JP3421569B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3421569B2
JP3421569B2 JP06592098A JP6592098A JP3421569B2 JP 3421569 B2 JP3421569 B2 JP 3421569B2 JP 06592098 A JP06592098 A JP 06592098A JP 6592098 A JP6592098 A JP 6592098A JP 3421569 B2 JP3421569 B2 JP 3421569B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体装置は、凹凸のない半導体
基板の表面部分に、レジストパターンを用いて不純物拡
散層やゲート、コンタクトホールを形成していた。図6
に、従来のMOS型トランジスタの断面構造を示す。平
坦なp型半導体基板61の表面部分に、n型不純物拡散
層から成るドレイン62、ソース63が所定間隔を空け
て形成され、その表面上にはゲート酸化膜64を介して
ゲート電極65が形成されており、これによりNチャネ
ル型MOSトランジスタ66が構成されている。しか
し、このような従来の半導体装置では、製作可能なトラ
ンジスタの寸法は写真蝕刻技術の限界に対応する最小加
工寸法Fよりも大きくならざるを得ず、一般には2Fの
大きさが必要であった。このような理由により、従来は
集積度を向上させるにも限界があった。
2. Description of the Related Art In a conventional semiconductor device, an impurity diffusion layer, a gate and a contact hole are formed on a surface portion of a semiconductor substrate having no unevenness by using a resist pattern. Figure 6
The cross-sectional structure of a conventional MOS transistor is shown in FIG. A drain 62 and a source 63 made of an n-type impurity diffusion layer are formed at a predetermined interval on the surface of a flat p-type semiconductor substrate 61, and a gate electrode 65 is formed on the surface of the drain 62 and source 63 via a gate oxide film 64. The N-channel type MOS transistor 66 is constituted by this. However, in such a conventional semiconductor device, the size of a transistor that can be manufactured is inevitably larger than the minimum processing size F corresponding to the limit of the photo-etching technique, and a size of 2F is generally required. . For this reason, there has been a limit in improving the degree of integration in the past.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来は
平坦な半導体基板の表面に素子を形成しており、最小加
工寸法Fよりも大きい寸法を必要とし、集積度を向上さ
せることができないという問題があった。
As described above, devices are conventionally formed on the surface of a flat semiconductor substrate, and a size larger than the minimum processing size F is required, and the degree of integration cannot be improved. There was a problem.

【0004】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、集積度の向上が可能な半導体装置及びその製造方法
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor device capable of improving the degree of integration and a manufacturing method thereof.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
周期的な三角形状を有する鋸歯状に表面が加工されて、
列方向に沿ってそれぞれ延在する山部と谷部とが行方向
に交互に形成されており、前記谷部において絶縁膜を介
して列方向に延在するように形成されたゲートと、前記
ゲートが形成された前記谷部における二つの側面に沿う
それぞれの山部に形成されたソース及びドレインとを含
む能動素子と、前記谷部において行方向に対して選択的
に絶縁物が埋め込まれて形成され、二つの前記能動素子
の間、あるいは行方向に沿って前記谷部の二つの側面に
それぞれ配置された不純物層の間を電気的に分離する素
子分離層とを備えることを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention comprises:
The surface is processed into a sawtooth shape with a periodic triangular shape,
A mountain portion and a valley portion that respectively extend along the column direction are alternately formed in the row direction, and a gate formed so as to extend in the column direction through an insulating film in the valley portion, and An active element including a source and a drain formed in the respective peaks along the two side surfaces of the valley in which the gate is formed, and an insulator selectively buried in the row direction in the valley. And an element isolation layer for electrically isolating between the two active elements or between the impurity layers respectively disposed on two side surfaces of the valley along the row direction. .

【0006】半導体基板の表面が周期的な三角形状を有
する鋸歯状に加工されており、谷部にゲートが形成され
ている箇所ではこのゲートとその谷部の両側の山部に形
成された不純物拡散層とで能動素子が形成され、この能
動素子の不純物拡散層は隣接する谷部が素子分離領域と
して作用することで素子分離される。このように谷部に
能動素子あるいは素子分離領域が形成されることで、素
子面積が縮小される。
The surface of the semiconductor substrate is processed into a sawtooth shape having a periodic triangular shape, and at a portion where a gate is formed in a valley portion, impurities formed in the gate and a mountain portion on both sides of the valley portion are formed. An active element is formed with the diffusion layer, and the impurity diffusion layer of this active element is isolated by the adjacent valley portion acting as an element isolation region. By thus forming the active element or the element isolation region in the valley, the element area is reduced.

