要に短絡することが防止でき、信頼性が
向上する。Further, in the semiconductor device according to the present invention, since the wiring film connected to the uppermost layer of the active region is formed in the recess provided in the interlayer insulating film, there is no step due to the wiring film on the surface of the interlayer insulating film and the gate electrode is formed. Patterning is facilitated during formation and reliability is improved. Further, when the wiring film is formed in the recess, it is formed by forming a conductive film on the entire surface and then leaving it only in the recess to planarize the entire surface. Therefore, the semiconductor device can be easily manufactured. Also, in the previous step,
When the active region is formed in the opening for the transistor by the selective epitaxial growth, even if the selectivity is broken and Si particles are formed on the interlayer insulating film, it is not necessary to flatten the entire surface in the wiring film forming process. The Si particles are removed together with the conductive film. Therefore, the wiring film or the like is
Unnecessary short circuit due to the grains can be prevented and reliability is improved.
【0039】また、この発明による半導体装置の製造方
法は、層間絶縁膜の凹部内に配線膜となる導電膜を形成
し、さらにエッチングにより後退させ、その上の全面に
絶縁膜を形成した後、上記凹部内にのみ残存させて全面
を平坦化する。このため配線膜上にゲート絶縁膜よりも
十分厚い絶縁膜が容易に形成でき、配線膜とゲート電極
とが交差する部分において寄生容量が容易に低減でき
る。また、絶縁膜は上記凹部内に埋め込まれて形成され
るため、層間絶縁膜表面に段差がなく、ゲート電極形成
時のパターニングも容易となる。Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a conductive film to be a wiring film is formed in the concave portion of the interlayer insulating film, the conductive film is made to recede by etching, and an insulating film is formed on the entire surface of the conductive film. The entire surface is flattened by leaving it only in the recess. Therefore, an insulating film that is sufficiently thicker than the gate insulating film can be easily formed on the wiring film, and the parasitic capacitance can be easily reduced at the intersection of the wiring film and the gate electrode. Further, since the insulating film is formed by being buried in the recess, there is no step on the surface of the interlayer insulating film, and patterning at the time of forming the gate electrode becomes easy.
【0040】また、この発明による半導体装置は、ゲー
ト電極用開口部をトランジスタ用開口部内の活性領域に
自己整合的に形成したため、マスク合わせずれ等による
トランジスタの形状のばらつきがなく、このため安定し
た性能を持つ信頼性の高い半導体装置が得られる。ま
た、トランジスタ用開口部内に活性領域を層間絶縁膜表
面よりも低く形成し、その上のトランジスタ用開口部内
壁にSi窒化膜のサイドウォールを形成して、このサイ
ドウォールをマスクに用いてゲート電極用開口部を形成
する。このためゲート電極用開口部を自己整合的に形成
することが容易に実現でき、上記の様な安定した形状お
よび性能を持つ信頼性の高い半導体装置が容易に製造で
きる。Further, in the semiconductor device according to the present invention, since the gate electrode opening is formed in the active region in the transistor opening in a self-aligning manner, there is no variation in the shape of the transistor due to mask misalignment and the like, which is stable. A highly reliable semiconductor device having performance can be obtained. In addition, an active region is formed lower than the surface of the interlayer insulating film in the transistor opening, a sidewall of a Si nitride film is formed on the inner wall of the transistor opening, and the sidewall is used as a mask to form a gate electrode. Forming an opening for use. Therefore, the gate electrode opening can be easily formed in a self-aligned manner, and the highly reliable semiconductor device having the stable shape and performance as described above can be easily manufactured.
【0041】また、この発明による半導体装置の製造方
法は、ゲート電極用開口部を自己整合的に形成した後ト
ランジスタ用開口部周囲に層間絶縁膜の凹部を設け、そ
の中に配線膜となる導電膜を形成し、さらにこの導電膜
をエッチングにより後退させ、その上の全面に絶縁膜を
形成した後、上記凹部内にのみ残存させて全面を平坦化
する。このため、安定した形状および性能を持ち、しか
も配線膜とゲート電極とが交差する部分において寄生容
量が低減できた信頼性の高い半導体装置が容易に製造で
きる。Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after forming the gate electrode opening in a self-aligning manner, a recess of an interlayer insulating film is provided around the transistor opening, and a conductive film to be a wiring film is formed therein. After a film is formed, the conductive film is made to recede by etching to form an insulating film on the entire surface thereof, and then the insulating film is left only in the concave portion to planarize the entire surface. Therefore, it is possible to easily manufacture a highly reliable semiconductor device having a stable shape and performance, and having a reduced parasitic capacitance at the intersection of the wiring film and the gate electrode.
【0042】また、この発明による半導体装置の製造方
法は、層間絶縁膜の凹部領域の一部にトランジスタ用開
口部を形成しトランジスタ用開口部内壁にSi窒化膜の
サイドウォールを形成して自己整合的に開口部を形成す
る。この開口部は、その中にSi酸化膜の埋め込み層を
埋め込み、その後この埋め込み層周囲で上記凹部下に活
性領域を、上記凹部内に配線膜を形成し、その後、上記
Si酸化膜の埋め込み層をレジストマスクを用いて除去
して上記開口部を再び開口し、ゲート電極用開口部を形
成する。この様に、トランジスタ用開口部内に自己整合
的に開口部を形成し、その後にこの開口部内に埋め込ま
れたSi酸化膜の埋め込み層をレジストマスクを用いて
除去してゲート電極用開口部を形成する。このSi酸化
膜の埋め込み層の上層部は、凹部内に形成された配線膜
によって周囲を囲まれているため、Si酸化膜の埋め込
み層除去時に用いられるレジストマスクのパターンは、
その形成時のマスク合わせのマージンが非常に大きい。
このため上記開口部内のSi酸化膜の埋め込み層は確実
に除去されるためそれにより形成されるゲート電極用開
口部は、トランジスタ用開口部内に自己整合的に形成さ
れたものと同値となる。このため、トランジスタの形状
のばらつきがなく、安定した性能を持つ信頼性の高い半
導体装置が得られる。Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the transistor opening is formed in a part of the recessed region of the interlayer insulating film, and the sidewall of the Si nitride film is formed on the inner wall of the transistor opening to perform self-alignment. To form an opening. This opening is filled with a buried layer of a Si oxide film, and then an active region is formed under the recess and a wiring film is formed in the recess around the buried layer, and then the buried layer of the Si oxide film is formed. Is removed using a resist mask and the opening is opened again to form a gate electrode opening. In this way, the opening is formed in the opening for the transistor in a self-aligning manner, and then the buried layer of the Si oxide film buried in the opening is removed using the resist mask to form the opening for the gate electrode. To do. Since the upper portion of the buried layer of the Si oxide film is surrounded by the wiring film formed in the recess, the pattern of the resist mask used when removing the buried layer of the Si oxide film is
The margin for mask alignment at the time of formation is very large.
Therefore, the buried layer of the Si oxide film in the opening is surely removed, so that the gate electrode opening formed thereby has the same value as that formed in the transistor opening in a self-aligned manner. Therefore, there is no variation in the shape of the transistor, and a highly reliable semiconductor device having stable performance can be obtained.
【0043】また、この発明による半導体装置は、活性
領域の最上層に接続する配線膜を、その上層にゲート絶
縁膜よりも十分に厚い絶縁膜を設けたものとするため、
配線膜とゲート電極とが交差する部分において寄生容量
が低減でき、素子の高速化が図れる。Further, in the semiconductor device according to the present invention, since the wiring film connected to the uppermost layer of the active region is provided with the insulating film sufficiently thicker than the gate insulating film in the upper layer,
The parasitic capacitance can be reduced at the intersection of the wiring film and the gate electrode, and the speed of the device can be increased.
【0044】また、この発明による半導体装置は、活性
領域を基板半導体層から成る拡散層によって構成したた
め、エピタキシャル層から成る場合よりも結晶性が良く
トランジスタの性能が向上する。また、エピタキシャル
層から成る活性領域の場合、半導体基板表面にSi酸化
膜が残存しているとエピタキシャル成長が不可能で形成
困難となるが、その様な問題がなく確実に活性領域が形
成できる。Further, in the semiconductor device according to the present invention, since the active region is constituted by the diffusion layer made of the substrate semiconductor layer, the crystallinity is better than that in the case of being made of the epitaxial layer and the performance of the transistor is improved. Further, in the case of the active region formed of the epitaxial layer, if the Si oxide film remains on the surface of the semiconductor substrate, epitaxial growth is impossible and formation becomes difficult. However, such a problem does not occur, and the active region can be reliably formed.
【0045】また、この発明による半導体装置の製造方
法は、半導体基板にゲート電極用開口部を形成し、その
中にSi窒化膜の埋め込み層を埋め込み、このSi窒化
膜の埋め込み層の周囲に活性領域となる基板半導体層を
形成する。この基板半導体層の形成は、第1および第2
のSi酸化膜のサイドウォールを用いて2回のエッチン
グにより半導体基板をエッチングして行い、上記基板半
導体層の下層部分にサイドウォールが形成されていない
領域を形成し、この基板半導体層の下層部分およびその
周囲の半導体基板にイオン注入によりソース・ドレイン
領域の一方となる拡散層を形成する。その後活性領域の
周囲を囲む様に層間絶縁膜を形成し、イオン注入により
チャネル領域およびソース・ドレイン領域の他方となる
拡散層をそれぞれ形成する。この様に、内側にゲート電
極を、外側に層間絶縁膜を有する円筒形状でしかも縦方
向に積層された活性領域を、基板半導体層から成る拡散
層で構成することができ、集積度が高く、サブスレッシ
ョルド特性が向上し、しかも結晶性が良い高性能な半導
体装置が製造できる。Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a gate electrode opening is formed in a semiconductor substrate, a Si nitride film burying layer is buried therein, and an active region is formed around the Si nitride film burying layer. A substrate semiconductor layer to be a region is formed. This substrate semiconductor layer is formed by the first and second
The semiconductor substrate is etched by performing the etching twice using the side wall of the Si oxide film to form a region where the sidewall is not formed in the lower layer portion of the substrate semiconductor layer, and the lower layer portion of the substrate semiconductor layer is formed. A diffusion layer to be one of the source / drain regions is formed by ion implantation on the semiconductor substrate and the surrounding semiconductor substrate. After that, an interlayer insulating film is formed so as to surround the periphery of the active region, and a diffusion layer to be the other of the channel region and the source / drain region is formed by ion implantation. In this manner, the gate electrode on the inner side and the cylindrical active region having the interlayer insulating film on the outer side, which are vertically stacked, can be constituted by the diffusion layer formed of the substrate semiconductor layer, and the degree of integration is high, A high-performance semiconductor device having improved subthreshold characteristics and good crystallinity can be manufactured.
【0046】また、この発明による半導体装置は、第1
の層間絶縁膜とその上の第2の層間絶縁膜との間にゲー
ト電極を形成し、このゲート電極形成領域内に、第2の
層間絶縁膜とゲート電極と第1の層間絶縁膜とを貫通す
るトランジスタ用開口部を線状に設け、その中にゲート
絶縁膜を介してエピタキシャル層を積層した活性領域を
縦方向の薄膜状に形成したものである。このためチャネ
ル領域の両側をゲート電極で挟んだ縦型の薄膜トランジ
スタが得られ、チャネル領域の空乏化が効率的に行うこ
とができ、サブスレッショルド特性が向上する。また縦
型であるため、トランジスタ占有面積も小さく、サブス
レッショルド特性が向上し、高性能で集積度の高い半導
体装置が得られる。The semiconductor device according to the present invention is the first
A gate electrode is formed between the second interlayer insulating film and the second interlayer insulating film thereon, and the second interlayer insulating film, the gate electrode, and the first interlayer insulating film are formed in the gate electrode forming region. A transistor opening is formed linearly therethrough, and an active region in which an epitaxial layer is laminated via a gate insulating film is formed in a vertical thin film shape. Therefore, a vertical thin film transistor in which both sides of the channel region are sandwiched by gate electrodes can be obtained, the channel region can be efficiently depleted, and the subthreshold characteristic is improved. Further, since it is a vertical type, a transistor occupying area is small, a subthreshold characteristic is improved, and a high performance and highly integrated semiconductor device can be obtained.
【0047】また、この発明によると、半導体基板に第
二導電型の拡散層を設けて活性領域の最下層と接続した
ため、上記の様なチャネル領域の両側をゲート電極で挟
んだ縦型の薄膜トランジスタにおける、ソース・ドレイ
ン領域の一方である活性領域の最下層の電極取り出しが
容易となる。また、この拡散層はそのまま配線として用
いることもできる。Further, according to the present invention, since the semiconductor substrate is provided with the diffusion layer of the second conductivity type and is connected to the lowermost layer of the active region, the vertical thin film transistor in which both sides of the channel region as described above are sandwiched by the gate electrodes. It is easy to take out the electrode of the lowermost layer of the active region, which is one of the source / drain regions. Further, this diffusion layer can be used as it is as a wiring.
【0048】また、この発明によると、トランジスタ用
開口部をその上限値を0.2μmとする微細幅で形成し
たため、活性領域が0.2μm以下の幅の縦方向の薄膜
状で、そのうちチャネル領域の両側がゲート電極で挟ま
れたトランジスタが得られる。このためチャネル領域が
十分に空乏化できサブスレッショルド特性がさらに向上
する。Further, according to the present invention, since the transistor opening is formed with a fine width having an upper limit value of 0.2 μm, the active region is a vertical thin film having a width of 0.2 μm or less, of which the channel region is included. A transistor is obtained in which both sides are sandwiched by gate electrodes. Therefore, the channel region can be fully depleted, and the subthreshold characteristic is further improved.
【0049】また、この発明による半導体装置の製造方
法は、第1の層間絶縁膜、ゲート電極および第2の層間
絶縁膜を順次形成した後、トランジスタ用開口部を線状
に形成し、その中にゲート絶縁膜を介して活性領域を形
成する。このため、上記の様なチャネル領域の両側をゲ
ート電極で挟んだ縦型の薄膜トランジスタが容易に形成
でき、サブスレッショルド特性が向上し、高性能で集積
度の高い半導体装置が容易に製造できる。また、トラン
ジスタ用開口部を線状に形成したために、一つの径で決
定される開口部の大きさに比べて微細な幅に形成するこ
とができ、チャネル領域を十分空乏化できる薄膜トラン
ジスタが容易に形成できる。Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the first interlayer insulating film, the gate electrode and the second interlayer insulating film are sequentially formed, the transistor opening is formed in a linear shape, and the inside thereof is formed. An active region is formed on the gate insulating film. Therefore, a vertical thin film transistor in which both sides of the channel region are sandwiched by the gate electrodes as described above can be easily formed, the subthreshold characteristic is improved, and a high-performance and highly integrated semiconductor device can be easily manufactured. Further, since the transistor opening is formed in a linear shape, it can be formed with a finer width than the size of the opening determined by one diameter, and a thin film transistor in which the channel region can be sufficiently depleted is easily formed. Can be formed.
【0050】[0050]
実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。なお、従来の技術と重複する箇所は適宜その説明
を省略する。図1はこの発明の実施例1によるMIS型
トランジスタの構造を示す断面図である。図において、
1は従来と同じ、例えばp型のSi単結晶等から成る半
導体基板(以下、基板と称す)、13は素子分離用絶縁
膜、14は基板13に形成された拡散層としてのn+型
不純物拡散層、15は基板1上に形成された層間絶縁
膜、16は層間絶縁膜15に設けられ、n+型不純物拡
散層14に達するトランジスタ用開口部である。17は
トランジスタ用開口部16内に形成され、チャネル領域
とそれを上下方向から挟むソース・ドレイン領域との三
層が積層されて成る活性領域、18はこの活性領域17
内のチャネル領域となるp型半導体層としてのp型エピ
層、19a、bはソース・ドレイン領域となるn+型半
導体層としてのn+型エピ層である。Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the description of the same parts as those of the conventional technique will be appropriately omitted. 1 is a sectional view showing the structure of a MIS transistor according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure,
1 is the same as the conventional one, for example, a semiconductor substrate made of p-type Si single crystal or the like (hereinafter referred to as a substrate), 13 is an insulating film for element isolation, and 14 is an n + -type impurity as a diffusion layer formed on the substrate 13. A diffusion layer, 15 is an interlayer insulating film formed on the substrate 1, and 16 is an opening for a transistor provided in the interlayer insulating film 15 and reaching the n + -type impurity diffusion layer 14. Reference numeral 17 denotes an active region formed in the opening 16 for a transistor, in which three layers of a channel region and a source / drain region sandwiching the channel region from above and below are laminated, and 18 denotes this active region 17
In the figure, 19a and 19b are n + type epi layers as n + type semiconductor layers which become the source / drain regions, and p + type epi layers as the p type semiconductor layer which becomes the channel region.
【0051】20はトランジスタ用開口部16の中央部
に設けられ、活性領域17の三層を貫通してn+型不純
物拡散層14に達するゲート電極用開口部、21はn+
型エピ層19bの電極を取り出す電導膜で、n+型エピ
層19b上から層間絶縁膜15上に渡って形成された配
線膜、22はゲート電極用開口部20内壁から配線膜2
1表面に渡って形成されたゲート絶縁膜、23はゲート
絶縁膜22を介してゲート電極用開口部20内に埋め込
む様に形成されたゲート電極である。Reference numeral 20 is a gate electrode opening provided in the center of the transistor opening 16 and penetrating the three layers of the active region 17 to reach the n + -type impurity diffusion layer 14, and 21 is an n +.
A conductive film for taking out the electrode of the epitaxial layer 19b, which is a wiring film formed over the n + type epitaxial layer 19b and the interlayer insulating film 15, and 22 is a wiring film 2 from the inner wall of the gate electrode opening 20.
