JP3034351B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3034351B2 JP3222420A JP22242091A JP3034351B2 JP 3034351 B2 JP3034351 B2 JP 3034351B2 JP 3222420 A JP3222420 A JP 3222420A JP 22242091 A JP22242091 A JP 22242091A JP 3034351 B2 JP3034351 B2 JP 3034351B2
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insulating film
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、素子の集積度の向上
と素子上層のパターニングの平坦化を期するようにした
半導体装置の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device which is intended to improve the degree of integration of an element and to flatten the patterning of an upper layer of the element.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は従来のMOSFETの製造方法の
一例を示す工程断面図である。これらの製造方法は現在
ではLDD(Lightly Doped Drain Structure)構造など
に広く応用され、その一例として詳しくはIEDM 8
3 P.392−395に示されている。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a process sectional view showing an example of a conventional method for manufacturing a MOSFET. At present, these manufacturing methods are widely applied to LDD (Lightly Doped Drain Structure) structures and the like.
3P. 392-395.

【0003】まず、図6(a)に示すように、通常の選
択酸化法(LOCOS法)により、シリコン単結晶半導
体基板(以下、基板と略称する)1上にフィールド酸化
膜2を形成し、アクティブ領域51とフィールド領域5
2を分離する。
First, as shown in FIG. 6A, a field oxide film 2 is formed on a silicon single crystal semiconductor substrate (hereinafter abbreviated as a substrate) 1 by a normal selective oxidation method (LOCOS method). Active area 51 and field area 5
Separate 2.

【0004】その後、図6(b)に示すように、トラン
ジスタのゲート酸化膜3およびゲート電極4を全面に形
成した後、ホトリソグラフィ技術等によりパターニング
を行う。
After that, as shown in FIG. 6B, a gate oxide film 3 and a gate electrode 4 of the transistor are formed on the entire surface, and then patterned by a photolithography technique or the like.

【0005】その後、このゲート電極4をマスクとし
て、例えばNチャンネルトランジスタの場合では、ヒ素
等の不純物をイオン注入することにより図6(c)に示
すように、基板1のソース/ドレイン形成領域の全体に
自己整合的に高濃度の不純物拡散層5を形成している。
Then, using the gate electrode 4 as a mask, for example, in the case of an N-channel transistor, an impurity such as arsenic is ion-implanted to form the source / drain formation region of the substrate 1 as shown in FIG. A high-concentration impurity diffusion layer 5 is formed on the whole in a self-aligned manner.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のMOSFETの製造方法では、ソース/ドレイン形
成領域が基板上に存在するため、トランジスタ形成領域
自体の集積度を上げることが困難であるという問題点が
あった。
However, in the above-mentioned conventional method for manufacturing a MOSFET, since the source / drain formation region exists on the substrate, it is difficult to increase the degree of integration of the transistor formation region itself. was there.

【0007】さらに、従来の製造方法によるトランジス
タを最下層の配線層として用いるような半導体装置、例
えばスタックト・キャパシタ型DRAMにおいては、上
層の絶縁膜層および上層の配線層に対して、ゲート電極
分の高さによる段差を生じるため、良好なパターニング
が行えないという問題点があった。
Further, in a semiconductor device in which a transistor manufactured by a conventional manufacturing method is used as a lowermost wiring layer, for example, a stacked capacitor type DRAM, an upper insulating film layer and an upper wiring layer are separated from a gate electrode. However, there is a problem that good patterning cannot be performed because a step is generated due to the height of the substrate.

【0008】この発明は、前記従来技術が持っていた問
題点のうち、トランジスタ形成領域自体の集積度を上げ
ることができない点と、トランジスタ上層のパターニン
グが良好に行えないという点について解決した半導体装
置の製造方法を提供するものである。
The present invention solves the problems of the prior art described above in that the integration degree of the transistor formation region itself cannot be increased and that the patterning of the transistor upper layer cannot be performed well. Is provided.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明は前記問題点を
解決するために、半導体装置の製造方法において、基板
にトレンチを形成した後、トレンチ底部にチャンネル、
ゲート酸化膜、ゲート電極を形成する工程と、トレンチ
の側壁に基板とは反対の導電型の不純物を導入してソー
ス/ドレイン拡散層を形成する工程とを導入したもので
ある。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a trench in a substrate;
A step of forming a gate oxide film and a gate electrode, and a step of forming a source / drain diffusion layer by introducing an impurity of a conductivity type opposite to that of a substrate into a side wall of a trench are introduced.