【0007】ここで、前記能動素子が、隣接する第1及
び第2の山部に形成された第1導電型の不純物拡散層
と、前記第1及び第2の山部の間の第1の谷部内に形成
された第2導電型の不純物拡散層と、前記絶縁膜を介し
て列方向に沿って前記第1の谷部内に形成された第1の
ゲートとを含む第1導電型の能動素子と、隣接する第3
及び第4の山部に形成された第2導電型の不純物拡散層
と、前記第3及び第4の山部の間の第2の谷部内に形成
された第1導電型の不純物拡散層と、前記絶縁膜を介し
て列方向に沿って前記第2の谷部内に形成された第2の
ゲートとを含む第2導電型の能動素子とを備えてもよ
い。また、周期的な三角形状を有する鋸歯状に加工され
た前記表面において、列方向に沿って延在する前記谷部
内に、この谷部より深く絶縁物が埋め込まれて形成され
た列方向の素子分離領域をさらに備えることもできる。
Here, the active element has a first conductivity type impurity diffusion layer formed in adjacent first and second ridges and a first ridge between the first and second ridges. A first-conductivity-type active layer including a second-conductivity-type impurity diffusion layer formed in the valley and a first gate formed in the first valley along the column direction through the insulating film. Element and third adjacent
And a second conductivity type impurity diffusion layer formed in the fourth crest, and a first conductivity type impurity diffusion layer formed in the second valley between the third and fourth crests. And a second conductive type active element including a second gate formed in the second valley portion along the column direction via the insulating film. Further, in the surface processed in a sawtooth shape having a periodic triangular shape, an element in a column direction formed by filling an insulator deeper than the valley portion in the valley portion extending along the column direction. It is also possible to further include a separation region.

【0008】また、前記能動素子において流れる駆動電
流の方向は、前記駆動電流を高めるため、また前記能動
素子の占有面積を縮小するため、周期的な三角形状を有
する鋸歯状に加工された前記表面の行方向であってもよ
い。
In order to increase the driving current and to reduce the area occupied by the active element, the direction of the driving current flowing in the active element is the sawtoothed surface having a periodic triangular shape. May be in the row direction.

【0009】本発明の半導体装置の製造方法は、不純物
拡散層が表面に形成された半導体基板の表面を、周期的
な三角形状を有する鋸歯状に加工し、前記不純物拡散層
から成る山部と、前記不純物拡散層を分離する谷部とを
形成する工程と、前記谷部のうち、選択的に所定の箇所
にゲートを形成する工程とを備え、前記ゲートが形成さ
れた谷部において、この谷部の両側の山部の前記不純物
拡散層と前記ゲートとで能動素子を構成し、前記ゲート
が形成されていない山部を素子分離領域とすることを特
徴とする。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the surface of a semiconductor substrate on which an impurity diffusion layer is formed is processed into a sawtooth shape having a periodic triangular shape, and a peak portion formed of the impurity diffusion layer is formed. A step of forming a trough separating the impurity diffusion layer, and a step of selectively forming a gate in a predetermined portion of the trough, wherein the trough having the gate is formed. It is characterized in that an active element is constituted by the impurity diffusion layer and the gate on the peaks on both sides of the valley, and the peaks where the gate is not formed are used as element isolation regions.

【0010】また本発明の半導体装置の製造方法は、半
導体基板の表面部分に不純物を導入し、不純物拡散層を
形成する工程と、前記不純物拡散層の表面上に、所定の
間隔で所定形状にパターニングしたマスク材を形成する
工程と、前記マスク材をマスクとして前記半導体基板の
表面部分に結晶異方性エッチングを行い、前記不純物拡
散層より深いV字型の溝を掘る工程と、前記溝の内部を
第1の絶縁膜で埋める工程と、前記マスク材を除去し、
前記半導体基板の表面を露出させる工程と、前記第1の
絶縁膜で覆われておらず表面が露出した前記半導体基板
の表面部分に結晶異方性エッチングを行い、前記不純物
拡散層より深いV字型の溝を掘る工程と、前記第1の絶
縁膜を除去し、所定の間隔で山部と谷部とが周期的に配
置された鋸歯状半導体基板とする工程と、前記半導体基
板の表面を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の表面における前記谷部のうち、選択的
に所定の箇所に前記第2の絶縁膜上にゲートを形成する
工程とを備えたことを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention further comprises a step of introducing an impurity into a surface portion of a semiconductor substrate to form an impurity diffusion layer, and forming a predetermined shape on the surface of the impurity diffusion layer at predetermined intervals. A step of forming a patterned mask material, a step of performing crystal anisotropic etching on a surface portion of the semiconductor substrate using the mask material as a mask to dig a V-shaped groove deeper than the impurity diffusion layer, and a step of forming the groove. Filling the inside with a first insulating film, removing the mask material,
A step of exposing the surface of the semiconductor substrate, and a crystal anisotropic etching are performed on a surface portion of the semiconductor substrate which is not covered with the first insulating film and whose surface is exposed, to form a V-shaped deeper than the impurity diffusion layer. A step of digging a groove of a mold, a step of removing the first insulating film to form a sawtooth semiconductor substrate in which peaks and valleys are periodically arranged at predetermined intervals, and a surface of the semiconductor substrate A step of forming a second insulating film so as to cover,
A step of selectively forming a gate on the second insulating film at a predetermined location in the valley on the surface of the semiconductor substrate.