A gate insulating film formed over the surface 1 and a gate electrode 23 formed so as to be embedded in the gate electrode opening 20 through the gate insulating film 22.
【0052】上記の様に構成されるMIS型トランジス
タの製造方法を、図2〜図8に基づいて以下に示す。ま
ず、基板1上に、例えばSi酸化膜から成る素子分離用
絶縁膜13を、例えばLOCOS法により形成する。こ
の素子分離用絶縁膜13はCVD法によるSi酸化膜の
形成後、ホトリソグラフィ及びエッチング技術によって
形成しても良い。次に、基板1上から例えばヒ素イオン
をイオン注入法により注入し、その後熱拡散させて、n
+型不純物拡散層14を、例えばヒ素濃度1019〜10
23/cm3に形成する。このn+型不純物拡散層14はソ
ース・ドレイン領域の一方となるn+型エピ層19aの
電極取り出し層となる(図2)。次に、基板1上の全面
に、例えばSi酸化膜から成る層間絶縁膜15をCVD
法等により、例えば約900nmの膜厚に形成する(図
3)。A method of manufacturing the MIS type transistor configured as described above will be described below with reference to FIGS. First, the element isolation insulating film 13 made of, for example, a Si oxide film is formed on the substrate 1 by, for example, the LOCOS method. The element isolation insulating film 13 may be formed by photolithography and etching techniques after forming a Si oxide film by the CVD method. Next, arsenic ions, for example, are implanted from above the substrate 1 by an ion implantation method, and then thermally diffused, and n
The + type impurity diffusion layer 14 is formed, for example, with an arsenic concentration of 10 19 to 10 10.
It forms to 23 / cm 3 . The n + type impurity diffusion layer 14 serves as an electrode extraction layer of the n + type epi layer 19a which is one of the source / drain regions (FIG. 2). Next, an interlayer insulating film 15 made of, for example, a Si oxide film is formed on the entire surface of the substrate 1 by CVD.
By a method or the like, the film is formed to have a film thickness of, for example, about 900 nm (FIG. 3).
【0053】次に、層間絶縁膜15にトランジスタ用開
口部16を、ホトリソグラフィ及びエッチング技術によ
り、例えば約0.9μmの径で開口し、下地のn+型不
純物拡散層14の表面を露出させる(図4)。次に、ト
ランジスタ用開口部16内に選択エピタキシャルSi成
長法により基板1側から、n+型エピ層19aを、例え
ばヒ素濃度1017〜1020/cm3で約200nmの膜
厚に、その上にp型エピ層18を、例えばボロン濃度1
016〜1017/cm3で約500nmの膜厚に、さらに
その上にn+型エピ層19bを、例えばヒ素濃度1017
〜1020/cm3で約200nmの膜厚に形成して、ト
ランジスタ用開口部16を埋め込む(図5)。Next, a transistor opening 16 is formed in the interlayer insulating film 15 by photolithography and etching with a diameter of, for example, about 0.9 μm to expose the surface of the underlying n + -type impurity diffusion layer 14. (Fig. 4). Next, an n + type epi layer 19a is formed in the transistor opening 16 from the substrate 1 side by the selective epitaxial Si growth method, for example, with an arsenic concentration of 10 17 to 10 20 / cm 3 and a film thickness of about 200 nm. The p-type epi layer 18 is, for example, boron concentration 1
At a film thickness of about 500 nm at 0 16 to 10 17 / cm 3 , and an n + type epi layer 19 b thereon, for example, an arsenic concentration of 10 17
It is formed to a thickness of about 200 nm at about 10 20 / cm 3 and the transistor opening 16 is embedded (FIG. 5).
【0054】次に、例えば多結晶Si膜やチタン、タン
タル、タングステン等の金属シリサイド膜から成る導電
膜を、例えばCVD法により全面に形成し、その後ホト
リソグラフィ及びエッチング技術によりパターニングし
て、トランジスタ用開口部16のn+型エピ層19b上
から層間絶縁膜15上に渡って配線膜21を形成する
(図6)。次に、トランジスタ用開口部16の中央部に
ゲート電極用開口部20を、ホトリソグラフィ及びエッ
チング技術により、配線膜21およびその下の三層から
成るエピ層18、19a、bを貫通して例えば約0.6
μmの径で開口し、下地のn+型不純物拡散層14表面
を露出させる(図7)。Next, a conductive film made of, for example, a polycrystalline Si film or a metal silicide film of titanium, tantalum, tungsten, etc. is formed on the entire surface by, for example, the CVD method, and then patterned by photolithography and etching techniques to form a transistor. A wiring film 21 is formed over the n + type epi layer 19b of the opening 16 and the interlayer insulating film 15 (FIG. 6). Next, a gate electrode opening 20 is formed in the central portion of the transistor opening 16, and the wiring film 21 and the three epi layers 18, 19a, b below the wiring film 21 are penetrated by photolithography and etching techniques. About 0.6
The surface of the underlying n + -type impurity diffusion layer 14 is exposed by opening with a diameter of μm (FIG. 7).
【0055】次に、熱酸化法によりSi酸化膜から成る
ゲート絶縁膜22を、ゲート電極用開口部20内壁およ
び配線膜21表面に10〜20nmの膜厚で形成する
(図8)。次に、例えば多結晶シリコン膜や金属シリサ
イド膜またはこれらの積層膜から成る導電膜を、スパッ
タ法やCVD法によりゲート電極用開口部20内に埋め
込む様に全面に形成し、その後ホトリソグラフィ及びエ
ッチング技術によりパターニングして、ゲート電極23
を形成する(図1参照)。この後所定の処理を施してM
IS型トランジスタを完成する。Next, a gate insulating film 22 made of a Si oxide film is formed by thermal oxidation on the inner wall of the gate electrode opening 20 and the surface of the wiring film 21 to a thickness of 10 to 20 nm (FIG. 8). Next, a conductive film made of, for example, a polycrystalline silicon film, a metal silicide film, or a laminated film thereof is formed on the entire surface by a sputtering method or a CVD method so as to be embedded in the gate electrode opening 20, and then photolithography and etching are performed. The gate electrode 23 is patterned by the technique.
Are formed (see FIG. 1). After this, a predetermined process is performed and M
The IS type transistor is completed.
【0056】上記実施例1では、ゲート電極23と、そ
の周囲を囲む積層された三層から成る活性領域17とが
例えば約0.9μmの径のトランジスタ用開口部16内
に形成されるものである。このためトランジスタ占有面
積は非常に小さいものとなり高集積化が図れる。また、
このトランジスタは、活性領域17を円筒形状に形成
し、その内側にゲート電極23を、外側に層間絶縁膜1
5を配設した構造となる。すなわち、活性領域17の上
から二層目のチャネル領域18においても、その内側に
ゲート電極23が、外側に層間絶縁膜15が形成された
構造となり、SOI型トランジスタと同様の効果、すな
わちサブスレッショルド特性が向上するという効果があ
る。この様に上記実施例1によるとサブスレッショルド
特性の向上した高性能で集積度の高いMIS型トランジ
スタが得られる。In the above-described first embodiment, the gate electrode 23 and the active region 17 composed of three laminated layers surrounding the gate electrode 23 are formed in the transistor opening 16 having a diameter of, for example, about 0.9 μm. is there. Therefore, the area occupied by the transistor is extremely small, and high integration can be achieved. Also,
In this transistor, the active region 17 is formed in a cylindrical shape, the gate electrode 23 is formed inside the active region 17, and the interlayer insulating film 1 is formed outside.
5 is provided. That is, in the channel region 18 which is the second layer from the top of the active region 17, the gate electrode 23 is formed inside and the interlayer insulating film 15 is formed outside, and the same effect as that of the SOI type transistor, that is, the subthreshold is obtained. This has the effect of improving the characteristics. As described above, according to the first embodiment, a high-performance and highly integrated MIS transistor having improved subthreshold characteristics can be obtained.
【0057】また、上記実施例1では、層間絶縁膜15
を形成後、この層間絶縁膜15にトランジスタ用開口部
16を形成して、その中に活性領域17をエピタキシャ
ル成長させ、その後ゲート電極用開口部20を形成し
て、その中にゲート絶縁膜22およびゲート電極23を
形成する。このため、活性領域17を円筒形状に形成
し、内側にゲート電極23を、外側に層間絶縁膜15を
配設した構造を容易に形成でき、サブスレッショルド特
性の向上した高性能で集積度の高い半導体装置が容易に
製造できる。In the first embodiment, the interlayer insulating film 15 is also used.
Then, an opening 16 for a transistor is formed in the interlayer insulating film 15, an active region 17 is epitaxially grown therein, and then an opening 20 for a gate electrode is formed therein, and a gate insulating film 22 and The gate electrode 23 is formed. Therefore, it is possible to easily form a structure in which the active region 17 is formed in a cylindrical shape, the gate electrode 23 is arranged inside, and the interlayer insulating film 15 is arranged outside, so that the subthreshold characteristic is improved and the performance is high and the degree of integration is high. A semiconductor device can be easily manufactured.
【0058】また、上記実施例1では、基板1にn+型
不純物拡散層14を設けるn+型エピ層19aと接続さ
せているため、活性領域の最下層であるn+型エピ層1
9aの電極取り出しが容易となる。またこのn+型不純
物拡散層14はそのまま配線として用いることもでき
る。Further, in the first embodiment, since the substrate 1 is connected to the n + type epi layer 19a provided with the n + type impurity diffusion layer 14, the n + type epi layer 1 which is the bottom layer of the active region is connected.
The electrode of 9a can be taken out easily. The n + -type impurity diffusion layer 14 can also be used as a wiring as it is.
【0059】また、上記実施例1では、トランジスタ用
開口部16内に活性領域17を形成した後、続けて配線
膜21を形成し、その後配線膜21と活性領域17とを
連続して貫通するゲート電極用開口部20を形成した
後、ゲート絶縁膜22およびゲート電極23を形成す
る。このためn+型エピ層19bと接続する配線膜21
が容易に形成でき、n+型エピ層19bの電極取り出し
が確実にできる。またゲート絶縁膜22が配線膜21表
面にも同時に形成でき、その後に形成されるゲート電極
23と配線膜21との絶縁が容易に確実に行える。In the first embodiment, after forming the active region 17 in the transistor opening 16, the wiring film 21 is continuously formed, and then the wiring film 21 and the active region 17 are continuously penetrated. After forming the gate electrode opening 20, the gate insulating film 22 and the gate electrode 23 are formed. Therefore, the wiring film 21 connected to the n + type epi layer 19b
Can be easily formed, and the electrode of the n + type epi layer 19b can be reliably taken out. In addition, the gate insulating film 22 can be formed on the surface of the wiring film 21 at the same time, and the gate electrode 23 and the wiring film 21 formed thereafter can be easily and surely insulated.
【0060】なお、上記実施例1ではnチャネル型トラ
ンジスタの場合を示したが、pチャネル型トランジスタ
にも同様に適用できる。また、ゲート絶縁膜22は、形
成時に窒化性雰囲気で熱処理を施して窒化させたSiオ
キシナイトライド膜を用いても良い。In the first embodiment described above, the case of the n-channel type transistor is shown, but the same can be applied to the p-channel type transistor. Alternatively, the gate insulating film 22 may be a Si oxynitride film that is nitrided by heat treatment in a nitriding atmosphere during formation.
【0061】また、活性領域17を構成する三層のエピ
層18、19a、bはSiとGeとの化合物から成るも
のであっても良い。SiとGeとの化合物は、ホールの
移動度が高いため、特にpチャネル型トランジスタにお
いて高速化が可能となる。この場合三層のエピ層18、
19a、bのうちチャネル領域となるp型エピ層18が
SiとGeとの化合物であれば十分であり、さらに、良
質なゲート絶縁膜22を得るため、CVD法によりゲー
ト絶縁膜22を形成するのが望ましい。また、活性領域
17は、CVD法等による多結晶Si膜を用いることも
できるが、選択エピタキシャル成長によるエピ層18、
19a、bを用いる方が高性能なトランジスタを得られ
る。また、エピ層18、19a、bを用いると、基板1
にイオン注入等による拡散層を積層する場合に比べて
も、複雑な条件がなく安定して良質な活性領域17が形
成できる。Further, the three epi layers 18, 19a, b constituting the active region 17 may be made of a compound of Si and Ge. Since the compound of Si and Ge has a high hole mobility, the speed can be increased especially in a p-channel transistor. In this case, three epi layers 18,
It suffices that the p-type epi layer 18 serving as the channel region of 19a and 19b is a compound of Si and Ge. Further, in order to obtain a good quality gate insulating film 22, the gate insulating film 22 is formed by the CVD method. Is desirable. Further, as the active region 17, a polycrystalline Si film formed by a CVD method or the like can be used, but an epi layer 18 formed by selective epitaxial growth,
Higher performance transistors can be obtained by using 19a and 19b. In addition, when the epi layers 18, 19a and b are used, the substrate 1
Even when a diffusion layer formed by ion implantation or the like is stacked, the active region 17 of high quality can be stably formed without complicated conditions.
【0062】また、上記実施例1で、層間絶縁膜15に
トランジスタ用開口部16を形成した後、基板1上から
イオン注入法により例えばn型のヒ素またはリンイオン
を、注入エネルギー数十KeV、注入量1014〜1016
/cm2で注入する工程を加えても良い。これにより、
トランジスタ用開口部16を開口する際に、ホトリソグ
ラフィの位置合わせずれにより素子分離用絶縁膜13を
貫通して開口した場合でも、トランジスタ用開口部16
下の基板1にn+型不純物拡散層14が形成されること
になり、トランジスタと基板1との間のリーク電流の発
生を防止して、素子間分離が確実に行える。In the first embodiment, after the transistor opening 16 is formed in the interlayer insulating film 15, for example, n-type arsenic or phosphorus ions are implanted from the substrate 1 by ion implantation at an implantation energy of several tens KeV. Quantity 10 14 to 10 16
You may add the process of injecting in / cm < 2 >. This allows
Even when the transistor opening 16 is opened through the element isolation insulating film 13 due to misalignment of photolithography, the transistor opening 16 is opened.
Since the n + -type impurity diffusion layer 14 is formed on the lower substrate 1, generation of a leak current between the transistor and the substrate 1 is prevented, and element isolation can be reliably performed.
【0063】実施例2.次に、この発明の実施例2によ
るMIS型トランジスタの構造を図9を用いて説明す
る。図に示す様に、n+型エピ層19bと接続形成され
る配線膜21上に絶縁膜24を形成したものである。Example 2. Next, the structure of the MIS type transistor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in the figure, an insulating film 24 is formed on the wiring film 21 connected to the n + type epi layer 19b.
【0064】この様に構成されるMIS型トランジスタ
の製造方法を図10に基づいて以下に示す。まず、実施
例1と同様にして、基板1に素子分離用絶縁膜13、n
+型不純物拡散層14および層間絶縁膜15を順次形成
した後、トランジスタ用開口部16を開口し、このトラ
ンジスタ用開口部16内に三層のエピ層18、19a、
bを形成する(図2〜図5参照)。次に、全面にCVD
法またはスパッタ法により、例えば多結晶Si膜や金属
シリサイド膜から成り配線膜21となる導電膜を約15
0nmの膜厚に形成し、続いてその上の全面に、例えば
Si酸化膜から成る絶縁膜24を約150nmの膜厚に
形成する。その後ホトリソグラフィおよびエッチング技
術により絶縁膜24およびその下の配線膜21のパター
ンを形成する(図10(a))。A method of manufacturing the MIS type transistor thus configured will be described below with reference to FIG. First, in the same manner as in Example 1, the element isolation insulating films 13, n were formed on the substrate 1.
After the + type impurity diffusion layer 14 and the interlayer insulating film 15 are sequentially formed, the transistor opening 16 is opened, and the three epitaxial layers 18, 19a are formed in the transistor opening 16.
b is formed (see FIGS. 2 to 5). Next, CVD is performed on the entire surface.
The conductive film, which is made of, for example, a polycrystalline Si film or a metal silicide film, and becomes the wiring film 21, is formed by about 15
The insulating film 24 made of, for example, a Si oxide film is formed to a thickness of about 150 nm over the entire surface of the insulating film 24. After that, the pattern of the insulating film 24 and the wiring film 21 thereunder is formed by photolithography and etching techniques (FIG. 10A).
【0065】その後、実施例1と同様に、ゲート電極用
開口部20を形成し(図10(b))、ゲート絶縁膜2
2を形成した後(図10(c))、ゲート電極用開口部
20内に埋め込む様にゲート電極23を形成する(図9
参照)。この後、所定の処理を施してMIS型トランジ
スタを完成する。Thereafter, as in the first embodiment, the gate electrode opening 20 is formed (FIG. 10B), and the gate insulating film 2 is formed.
2 (FIG. 10C), the gate electrode 23 is formed so as to be embedded in the gate electrode opening 20 (FIG. 9C).
reference). After that, predetermined processing is performed to complete the MIS type transistor.
【0066】上記実施例2では、上記実施例1と同様の
効果を奏すると共に配線膜21上にゲート絶縁膜22に
比べて十分に厚い絶縁膜24が形成されているため、配
線膜21とゲート電極13とが交差する部分において、
寄生容量が低減でき、素子の高速化が図れる。In the second embodiment, the same effect as in the first embodiment is obtained, and since the insulating film 24 which is sufficiently thicker than the gate insulating film 22 is formed on the wiring film 21, the wiring film 21 and the gate are formed. At the intersection with the electrode 13,
The parasitic capacitance can be reduced, and the speed of the device can be increased.