【0010】[0010]

【作用】この発明によれば、半導体装置の製造方法にお
いて、以上のような工程を導入したので、トレンチの底
部に形成したゲート酸化膜とゲート電極をマスクにして
トレンチの内側壁部に自己整合的に基板とは反対の導電
型の不純物を注入して、ソース/ドレイン拡散層をトレ
ンチ内に形成することにより、素子の微細化が可能とな
り、基板上に配線パターンを形成する場合に段差がなく
なり、したがって、前記問題点を除去できる。
According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the above steps are introduced, so that the gate oxide film formed on the bottom of the trench and the gate electrode are used as a mask to self-align with the inner wall of the trench. By injecting an impurity of the conductivity type opposite to that of the substrate and forming the source / drain diffusion layers in the trench, the element can be miniaturized, and a step is formed when a wiring pattern is formed on the substrate. Therefore, the problem can be eliminated.

【0011】[0011]

【実施例】以下、この発明の半導体装置の製造方法の実
施例について図面に基づき説明する。図1(a)〜図1
(c)はその一実施例の第1段の工程断面図、図2
(a)〜図2(c)はその第2段の工程断面図、図3
(a)〜図3(b)は同じく第3段の工程断面図であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 (a) to 1
FIG. 2C is a sectional view of the first step of the embodiment, and FIG.
2 (a) to 2 (c) are cross-sectional views of the process at the second stage, and FIG.
3 (a) to 3 (b) are cross-sectional views of steps in the third stage.

【0012】まず、図1(a)に示すように、P型のシ
リコン単結晶半導体基板(以下、基板と略称する)10
1の全面にトレンチを形成するためのマスクとなる酸化
膜102を少なくとも6000Å以上形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a P-type silicon single crystal semiconductor substrate (hereinafter abbreviated as a substrate) 10
An oxide film 102 serving as a mask for forming a trench is formed on at least 6000.degree.

【0013】次に、フォトリソグラフィ技術により、ト
レンチ103を形成するためのコンタクトを図示しない
レジストにより開孔してパターニングし、これをマスク
として、酸化膜102をエッチングする。
Next, by photolithography, a contact for forming the trench 103 is opened and patterned with a resist (not shown), and the oxide film 102 is etched using this as a mask.

【0014】次に、レジストを除去し、パターニングさ
れた酸化膜102をマスクとして、基板101をエッチ
ングし、トレンチ103を約10μm以下の程度の深さ
で形成する。
Next, the resist is removed, the substrate 101 is etched using the patterned oxide film 102 as a mask, and a trench 103 is formed with a depth of about 10 μm or less.

【0015】次に、図1(b)に示すように、熱酸化に
よりゲート絶縁膜104をトレンチ側壁全体に200〜
300Å程度選択形成し、その後、図1(c)に示すよ
うに、全面にポリシリコン層105を1000〜300
0Å程度、CVD(化学的気相成長)法により堆積す
る。
Next, as shown in FIG. 1B, a gate insulating film 104 is formed on the entire trench side wall by thermal oxidation to a thickness of 200 to 200 nm.
Then, a polysilicon layer 105 is formed on the entire surface by a thickness of 1000 to 300 °, as shown in FIG.
Deposit about 0 ° by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

【0016】次に、図2(a)〜図2(c)に示す第2
段の工程段階に入り、ホトレジストを全面に塗布し、適
当な露光量でこのホトレジストを感光させ、現像する。
この場合、ホトレジストはポジ型のものを使用する。
Next, FIG. 2 (a) to FIG.
In the process steps, a photoresist is applied to the entire surface, and the photoresist is exposed and developed with an appropriate exposure.
In this case, a positive photoresist is used.