【0011】さらに、本発明の半導体装置の製造方法
は、不純物拡散層が表面に形成された半導体基板の表面
上に、列方向に素子分離するための第1のレジスト膜を
形成する工程と、前記第1のレジスト膜で覆われていな
い前記半導体基板の表面部分に、底面に前記半導体基板
の表面が露出するようにトレンチ型の溝を掘る工程と、
前記溝の内部を第1の絶縁膜で埋める工程と、前記第1
のレジスト膜を除去する工程と、所定の間隔で行方向に
周期的な三角形状を有する鋸歯状に前記半導体基板の表
面を加工するための第2のレジスト膜を形成する工程
と、前記第2のレジスト膜で覆われていない前記半導体
基板の表面部分に結晶異方性エッチングを行い、底面に
前記半導体基板の表面が露出するように前記不純物拡散
層より深いV字型の溝を掘る工程と、前記V字型の溝の
内部を絶縁膜で埋める工程と、前記第2のレジスト膜を
除去し、前記半導体基板の表面を露出させる工程と、前
記絶縁膜で覆われておらず、表面が露出した前記半導体
基板の表面部分に結晶異方性エッチングを行い、前記不
純物拡散層より深いV字型の溝を掘る工程とを備え、前
記トレンチ型の溝により列方向に分離され、かつ行方向
に所定の間隔で山部と谷部とが周期的に配置された鋸歯
状半導体基板とし、さらに、前記半導体基板の表面を覆
うように第2の絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基
板の表面における前記谷部のうち、選択的に所定の箇所
に前記第2の絶縁膜上にゲートを形成する工程とを備え
ることを特徴とする。
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a first resist film for separating elements in the column direction on the surface of a semiconductor substrate on which an impurity diffusion layer is formed. A step of digging a trench type groove in the surface portion of the semiconductor substrate which is not covered with the first resist film so that the surface of the semiconductor substrate is exposed at the bottom surface;
Filling the inside of the groove with a first insulating film;
Removing the resist film, forming a second resist film for processing the surface of the semiconductor substrate into a sawtooth shape having a periodic triangular shape in the row direction at predetermined intervals, and the second A step of performing crystal anisotropic etching on the surface portion of the semiconductor substrate which is not covered with the resist film, and digging a V-shaped groove deeper than the impurity diffusion layer so that the surface of the semiconductor substrate is exposed on the bottom surface. A step of filling the inside of the V-shaped groove with an insulating film, a step of removing the second resist film to expose the surface of the semiconductor substrate, and a step of covering the surface of the semiconductor substrate without being covered with the insulating film. A step of performing crystal anisotropic etching on the exposed surface of the semiconductor substrate to dig a V-shaped groove deeper than the impurity diffusion layer, the groove being separated in the column direction by the trench type groove and in the row direction. At a certain interval A step of forming a sawtooth semiconductor substrate in which valleys are periodically arranged, further forming a second insulating film so as to cover the surface of the semiconductor substrate, and among the valleys on the surface of the semiconductor substrate, A step of selectively forming a gate on the second insulating film at a predetermined location.

【0012】本発明の半導体装置の製造方法は、列方向
に素子分離し内部が第1の絶縁膜で埋め込まれた第1の
トレンチ溝が形成され、かつ行方向に所定の間隔で山部
と谷部とが周期的な三角形状を有する鋸歯状に配置さ
れ、前記山部には不純物拡散層が形成され谷部により相
互に分離された半導体基板の表面部分において、前記第
1のトレンチ溝が形成された領域に、谷部の底面よりも
深い第2のトレンチ溝を、ゲートを形成する谷部に隣接
して掘る工程と、前記絶縁膜で覆われていない前記半導
体基板の山部及び谷部の表面上に第2の絶縁膜を形成す
る工程と、谷部のうち、ゲートを形成しない所定の谷部
を第1のマスク材で覆う工程と、谷部のうち、前記第1
のマスク材で覆われていない谷部と、この谷部に隣接す
る前記第2のトレンチ溝の底面とに導電材を堆積するこ
とで、この谷部の底面にゲートを形成すると共に、前記
第2のトレンチ溝の底面にゲートと接続した導電膜を形
成する工程と、前記第1のマスク材を除去し、前記第1
のトレンチ溝が形成された領域全体を覆うように第2の
マスク材を形成する工程と、前記第2のマスク材で覆わ
れていない部分に第3の絶縁膜を堆積し、平坦化処理を
行った後、前記第2のマスク材を除去する工程と、前記
第2のトレンチ溝の底面に形成された導電膜の表面上に
導電材を堆積して、ゲートコンタクトを形成する工程と
を備えたことを特徴とする。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first trench groove in which the elements are separated in the column direction and the inside is filled with the first insulating film is formed, and the peak portions are formed at predetermined intervals in the row direction. Valleys are arranged in a sawtooth shape having a periodic triangular shape, impurity diffusion layers are formed in the ridges, and the first trench grooves are formed in the surface portion of the semiconductor substrate separated from each other by the valleys. In the formed region, a step of digging a second trench groove deeper than the bottom surface of the valley adjacent to the valley forming the gate, and the peak and valley of the semiconductor substrate not covered with the insulating film. Forming a second insulating film on the surface of the first portion, covering a predetermined valley portion of the valley portion where a gate is not formed with a first mask material,
By depositing a conductive material on the valley portion not covered with the mask material and on the bottom surface of the second trench groove adjacent to the valley portion, a gate is formed on the bottom surface of the valley portion and Forming a conductive film connected to the gate on the bottom surface of the second trench groove; removing the first mask material;
A step of forming a second mask material so as to cover the entire region where the trench groove is formed, and a third insulating film is deposited on a portion not covered with the second mask material, and a planarization process is performed. After that, a step of removing the second mask material and a step of depositing a conductive material on the surface of the conductive film formed on the bottom surface of the second trench groove to form a gate contact are provided. It is characterized by that.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】本実施の形態は、次のような着想に基づい
ている。図3に示されたように、表面に凹凸のない平坦
な半導体基板1を用いると、占有面積は大きくなる。と
ころが、表面積は一定のままで表面が鋸歯状に加工され
た半導体基板2を用いれば、占有面積を小さくして集積
度を向上させることが可能になる。
The present embodiment is based on the following idea. As shown in FIG. 3, when the flat semiconductor substrate 1 having no unevenness on the surface is used, the occupied area becomes large. However, if the semiconductor substrate 2 having a sawtooth-shaped surface with a constant surface area is used, the occupied area can be reduced and the degree of integration can be improved.