【0067】実施例3.次に、この発明の実施例3によ
るMIS型トランジスタの構造を図11を用いて説明す
る。図において1および13〜23は実施例1と同じも
の、25は層間絶縁膜15に設けられた凹部であり、こ
の凹部25内に配線膜21を埋め込み、さらにこの凹部
25領域の一部にその下の層間絶縁膜15を貫通してト
ランジスタ用開口部16を形成したものである。Example 3. Next, the structure of the MIS type transistor according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, 1 and 13 to 23 are the same as those in the first embodiment, 25 is a recess provided in the interlayer insulating film 15, the wiring film 21 is embedded in this recess 25, and further, a part of this recess 25 region is formed. A transistor opening 16 is formed so as to penetrate the lower interlayer insulating film 15.
【0068】この様に構成されるMIS型トランジスタ
の製造方法を図12〜図18に基づいて以下に説明す
る。まず、実施例1と同様にして、基板1に素子分離用
絶縁膜13およびn+型不純物拡散層14を形成する
(図2参照)。次に、基板1上の全面に、例えばSi酸
化膜から成る層間絶縁膜15をCVD法等により形成す
る。このとき層間絶縁膜15はその膜厚を実施例1のも
の(約900nm)に比べて、後工程で形成する配線膜
21の膜厚(例えば約150nm)の分だけ厚くなる様
に形成する(図12)。A method of manufacturing the MIS type transistor having the above structure will be described below with reference to FIGS. First, in the same manner as in Example 1, the element isolation insulating film 13 and the n + -type impurity diffusion layer 14 are formed on the substrate 1 (see FIG. 2). Next, an interlayer insulating film 15 made of, for example, a Si oxide film is formed on the entire surface of the substrate 1 by the CVD method or the like. At this time, the interlayer insulating film 15 is formed so that its film thickness becomes thicker than that of the first embodiment (about 900 nm) by the film thickness of the wiring film 21 (for example, about 150 nm) formed in a later step (for example, about 150 nm). (Fig. 12).
【0069】次に、ホトリソグラフィおよびエッチング
技術により、層間絶縁膜15に凹部25を形成する(図
13)。次に、層間絶縁膜15の凹部25領域の一部
に、ホトリソグラフィおよびエッチング技術により、ト
ランジスタ用開口部16を、例えば約0.9μmの径で
開口し、下地のn+型不純物拡散層14の表面を露出さ
せる(図14(a))。この図14(a)に示す工程の
平面図を図14(b)に示す。次に、実施例1と同様に
して、トランジスタ用開口部16内に三層のエピ層1
8、19a、bを形成し、その後、全面にCVD法によ
り、例えば多結晶Si膜や金属シリサイド膜から成る導
電膜21aを、凹部25に埋め込む様に形成する(図1
5)。Next, a recess 25 is formed in the interlayer insulating film 15 by photolithography and etching techniques (FIG. 13). Next, an opening 16 for a transistor is formed in a portion of the recess 25 of the interlayer insulating film 15 by photolithography and etching to have a diameter of, for example, about 0.9 μm, and the underlying n + -type impurity diffusion layer 14 is formed. The surface of is exposed (FIG. 14A). A plan view of the step shown in FIG. 14A is shown in FIG. Next, in the same manner as in Example 1, three epitaxial layers 1 in the opening 16 for the transistor are formed.
8, 19a, b are formed, and then a conductive film 21a made of, for example, a polycrystalline Si film or a metal silicide film is formed on the entire surface by a CVD method so as to be embedded in the recess 25 (FIG. 1).
5).
【0070】次に、レジストエッチバック法または研磨
法により、不要な導電膜21aを除去して全面を平坦化
し、凹部25内にのみ埋め込まれた配線膜21を形成す
る(図16)。次に、実施例1と同様にして、ゲート電
極用開口部20を形成し(図17)、ゲート絶縁膜22
を形成した後(図18)、ゲート電極用開口部20内に
埋め込む様にゲート電極23を形成する(図11参
照)。この後、所定の処理を施してMIS型トランジス
タを完成する。Next, the unnecessary conductive film 21a is removed by a resist etch-back method or a polishing method to flatten the entire surface to form the wiring film 21 embedded only in the recess 25 (FIG. 16). Next, in the same manner as in Example 1, the gate electrode opening 20 is formed (FIG. 17), and the gate insulating film 22 is formed.
After forming (FIG. 18), the gate electrode 23 is formed so as to be embedded in the gate electrode opening 20 (see FIG. 11). After that, predetermined processing is performed to complete the MIS type transistor.
【0071】上記実施例3では上記実施例1と同様に、
サブスレッショルド特性および集積度が向上すると共
に、ソース・ドレイン領域の一方となるn+型エピ層1
9bに接続する配線膜21が、層間絶縁膜15に設けら
れた凹部25内に埋め込まれて形成されているため、ゲ
ート電極用開口部20の周囲に段差がなく、ゲート電極
23のパターニングが容易に行える。さらに、この様な
配線膜21は、全面に導電膜を形成した後に凹部25に
のみ残存させて全面を平坦化することにより形成するた
め、容易に形成できる。In the third embodiment, as in the first embodiment,
The n + type epi layer 1 serving as one of the source / drain regions with improved subthreshold characteristics and integration degree
Since the wiring film 21 connected to 9b is formed by being embedded in the recess 25 provided in the interlayer insulating film 15, there is no step around the gate electrode opening 20 and the patterning of the gate electrode 23 is easy. You can do it. Further, since such a wiring film 21 is formed by forming a conductive film on the entire surface and then leaving it only in the recess 25 to planarize the entire surface, it can be easily formed.
【0072】また、活性領域17を形成する選択エピタ
キシャル成長の際、選択性が破れて層間絶縁膜15上に
も粒状若しくはその集まりである島状のSi膜が形成さ
れることがあるが、配線膜21の形成工程で、凹部25
内以外の導電膜21aを除去して平坦化する際に、上記
粒状若しくは島状のSi膜も除去することができる。こ
のため配線膜21等が不必要にSi膜によって短絡する
ことが防止され、信頼性が向上する。Further, in the selective epitaxial growth for forming the active region 17, the selectivity may be broken and an island-shaped Si film which is a grain or a group thereof may be formed on the interlayer insulating film 15. In the process of forming 21
When the conductive film 21a other than the inside is removed and planarized, the granular or island-shaped Si film can also be removed. Therefore, the wiring film 21 and the like are prevented from being unnecessarily short-circuited by the Si film, and the reliability is improved.
【0073】実施例4.上記実施例3で示したMIS型
トランジスタの配線膜21上に、上記実施例2と同様に
絶縁膜24を形成することもできる。図19はこの発明
の実施例4によるMIS型トランジスタの構造を示す断
面図である。図に示す様に、配線膜21上に絶縁膜24
を形成して、配線膜21と共に凹部25内に埋め込んだ
ものである。Example 4. The insulating film 24 may be formed on the wiring film 21 of the MIS type transistor shown in the third embodiment as in the second embodiment. FIG. 19 is a sectional view showing the structure of the MIS type transistor according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in the figure, the insulating film 24 is formed on the wiring film 21.
Is formed and embedded in the recess 25 together with the wiring film 21.
【0074】この様に構成されるMIS型トランジスタ
の製造方法を図20に基づいて以下に示す。まず、実施
例3と同様にして、基板1に素子分離絶縁膜13、n+
型不純物拡散層14および層間絶縁膜15を順次形成し
た後、層間絶縁膜15に凹部25を形成し、さらにトラ
ンジスタ用開口部16を開口してその中に三層のエピ層
18、19a、bを形成する。さらに、全面に導電膜2
1aを、凹部25に埋め込む様に形成した後この導電膜
21aを凹部25内にのみ残存させその他を除去して全
面を平坦化する(図12〜図16参照)。A method of manufacturing the MIS type transistor thus configured will be described below with reference to FIG. First, in the same manner as in Example 3, the element isolation insulating film 13 and n + were formed on the substrate 1.
After the type impurity diffusion layer 14 and the interlayer insulating film 15 are sequentially formed, a recess 25 is formed in the interlayer insulating film 15, and an opening 16 for a transistor is opened to form three epitaxial layers 18, 19a, b. To form. Further, the conductive film 2 is formed on the entire surface.
After forming 1a so as to be embedded in the recess 25, the conductive film 21a is left only in the recess 25 and the others are removed to planarize the entire surface (see FIGS. 12 to 16).
【0075】次に、層間絶縁膜15をマスクにして導電
膜21aをエッチングして後退させて、配線膜21を形
成する(図20(a))。次に、全面に例えばSi酸化
膜から成る絶縁膜24をCVD法により形成する(図2
0(b))。次に、レジストエッチバック法または研磨
法により、不要な絶縁膜24を除去して全面を平坦化
し、凹部25内にのみ絶縁膜24を残存させる(図20
(c))。次に、実施例3と同様にして、ゲート電極用
開口部20を形成し(図20(d))、ゲート絶縁膜2
2を形成した後、ゲート電極用開口部20内に埋め込む
様にゲート電極23を形成する(図19参照)。この
後、所定の処理を施してMIS型トランジスタを完成す
る。Next, the conductive film 21a is etched and receded using the interlayer insulating film 15 as a mask to form the wiring film 21 (FIG. 20A). Next, an insulating film 24 made of, for example, a Si oxide film is formed on the entire surface by the CVD method (FIG. 2).
0 (b)). Next, the unnecessary insulating film 24 is removed by a resist etch-back method or a polishing method to planarize the entire surface and leave the insulating film 24 only in the recess 25 (FIG. 20).
(C)). Next, in the same manner as in Example 3, the gate electrode opening 20 is formed (FIG. 20D), and the gate insulating film 2 is formed.
After forming 2, the gate electrode 23 is formed so as to be embedded in the gate electrode opening 20 (see FIG. 19). After that, predetermined processing is performed to complete the MIS type transistor.
【0076】上記実施例4では、上層に絶縁膜24が形
成された配線膜21を、凹部25内に絶縁膜24と共
に、容易に埋め込むことができると共に、上記実施例2
と上記実施例3との双方の効果を奏する。In the fourth embodiment, the wiring film 21 having the insulating film 24 formed thereon can be easily embedded in the recess 25 together with the insulating film 24.
Both effects of the above and the third embodiment are exhibited.
【0077】実施例5.次に、基板1に形成するn+型
不純物拡散層14上にシリサイド層を形成するものにつ
いて、図21に基づいて以下に示す。上記実施例1〜4
と同様に、基板1に素子分離絶縁膜13およびn+型不
純物拡散層14を形成した後(図2参照)、全面に例え
ばチタン、コバルト等から成り、Siと反応して高融点
(1000℃以上)シリサイド膜を形成する金属膜26
aをスパッタ法やCVD法により形成する(図21
(a))。次に、基板1に熱処理を施して、Si層上に
形成された金属膜26aと下地のSiとを反応させ、そ
の後、例えば過酸化水素水を主成分とする酸系のエッチ
ング液により未反応の金属膜26aをエッチング除去し
て、n+型不純物拡散層14上に金属シリサイド層26
を形成する(図21(b))。Example 5. Next, a method of forming a silicide layer on the n + type impurity diffusion layer 14 formed on the substrate 1 will be described below with reference to FIG. Examples 1 to 4 above
Similarly, after forming the element isolation insulating film 13 and the n + -type impurity diffusion layer 14 on the substrate 1 (see FIG. 2), the whole surface is made of, for example, titanium, cobalt or the like, and reacts with Si to have a high melting point (1000 ° C.). Above) Metal film 26 forming a silicide film
a is formed by a sputtering method or a CVD method (FIG. 21).
(A)). Next, the substrate 1 is heat-treated to react the metal film 26a formed on the Si layer with the underlying Si, and then unreacted with, for example, an acid-based etching solution containing hydrogen peroxide solution as a main component. Of the metal silicide layer 26a on the n + -type impurity diffusion layer 14 by etching away the metal film 26a of
Are formed (FIG. 21B).
【0078】次に、上記実施例1〜4と同様に層間絶縁
膜15を形成し、トランジスタ用開口部16を形成す
る。このとき、トランジスタ用開口部16は、金属シリ
サイド層26も貫通して下地のn+型不純物拡散層14
を露出させる様に形成する。この金属シリサイド層26
の除去は、後工程でトランジスタ用開口部16内に選択
エピタキシャル成長によりSiのエピ層18、19a、
bを成長させるのを可能にするためのものである。な
お、CoSi2やNiSi2を金属シリサイド層26に用
いた場合は、その上にエピタキシャル成長させることが
可能であるが、Si基板面(n+型不純物拡散層14)
を露出させてその上に形成されたエピ層18、19a、
bの方が結晶欠陥がなく良質である。この工程では、上
記実施例3、4で示した凹部25を有する場合について
図に示したが、凹部25を有しない場合も同様である
(図21(c))。その後、上記実施例1〜4と同様に
してMIS型トランジスタを完成する。Next, the interlayer insulating film 15 is formed in the same manner as in the first to fourth embodiments, and the transistor opening 16 is formed. At this time, the transistor opening 16 also penetrates the metal silicide layer 26, and the underlying n + -type impurity diffusion layer 14 is formed.
Is formed so as to expose. This metal silicide layer 26
Is removed by selective epitaxial growth in the transistor opening 16 in a later step.
It is for allowing b to grow. When CoSi 2 or NiSi 2 is used for the metal silicide layer 26, it can be epitaxially grown on the metal silicide layer 26, but the Si substrate surface (n + type impurity diffusion layer 14)
Of the epi layers 18, 19a,
b is of good quality with no crystal defects. In this step, the case where the recess 25 is provided in Embodiments 3 and 4 is shown, but the same is true when the recess 25 is not provided (FIG. 21C). Then, the MIS type transistor is completed in the same manner as in the first to fourth embodiments.
【0079】上記実施例5では、n+型不純物拡散層1
4上に金属シリサイド層26を形成するためn+型エピ
層19aの電極取り出し層の抵抗が低減できる。特に、
n+型不純物拡散層14を配線として用いる場合に配線
の抵抗を低減でき有効である。In the fifth embodiment, the n + type impurity diffusion layer 1 is used.
Since the metal silicide layer 26 is formed on the electrode 4, the resistance of the electrode extraction layer of the n + type epi layer 19a can be reduced. In particular,
When the n + -type impurity diffusion layer 14 is used as a wiring, the resistance of the wiring can be reduced, which is effective.
【0080】なお、上記実施例5では、全面に金属膜2
6aを形成した後金属シリサイド層26を形成するが、
例えばタングステン等の金属膜を、選択CVD法により
選択的にSi基板面(n+型不純物拡散層14)上に形
成した後熱処理により金属シリサイド層26に変成させ
ても良い。また選択CVD法により、直接選択的に金属
シリサイド層26の形成を行っても良い。In the fifth embodiment, the metal film 2 is formed on the entire surface.
After forming 6a, the metal silicide layer 26 is formed.
For example, a metal film of tungsten or the like may be selectively formed on the Si substrate surface (n + -type impurity diffusion layer 14) by the selective CVD method, and then the metal silicide layer 26 may be transformed by heat treatment. Alternatively, the metal silicide layer 26 may be directly and selectively formed by the selective CVD method.
【0081】実施例6.以上の実施例では、ゲート絶縁
膜22を熱酸化法により形成していたが、CVD法によ
り形成しても良く、図22に基づいて以下に示す。例え
ば上記実施例4と同様にして、図20に示す工程を終了
してゲート電極用開口部20を形成した後、全面にゲー
ト絶縁膜22をCVD法により形成する。このゲート絶
縁膜22は、例えばSi酸化膜であるが、Si窒化膜や
タンタル酸化膜等の誘電率の高い膜やこれらの多層膜で
あっても良い(図22(a))。次に、上記実施例4と
同様にゲート電極23を形成し(図22(b))その
後、所定の処理を施してMIS型トランジスタを完成す
る。なお、ここでは上記実施例4を用いたが、その他の
実施例についても同様にCVD法によりゲート絶縁膜2
2が形成できる。Example 6. Although the gate insulating film 22 is formed by the thermal oxidation method in the above embodiments, it may be formed by the CVD method, which will be described below with reference to FIG. For example, in the same manner as in Example 4, the step shown in FIG. 20 is completed to form the gate electrode opening 20, and then the gate insulating film 22 is formed on the entire surface by the CVD method. The gate insulating film 22 is, for example, a Si oxide film, but may be a film having a high dielectric constant such as a Si nitride film or a tantalum oxide film, or a multilayer film thereof (FIG. 22A). Next, the gate electrode 23 is formed similarly to the fourth embodiment (FIG. 22B), and then a predetermined process is performed to complete the MIS type transistor. Although the fourth embodiment is used here, the gate insulating film 2 is similarly formed by the CVD method in the other embodiments.
2 can be formed.
【0082】実施例7.次に、この発明の実施例7によ
るMIS型トランジスタの構造を図23を用いて説明す
る。図において、1、13〜23、および25は上記実
施例1〜6と同じものである。図に示す様に、層間絶縁
膜15にこれを貫通する様にトランジスタ用開口部16
を設け、このトランジスタ用開口部16内に三層エピ層
18、19a、bから成る活性領域17を、層間絶縁膜
15よりも低い高さまで埋め込み、さらにトランジスタ
用開口部16の上層部の周囲を囲む様に、層間絶縁膜1
5に凹部25を設けて、この凹部25内に埋め込んだ配
線膜21aがn+型エピ層19bの側面に接する様に構
成する。また、活性領域17中央部に自己整合的にゲー
ト電極用開口部20を形成し、このゲート電極用開口部
20は活性領域の上から二層のn+型エピ層19bとp
型エピ層18とを貫通し、n+型不純物拡散層14まで
到達しない様に開口したものである。Example 7. Next, the structure of the MIS type transistor according to Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, 1, 13 to 23, and 25 are the same as those in the first to sixth embodiments. As shown in the figure, the transistor opening 16 is formed in the interlayer insulating film 15 so as to penetrate therethrough.