【0017】これにより、図2(a)に示すように、ト
レンチ底部には感光しきれず、溶解しないホトレジスト
106が選択的に形成され、マスク合せを行うことな
く、自己整合的にレジストによるパターニングが行われ
る。
As a result, as shown in FIG. 2A, a photoresist 106 which is not fully exposed and is not dissolved is selectively formed at the bottom of the trench, and patterning with the resist is performed in a self-aligned manner without performing mask alignment. Done.

【0018】その後、図2(b)に示すように、このホ
トレジストパターン106をマスクとして、ポリシリコ
ン層105およびゲート絶縁膜104をRIE(リアク
ティブ・イオン・エッチング)を用いてエッチングし、
トランジスタのゲート絶縁膜104a,ゲート電極10
5aを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the polysilicon layer 105 and the gate insulating film 104 are etched using RIE (reactive ion etching) using the photoresist pattern 106 as a mask.
Transistor gate insulating film 104a, gate electrode 10
5a is formed.

【0019】次に、ホトレジスト106を除去した後、
図2(c)に示すように、基板101に対してある角度
をもった条件でイオン注入を行う、いわゆる斜めイオン
注入法で砒素などの不純物をソース/ドレイン拡散層1
09として形成する。
Next, after removing the photoresist 106,
As shown in FIG. 2C, an impurity such as arsenic is implanted into the source / drain diffusion layer 1 by a so-called oblique ion implantation method in which ions are implanted under a certain angle to the substrate 101.
09.

【0020】次に、図3(a),図3(b)に示す第3
段の工程段階に入り、まず、図3(a)に示すように、
CVD法により、酸化膜などの絶縁膜107を全面に形
成する。その後、図3(b)に示すように、RIEを用
いてゲート電極105a上の絶縁膜107のみを選択的
にエッチングして除去する。
Next, FIG. 3A and FIG.
Entering the process steps, first, as shown in FIG.
An insulating film 107 such as an oxide film is formed over the entire surface by a CVD method. Thereafter, as shown in FIG. 3B, only the insulating film 107 on the gate electrode 105a is selectively etched and removed by RIE.

【0021】次に、残ったトレンチ部分をポリシリコン
膜あるいはタングステンなどの金属配線層108をCV
D法により埋込み、ゲート電極105aと接合をとる。
このとき、図3(a)で用いた絶縁膜107はトレンチ
側壁ソース/ドレイン拡散層109に対する絶縁膜とし
て働く。
Next, the remaining trench is replaced by a polysilicon film or a metal wiring layer 108 such as tungsten.
It is buried by the method D and is bonded to the gate electrode 105a.
At this time, the insulating film 107 used in FIG. 3A functions as an insulating film for the trench side wall source / drain diffusion layer 109.

【0022】以後、図示はしないが、通常のプロセス技
術により、中間絶縁膜、配線用金属パターンおよび保護
用絶縁膜を順に積層状態に形成し、半導体装置を完成す
る。
Thereafter, although not shown, an intermediate insulating film, a metal pattern for wiring, and a protective insulating film are sequentially formed in a laminated state by a normal process technique to complete a semiconductor device.

【0023】因みに、この実施例をDRAMセル等に応
用する場合、ソース/ドレインの区別や隣接セルとの分
離が必要であるため、一例を図4に示す。この図4に示
すA−A1断面部が図1(a)〜図3(b)であり、B
−B1断面部が図5である。
When this embodiment is applied to a DRAM cell or the like, an example is shown in FIG. 4 because it is necessary to distinguish between a source and a drain and to separate the cell from an adjacent cell. 1A to 3B are sectional views taken along the line A-A1 shown in FIG.
FIG. 5 shows a section taken along the line -B1.

【0024】図5における201は基板(図1(a)〜
図3(b)における101)、202は絶縁用酸化膜で
あり、これはトレンチを基板に形成した後、絶縁膜を埋
め込む、いわゆるトレンチ・アイソレーションにより形
成される。
In FIG. 5, reference numeral 201 denotes a substrate (FIGS.
Reference numerals 101) and 202 in FIG. 3B denote insulating oxide films, which are formed by so-called trench isolation in which a trench is formed in a substrate and then the insulating film is buried.