【0015】このように、本実施の形態では、表面が鋸
歯上に加工された半導体基板2の表面部分に能動素子又
は素子分離領域を選択的に形成することで、集積度の向
上を実現している。ここで、鋸歯上に加工する際に、山
の間隔は最小加工寸法Fに対応しており、一つの谷部を
単位として基板表面の水平方向に駆動電流が流れる横型
VMOSFET(V-SHAPED METAL OXIDE SEMICONDUCTOR
FIELD EFFECT TRANSISTOR)を一つ形成する。谷部にゲ
ートを作成した場合にはこのゲートと両側の山部の不純
物拡散層とで1つのMOSトランジスタに対応する機能
素子が1つ形成され、谷部にゲートを作成しない場合に
はこの谷部は素子分離領域として作用する。
As described above, in the present embodiment, the active element or the element isolation region is selectively formed in the surface portion of the semiconductor substrate 2 whose surface is processed into the sawtooth shape, thereby improving the integration degree. ing. Here, when processing on a sawtooth, the distance between peaks corresponds to the minimum processing size F, and a horizontal VMOSFET (V-SHAPED METAL OXIDE) in which a drive current flows horizontally in the horizontal direction on the substrate surface with one valley as a unit. SEMICONDUCTOR
Form one FIELD EFFECT TRANSISTOR). When a gate is formed in the valley, one functional element corresponding to one MOS transistor is formed by this gate and the impurity diffusion layers on both sides of the valley. When no gate is formed in the valley, this valley is formed. The portion acts as an element isolation region.

【0016】次に、本実施の形態による製造方法によ
り、半導体基板の表面を鋸歯状に加工して、山部と谷部
とを形成する手順について述べる。
Next, a procedure for forming the peaks and valleys by processing the surface of the semiconductor substrate into a sawtooth shape by the manufacturing method according to the present embodiment will be described.

【0017】まず、図2(a)に示されたように、p型
半導体基板11の(100)面にn型不純物を導入して
n型不純物拡散層12を形成する。この拡散層12の形
成は、例えば半導体基板11の表面上にシリコン酸化膜
又はシリコン窒化膜等をn型不純物を導入しながら形成
し、あるいは膜を形成した後に不純物イオンを注入し、
熱拡散を行うことで膜に導入された不純物を半導体基板
11の表面に拡散することで、行うことができる。
First, as shown in FIG. 2A, an n-type impurity is introduced into the (100) plane of the p-type semiconductor substrate 11 to form an n-type impurity diffusion layer 12. The diffusion layer 12 is formed, for example, by forming a silicon oxide film or a silicon nitride film on the surface of the semiconductor substrate 11 while introducing an n-type impurity, or by forming a film and then implanting impurity ions,
The thermal diffusion can be performed by diffusing the impurities introduced into the film to the surface of the semiconductor substrate 11.

【0018】n型不純物拡散層12の表面全体に、CV
D(CHEMICAL VAPOR DEPOSITION )法を用いてシリコン
窒化(SiN)膜13をマスク材として形成する。シリ
コン窒化膜13の表面上にレジストを塗布し、所望の形
状にパターニングを行ってレジスト膜14を形成する。
ここで、レジスト膜14の間隔は最小加工寸法Fに対応
している。
CV is formed on the entire surface of the n-type impurity diffusion layer 12.
The silicon nitride (SiN) film 13 is formed as a mask material by using the D (CHEMICAL VAPOR DEPOSITION) method. A resist is applied on the surface of the silicon nitride film 13 and patterned into a desired shape to form a resist film 14.
Here, the distance between the resist films 14 corresponds to the minimum processing dimension F.