Is provided in the opening 16 for the transistor, and the active region 17 composed of the three-layer epi layers 18, 19a, and b is buried to a height lower than that of the interlayer insulating film 15. Interlayer insulating film 1 so as to surround
5 is provided with a concave portion 25 so that the wiring film 21a embedded in the concave portion 25 is in contact with the side surface of the n + type epi layer 19b. In addition, a gate electrode opening 20 is formed in the center of the active region 17 in a self-aligning manner. The gate electrode opening 20 is formed from two layers of the n + type epilayers 19b and p from the top of the active region.
It penetrates through the epitaxial layer 18 and is opened so as not to reach the n + -type impurity diffusion layer 14.
【0083】この様に構成されるMIS型トランジスタ
の製造方法を図24〜図32に基づいて以下に示す。ま
ず、実施例1と同様にして、基板1に素子分離用絶縁膜
13、n+型不純物拡散層14および層間絶縁膜15を
形成した後、この層間絶縁膜15にトランジスタ用開口
部16を、ホトリソグラフィおよびエッチング技術によ
り形成し、下地のn+型不純物拡散層14の表面を露出
させる(図24)。次に、トランジスタ用開口部16内
に選択エピタキシャルSi成長法により、基板1側から
n+型エピ層19a、p型エピ層18およびn+型エピ層
19bを形成する。このとき三層のエピ層18、19
a、bの高さ、すなわちn+型エピ層19b表面の高さ
は、層間絶縁膜15よりも例えば100〜200nm低
くなる様に形成する(図25)。A method of manufacturing the MIS type transistor thus configured will be described below with reference to FIGS. First, in the same manner as in Example 1, after forming the element isolation insulating film 13, the n + -type impurity diffusion layer 14 and the interlayer insulating film 15 on the substrate 1, the transistor opening 16 is formed in the interlayer insulating film 15. It is formed by photolithography and etching techniques to expose the surface of the underlying n + -type impurity diffusion layer 14 (FIG. 24). Next, the n + type epi layer 19a, the p type epi layer 18 and the n + type epi layer 19b are formed from the substrate 1 side in the transistor opening 16 by the selective epitaxial Si growth method. At this time, the three epi layers 18, 19
The heights of a and b, that is, the height of the surface of the n + -type epi layer 19b are formed to be, for example, 100 to 200 nm lower than that of the interlayer insulating film 15 (FIG. 25).
【0084】次に、全面にSi窒化膜を、CVD法によ
り例えば約150nmの膜厚に形成し、全面エッチバッ
クして、トランジスタ用開口部16内壁の層間絶縁膜1
5の露出部分にSi窒化膜のサイドウォールとしての窒
化膜サイドウォール27を形成する(図26)。次に、
層間絶縁膜15および窒化膜サイドウォール27をマス
クとして、トランジスタ用開口部16内の中央部に、活
性領域17の上から二層を貫通してn+型エピ層19a
に達するゲート電極用開口部20を形成する(図2
7)。Next, a Si nitride film is formed on the entire surface by the CVD method to have a film thickness of, for example, about 150 nm, and the entire surface is etched back to form the interlayer insulating film 1 on the inner wall of the transistor opening 16.
A nitride film sidewall 27 as a sidewall of the Si nitride film is formed on the exposed portion of 5 (FIG. 26). next,
Using the interlayer insulating film 15 and the nitride film sidewall 27 as a mask, the n + type epi layer 19a is formed in the central portion of the transistor opening 16 so as to penetrate the two layers from above the active region 17.
Opening 20 for the gate electrode is formed (see FIG. 2).
7).
【0085】次に、全面にSi窒化膜を、ゲート電極用
開口部20内を埋め込む様に形成し、その後レジストエ
ッチバック法または研磨法により層間絶縁膜15上のS
i窒化膜を除去して平坦化し、Si窒化膜の埋め込み層
としての窒化膜埋め込み層28を形成する(図28)。
次に、ホトリソグラフィ技術によりレジストパターン2
9を形成し、このレジストパターン29とトランジスタ
用開口部16内のSi窒化膜(窒化膜サイドウォール2
7および窒化膜埋め込み層28)とをマスクとして、層
間絶縁膜15をエッチング除去し、トランジスタ用開口
部16の上層部周囲を囲むように凹部25を形成する。
これにより、活性領域17の最上層のn+型エピ層19
bの上層部分側面が露出される(図29)。Next, a Si nitride film is formed on the entire surface so as to fill the inside of the gate electrode opening 20, and then S on the interlayer insulating film 15 is formed by a resist etch back method or a polishing method.
The i-nitride film is removed and planarized to form a nitride film burying layer 28 as a Si nitride film burying layer (FIG. 28).
Next, a resist pattern 2 is formed by photolithography.
9 is formed, and the resist pattern 29 and the Si nitride film (nitride film sidewall 2 in the transistor opening 16) are formed.
7 and the nitride film burying layer 28) as a mask, the interlayer insulating film 15 is removed by etching, and a recess 25 is formed so as to surround the periphery of the upper layer of the transistor opening 16.
As a result, the uppermost n + type epi layer 19 of the active region 17 is formed.
The side surface of the upper layer portion of b is exposed (FIG. 29).
【0086】次に、レジストパターン29をアッシング
等により除去した後、全面に例えば多結晶Si膜や金属
シリサイド膜から成る導電膜21aを、凹部25を埋め
込む様に形成する(図30)。次に、レジストエッチバ
ック法または研磨法により、不要な導電膜21aを除去
して全面を平坦化し、凹部25内にのみ埋め込まれた配
線膜21を形成する(図31)。Then, after removing the resist pattern 29 by ashing or the like, a conductive film 21a made of, for example, a polycrystalline Si film or a metal silicide film is formed on the entire surface so as to fill the recess 25 (FIG. 30). Then, the unnecessary conductive film 21a is removed by a resist etch-back method or a polishing method to flatten the entire surface to form the wiring film 21 embedded only in the recess 25 (FIG. 31).
【0087】次に、窒化膜埋め込み層28および窒化膜
サイドウォール27を、熱リン酸を用いたウェットエッ
チングにより選択的に除去し、その後熱酸化法によりゲ
ート絶縁膜22を形成する(図32)。次に、実施例1
と同様にして、ゲート電極用開口部20を埋め込む様に
ゲート電極23を形成し(図23参照)、その後所定の
処理を施してMIS型トランジスタを完成する。Next, the nitride film burying layer 28 and the nitride film sidewall 27 are selectively removed by wet etching using hot phosphoric acid, and then the gate insulating film 22 is formed by a thermal oxidation method (FIG. 32). . Next, Example 1
Similarly, the gate electrode 23 is formed so as to fill the gate electrode opening 20 (see FIG. 23), and then predetermined processing is performed to complete the MIS transistor.
【0088】上記実施例7では上記実施例3と同様の効
果を奏すると共に、ゲート電極用開口部20の形成を、
トランジスタ用開口部16内壁に形成された窒化膜サイ
ドウォール27を用いて、自己整合的に行う。このた
め、マスク合わせずれ等によるトランジスタの形状のば
らつきがない。このため性能のばらつきも防止され信頼
性の高いMIS型トランジスタが得られるとともにその
様なMIS型トランジスタを容易に製造できる。The seventh embodiment has the same effects as those of the third embodiment, and the gate electrode opening 20 is formed.
The self-alignment is performed by using the nitride film side wall 27 formed on the inner wall of the transistor opening 16. Therefore, there is no variation in transistor shape due to mask misalignment or the like. Therefore, variations in performance are prevented and a highly reliable MIS transistor can be obtained, and such a MIS transistor can be easily manufactured.
【0089】なお、上記実施例7では、ゲート電極用開
口部20を活性領域17の上から二層を貫通してn+型
エピ層19aに達する様に形成したものである。このゲ
ート電極用開口部20は、上記実施例1〜6においては
基板1(n+型不純物拡散層14)に達するまで開口さ
れているが、活性領域17の上から二層を貫通していれ
ば十分であり、どちらも同様に適用できる。In the seventh embodiment, the gate electrode opening 20 is formed so as to penetrate the two layers from above the active region 17 and reach the n + type epi layer 19a. Although the gate electrode opening 20 is opened to reach the substrate 1 (n + -type impurity diffusion layer 14) in the above-described first to sixth embodiments, it does not penetrate through the two layers from above the active region 17. Is sufficient and both are equally applicable.
【0090】実施例8.上記実施例7で示したMIS型
トランジスタの配線膜21上に、上記実施例4と同様に
絶縁膜24を形成して配線膜21と共に凹部25内に埋
め込んだものについて、図33に基づいて以下に示す。
まず、上記実施例7と同様にして、図24〜図31で示
す工程を終了して、凹部25内にのみ導電膜21aを残
存させる。次に、層間絶縁膜15およびSi窒化膜(窒
化膜サイドウォール27および窒化膜埋め込み層28)
をマスクとして導電膜21aをエッチングして後退さ
せ、配線膜21を形成する(図33(a))。Example 8. A case where the insulating film 24 is formed on the wiring film 21 of the MIS transistor shown in the seventh embodiment and is embedded in the recess 25 together with the wiring film 21 in the same manner as in the fourth embodiment will be described below with reference to FIG. Shown in.
First, in the same manner as in Example 7, the steps shown in FIGS. Next, the interlayer insulating film 15 and the Si nitride film (the nitride film sidewall 27 and the nitride film burying layer 28)
Using the as a mask, the conductive film 21a is etched and receded to form the wiring film 21 (FIG. 33A).
【0091】次に、全面に例えばSi酸化膜から成る絶
縁膜24をCVD法により形成し、レジストエッチバッ
ク法または研磨法により、絶縁膜24を除去して全面を
平坦化し、凹部25内にのみ絶縁膜を残存させる(図3
3(b))。次に、上記実施例7と同様にして、窒化膜
サイドウォール27および窒化膜埋め込み層28を除去
した後、ゲート絶縁膜22を形成し(図33(c))、
その後上記実施例7と同様の処理を施してMIS型トラ
ンジスタを完成する。Next, an insulating film 24 made of, for example, a Si oxide film is formed on the entire surface by a CVD method, and the insulating film 24 is removed by a resist etch back method or a polishing method to planarize the entire surface, so that only the recess 25 is formed. The insulating film remains (Fig. 3
3 (b)). Next, in the same manner as in Example 7 described above, after removing the nitride film sidewall 27 and the nitride film burying layer 28, the gate insulating film 22 is formed (FIG. 33C),
After that, the same processing as that of the above-described seventh embodiment is performed to complete the MIS type transistor.
【0092】上記実施例8では、上記実施例7と同様の
効果を奏すると共に、上記実施例4と同様に、絶縁膜2
4を配線膜21上で容易に凹部25内に埋め込むことが
でき、配線膜21とゲート電極23とが交差する部分の
寄生容量が低減でき素子の高速化が図れる。The eighth embodiment has the same effects as those of the seventh embodiment, and the insulating film 2 is the same as the fourth embodiment.
4 can be easily embedded in the recess 25 on the wiring film 21, the parasitic capacitance at the intersection of the wiring film 21 and the gate electrode 23 can be reduced, and the speed of the device can be increased.
【0093】実施例9.次に、この発明の実施例9によ
るMIS型トランジスタの製造方法について図34〜図
40を用い以下に説明する。まず、実施例3と同様にし
て、基板1に素子分離用絶縁膜13、n+型不純物拡散
層14および層間絶縁膜15を形成し、この層間絶縁膜
15に凹部25を形成する(図12、図13参照)。次
に、全面にSi窒化膜をCVD法により凹部25内に埋
め込む様に形成した後、このSi窒化膜をレジストエッ
チバック法または研磨法により除去して全面を平坦化
し、Si窒化膜の埋め込み層としての窒化膜埋め込み層
30を形成する(図34)。Example 9. Next, a method of manufacturing a MIS type transistor according to Embodiment 9 of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, similarly to the third embodiment, the element isolation insulating film 13, the n + -type impurity diffusion layer 14 and the interlayer insulating film 15 are formed on the substrate 1, and the recess 25 is formed in the interlayer insulating film 15 (FIG. 12). , See FIG. 13). Next, a Si nitride film is formed on the entire surface by a CVD method so as to be embedded in the recess 25, and then the Si nitride film is removed by a resist etch back method or a polishing method to planarize the entire surface to form a Si nitride film embedded layer. A nitride film burying layer 30 is formed (FIG. 34).
【0094】次に、凹部25領域の一部に、ホトリソグ
ラフィおよびエッチング技術によりトランジスタ用開口
部16を、窒化膜埋め込み層30および層間絶縁膜15
を貫通して開口し、n+型不純物拡散層14表面を露出
させる(図35)。次に、全面にSi窒化膜をCVD法
により、トランジスタ用開口部16内を埋め込む様に形
成し、異方性エッチングを行い、トランジスタ用開口部
16内の側壁にSi窒化膜のサイドウォールとしての窒
化膜サイドウォール31を例えば150nmの幅に形成
する(図36)。Next, a transistor opening 16 is formed in a portion of the recess 25 region by photolithography and etching techniques, and a nitride film burying layer 30 and an interlayer insulating film 15 are formed.
To expose the surface of the n + -type impurity diffusion layer 14 (FIG. 35). Next, a Si nitride film is formed on the entire surface by a CVD method so as to fill the inside of the transistor opening 16, and anisotropic etching is performed. The nitride film sidewall 31 is formed to have a width of 150 nm, for example (FIG. 36).
【0095】次に、全面にSi酸化膜をCVD法によ
り、トランジスタ用開口部16内を埋め込む様に形成
し、その後レジストエッチバック法または研磨法により
平坦化し、さらに窒化膜サイドウォール31の上層部分
の幅が細い部分が除去されるまで全面をエッチングし
て、トランジスタ用開口部16内の窒化膜サイドウォー
ル31の幅を一定にし、さらにその中にSi酸化膜の埋
め込み層としての酸化膜埋め込み層32を形成する(図
37)。次に、窒化膜埋め込み層30および窒化膜サイ
ドウォール31を熱リン酸を用いたウェットエッチング
により選択的に除去する(図38)。Next, a Si oxide film is formed on the entire surface by the CVD method so as to fill the inside of the opening 16 for the transistor, then flattened by the resist etch back method or the polishing method, and the upper layer portion of the nitride film side wall 31. The entire surface is etched until the narrow portion is removed to make the width of the nitride film side wall 31 in the transistor opening 16 constant, and the oxide film burying layer as a burying layer of the Si oxide film is formed therein. 32 is formed (FIG. 37). Next, the nitride film burying layer 30 and the nitride film sidewall 31 are selectively removed by wet etching using hot phosphoric acid (FIG. 38).
【0096】次に、選択エピタキシャルSi成長法によ
り、トランジスタ用開口部16内に基板側よりn+型エ
ピ層19a、p型エピ層18およびn+型エピ層19b
を成長させて活性領域17を、酸化膜埋め込み層32の
周囲で凹部25の下に形成する。その後、全面に多結晶
Siまたは金属シリサイド膜から成る導電膜を、CVD
法により凹部25内を埋め込む様に形成し、この導電膜
をレジストエッチバック法または研磨法により除去して
全面を平坦化し、酸化膜埋め込み層32の周囲を囲む様
に凹部25内に配線膜21を形成する(図39)。Next, the n + type epi layer 19a, the p type epi layer 18 and the n + type epi layer 19b are introduced into the transistor opening 16 from the substrate side by the selective epitaxial Si growth method.
To form an active region 17 under the recess 25 around the oxide film burying layer 32. Then, a conductive film made of polycrystalline Si or a metal silicide film is formed on the entire surface by CVD.
Is formed so as to fill the inside of the recess 25 by a method, the conductive film is removed by a resist etch back method or a polishing method to planarize the entire surface, and the wiring film 21 is formed in the recess 25 so as to surround the oxide film filling layer 32. Are formed (FIG. 39).
【0097】次に、ホトリソグラフィ技術によりレジス
トパターン33を形成して、このレジストパターン33
をマスクとして酸化膜埋め込み層32をエッチング除去
して、ゲート電極用開口部20を形成する。このとき、
レジストパターン33の開口は、酸化膜埋め込み層32
の形成領域を囲んで、しかも配線膜21の形成領域内で
あれば良い(図40)。次に、レジストパターン33を
アッシング等により除去した後、上記実施例3と同様に
して、ゲート絶縁膜22およびゲート電極23を形成し
(図11参照)、その後、所定の処理を施して、上記実
施例3と同様なMIS型トランジスタを完成する。Next, a resist pattern 33 is formed by the photolithography technique, and the resist pattern 33 is formed.
The oxide film burying layer 32 is removed by etching using the mask as a mask to form the gate electrode opening 20. At this time,
The opening of the resist pattern 33 is formed in the oxide film burying layer 32.
It suffices if it surrounds the formation region of the wiring film 21 and is within the formation region of the wiring film 21 (FIG. 40). Next, after removing the resist pattern 33 by ashing or the like, the gate insulating film 22 and the gate electrode 23 are formed in the same manner as in the third embodiment (see FIG. 11), and then a predetermined process is performed to perform the above process. A MIS type transistor similar to that of the third embodiment is completed.