【0025】なお、この発明はNMOSFETに限定さ
れるものではなく、微細化を目的とする他の半導体素子
にも広く適用されることは言うまでもない。
It is needless to say that the present invention is not limited to the NMOSFET, but is widely applied to other semiconductor devices for miniaturization.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
によれば、基板に形成したトレンチ内部にトランジスタ
のゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース/ドレイン拡張層
を形成するようにしたので、素子の微細化に有利であ
り、しかも自己整合的にゲート電極、ソース/ドレイン
拡散層、ゲート電極部以外の絶縁等が可能であり、作業
工程の簡略化も可能である。
As described above in detail, according to the present invention, a gate insulating film, a gate electrode, and a source / drain extension layer of a transistor are formed inside a trench formed in a substrate. This is advantageous for miniaturization, and furthermore, it is possible to self-align insulation other than the gate electrode, source / drain diffusion layer, and gate electrode portion, and to simplify the working process.

【0027】さらに、基板内部に素子を形成するため、
基板上層に配線パターンを形成する場合、トランジスタ
の形成段階では何ら段差を生じることがなく、配線層、
絶縁膜等の形成における平坦化が図れる。
Further, in order to form an element inside the substrate,
When forming a wiring pattern on a substrate upper layer, there is no step at the stage of forming the transistor, and the wiring layer,
Flattening in forming an insulating film or the like can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の半導体装置の製造方法の一実施例の
第1段の工程断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a first step in a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;

【図2】同上実施例の第2段の工程断面図。FIG. 2 is a process sectional view of a second step of the embodiment.

【図3】同上実施例の第3段の工程断面図。FIG. 3 is a process sectional view of a third step in the embodiment.

【図4】同上実施例をDRAMセル等への応用例の説明
図。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an application example of the embodiment to a DRAM cell or the like.

【図5】図4のB−B1線の断面図。FIG. 5 is a sectional view taken along line BB1 of FIG. 4;

【図6】従来のMOSFETの製造工程断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a conventional MOSFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 基板 102 酸化膜 103 トレンチ 104 ゲート絶縁膜 104a ゲート絶縁膜 105 ポリシリコン層 105a ソース・ドレイン拡散層 106 ホトレジスト 107 絶縁膜 108 金属配線 Reference Signs List 101 substrate 102 oxide film 103 trench 104 gate insulating film 104a gate insulating film 105 polysilicon layer 105a source / drain diffusion layer 106 photoresist 107 insulating film 108 metal wiring

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板表面にトレンチを形成する工
程と、 前記トレンチ内の半導体基板表面に絶縁膜を形成する工
程と、 前記絶縁膜表面にシリコン膜を形成する工程と、 前記トレンチ内に充填する様に前記半導体基板表面にポ
ジレジスト膜を塗布する工程と、 前記ポジレジスト膜の前記トレンチ内の一部が感光不十
分な領域となり他の前記半導体基板表面の前記ポジレジ
スト膜が完全に露光する光量で、前記ポジレジスト膜を
露光し現像する工程と、 前記トレンチ内の感光不十分な領域に残ったポジレジス
ト膜をマスクとして前記シリコン膜と絶縁膜をエッチン
グして、前記トレンチ底部にゲート絶縁膜とゲート電極
を形成する工程と、 前記トレンチの側壁に不純物を注入してソース及びドレ
イン拡散層を形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a trench in the surface of the semiconductor substrate, a step of forming an insulating film on the surface of the semiconductor substrate in the trench, a step of forming a silicon film on the surface of the insulating film, and filling the trench. Applying a positive resist film on the surface of the semiconductor substrate so that a portion of the positive resist film in the trench becomes an insufficiently light-exposed region and completely exposing the positive resist film on the other semiconductor substrate surface Exposing and developing the positive resist film with an amount of light, and etching the silicon film and the insulating film using the positive resist film remaining in the insufficiently light-sensitive region in the trench as a mask to form a gate at the bottom of the trench. Forming an insulating film and a gate electrode; and implanting impurities into sidewalls of the trench to form source and drain diffusion layers. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim and.
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