【0019】図2(b)のように、レジスト膜14をマ
スクとしてシリコン窒化膜13に反応性イオンエッチン
グ(REACTIVE ION ETCHING)を行い、パターニングされ
たシリコン窒化膜13を得る。この後、レジスト膜14
を除去する。
As shown in FIG. 2B, the silicon nitride film 13 is subjected to reactive ion etching (REACTIVE ION ETCHING) using the resist film 14 as a mask to obtain a patterned silicon nitride film 13. After this, the resist film 14
To remove.

【0020】図2(c)のように、シリコン窒化膜13
をマスク材として、半導体基板11の表面に対して結晶
学的面異方性エッチング(LSIハンドブック、オーム
社、第264〜265頁参照)を行い、(111)面が
露出するようにV字型の溝15を掘る。ここで、溝15
の谷部において、p型半導体基板12の表面が露出する
ように、n型拡散層12の深さと溝15の深さとを設定
しておく必要がある。これにより、山部に残存したn型
拡散層12は溝15によって相互に分離された状態とな
る。
As shown in FIG. 2C, the silicon nitride film 13 is formed.
Is used as a mask material to perform crystallographic plane anisotropic etching (see LSI Handbook, Ohm Co., pages 264 to 265) on the surface of the semiconductor substrate 11 to form a V-shape so that the (111) plane is exposed. Dig the groove 15. Where the groove 15
It is necessary to set the depth of the n-type diffusion layer 12 and the depth of the groove 15 so that the surface of the p-type semiconductor substrate 12 is exposed at the valley portion of the. As a result, the n-type diffusion layers 12 remaining in the ridges are separated from each other by the grooves 15.

【0021】図2(d)のように、溝15の内部を埋め
るように、CVD法を用いてシリコン酸化膜(Si
2 )16を堆積する。
As shown in FIG. 2D, a silicon oxide film (Si) is formed by the CVD method so as to fill the inside of the groove 15.
O 2 ) 16 is deposited.

【0022】図2(e)のように、摂氏180度でH3
PO4 液を用いて、シリコン窒化膜13を除去し、この
部分の半導体基板11の表面を露出させる。
As shown in FIG. 2E, H 3 is generated at 180 degrees Celsius.
The PO 4 solution is used to remove the silicon nitride film 13 to expose the surface of the semiconductor substrate 11 at this portion.

【0023】図2(f)のように、シリコン酸化膜16
をマスクとして、露出した半導体基板11の表面に対し
て再び結晶学的面異方性エッチングを行う。これによ
り、シリコン酸化膜16で覆われていない半導体基板1
1の表面に、V字型の溝17が形成される。この後、フ
ッ酸を用いてシリコン酸化膜16を除去する。これによ
り、図2(g)に示されたように、2回の結晶学的面異
方性エッチングにより形成された溝15、17によって
n型不純物拡散層12が相互に分離された、鋸歯状の形
状を得ることができる。
As shown in FIG. 2F, the silicon oxide film 16
Using as a mask, the exposed surface of the semiconductor substrate 11 is again subjected to crystallographic plane anisotropic etching. As a result, the semiconductor substrate 1 not covered with the silicon oxide film 16
A V-shaped groove 17 is formed on the surface of 1. After that, the silicon oxide film 16 is removed using hydrofluoric acid. As a result, as shown in FIG. 2 (g), the n-type impurity diffusion layers 12 are separated from each other by the grooves 15 and 17 formed by two crystallographic plane anisotropic etchings. Can be obtained.

【0024】ところで、複数のセルをマトリクス状に基
板の表面に配置するためには、隣接する行に配置される
セル同士の間を、列方向に沿って素子分離する必要があ
る。上述した工程を経て半導体基板の表面を鋸歯状に加
工する前段階として、トレンチ型の列方向の素子分離領
域を行方向に沿って形成する手順について、半導体基板
の平面を示す図4を用いて説明する。ここで、半導体基
板の表面には、予めn型不純物拡散層21が形成されて
いるものとする。
By the way, in order to arrange a plurality of cells in a matrix on the surface of the substrate, it is necessary to separate the cells arranged in adjacent rows from each other along the column direction. As a pre-step of processing the surface of the semiconductor substrate into a sawtooth shape through the above-described steps, the procedure for forming trench-type element isolation regions in the column direction along the row direction will be described with reference to FIG. explain. Here, it is assumed that the n-type impurity diffusion layer 21 is previously formed on the surface of the semiconductor substrate.

【0025】図4(a)に示されたように、半導体基板
の表面に形成されたn型不純物拡散層21上に、最小加
工寸法Fの間隔でパターニングされた列方向に素子分離
するためのレジスト膜22を形成する。このレジスト膜
22をマスクとして半導体基板の表面にエッチングを行
い、トレンチ型の溝を掘る。形成したトレンチ溝を埋め
るように、図4(b)に示されたようにCVD法を用い
てシリコン酸化膜(SiO2 )23を堆積させる。
As shown in FIG. 4A, on the n-type impurity diffusion layer 21 formed on the surface of the semiconductor substrate, elements are isolated in the column direction which is patterned at the interval of the minimum processing dimension F. A resist film 22 is formed. Using the resist film 22 as a mask, the surface of the semiconductor substrate is etched to form a trench type groove. A silicon oxide film (SiO 2 ) 23 is deposited by the CVD method as shown in FIG. 4B so as to fill the formed trench groove.