【0098】上記実施例9では、トランジスタ用開口部
16内の側壁に窒化膜サイドウォール31を形成して自
己整合的に開口部を形成する。この開口部は、その中に
酸化膜埋め込み層32を埋め込んだ後、その周囲に活性
領域17を形成し、その後酸化膜埋め込み層32を除去
して再び開口され、ゲート電極用開口部20となる。酸
化膜埋め込み層32を除去する際、ホトリソグラフィ技
術により形成されたレジストパターン33を用いるが、
マスク合わせのマージンは例えば0.2μm程度の大き
いものであるため十分に合わせることができる。このた
め、ゲート電極用開口部20は、トランジスタ用開口部
16内に自己整合的に決定された領域となり、上記実施
例7と同様に形状および性能のばらつきのない信頼性の
高いMIS型トランジスタが得られる。In the ninth embodiment, the nitride film sidewall 31 is formed on the side wall inside the transistor opening 16 to form the opening in a self-aligned manner. This opening is formed by burying the oxide film burying layer 32 therein, forming the active region 17 around the oxide film burying layer 32, then removing the oxide film burying layer 32, and opening again to become the gate electrode opening 20. . When removing the oxide film burying layer 32, a resist pattern 33 formed by a photolithography technique is used.
Since the mask alignment margin is large, for example, about 0.2 μm, it can be sufficiently aligned. Therefore, the gate electrode opening 20 becomes a self-aligned region in the transistor opening 16, and a highly reliable MIS transistor without variations in shape and performance is formed as in the case of the seventh embodiment. can get.
【0099】実施例10.次に、この発明の実施例10
によるMIS型トランジスタの構造を図41を用いて説
明する。図において、1、15、20〜23、および2
5は上記実施例1〜9と同じもの、34はゲート電極用
開口部20周囲を囲むように形成された基板半導体層か
ら成り、チャネル領域とそれを上下方向から挟むソース
・ドレイン領域との三層が積層されたトランジスタの活
性領域、35はソース・ドレイン領域の一方となるn+
型拡散層、36はチャネル領域となるp型拡散層、37
はソース・ドレイン領域の他方となるn+型拡散層、3
8は活性領域34とその周囲の層間絶縁膜15との間に
薄い幅に形成された酸化膜である。Example 10. Next, Example 10 of the present invention
The structure of the MIS type transistor according to the above will be described with reference to FIG. In the figure, 1, 15, 20 to 23, and 2
Reference numeral 5 is the same as in Embodiments 1 to 9 above, reference numeral 34 is a substrate semiconductor layer formed so as to surround the periphery of the gate electrode opening 20, and includes a channel region and a source / drain region sandwiching the channel region from above and below. The active region of the transistor in which the layers are laminated, and 35 is one of the source / drain regions n +
Type diffusion layer, 36 is a p type diffusion layer serving as a channel region, 37
Is an n + type diffusion layer which is the other of the source / drain regions, 3
Reference numeral 8 is an oxide film formed in a thin width between the active region 34 and the interlayer insulating film 15 around it.
【0100】この様に構成されるMIS型トランジスタ
の製造方法を図42〜図52に基づいて以下に示す。ま
ず、基板1に、ホトリソグラフィおよびエッチング技術
によりゲート電極用開口部20を形成し、その後全面に
Si窒化膜をCVD法によりゲート電極用開口部20内
を埋め込む様に形成し、レジストエッチバック法または
研磨法により不要なSi窒化膜を除去して平坦化し、ゲ
ート電極用開口部20内にのみSi窒化膜の埋め込み層
としての窒化膜埋め込み層39を形成する(図42)。
次に、基板1を全面エッチバックして、窒化膜埋め込み
層39上部を例えば約200nm程度突出させる(図4
3)。A method of manufacturing the MIS type transistor having such a structure will be described below with reference to FIGS. 42 to 52. First, the gate electrode opening 20 is formed on the substrate 1 by the photolithography and etching techniques, and then a Si nitride film is formed on the entire surface by the CVD method so as to fill the inside of the gate electrode opening 20. Alternatively, the unnecessary Si nitride film is removed by a polishing method to be planarized, and a nitride film burying layer 39 as a burying layer of the Si nitride film is formed only in the gate electrode opening 20 (FIG. 42).
Next, the entire surface of the substrate 1 is etched back so that the upper portion of the nitride film burying layer 39 is projected by, for example, about 200 nm (FIG. 4).
3).
【0101】次に、全面にSi酸化膜をCVD法により
形成した後全面エッチバックして、窒化膜埋め込み層3
9の突出部側面に第1の酸化膜サイドウォール40を例
えば100〜200nmの幅に形成する(図44)。次
に、第1の酸化膜サイドウォール40と窒化膜埋め込み
層39とをマスクとして基板1を例えば約600nmの
厚さでエッチングする。これにより酸化膜埋め込み層3
9の周囲を囲む様に、第1の酸化膜サイドウォール40
の下に基板半導体層34aが形成される(図45)。次
に、全面にSi酸化膜をCVD法により形成した後全面
エッチバックして、第1の酸化膜サイドウォール40と
その下の基板半導体層34aとの周囲に第2の酸化膜サ
イドウォール38aを形成する(図46)。Next, a Si oxide film is formed on the entire surface by the CVD method, and then the entire surface is etched back to form the nitride film burying layer 3
A first oxide film sidewall 40 is formed on the side surface of the protruding portion 9 of, for example, a width of 100 to 200 nm (FIG. 44). Next, the substrate 1 is etched to a thickness of, for example, about 600 nm by using the first oxide film sidewall 40 and the nitride film burying layer 39 as a mask. As a result, the oxide film burying layer 3
First oxide film side wall 40 so as to surround the periphery of
A substrate semiconductor layer 34a is formed underneath (FIG. 45). Next, a Si oxide film is formed on the entire surface by the CVD method and then etched back to form a second oxide film sidewall 38a around the first oxide film sidewall 40 and the underlying substrate semiconductor layer 34a. (FIG. 46).
【0102】次に、第1および第2の酸化膜サイドウォ
ール40、38aと窒化膜埋め込み層39とをマスクと
して基板1を例えば約200nmの厚さでエッチングし
て、周囲にサイドウォールが形成されていない下層部分
を含む基板半導体層34aを形成する(図47)。次
に、ホトリソグラフィ技術によりレジストパターン41
を形成し、このレジストパターン41をマスクとして基
板1上から例えばリン等のn型不純物イオンを、注入エ
ネルギー;数十〜数百KeV、注入量;1015〜1016
/cm2で例えば45゜の傾斜角を有する斜方より注入
する(図48)。次に、レジストパターン41をアッシ
ング等により除去した後、基板1に熱処理を、例えば9
00℃で1時間程度施し、n+型拡散層35を、基板半
導体層34aの下層部分からその周囲の基板1に渡って
形成する(図49)。Next, the substrate 1 is etched to a thickness of, for example, about 200 nm using the first and second oxide film sidewalls 40 and 38a and the nitride film burying layer 39 as a mask to form sidewalls around the substrate. The substrate semiconductor layer 34a including the lower layer portion which is not formed is formed (FIG. 47). Next, the resist pattern 41 is formed by photolithography.
Then, using the resist pattern 41 as a mask, n-type impurity ions such as phosphorus are implanted from above the substrate 1 at an implantation energy of several tens to several hundreds KeV and an implantation dose of 10 15 to 10 16.
/ Cm is injected from obliquely with 2, for example, 45 ° angle of inclination (Figure 48). Next, after removing the resist pattern 41 by ashing or the like, the substrate 1 is subjected to heat treatment, for example, 9
This is performed at 00 ° C. for about 1 hour to form the n + type diffusion layer 35 from the lower layer portion of the substrate semiconductor layer 34a to the substrate 1 around it (FIG. 49).
【0103】次に、全面にSi酸化膜から成る層間絶縁
膜15を形成した後、レジストエッチバック法または研
磨法により不要な層間絶縁膜15を除去して平坦化し、
さらに窒化膜埋め込み層39、第1および第2の酸化膜
サイドウォール40、38aを除去して、基板半導体層
34a表面が露出するまで平坦化する。これにより第1
の酸化膜サイドウォール40は全て除去され、第2の酸
化膜サイドウォール38aは上層部分のみ除去されて酸
化膜38となる。次に、基板1上から、例えばボロン等
のp型不純物イオンを、注入エネルギー;数十KeV〜
百KeV、注入量;1013〜1014/cm2で注入し、
さらに例えばリン等のn型不純物イオンを、注入エネル
ギー;百KeV〜数百KeV、注入量;1015〜1016
/cm2で注入し、その後基板1に熱処理を例えば90
0℃で20分程度施す。これにより基板半導体層34a
のn+型拡散層35上にp型拡散層36を、さらにその
上にn+型拡散層37を形成して活性領域34を構成す
る(図50)。Next, after forming an interlayer insulating film 15 made of a Si oxide film on the entire surface, the unnecessary interlayer insulating film 15 is removed by a resist etch back method or a polishing method to planarize it.
Further, the nitride film burying layer 39 and the first and second oxide film sidewalls 40 and 38a are removed and planarized until the surface of the substrate semiconductor layer 34a is exposed. This makes the first
Oxide film sidewalls 40 are completely removed, and the second oxide film sidewalls 38a are removed only in the upper layer to become the oxide film 38. Next, p-type impurity ions such as boron are implanted from above the substrate 1 at an implantation energy of several tens KeV.
100 KeV, injection amount; injection at 10 13 to 10 14 / cm 2 ,
Further, for example, an n-type impurity ion such as phosphorus is implanted at an energy of 100 KeV to several hundred KeV and an implantation dose of 10 15 to 10 16.
/ Cm 2 and then heat-treating the substrate 1 to, for example, 90
Apply at 0 ° C for about 20 minutes. Thereby, the substrate semiconductor layer 34a
A p-type diffusion layer 36 is formed on the n + -type diffusion layer 35, and an n + -type diffusion layer 37 is further formed thereon to form the active region 34 (FIG. 50).
【0104】次に、ホトリソグラフィおよびエッチング
技術により、活性領域34の上層部周囲を囲む様に、層
間絶縁膜15を除去して凹部25を形成する。これによ
り活性領域34最上層のn+型拡散層37の上層部分側
面が露出される(図51)。次に、上記実施例7と同様
に凹部25内に配線膜21を埋め込んで形成する(図5
2)。次に、窒化膜埋め込み層39を熱リン酸を用いた
ウェットエッチングにより選択的に除去してゲート電極
用開口部20を開口した後、上記実施例3と同様にゲー
ト絶縁膜22およびゲート電極23を形成し(図41参
照)、その後所定の処理を施してMIS型トランジスタ
を完成する。Next, by photolithography and etching techniques, the interlayer insulating film 15 is removed to form the recess 25 so as to surround the periphery of the upper layer portion of the active region 34. As a result, the upper surface of the n + type diffusion layer 37, which is the uppermost layer of the active region 34, is exposed (FIG. 51). Next, the wiring film 21 is embedded in the recess 25 as in the case of the seventh embodiment (FIG. 5).
2). Next, after the nitride film burying layer 39 is selectively removed by wet etching using hot phosphoric acid to open the gate electrode opening 20, the gate insulating film 22 and the gate electrode 23 are formed as in the third embodiment. Are formed (see FIG. 41), and then predetermined processing is performed to complete the MIS type transistor.
【0105】上記実施例10では、上記実施例1と同様
に、サブスレッショルド特性が向上した高性能で集積度
の高いMIS型トランジスタが得られる。また上記実施
例3と同様に、配線膜21が凹部25内に埋め込まれて
いるため平坦性が良くなりゲート電極23の形成が容易
となる。さらに、上記実施例10では、基板半導体層3
4aにイオン注入によってソース・ドレイン領域および
チャネル領域となる三層の拡散層35、36、37を形
成することによって活性領域34を形成する。このため
エピ層から成る活性領域17に比べて結晶性が良く、ト
ランジスタの性能が向上する。また、エピ層から成る活
性領域17の場合、基板1表面にSi酸化膜が残存して
いるとエピタキシャル成長が不可能で形成困難となる
が、その様な問題がなく、確実に活性領域34を形成で
きる。In the tenth embodiment, as in the first embodiment, a high performance and highly integrated MIS transistor having improved subthreshold characteristics can be obtained. Further, as in the third embodiment, since the wiring film 21 is embedded in the recess 25, the flatness is improved and the gate electrode 23 is easily formed. Furthermore, in Example 10 described above, the substrate semiconductor layer 3
The active region 34 is formed by forming three layers of diffusion layers 35, 36, 37 which will become the source / drain regions and the channel region by ion implantation in 4a. Therefore, the crystallinity is better than that of the active region 17 formed of the epi layer, and the performance of the transistor is improved. Further, in the case of the active region 17 formed of the epi layer, if the Si oxide film remains on the surface of the substrate 1, epitaxial growth is impossible and formation becomes difficult. it can.
【0106】実施例11.次に、上記実施例1〜10に
示したものを応用して、チャネル領域の両側をゲート電
極で挟んだ縦型の薄膜トランジスタを形成することがで
き、以下に説明する。ところで、チャネル領域の両側を
トップゲートとボトムゲートとの2つのゲート電極で挟
んだデュアルゲートトランジスタは、応用物理学会19
90年春季P.640A.O.アダン他に記載されてい
る様に、トップゲートとボトムゲートへの同時電圧印加
によりチャネル領域の空乏化を効率的に行うことができ
サブスレッショルド特性の向上を図ることができるもの
である。すなわち、チャネル領域の両側を挟む様に1つ
のゲート電極が形成されたトランジスタも同様の効果が
ある。また薄膜トランジスタは応用物理学会1988秋
季P.656山口他に記載されている様に、厚さを0.
1μm以下にすることでチャネル領域を全て空乏化する
ことができる。すなわち、チャネル領域の両側を挟む様
にゲート電極を形成することにより、厚さを2倍の0.
2μm以下にしてもチャネル領域を十分に空乏化でき、
サブスレッショルド特性が向上する。Example 11. Next, a vertical thin film transistor in which both sides of the channel region are sandwiched by gate electrodes can be formed by applying the ones shown in the first to tenth embodiments, which will be described below. By the way, a dual-gate transistor in which both sides of a channel region are sandwiched by two gate electrodes, a top gate and a bottom gate, is known as the Japan Society of Applied Physics 19
Spring 1990 P. 640A. O. As described in Adan et al., The depletion of the channel region can be efficiently performed by applying the voltage simultaneously to the top gate and the bottom gate, and the subthreshold characteristic can be improved. That is, a transistor in which one gate electrode is formed so as to sandwich both sides of the channel region has the same effect. In addition, the thin film transistor is referred to by the Society of Applied Physics 1988 Autumn P. 656 Yamaguchi et al.
By setting the thickness to 1 μm or less, the entire channel region can be depleted. That is, by forming the gate electrode so as to sandwich both sides of the channel region, the thickness is doubled to 0.
Even if the thickness is 2 μm or less, the channel region can be sufficiently depleted,
Subthreshold characteristics are improved.
【0107】図53は、この発明の実施例11によるM
IS型トランジスタの構造を示すもので、図53(a)
は断面図、図53(b)は主要パターンの平面図であ
る。図において、1、13および14は上記実施例1と
同じもの、42は第1の層間絶縁膜、43は第1の層間
絶縁膜42上に形成されたゲート電極、44はゲート電
極43を覆って第1の層間絶縁膜42上に形成された第
2の層間絶縁膜である。45はゲート電極43形成領域
に、第2の層間絶縁膜44、ゲート電極43、および第
1の層間絶縁膜42を貫通してU字型に設けられたトラ
ンジスタ用開口部、46はトランジスタ用開口部45内
壁に形成されたゲート絶縁膜、47はトランジスタ用開
口部45内にチャネル領域とそれを上下方向に挟むソー
ス・ドレイン領域との三層が積層されて成り縦方向の薄
膜状に形成された活性領域、48はこの活性領域47内
のチャネル領域となるp型エピ層、49a、bはソース
・ドレイン領域となるn+型エピ層、50はn+型エピ層
49bに接続形成された配線膜である。FIG. 53 shows an M according to the eleventh embodiment of the present invention.
The structure of the IS transistor is shown in FIG.
Is a sectional view, and FIG. 53 (b) is a plan view of a main pattern. In the figure, reference numerals 1, 13 and 14 are the same as those in the first embodiment, 42 is a first interlayer insulating film, 43 is a gate electrode formed on the first interlayer insulating film 42, and 44 is a gate electrode 43. Is a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film 42. Reference numeral 45 is a transistor opening provided in the gate electrode 43 formation region in a U shape penetrating the second interlayer insulating film 44, the gate electrode 43, and the first interlayer insulating film 42, and 46 is a transistor opening. The gate insulating film 47 formed on the inner wall of the portion 45 is formed as a thin film in the vertical direction by stacking three layers of a channel region and a source / drain region sandwiching the channel region in the vertical direction in the transistor opening 45. The active region 48 is a p-type epi layer serving as a channel region in the active region 47, 49a and b are n + type epi layers serving as source / drain regions, and 50 is connected to the n + type epi layer 49b. It is a wiring film.
【0108】この様に構成されるMIS型トランジスタ
の製造方法を、図54〜図58に基づいて以下に示す。
まず、上記実施例1と同様に、基板1に素子分離用絶縁
膜13およびn+型不純物拡散層14を形成する。その
後、全面にSi酸化膜から成る第1の層間絶縁膜42を
CVD法により形成し、さらにその上の全面に多結晶S
i膜または金属シリサイド膜から成る導電膜をCVD法
により形成し、ホトリソグラフィおよびエッチング技術
によりこの導電膜をパターニングしてゲート電極43を
形成する。このときトランジスタ形成領域となる部分で
はゲート電極43を太く形成する(図54(a))。こ
の図54(a)に示す工程の平面図を図53(b)に示
す。A method of manufacturing the MIS type transistor thus configured will be described below with reference to FIGS. 54 to 58.
First, similarly to the first embodiment, the element isolation insulating film 13 and the n + -type impurity diffusion layer 14 are formed on the substrate 1. After that, a first interlayer insulating film 42 made of a Si oxide film is formed on the entire surface by a CVD method, and a polycrystalline S film is further formed on the entire surface.
A conductive film made of an i film or a metal silicide film is formed by the CVD method, and the conductive film is patterned by photolithography and etching techniques to form the gate electrode 43. At this time, the gate electrode 43 is thickly formed in the portion which will be the transistor formation region (FIG. 54A). A plan view of the step shown in FIG. 54 (a) is shown in FIG. 53 (b).
【0109】次に、全面にSi酸化膜から成る第2の層
間絶縁膜44をCVD法により形成する(図55)。次
に、ホトリソグラフィおよびエッチング技術により、ゲ
ート電極43形成領域にU字型のトランジスタ開口部4
5を、第2の層間絶縁膜44、ゲート電極43および第
1の層間絶縁膜42を貫通して開口し、n+型不純物拡
散層14の表面を露出させる。このときトランジスタ用
開口部45の幅は0.2μm以下になる様に形成する
(図56)。Next, a second interlayer insulating film 44 made of a Si oxide film is formed on the entire surface by the CVD method (FIG. 55). Next, the U-shaped transistor opening 4 is formed in the region where the gate electrode 43 is formed by photolithography and etching techniques.
5 is opened through the second interlayer insulating film 44, the gate electrode 43, and the first interlayer insulating film 42 to expose the surface of the n + -type impurity diffusion layer 14. At this time, the width of the transistor opening 45 is formed to be 0.2 μm or less (FIG. 56).
【0110】次に、全面にSi酸化膜またはSi窒化膜
またはこれらの積層膜から成る絶縁膜を、CVD法によ
りトランジスタ用開口部45を埋め込む様に形成し、異
方性エッチングによりエッチングしてトランジスタ用開
口部45内壁にサイドウォールを残存させてゲート絶縁
膜46を形成する(図57)。次に、上記実施例1と同
様に、トランジスタ用開口部45内に選択エピタキシャ
ルSi成長法により基板1側から、ソース・ドレイン領
域の一方となるn+型エピ層49a、チャネル領域とな
るp型エピ層48、およびソース・ドレイン領域の他方
となるn+型エピ層49bを形成する(図58)。Next, an insulating film made of a Si oxide film or a Si nitride film or a laminated film thereof is formed on the entire surface by a CVD method so as to fill the transistor opening 45, and is etched by anisotropic etching to form a transistor. A side wall is left on the inner wall of the opening 45 for forming a gate insulating film 46 (FIG. 57). Next, as in the first embodiment, the n + type epi layer 49a which becomes one of the source / drain regions and the p type which becomes the channel region are formed from the substrate 1 side in the opening 45 for the transistor by the selective epitaxial Si growth method. An epi layer 48 and an n + type epi layer 49b to be the other of the source / drain regions are formed (FIG. 58).
【0111】次に、全面に、多結晶Si膜または金属シ
リサイド膜から成る導電膜を形成し、ホトリソグラフィ
およびエッチング技術によりパターニングして配線膜5
0を形成する(図53参照)。その後、所定の処理を施
してMIS型トランジスタを完成する。Next, a conductive film made of a polycrystalline Si film or a metal silicide film is formed on the entire surface and patterned by photolithography and etching techniques to form the wiring film 5.
0 is formed (see FIG. 53). Then, predetermined processing is performed to complete the MIS type transistor.
【0112】上記実施例11では、ゲート電極43形成
領域内に、幅0.2μm以下のU字型のトランジスタ用
開口部45を設け、その中に活性領域47を縦方向の薄
膜状に形成したことにより、チャネル領域の両側をゲー
ト電極で挟んだ厚さ0.2μm以下の縦型の薄膜トラン
ジスタを形成したものである。図62に示す様な従来の
縦型トランジスタでは、チャネル領域の幅はコンタクト
ホールと同等の0.8〜1.0μm程度であるため、ト
ランジスタ動作時にチャネル領域を十分に空乏化するこ
とは困難であるが、上記実施例11では、チャネル領域
となるp型エピ層48は幅が0.2μm以下に形成され
ているため十分に空乏化でき、トランジスタのサブスレ
ッショルド特性を向上できると共に、縦型トランジスタ
であるため集積度も向上する。この様に、サブスレッシ
ョルド特性が向上し、高性能で集積度の高いMIS型ト
ランジスタが得られる。また、トランジスタ用開口部4
5をU字型に形成したため、チャネル領域となるp型エ
ピ層48の面積が大きくなり、トランジスタ動作時に低
抵抗となるためドレイン電流を大きくでき、トランジス
タの性能が向上する。In the eleventh embodiment, a U-shaped transistor opening 45 having a width of 0.2 μm or less is provided in the gate electrode 43 forming region, and the active region 47 is formed in a vertical thin film shape therein. As a result, a vertical thin film transistor having a thickness of 0.2 μm or less sandwiching both sides of the channel region between the gate electrodes is formed. In the conventional vertical transistor as shown in FIG. 62, the width of the channel region is about 0.8 to 1.0 μm, which is equivalent to that of the contact hole, so it is difficult to sufficiently deplete the channel region during transistor operation. However, in the eleventh embodiment, since the p-type epi layer 48 serving as the channel region is formed with a width of 0.2 μm or less, it can be sufficiently depleted, the subthreshold characteristic of the transistor can be improved, and the vertical transistor can be formed. Therefore, the degree of integration is also improved. In this way, the subthreshold characteristic is improved, and a high-performance and highly integrated MIS transistor can be obtained. Also, the transistor opening 4
Since 5 is formed in a U shape, the area of the p-type epi layer 48 serving as a channel region is large, and the resistance is low during the operation of the transistor, so that the drain current can be increased and the performance of the transistor is improved.
【0113】なお、図57に示したゲート絶縁膜46の
形成は、図59に示す様に熱酸化法により形成しても良
い。また、トランジスタ用開口部45は直線状に形成し
ても良く図60に示す。図60(a)はMIS型トラン
ジスタの構造を示す断面図であり、図60(b)は主要
パターンの平面図である。この様に、トランジスタ用開
口部45は、U字型または直線状等の線状に形成するた
め、1つの径で決まる開口部に比べて微細幅に形成する
ことができる。このため、チャネル領域の両側をゲート
電極で挟んだ縦型の薄膜トランジスタの製造が容易にな
る。The gate insulating film 46 shown in FIG. 57 may be formed by a thermal oxidation method as shown in FIG. Also, the transistor opening 45 may be formed in a linear shape, as shown in FIG. FIG. 60A is a cross-sectional view showing the structure of the MIS type transistor, and FIG. 60B is a plan view of the main pattern. As described above, since the transistor opening 45 is formed in a linear shape such as a U-shape or a linear shape, the transistor opening 45 can be formed with a finer width than an opening determined by one diameter. Therefore, it becomes easy to manufacture a vertical thin film transistor in which both sides of the channel region are sandwiched by the gate electrodes.
【0114】[0114]
【発明の効果】以上の様に、この発明によると、層間絶
縁膜に設けられたトランジスタ用開口部内にソース/チ
ャネル/ドレインから成る活性領域を縦方向に積層し、
さらに活性領域にゲート電極用開口部を設け、その中に
ゲート電極を形成したため、サブスレッショルド特性が
向上し、高性能で集積度の高い半導体装置が得られる。As described above, according to the present invention, the active region including the source / channel / drain is vertically stacked in the transistor opening provided in the interlayer insulating film,
Further, since the gate electrode opening is provided in the active region and the gate electrode is formed therein, the subthreshold characteristic is improved, and a high performance and highly integrated semiconductor device can be obtained.
【0115】また、この発明によると、半導体基板に拡
散層を設けて活性領域の最下層と接続したため、活性領
域の最下層の電極取り出しが容易となる。またこの拡散
層を、そのまま配線に用いることができ、半導体装置の
製造が容易となる。また、拡散層表面にシリサイド層を
形成すると、抵抗が低減でき、特に拡散層を配線として
用いる場合には、低抵抗な配線が得られる。Further, according to the present invention, since the diffusion layer is provided on the semiconductor substrate and is connected to the lowermost layer of the active region, it is easy to take out the electrode of the lowermost layer of the active region. Further, this diffusion layer can be used as it is for wiring, which facilitates manufacturing of a semiconductor device. Further, when a silicide layer is formed on the surface of the diffusion layer, the resistance can be reduced, and particularly when the diffusion layer is used as a wiring, a wiring having a low resistance can be obtained.
【0116】また、この発明によると、活性領域がエピ
タキシャル層から成るため、良質な半導体層が安定して
積層されて活性領域を構成し、信頼性の高い半導体装置
が得られる。また、チャネル領域をSiとGeとの化合
物によるエピタキシャル層で構成すると、pチャネル型
トランジスタにおいて高速化が図れる。Further, according to the present invention, since the active region is composed of the epitaxial layer, a good quality semiconductor layer is stably laminated to form the active region, and a highly reliable semiconductor device can be obtained. Further, if the channel region is composed of an epitaxial layer made of a compound of Si and Ge, the p-channel transistor can be made faster.
【0117】また、この発明によると層間絶縁膜を形成
後、トランジスタ用開口部を設け、その中に選択エピタ
キシャル成長により活性領域を形成し、その後ゲート電
極用開口部を形成し、その中にゲート電極を形成する。
このためサブスレッショルド特性が向上し、高性能で集
積度の高い半導体装置が容易に製造できる。Further, according to the present invention, after the interlayer insulating film is formed, the opening for transistor is provided, the active region is formed therein by the selective epitaxial growth, and then the opening for gate electrode is formed and the gate electrode is formed therein. To form.
Therefore, the subthreshold characteristic is improved, and a high-performance and highly integrated semiconductor device can be easily manufactured.
【0118】また、この発明によると、活性領域上から
層間絶縁膜上に渡って配線膜を形成し、この配線膜と活
性領域の上から二層とを連続して貫通するゲート電極開
口部を形成し、ゲート絶縁膜を上記配線膜表面にも形成
したため、活性領域の最上層に配線膜を確実に接続形成
でき、ゲート電極と上記配線膜とが確実に絶縁できる。
さらに、上記配線膜を形成後にゲート電極開口部を形成
し、その後ゲート絶縁膜を形成するため、上記効果を持
つ半導体装置が容易に製造できる。Further, according to the present invention, a wiring film is formed over the active region and over the interlayer insulating film, and a gate electrode opening is formed which continuously penetrates the wiring film and the two layers over the active region. Since the gate insulating film is formed and the gate insulating film is also formed on the surface of the wiring film, the wiring film can be surely connected and formed in the uppermost layer of the active region, and the gate electrode and the wiring film can be surely insulated.
Furthermore, since the gate electrode opening is formed after forming the wiring film and then the gate insulating film is formed, the semiconductor device having the above effect can be easily manufactured.
【0119】また、この発明によると、活性領域の最上
層に接続する配線膜を、層間絶縁膜に設けた凹部内に形
成したため、層間絶縁膜表面に配線膜による段差がな
く、ゲート電極形成時のパターニングが容易となり信頼
性が向上する。さらに、この様な配線膜の形成は、全面
に導電膜を形成した後、凹部内にのみ残存させて全面を
平坦化することにより行うため、上記効果を持つ半導体
装置が容易に製造できる。さらにまた、活性領域形成時
に、選択エピタキシャル成長の選択性が破れてSi粒が
層間絶縁膜上に形成された場合でも、配線膜形成工程に
おける全面平坦化の際に上記Si粒を除去できる。この
ため、配線膜等が層間絶縁膜上のSi粒によって不必要
に短絡することが防止でき、信頼性が向上する。Further, according to the present invention, since the wiring film connected to the uppermost layer of the active region is formed in the concave portion provided in the interlayer insulating film, there is no step due to the wiring film on the surface of the interlayer insulating film, and when the gate electrode is formed. Patterning is facilitated and reliability is improved. Further, since such a wiring film is formed by forming a conductive film on the entire surface and then leaving the film only in the recesses to planarize the entire surface, a semiconductor device having the above effect can be easily manufactured. Furthermore, even if the selectivity of the selective epitaxial growth is broken during the formation of the active region and Si particles are formed on the interlayer insulating film, the Si particles can be removed during the planarization of the entire surface in the wiring film forming step. Therefore, the wiring film and the like can be prevented from being unnecessarily short-circuited by the Si particles on the interlayer insulating film, and the reliability is improved.
【0120】また、この発明によると、層間絶縁膜の凹
部内に配線膜となる導電膜を形成した後エッチングによ
り後退させ、次いでその上の全面に絶縁膜を形成した
後、上記凹部内にのみ残存させて全面を平坦化する。こ
れにより、層間絶縁膜表面に段差がなくゲート電極形成
が容易であり、しかも配線膜とゲート電極とが交差する
部分において寄生容量が低減されて高速化された半導体
装置を容易に製造できる。Further, according to the present invention, a conductive film to be a wiring film is formed in the concave portion of the interlayer insulating film and then made to recede by etching, and then an insulating film is formed on the entire surface thereof, and then only in the concave portion. The remaining surface is flattened. As a result, it is possible to easily manufacture a semiconductor device in which there is no step on the surface of the interlayer insulating film, the gate electrode can be easily formed, and the parasitic capacitance is reduced at the portion where the wiring film and the gate electrode intersect to increase the speed.
【0121】また、この発明によると、ゲート電極用開
口部をトランジスタ用開口部内の活性領域に自己整合的
に形成したため、形状および性能の安定した信頼性の高
い半導体装置が得られる。さらに、活性領域を層間絶縁
膜表面よりも低く形成して、その上にSi窒化膜のサイ
ドウォールを形成し、このSi窒化膜のサイドウォール
をマスクに用いてゲート電極用開口部を形成するため、
ゲート電極用開口部が容易に自己整合的に形成でき、上
記効果を持つ半導体装置が容易に製造できる。さらにま
た、この様なゲート電極用開口部を形成した後、層間絶
縁膜に設けた凹部内に配線膜となる導電膜を形成し、さ
らにこの導電膜をエッチングにより後退させ、その上に
絶縁膜を形成する。これにより上記効果を持ち、しかも
配線膜とゲート電極とが交差する部分において寄生容量
が低減されて高速化された半導体装置が容易に製造でき
る。Further, according to the present invention, since the gate electrode opening is formed in the active region in the transistor opening in a self-aligned manner, a highly reliable semiconductor device having a stable shape and performance can be obtained. Further, the active region is formed lower than the surface of the interlayer insulating film, the side wall of the Si nitride film is formed thereon, and the side wall of the Si nitride film is used as a mask to form the gate electrode opening. ,
The gate electrode opening can be easily formed in a self-aligned manner, and a semiconductor device having the above effects can be easily manufactured. Furthermore, after forming such an opening for a gate electrode, a conductive film to be a wiring film is formed in the recess provided in the interlayer insulating film, and the conductive film is made to recede by etching, and the insulating film is formed thereon. To form. This makes it possible to easily manufacture a semiconductor device having the above-described effect and reducing the parasitic capacitance in the portion where the wiring film and the gate electrode intersect and increasing the speed.
【0122】また、この発明によると、トランジスタ用
開口部内に自己整合的に開口部を形成し、その後にこの
開口部内に埋め込まれたSi酸化膜の埋め込み層をレジ
ストマスクを用いて除去して、ゲート電極用開口部を形
成する。このレジストマスクのパターンは、その形成時
のマスク合わせのマージンが非常に大きいものであるた
め、ゲート電極用開口部は、トランジスタ用開口部内に
自己整合的に形成されたものと同値となり、形状および
性能の安定した信頼性の高い半導体装置が得られる。Further, according to the present invention, the opening is formed in the opening for the transistor in a self-aligned manner, and then the buried layer of the Si oxide film buried in the opening is removed by using the resist mask, An opening for the gate electrode is formed. Since the pattern of this resist mask has a very large mask alignment margin at the time of its formation, the opening for the gate electrode has the same value as that formed in the opening for the transistor in a self-aligned manner. A highly reliable semiconductor device with stable performance can be obtained.
【0123】また、この発明によると、活性領域の最上
層に接続する配線膜を、その上層にゲート絶縁膜よりも
十分に厚い絶縁膜を設けたものとするため配線膜とゲー
ト電極とが交差する部分において寄生容量が低減でき、
素子の高速化が図れる。Further, according to the present invention, since the wiring film connected to the uppermost layer of the active region is provided with the insulating film which is sufficiently thicker than the gate insulating film in the upper layer, the wiring film and the gate electrode intersect each other. The parasitic capacitance can be reduced in the part
The speed of the device can be increased.
【0124】また、この発明によると、活性領域を基板
半導体層から成る拡散層によって構成したため、結晶性
が良い活性領域を確実に得ることができ、トランジスタ
の性能が向上する。Further, according to the present invention, since the active region is composed of the diffusion layer composed of the substrate semiconductor layer, the active region having good crystallinity can be surely obtained, and the performance of the transistor is improved.
【0125】また、この発明によると、半導体基板にゲ
ート電極用開口部を形成し、その中にSi窒化膜の埋め
込み層を埋め込み、このSi窒化膜の埋め込み層の周囲
に、自己整合的に半導体基板に2回のエッチングを施す
ことにより、基板半導体層を形成する。この基板半導体
層の下層部分およびその周囲の半導体基板にイオン注入
によりソース・ドレイン領域の一方となる拡散層を形成
した後、上記基板半導体層周囲に層間絶縁膜を形成し、
イオン注入によりチャネル領域およびソース・ドレイン
領域の他方となる拡散層をそれぞれ形成する。このた
め、集積度が高く、サブスレッショルド特性が向上し、
しかも結晶性の良い高性能な半導体装置が製造できる。Further, according to the present invention, the gate electrode opening is formed in the semiconductor substrate, the Si nitride film burying layer is embedded therein, and the semiconductor is self-aligned around the Si nitride film burying layer. The substrate semiconductor layer is formed by performing etching twice on the substrate. After forming a diffusion layer to be one of the source / drain regions by ion implantation in the lower part of the substrate semiconductor layer and the surrounding semiconductor substrate, an interlayer insulating film is formed around the substrate semiconductor layer,
Diffusion layers that become the other of the channel region and the source / drain regions are formed by ion implantation. Therefore, the degree of integration is high, the subthreshold characteristic is improved,
Moreover, a high-performance semiconductor device having good crystallinity can be manufactured.