【0026】図4(c)に示されたように、レジスト膜
22を剥離し、n型不純物拡散層21の表面を露出させ
る。
As shown in FIG. 4C, the resist film 22 is peeled off to expose the surface of the n-type impurity diffusion layer 21.

【0027】列方向の素子分離を行った後、半導体基板
の表面を鋸歯状に加工する。図4(d)のように、行方
向に最小加工寸法Fの間隔で鋸歯状に加工するためのレ
ジスト膜24を形成する。このレジスト膜24をマスク
として、半導体基板の表面に2回の結晶学的異方性エッ
チングを行い、行方向に山部と谷部とが配置されたV字
型の溝を掘る。
After performing element isolation in the column direction, the surface of the semiconductor substrate is processed into a sawtooth shape. As shown in FIG. 4D, a resist film 24 for processing in a sawtooth shape is formed at intervals of the minimum processing dimension F in the row direction. Using the resist film 24 as a mask, the surface of the semiconductor substrate is subjected to two crystallographically anisotropic etchings to dig a V-shaped groove in which peaks and valleys are arranged in the row direction.

【0028】以上のような工程を経ることにより、図5
に示されたように、トレンチ溝による列方向の素子分離
領域が形成され、かつ行方向に山部33と谷部34とが
交互に並ぶ鋸歯状に加工された半導体基板を得ることが
できる。ここで、列方向の素子分離を行った後に、鋸歯
状の加工を行っているが、加工順序を逆にして鋸歯状の
加工を行った後に列方向の素子分離を行ってもよい。
Through the above steps, FIG.
As shown in FIG. 5, it is possible to obtain a semiconductor substrate in which the element isolation regions in the column direction are formed by the trench grooves, and the ridges 33 and the valleys 34 are alternately arranged in the row direction to form a sawtooth shape. Here, although the sawtooth-shaped processing is performed after the element isolation in the column direction, the element isolation in the column direction may be performed after performing the sawtooth-shaped processing by reversing the processing order.

【0029】図5に示されたような、列方向に素子分離
され、かつ行方向に谷部34と山部33とが配置される
ように鋸歯状に加工した後、図1に示されたように、熱
酸化法を用いて、表面全体にシリコン酸化膜58を形成
する。そして、複数の谷部のうち、マスク材を用いて選
択的に金属材料をエピタキシャル成長させ、又はシリコ
ンをエピタキシャル成長あるいはグラフォーエピタキシ
ャル成長させて堆積し、ゲート53を形成する。さらに
表面全体を覆うように、CVD法を用いて図示されてい
ないシリコン酸化膜を堆積する。
After the elements are separated in the column direction as shown in FIG. 5 and processed into a sawtooth shape so that the valley portions 34 and the peak portions 33 are arranged in the row direction, they are shown in FIG. As described above, the silicon oxide film 58 is formed on the entire surface by using the thermal oxidation method. Then, of the plurality of valleys, a metal material is selectively epitaxially grown using a mask material, or silicon is epitaxially grown or graphoepitaxially grown and deposited to form the gate 53. Further, a silicon oxide film (not shown) is deposited by the CVD method so as to cover the entire surface.

【0030】ここで、複数の谷部のうち選択的にゲート
53を形成している。ゲート53が形成された谷部に
は、その両側の山部のn型不純物拡散層から成るソース
52とドレイン51とにより、横型VMOSFET55
が構成されることになる。ゲート53が形成されていな
い谷部59は、その両側の山部のn型不純物拡散層42
及び43を分離することになるので、行方向のV字型素
子分離層59が構成されることになる。
Here, the gate 53 is selectively formed among the plurality of valleys. In the valley portion where the gate 53 is formed, the lateral VMOSFET 55 is formed by the source 52 and the drain 51 which are the n-type impurity diffusion layers on both sides of the valley portion.
Will be configured. The valley portion 59 in which the gate 53 is not formed has the n-type impurity diffusion layer 42 in the mountain portion on both sides thereof.
And 43 are separated, a V-shaped element isolation layer 59 in the row direction is formed.

【0031】以上のような横型VMOSFETとV字型
素子分離層とを有する本実施の形態によれば、図1に示
されたように一つの能動素子が最小加工寸法Fと同一の
大きさで形成される。図6を用いて上述したように、従
来は一つの能動素子を形成するために少なくとも2Fの
大きさが必要であったことと比較し、本実施の形態によ
れば大幅に集積度を向上させることが可能である。
According to this embodiment having the lateral VMOSFET and the V-shaped element isolation layer as described above, one active element has the same size as the minimum processing dimension F as shown in FIG. It is formed. As described above with reference to FIG. 6, in comparison with the conventional case where the size of at least 2F is required to form one active element, the present embodiment significantly improves the degree of integration. It is possible.