【0126】また、この発明によると、第1の層間絶縁
膜とその上の第2の層間絶縁膜との間にゲート電極を形
成し、このゲート電極形成領域内に、第2の層間絶縁膜
とゲート電極と第1の層間絶縁膜とを貫通するトランジ
スタ用開口部を設け、その中にゲート絶縁膜を介して活
性領域を縦方向の薄膜状に形成したため、チャネル領域
の両側をゲート電極で挟んだ縦型の薄膜トランジスタが
得られる。このため、サブスレッショルド特性が向上し
高性能で集積度の高い半導体装置が得られる。Further, according to the present invention, a gate electrode is formed between the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film formed thereon, and the second interlayer insulating film is formed in the gate electrode forming region. Since an opening for a transistor which penetrates the gate electrode and the first interlayer insulating film is provided and an active region is formed in a thin film in the vertical direction through the gate insulating film, both sides of the channel region are formed as gate electrodes. A sandwiched vertical thin film transistor can be obtained. Therefore, a semiconductor device with improved subthreshold characteristics, high performance, and high integration can be obtained.
【0127】さらに、半導体基板に拡散層を設けて活性
領域の最下層と接続したため、上記の様な縦型の薄膜ト
ランジスタにおける、ソース・ドレイン領域の一方であ
る活性領域の最下層の電極取り出しが容易となる。ま
た、この拡散層はそのまま配線として用いることがで
き、半導体装置の製造が容易となる。Further, since the semiconductor substrate is provided with the diffusion layer and is connected to the lowermost layer of the active region, it is easy to take out the electrode of the lowermost layer of the active region which is one of the source / drain regions in the vertical thin film transistor as described above. Becomes Further, this diffusion layer can be used as it is as a wiring, and the semiconductor device can be easily manufactured.
【0128】さらにまた、トランジスタ用開口部を上限
値を0.2μmとする微細幅で形成したため、活性領域
が0.2μm以下の幅となり、チャネル領域が十分に空
乏化でき、サブスレッショルド特性がさらに向上する。Furthermore, since the transistor opening is formed with a fine width having an upper limit value of 0.2 μm, the active region has a width of 0.2 μm or less, the channel region can be sufficiently depleted, and the subthreshold characteristic is further improved. improves.
【0129】また、この発明によると、第1の層間絶縁
膜、ゲート電極、および第2の層間絶縁膜を順次形成し
た後、トランジスタ用開口部を線状に形成し、その中に
ゲート絶縁膜を介して活性領域を形成する。この様に、
トランジスタ用開口部を線状に形成するため、微細幅に
形成することができ、その中に活性領域を形成して、チ
ャネル領域の両側をゲート電極で挟んだ縦型の薄膜トラ
ンジスタを得る。このためサブスレッショルド特性が向
上し、高性能で集積度の高い半導体装置が容易に製造で
きる。Further, according to the present invention, after the first interlayer insulating film, the gate electrode, and the second interlayer insulating film are sequentially formed, the transistor opening is linearly formed, and the gate insulating film is formed therein. To form an active region. Like this
Since the transistor opening is formed in a linear shape, it can be formed to have a fine width, and an active region is formed therein to obtain a vertical thin film transistor in which both sides of the channel region are sandwiched by gate electrodes. Therefore, the subthreshold characteristic is improved, and a high-performance and highly integrated semiconductor device can be easily manufactured.
【図1】 この発明の実施例1による半導体装置の構造
を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図5】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図6】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図7】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図8】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法の一工程を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a step of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図9】 この発明の実施例2による半導体装置の構造
を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図10】 この発明の実施例2による半導体装置の製
造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図11】 この発明の実施例3による半導体装置の構
造を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図12】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the third embodiment of the present invention.
【図13】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the third embodiment of the present invention.
【図14】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図および平面図である。14A and 14B are a sectional view and a plan view showing one step of a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図15】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 15 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
【図16】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the third embodiment of the present invention.
【図17】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 17 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
【図18】 この発明の実施例3による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 18 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
【図19】 この発明の実施例4による半導体装置の構
造を示す断面図である。FIG. 19 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図20】 この発明の実施例4による半導体装置の製
造方法を示す断面図である。FIG. 20 is a sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
【図21】 この発明の実施例5による半導体装置の構
造および製造方法を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing a structure and a manufacturing method of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図22】 この発明の実施例6による半導体装置の製
造方法を示す断面図である。FIG. 22 is a sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
【図23】 この発明の実施例7による半導体装置の構
造を示す断面図である。FIG. 23 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図24】 この発明の実施例7による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the seventh embodiment of the present invention.
【図25】 この発明の実施例7による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the seventh embodiment of the present invention.
【図26】 この発明の実施例7による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the seventh embodiment of the present invention.
【図27】 この発明の実施例7による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the seventh embodiment of the present invention.
【図28】 この発明の実施例7による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 28 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
【図29】 この発明の実施例7による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 29 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the seventh embodiment of the present invention.
【図30】 この発明の実施例7による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 30 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
【図31】 この発明の実施例7による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 31 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
【図32】 この発明の実施例7による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 32 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
【図33】 この発明の実施例8による半導体装置の構
造および製造方法を示す断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device and the manufacturing method according to Embodiment 8 of the present invention.
【図34】 この発明の実施例9による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 34 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the ninth embodiment of the present invention.
【図35】 この発明の実施例9による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 35 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the ninth embodiment of the present invention.
【図36】 この発明の実施例9による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the ninth embodiment of the present invention.
【図37】 この発明の実施例9による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 37 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the ninth embodiment of the present invention.
【図38】 この発明の実施例9による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the ninth embodiment of the present invention.
【図39】 この発明の実施例9による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 39 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the ninth embodiment of the present invention.
【図40】 この発明の実施例9による半導体装置の製
造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 40 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the ninth embodiment of the present invention.
【図41】 この発明の実施例10による半導体装置の
構造を示す断面図である。FIG. 41 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device according to Example 10 of the invention.
【図42】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 42 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図43】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 43 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図44】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 44 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図45】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 45 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the tenth embodiment of the invention.
【図46】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 46 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図47】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 47 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図48】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 48 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図49】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 49 is a sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図50】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 50 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the tenth embodiment of the present invention.
【図51】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 51 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method according to the tenth embodiment of the present invention.
【図52】 この発明の実施例10による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 52 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the tenth embodiment of the invention.
【図53】 この発明の実施例11による半導体装置の
構造を示す断面図および平面図である。53A and 53B are a sectional view and a plan view showing the structure of a semiconductor device according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図54】 この発明の実施例11による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図および平面図である。54A and 54B are a sectional view and a plan view showing one step of a method of manufacturing a semiconductor device according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図55】 この発明の実施例11による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 55 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method according to the eleventh embodiment of the present invention.
【図56】 この発明の実施例11による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 56 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the eleventh embodiment of the present invention.
【図57】 この発明の実施例11による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 57 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the eleventh embodiment of the present invention.
【図58】 この発明の実施例11による半導体装置の
製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 58 is a cross-sectional view showing a step in the semiconductor device manufacturing method of the eleventh embodiment of the present invention.
【図59】 この発明の実施例11の別例による半導体
装置の製造方法の一工程を示す断面図である。FIG. 59 is a cross sectional view showing a step of a method of manufacturing a semiconductor device according to another example of Example 11 of the present invention.
【図60】 この発明の実施例11の別例による半導体
装置の構造を示す断面図および平面図である。FIG. 60 is a sectional view and a plan view showing the structure of a semiconductor device according to another example of Example 11 of the present invention.
【図61】 従来の半導体装置の構造を示す断面図であ
る。FIG. 61 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device.
【図62】 従来の別例による半導体装置の構造を示す
断面図である。FIG. 62 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device according to another example.
1 半導体基板、14 拡散層としてのn+型不純物拡
散層、15 層間絶縁膜、16 トランジスタ用開口
部、17 活性領域、18 チャネル領域となる半導体
層としてのp型エピ層、19a,b ソース・ドレイン
領域となる半導体層としてのn+型エピ層、20 ゲー
ト電極用開口部、21 配線膜、21a 導電膜、22
ゲート絶縁膜、23 ゲート電極、24 絶縁膜、2
5 凹部、26 金属シリサイド層、27,31 Si
窒化膜のサイドウォールとしての窒化膜サイドウォー
ル、28,30 Si窒化膜の埋め込み層としての窒化
膜埋め込み層、32 Si酸化膜の埋め込み層としての
酸化膜埋め込み層、33 レジストパターン、34 活
性領域、34a 基板半導体層、35,37 ソース・
ドレイン領域となるn+型拡散層、36 チャネル領域
となるp型拡散層、38 酸化膜、38a 第2の酸化
膜サイドウォール、39 Si窒化膜の埋め込み層とし
ての窒化膜埋め込み層、40 第1の酸化膜サイドウォ
ール、42 第1の層間絶縁膜、43 ゲート電極、4
4 第2の層間絶縁膜、45 トランジスタ用開口部、
46 ゲート絶縁膜、47 活性領域、48 チャネル
領域となるp型エピ層、49a,b ソース・ドレイン
領域となるn+型エピ層。1 semiconductor substrate, 14 n + type impurity diffusion layer as diffusion layer, 15 interlayer insulating film, 16 transistor opening, 17 active region, 18 p-type epi layer as semiconductor layer to become channel region, 19a, b source N + type epi layer as a semiconductor layer to be a drain region, 20 gate electrode opening, 21 wiring film, 21a conductive film, 22
Gate insulating film, 23 gate electrode, 24 insulating film, 2
5 recess, 26 metal silicide layer, 27, 31 Si
Nitride film sidewalls as nitride film sidewalls, 28,30 Si nitride film burying layers as nitride film burying layers, 32 Si oxide film burying layers as oxide film burying layers, 33 resist patterns, 34 active regions, 34a substrate semiconductor layer, 35, 37 source
N + type diffusion layer to be a drain region, 36 p type diffusion layer to be a channel region, 38 oxide film, 38a second oxide film sidewall, 39 nitride film burying layer as a burying layer of Si nitride film, 40 first Oxide side wall, 42 first interlayer insulating film, 43 gate electrode, 4
4 second interlayer insulating film, 45 transistor opening,
46 gate insulating film, 47 active region, 48 p-type epi layer serving as channel region, 49a, b n + -type epi layer serving as source / drain region.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/8242 29/43 H01L 29/62 G 29/78 301 X ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/8242 29/43 H01L 29/62 G 29/78 301 X
Claims (22)
間絶縁膜を貫通して下地の上記半導体基板に到達しその
側面周囲が上記層間絶縁膜に囲まれる様に形成されたト
ランジスタ用開口部と、このトランジスタ用開口部内の
上記半導体基板上にチャネル領域となる第一導電型の半
導体層とこれを上下方向から挟む様にソース・ドレイン
領域となる第二導電型の半導体層との三層を積層して成
る活性領域と、上記トランジスタ用開口部の中央部に上
記活性領域の少なくとも上から二層を貫通する様に形成
されたゲート電極用開口部と、このゲート電極用開口部
内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有
することを特徴とする半導体装置。1. An interlayer insulating film and a transistor opening formed on a semiconductor substrate so as to penetrate through the interlayer insulating film to reach the underlying semiconductor substrate and have a side surface thereof surrounded by the interlayer insulating film. A semiconductor layer of a first conductivity type which becomes a channel region on the semiconductor substrate in the opening for a transistor and a semiconductor layer of a second conductivity type which becomes a source / drain region so as to sandwich the channel region from above and below. An active region formed by stacking layers, a gate electrode opening formed in the central portion of the transistor opening so as to penetrate two layers from at least the active region, and in the gate electrode opening. A semiconductor device having a gate electrode formed through a gate insulating film.
け、この拡散層形成領域内にトランジスタ用開口部を上
記拡散層に到達する様に形成して、活性領域の最下層を
上記拡散層に接続したことを特徴とする請求項1記載の
半導体装置。2. A semiconductor substrate is provided with a diffusion layer of the second conductivity type, an opening for a transistor is formed in the diffusion layer forming region so as to reach the diffusion layer, and the bottom layer of the active region is diffused. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is connected to the layer.
活性領域と接する領域以外の領域に金属シリサイド層を
形成したことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。3. A surface of a diffusion layer provided on a semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 2, wherein a metal silicide layer is formed in a region other than a region in contact with the active region.
とを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体
装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active region comprises an epitaxial layer.
る半導体層が、SiとGeとの化合物によるエピタキシ
ャル層から成ることを特徴とする請求項4記載の半導体
装置。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor layer which becomes at least the channel region of the active region is an epitaxial layer made of a compound of Si and Ge.
程と、この層間絶縁膜にトランジスタ用開口部を形成す
る工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エピタキ
シャル成長法により活性領域を形成する工程と、上記活
性領域の上から二層を貫通する様にゲート電極用開口部
を形成する工程と、上記ゲート電極用開口部内壁にゲー
ト絶縁膜を形成した後、上記ゲート電極用開口部内に埋
め込む様にゲート電極を形成する工程と、を有すること
を特徴とする請求項4または5記載の半導体装置の製造
方法。6. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a transistor opening in the interlayer insulating film, and a step of forming an active region in the transistor opening by a selective epitaxial growth method. Forming a gate electrode opening so as to penetrate two layers from above the active region, and forming a gate insulating film on the inner wall of the gate electrode opening, and then embedding the gate electrode opening in the gate electrode opening. 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising the step of forming a gate electrode.
記活性領域上から層間絶縁膜上に渡って設け、この配線
膜と上記活性領域の少なくとも上から二層とを連続して
貫通する様にゲート電極用開口部を形成し、さらにこの
ゲート電極用開口部内壁と上記配線膜表面とにゲート絶
縁膜を形成したことを特徴とする請求項4または5記載
の半導体装置。7. A wiring film connected to the uppermost layer of the active region is provided from above the active region to above the interlayer insulating film, and the wiring film and at least two layers above the active region are continuously penetrated. 6. The semiconductor device according to claim 4, wherein the gate electrode opening is formed in the same manner, and a gate insulating film is further formed on the inner wall of the gate electrode opening and the surface of the wiring film.
程と、この層間絶縁膜にトランジスタ用開口部を形成す
る工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エピタキ
シャル成長法により活性領域を形成した後、この活性領
域上から上記層間絶縁膜に渡って配線膜を形成する工程
と、上記配線膜と上記活性領域の上から二層とを貫通す
る様にゲート電極用開口部を形成する工程と、その後ゲ
ート絶縁膜を形成した後、ゲート電極を形成する工程
と、を有することを特徴とする請求項7記載の半導体装
置の製造方法。8. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a transistor opening in the interlayer insulating film, and a step of forming an active region in the transistor opening by a selective epitaxial growth method, A step of forming a wiring film over the active region and the interlayer insulating film; a step of forming a gate electrode opening so as to penetrate the wiring film and the two layers from above the active region; The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising the step of forming a gate electrode after forming the gate insulating film.
この凹部領域の一部に上記層間絶縁膜を貫通するトラン
ジスタ用開口部を形成し、このトランジスタ用開口部内
に形成された活性領域の最上層に接続する配線膜を上記
凹部内に設け、この配線膜と上記活性領域の少なくとも
上から二層とを連続して貫通する様にゲート電極用開口
部を形成し、さらにこのゲート電極用開口部内壁と上記
配線膜表面とにゲート絶縁膜を形成したことを特徴とす
る請求項4または5記載の半導体装置。9. An interlayer insulating film is provided with a recess having a predetermined depth,
An opening for a transistor that penetrates the interlayer insulating film is formed in a part of the recessed region, and a wiring film connected to the uppermost layer of the active region formed in the opening for the transistor is provided in the recessed portion. A gate electrode opening is formed so as to continuously penetrate the film and at least two layers from above the active region, and a gate insulating film is formed on the inner wall of the gate electrode opening and the wiring film surface. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
工程と、この層間絶縁膜に凹部を形成し、この凹部領域
の一部に上記層間絶縁膜を貫通するトランジスタ用開口
部を形成する工程と、このトランジスタ用開口部内に選
択エピタキシャル成長法により活性領域を形成する工程
と、次いで上記凹部内を埋め込む様に全面に配線膜とな
る導電膜を形成した後、この導電膜を上記凹部内にのみ
残存させて全面を平坦化する工程と、上記導電膜から成
る配線膜と上記活性領域の上から二層とを貫通する様に
ゲート電極用開口部を形成する工程と、その後ゲート絶
縁膜を形成した後、ゲート電極を形成する工程と、を有
することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造
方法。10. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a recess in the interlayer insulating film, and a step of forming a transistor opening penetrating the interlayer insulating film in a part of the recess area. And a step of forming an active region in the opening for the transistor by a selective epitaxial growth method, and then forming a conductive film to be a wiring film on the entire surface so as to fill the inside of the concave portion, and then, forming the conductive film only in the concave portion. A step of leaving it to flatten the entire surface, a step of forming a gate electrode opening so as to penetrate the wiring film made of the conductive film and two layers from above the active region, and then forming a gate insulating film 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising the step of:
工程と、この層間絶縁膜に凹部を形成し、この凹部領域
の一部に上記層間絶縁膜を貫通するトランジスタ用開口
部を形成する工程と、このトランジスタ用開口部内に選
択エピタキシャル成長法により活性領域を形成する工程
と、次いで上記凹部内を埋め込む様に全面に配線膜とな
る導電膜を形成した後、この導電膜を上記凹部内にのみ
残存させて全面を平坦化する工程と、次いで上記導電膜
をエッチングによりさらに後退させた後、全面に絶縁膜
を形成し、この絶縁膜を上記凹部内にのみ残存させて全
面を平坦化する工程と、次いで上記絶縁膜と上記導電膜
から成る配線膜と上記活性領域の上から二層とを貫通す
る様にゲート電極用開口部を形成する工程と、その後ゲ
ート絶縁膜を形成した後、ゲート電極を形成する工程
と、を有することを特徴とする請求項9記載の半導体装
置の製造方法。11. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a concave portion in the interlayer insulating film, and a step of forming a transistor opening penetrating the interlayer insulating film in a part of the concave area. And a step of forming an active region in the opening for the transistor by a selective epitaxial growth method, and then forming a conductive film to be a wiring film on the entire surface so as to fill the inside of the concave portion, and then, forming the conductive film only in the concave portion. A step of leaving and flattening the entire surface, and a step of further receding the conductive film by etching, then forming an insulating film on the entire surface, and leaving the insulating film only in the recesses to flatten the entire surface. Then, a step of forming a gate electrode opening so as to penetrate the wiring film formed of the insulating film and the conductive film and the two layers from above the active region, and then forming the gate insulating film. 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising the step of:
を、その表面の高さが層間絶縁膜表面よりも所定量低く
なる様に形成し、上記トランジスタ用開口部の上層部周
囲を囲む様に上記層間絶縁膜に凹部を上記活性領域の上
から二層目に達しない深さに設け、この凹部内に配線膜
を設けて上記活性領域の最上層の側面に接続させ、さら
に上記トランジスタ用開口部内の上記活性領域に自己整
合的にゲート電極用開口部を形成し、このゲート電極用
開口部内壁と上記活性領域表面と上記配線膜表面とにゲ
ート絶縁膜を形成したことを特徴とする請求項4または
5記載の半導体装置。12. An active region is formed in the transistor opening so that its surface is lower than the surface of the interlayer insulating film by a predetermined amount, and the interlayer is formed so as to surround the periphery of the upper layer of the transistor opening. A recess is provided in the insulating film at a depth that does not reach the second layer from above the active region, and a wiring film is provided in the recess to connect to the side surface of the uppermost layer of the active region, and further in the opening for the transistor. 5. A gate electrode opening is formed in the active region in a self-aligning manner, and a gate insulating film is formed on the inner wall of the gate electrode opening, the surface of the active region and the surface of the wiring film. Or the semiconductor device according to 5.
工程と、この層間絶縁膜にトランジスタ用開口部を形成
する工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エピタ
キシャル成長法により活性領域を、その表面の高さが上
記層間絶縁膜表面よりも所定量低くなる様に形成する工
程と次いで上記トランジスタ用開口部内壁の上記層間絶
縁膜の露出部分にSi窒化膜のサイドウォールを形成す
る工程と、このSi窒化膜のサイドウォールと上記層間
絶縁膜とをマスクとして自己整合的に上記活性領域をエ
ッチングして、ゲート電極用開口部を形成する工程と、
このゲート電極用開口部をSi窒化膜の埋め込み層によ
って埋め込む工程と、上記Si窒化膜のサイドウォール
および埋め込み層とレジストパターンとをマスクとして
上記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、この凹部内を
埋め込む様に全面に配線膜となる導電膜を形成した後、
この導電膜を上記凹部内にのみ残存させて全面を平坦化
する工程と、その後上記Si窒化膜のサイドウォールお
よび埋め込み層を除去する工程と、次いでゲート絶縁膜
を形成した後、ゲート電極を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方
法。13. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a transistor opening in the interlayer insulating film, and an active region in the transistor opening by a selective epitaxial growth method. A step of forming the silicon nitride film so that its height is lower than the surface of the interlayer insulating film by a predetermined amount, and a step of forming a sidewall of a Si nitride film on the exposed portion of the interlayer insulating film in the inner wall of the transistor opening; A step of etching the active region in a self-aligned manner using the sidewall of the nitride film and the interlayer insulating film as a mask to form a gate electrode opening;
A step of filling the gate electrode opening with a burying layer of a Si nitride film; a step of forming a concave portion in the interlayer insulating film using the sidewall and filling layer of the Si nitride film and a resist pattern as a mask; After forming a conductive film to be a wiring film on the entire surface so that
A step of flattening the entire surface by leaving the conductive film only in the recess, a step of removing the sidewalls and the buried layer of the Si nitride film, and a gate insulating film, and then a gate electrode. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising:
工程と、この層間絶縁膜にトランジスタ用開口部を形成
する工程と、このトランジスタ用開口部内に選択エピタ
キシャル成長法により活性領域を、その表面の高さが上
記層間絶縁膜表面よりも所定量低くなる様に形成する工
程と、次いで上記トランジスタ用開口部内壁の上記層間
絶縁膜の露出部分にSi窒化膜のサイドウォールを形成
する工程と、このSi窒化膜のサイドウォールと上記層
間絶縁膜とをマスクとして自己整合的に上記活性領域を
エッチングして、ゲート電極用開口部を形成する工程
と、このゲート電極用開口部をSi窒化膜の埋め込み層
によって埋め込む工程と、上記Si窒化膜のサイドウォ
ールおよび埋め込み層とレジストパターンとをマスクと
して上記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、この凹部
内を埋め込む様に全面に配線膜となる導電膜を形成した
後、この導電膜を上記凹部内にのみ残存させて全面を平
坦化する工程と、次いで上記導電膜をエッチングにより
さらに後退させた後、全面に絶縁膜を形成し、この絶縁
膜を上記凹部内にのみ残存させて全面を平坦化する工程
と、その後上記Si窒化膜のサイドウォールおよび埋め
込み層を除去する工程と、次いでゲート絶縁膜を形成し
た後、ゲート電極を形成する工程と、を有することを特
徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。14. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a transistor opening in the interlayer insulating film, and an active region in the transistor opening by a selective epitaxial growth method on the surface thereof. Forming a height lower than the surface of the interlayer insulating film by a predetermined amount, and then forming a sidewall of a Si nitride film on the exposed portion of the interlayer insulating film on the inner wall of the opening for transistor, A step of etching the active region in a self-aligning manner by using the sidewall of the Si nitride film and the interlayer insulating film as a mask to form a gate electrode opening, and filling the gate electrode opening with a Si nitride film. A step of burying with a layer, and using the sidewall of the Si nitride film and the burying layer and the resist pattern as a mask to form the interlayer insulating film. A step of forming a concave portion, a step of forming a conductive film to be a wiring film on the entire surface so as to fill the concave portion, flattening the entire surface by leaving the conductive film only in the concave portion, and then the conductive layer After further retreating the film by etching, an insulating film is formed on the entire surface, and the insulating film is left only in the concave portion to planarize the entire surface, and thereafter, the side wall of the Si nitride film and the buried layer are formed. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising a step of removing the gate insulating film and a step of forming a gate electrode after forming a gate insulating film.
工程と、この層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、この
凹部内をSi窒化膜の埋め込み層によって埋め込む工程
と、上記凹部領域の一部に、上記Si窒化膜の埋め込み
層と上記層間絶縁膜とを貫通するトランジスタ用開口部
を形成する工程と、このトランジスタ用開口部内の側壁
にSi窒化膜のサイドウォールを形成し、その後上記ト
ランジスタ用開口部内を埋め込む様に全面にSi酸化膜
を形成した後、上記Si窒化膜のサイドウォールの上層
部分が除去されて上記Si窒化膜のサイドウォールの幅
が一定になるまで全面を除去して平坦化し、上記Si酸
化膜の埋め込み層を形成する工程と、次いで上記Si窒
化膜の埋め込み層およびサイドウォールを除去する工程
と、次いで上記凹部下の上記トランジスタ用開口部内に
選択エピタキシャル成長法により、上記Si酸化膜の埋
め込み層の周囲に活性領域を形成する工程と、次いで上
記凹部内に埋め込む様に全面に配線膜となる導電膜を形
成した後、この導電膜を凹部内の上記Si酸化膜の埋め
込み層の周囲にのみ残存させて全面を平坦化する工程
と、次いで上記Si酸化膜の埋め込み層をレジストマス
クを用いて除去し、ゲート電極用開口部を形成する工程
と、その後ゲート絶縁膜を形成した後、ゲート電極を形
成する工程と、を有することを特徴とする請求項9記載
の半導体装置の製造方法。15. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a concave portion in the interlayer insulating film, a step of filling the concave portion with an embedded layer of a Si nitride film, and a step of forming the concave region. A step of forming a transistor opening penetrating the buried layer of the Si nitride film and the interlayer insulating film, and forming a sidewall of the Si nitride film on the side wall in the transistor opening, and then forming the transistor After forming a Si oxide film on the entire surface so as to fill the opening for use, the entire surface is removed until the upper portion of the sidewall of the Si nitride film is removed and the width of the sidewall of the Si nitride film becomes constant. Flattening and forming a buried layer of the Si oxide film, then removing the buried layer and sidewalls of the Si nitride film, and then the recess A step of forming an active region around the buried layer of the Si oxide film by a selective epitaxial growth method in the opening for the transistor below, and then a conductive film to be a wiring film is formed on the entire surface so as to fill the recess. Then, a step of flattening the entire surface by leaving the conductive film only around the buried layer of the Si oxide film in the recess, and then removing the buried layer of the Si oxide film by using a resist mask, 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising: a step of forming an opening for use; and a step of forming a gate insulating film and then forming a gate electrode.
を、その上層にゲート絶縁膜よりも十分に厚い絶縁膜を
設けたものとすることを特徴とする請求項7または9ま
たは12記載の半導体装置。16. The wiring film connected to the uppermost layer of the active region is provided with an insulating film sufficiently thicker than the gate insulating film on the upper layer thereof. Semiconductor device.
散層によって構成したことを特徴とする請求項1記載の
半導体装置。17. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active region is formed of a diffusion layer formed of a substrate semiconductor layer.
成する工程と、このゲート電極用開口部内にSi窒化膜
の埋め込み層を埋め込んだ後、上記半導体基板をエッチ
ングして上記Si窒化膜の埋め込み層の上層部を突出さ
せる工程と、このSi窒化膜の埋め込み層の突出部側面
に第1のSi酸化膜サイドウォールを形成する工程と、
この第1のSi酸化膜サイドウォールと上記Si窒化膜
の埋め込み層とをマスクとして上記半導体基板をエッチ
ングして、上記Si窒化膜の埋め込み層周囲を囲む様に
基板半導体層を形成する工程と、上記第1のSi酸化膜
サイドウォールとその下の上記基板半導体層との周囲に
第2のSi酸化膜サイドウォールを形成する工程と、上
記第1および第2のSi酸化膜サイドウォールと上記S
i窒化膜の埋め込み層とをマスクとして再び上記半導体
基板をエッチングして、周囲にサイドウォールが形成さ
れていない下層部分を含む基板半導体層を、上記Si窒
化膜の埋め込み層周囲を囲む様に形成する工程と、次い
でイオン注入法により上記基板半導体層の下層部分とそ
の周囲の上記半導体基板とに活性領域の最下層となる不
純物拡散層を形成する工程と、次いで全面に層間絶縁膜
を形成した後、上記基板半導体層表面が露出するまで全
面を平坦化する工程と、次いでイオン注入法により上記
基板半導体層に上記活性領域の上から二層となる不純物
拡散層をそれぞれ形成する工程と、次いで上記基板半導
体層の上層部周囲を囲む様に上記層間絶縁膜に凹部を、
上記活性領域の二層目に達しない深さに形成する工程
と、次いで上記凹部内に配線膜を埋め込む工程と、次い
で上記Si窒化膜の埋め込み層を除去して上記ゲート電
極用開口部を開口し、ゲート絶縁膜を形成した後ゲート
電極を形成する工程と、を有することを特徴とする請求
項17記載の半導体装置の製造方法。18. A step of forming an opening for a gate electrode in a semiconductor substrate, and a step of filling a buried layer of a Si nitride film in the opening for a gate electrode, and then etching the semiconductor substrate to fill the Si nitride film. A step of projecting an upper layer portion of the layer, and a step of forming a first Si oxide film sidewall on a side surface of the projecting portion of the buried layer of the Si nitride film,
A step of etching the semiconductor substrate using the first Si oxide film sidewall and the buried layer of the Si nitride film as a mask to form a substrate semiconductor layer so as to surround the periphery of the buried layer of the Si nitride film; A step of forming a second Si oxide film sidewall around the first Si oxide film sidewall and the substrate semiconductor layer thereunder, and the first and second Si oxide film sidewalls and the S
The semiconductor substrate is again etched by using the i-nitride film burying layer as a mask to form a substrate semiconductor layer including a lower layer portion around which the sidewall is not formed so as to surround the burying layer of the Si nitride film. And a step of forming an impurity diffusion layer as the lowermost layer of the active region in the lower layer portion of the substrate semiconductor layer and the surrounding semiconductor substrate by ion implantation, and then forming an interlayer insulating film on the entire surface. After that, a step of flattening the entire surface until the surface of the substrate semiconductor layer is exposed, and a step of forming impurity diffusion layers, which are two layers from above the active region, in the substrate semiconductor layer by an ion implantation method, and then, A recess is formed in the interlayer insulating film so as to surround the upper periphery of the substrate semiconductor layer,
A step of forming the active region to a depth that does not reach the second layer, a step of burying a wiring film in the recess, and a step of removing the burying layer of the Si nitride film to open the gate electrode opening. 18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, further comprising the step of forming a gate electrode after forming the gate insulating film.
この第1の層間絶縁膜上の所定領域に形成されたゲート
電極と、このゲート電極を覆って上記第1の層間絶縁膜
上に形成された第2の層間絶縁膜と、上記ゲート電極形
成領域に、上記第2の層間絶縁膜と上記ゲート電極と上
記第1の層間絶縁膜とを貫通して下地の上記半導体基板
に到達する様に形成された線状のトランジスタ用開口部
と、このトランジスタ用開口部内壁に形成されたゲート
絶縁膜と、このゲート絶縁膜が形成された上記トランジ
スタ用開口部内の上記半導体基板上に、チャネル領域と
なる第一導電型のエピタキシャル層とこれを上下方向か
ら挟む様にソース・ドレイン領域となる第二導電型のエ
ピタキシャル層との三層を積層して、縦方向の薄膜状に
形成された活性領域と、を有することを特徴とする半導
体装置。19. A first interlayer insulating film on a semiconductor substrate,
A gate electrode formed in a predetermined region on the first interlayer insulating film, a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film so as to cover the gate electrode, and the gate electrode forming region. And a linear transistor opening formed so as to penetrate the second interlayer insulating film, the gate electrode, and the first interlayer insulating film to reach the underlying semiconductor substrate, and the transistor. A gate insulating film formed on the inner wall of the opening for use, and a first conductivity type epitaxial layer to be a channel region on the semiconductor substrate in the opening for the transistor in which the gate insulating film is formed A semiconductor device comprising: an active region formed in a vertical thin film shape by stacking three layers of a second conductivity type epitaxial layer to be a source / drain region so as to be sandwiched therebetween.
け、この拡散層形成領域にトランジスタ用開口部を上記
拡散層に到達する様に形成して活性領域の最下層を上記
拡散層に接続したことを特徴とする請求項19記載の半
導体装置。20. A semiconductor substrate is provided with a diffusion layer of the second conductivity type, an opening for a transistor is formed in the diffusion layer forming region so as to reach the diffusion layer, and the lowermost layer of the active region is the diffusion layer. 20. The semiconductor device according to claim 19, which is connected.
2μmとする微細幅で形成したことを特徴とする請求項
19または20記載の半導体装置。21. The upper limit of the opening for a transistor is set to 0.
21. The semiconductor device according to claim 19, wherein the semiconductor device is formed with a fine width of 2 μm.
成する工程と、この第1の層間絶縁膜上にゲート電極を
形成した後、このゲート電極を覆って全面に第2の層間
絶縁膜を形成する工程と、上記ゲート電極形成領域内に
上記第2の層間絶縁膜と上記ゲート電極と上記第1の層
間絶縁膜とを貫通する様に線状のトランジスタ用開口部
を形成する工程と、次いでゲート絶縁膜を形成した後、
上記トランジスタ用開口部内に活性領域を形成する工程
と、を有することを特徴とする請求項19〜21のいず
れかに記載の半導体装置の製造方法。22. A step of forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and after forming a gate electrode on the first interlayer insulating film, covering the gate electrode and forming a second interlayer insulating film over the entire surface. A step of forming a film, and a step of forming a linear transistor opening in the gate electrode formation region so as to penetrate the second interlayer insulating film, the gate electrode and the first interlayer insulating film. Then, after forming the gate insulating film,
22. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, further comprising the step of forming an active region in the transistor opening.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6186049A JPH0851203A (en) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6186049A JPH0851203A (en) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0851203A true JPH0851203A (en) | 1996-02-20 |
Family
ID=16181510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6186049A Pending JPH0851203A (en) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0851203A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09232576A (en) * | 1995-06-16 | 1997-09-05 | Interuniv Micro Electro Centrum Vzw | Vertical misfet device, cmos process integration and ram application |
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| JP2023554134A (en) * | 2020-12-21 | 2023-12-26 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | Silicon carbide power device and its manufacturing method |
-
1994
- 1994-08-08 JP JP6186049A patent/JPH0851203A/en active Pending
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