【0032】また、上述した製造方法によれば、写真蝕
刻技術の種類によらずに、最小加工寸法Fで一つのトラ
ンジスタを形成することが可能である。従って、電子線
やX線を用いて最小加工寸法Fをより縮小する場合にも
本実施の形態を適用することにより、集積度を高めるこ
とができる。
Further, according to the manufacturing method described above, it is possible to form one transistor with the minimum processing dimension F regardless of the type of the photo-etching technique. Therefore, even when the minimum processing dimension F is further reduced by using an electron beam or an X-ray, the present embodiment can be applied to increase the degree of integration.

【0033】さらに、上記実施の形態による素子構造で
は、隣接する山部のそれぞれの不純物拡散層をその間に
位置するV字型の谷部により分離する構造となっている
ので、パンチスルーを有効に防止することが可能であ
る。
Further, in the element structure according to the above-mentioned embodiment, since the impurity diffusion layers of the adjacent peaks are separated by the V-shaped valleys located between them, punch through is effectively performed. It is possible to prevent.

【0034】上述した横型VMOSFETとV字型素子
分離層とを組み合わせて作成されるCMOS回路の断面
構成を図7に示す。p型半導体基板101の表面が上述
したような手順で鋸歯状に加工されて山部と谷部とが形
成されており、山部にはn型不純物拡散層111、11
2が形成され、あるいはnウエル102の表面部分にp
型不純物拡散層104、105が形成され、それぞれ谷
部により分離されている。谷部に形成されたゲート11
3と、この谷部の両側の山部に形成されたn型不純物拡
散層111及び112とでn型MOSトランジスタ11
4が構成され、このトランジスタ114と隣接するよう
に、谷部に形成されたゲート106と、この谷部の両側
の山部に形成されたp型不純物拡散層104及び105
とでp型MOSトランジスタ107が構成されている。
ここで、n型MOSトランジスタ113の一方の拡散層
111とp型MOSトランジスタ107の一方の拡散層
105とは、金属配線層121により電気的に接続され
ている。さらに、n型MOSトランジスタ114の他方
の拡散層112と隣接する他の拡散層115とは、ゲー
トが形成されていない谷部114により素子分離されて
おり、同様にp型MOSトランジスタ107の他方の拡
散層104と隣接する他の拡散層116とは、ゲートが
形成されていない谷部103によって素子分離されてい
る。
FIG. 7 shows a sectional structure of a CMOS circuit formed by combining the lateral VMOSFET and the V-shaped element isolation layer described above. The surface of the p-type semiconductor substrate 101 is processed into a saw-tooth shape by the above-described procedure to form peaks and valleys, and the n-type impurity diffusion layers 111 and 11 are formed in the peaks.
2 is formed, or p is formed on the surface of the n-well 102.
The type impurity diffusion layers 104 and 105 are formed and are separated by valleys. Gate 11 formed in the valley
3 and the n-type impurity diffusion layers 111 and 112 formed on the peaks on both sides of the valley, the n-type MOS transistor 11
4 is formed, the gate 106 is formed in the valley so as to be adjacent to the transistor 114, and the p-type impurity diffusion layers 104 and 105 are formed in the peaks on both sides of the valley.
And form a p-type MOS transistor 107.
Here, one diffusion layer 111 of the n-type MOS transistor 113 and one diffusion layer 105 of the p-type MOS transistor 107 are electrically connected by the metal wiring layer 121. Further, the other diffusion layer 112 of the n-type MOS transistor 114 and the other diffusion layer 115 adjacent thereto are separated from each other by the valley portion 114 in which the gate is not formed, and similarly, the other diffusion layer 112 of the p-type MOS transistor 107 is separated. The diffusion layer 104 and the other diffusion layer 116 adjacent thereto are isolated from each other by the valley portion 103 in which the gate is not formed.

【0035】このように、本実施の形態をCMOS回路
に適用することにより、1組のn型MOSトランジスタ
114及びp型MOSトランジスタ107と、素子分離
領域として作用する谷部114及び103とを、5Fの
大きさに収めることができる。
As described above, by applying the present embodiment to the CMOS circuit, a set of n-type MOS transistor 114 and p-type MOS transistor 107 and valleys 114 and 103 acting as element isolation regions are formed. It can fit in the size of 5F.

【0036】同様に、上述した横型VMOSFETとV
字型素子分離層とを組み合わせて作成されるDRAM
(DYNAMIC RANDOM ACCESS MEMORY)回路の断面構成を図
8に示す。p型半導体基板130の表面が鋸歯状に加工
されて山部と谷部とが形成されており、山部にはn型不
純物拡散層132及び133、141及び142が形成
され、それぞれ谷部により分離されている。谷部に形成
されたゲート134と、その両側に位置する山部のn型
不純物拡散層132及び133でn型MOSトランジス
タ135が構成され、同様に、谷部に形成されたゲート
143と、その両側に位置する山部のn型不純物拡散層
141及び142でn型MOSトランジスタ137が構
成されている。n型MOSトランジスタ135の一方の
拡散層136と、n型MOSトランジスタ137の一方
の拡散層142とは、ビット線146で接続されてお
り、ビット線146の上面にはシリコン酸化膜144が
形成されている。
Similarly, the above-mentioned lateral VMOSFET and V
DRAM formed by combining with a V-shaped element isolation layer
Fig. 8 shows the cross-sectional structure of the (DYNAMIC RANDOM ACCESS MEMORY) circuit. The surface of the p-type semiconductor substrate 130 is processed into a sawtooth shape to form peaks and valleys, and n-type impurity diffusion layers 132 and 133, 141 and 142 are formed in the peaks, and the valleys form the valleys, respectively. It is separated. The gate 134 formed in the valley and the n-type impurity diffusion layers 132 and 133 on both sides of the gate form an n-type MOS transistor 135. Similarly, the gate 143 formed in the valley and its An n-type MOS transistor 137 is formed by the n-type impurity diffusion layers 141 and 142 located on both sides of the mountain. One diffusion layer 136 of the n-type MOS transistor 135 and one diffusion layer 142 of the n-type MOS transistor 137 are connected by a bit line 146, and a silicon oxide film 144 is formed on the upper surface of the bit line 146. ing.

【0037】また、n型MOSトランジスタ135とn
型MOSトランジスタ137との間には、容量として用
いられるトレンチ溝145が形成されている。トレンチ
溝145は、内部表面にn型不純物拡散層138及びシ
リコン酸化膜141が形成され、その溝の内部を埋める
ように多結晶シリコン142が堆積されている。このよ
うに、DRAMに本実施の形態を適用することで、一つ
のMOSトランジスタと、素子分離として機能する谷部
と、容量としてのトレンチ溝145とを、合せて3Fの
大きさに収めることができる。
The n-type MOS transistor 135 and n
A trench groove 145 used as a capacitor is formed between the MOS transistor 137 and the type MOS transistor 137. The trench groove 145 has an n-type impurity diffusion layer 138 and a silicon oxide film 141 formed on the inner surface, and polycrystalline silicon 142 is deposited so as to fill the inside of the groove. As described above, by applying this embodiment to a DRAM, one MOS transistor, a valley portion functioning as an element isolation, and a trench groove 145 as a capacitance can be accommodated in a total size of 3F. it can.

【0038】次に、本実施の形態によるゲートコンタク
トの形成方法について述べる。上述したように、本実施
の形態によれば最小加工寸法Fの間隔で基板表面が鋸歯
状に加工され、谷部にゲートが形成される。よって、谷
部に形成されたゲートに対して直接ゲートコンタクトを
形成することは寸法上困難である。そこで、以下のよう
な方法により、列方向に分離する素子分離領域におい
て、ゲートに隣接した箇所にゲートコンタクトを形成す
る。
Next, a method of forming a gate contact according to this embodiment will be described. As described above, according to the present embodiment, the substrate surface is processed into the sawtooth shape at the interval of the minimum processing dimension F, and the gate is formed in the valley portion. Therefore, it is dimensionally difficult to form a gate contact directly with respect to the gate formed in the valley. Therefore, a gate contact is formed in a portion adjacent to the gate in the element isolation region that is isolated in the column direction by the following method.

【0039】図9(a)に、素子の平面構成を示す。p
型半導体基板153の表面が、n型不純物拡散層154
が形成された山部151と基板153の表面が露出した
谷部152とが行方向に並ぶように鋸歯状に加工され、
列方向に分離するトレンチ溝が素子分離領域として形成
され、トレンチ溝の内部はシリコン酸化膜155で埋め
込まれている。ここで、トレンチ溝の深さは後述するよ
うに谷部152よりも十分に深く形成されている。
FIG. 9A shows a planar structure of the device. p
The surface of the n-type impurity diffusion layer 154 is formed on the surface of the n-type semiconductor substrate 153.
Are processed into a sawtooth shape so that the peaks 151 in which the ridges are formed and the valleys 152 in which the surface of the substrate 153 is exposed are aligned in the row direction,
A trench groove that separates in the column direction is formed as an element isolation region, and the inside of the trench groove is filled with a silicon oxide film 155. Here, the depth of the trench groove is formed sufficiently deeper than the valley portion 152 as described later.

【0040】図9(b)のように、選択的にマスク材を
形成し、トレンチ溝が形成されている素子分離領域にお
いて、このトレンチ溝よりも浅く面積が小さいトレンチ
溝156を形成する。トレンチ溝156は、ゲートを形
成する谷部に隣接して設けられる。また、このトレンチ
溝156の底部は、谷部152の底面よりも深くなるよ
うに掘る必要がある。さらに、このトレンチ溝156の
底面には、シリコン酸化膜155が十分に堆積されてい
るように、列方向に分離するトレンチ溝は十分な深さを
有する必要がある。
As shown in FIG. 9B, a mask material is selectively formed to form a trench groove 156 shallower than the trench groove and having a smaller area in the element isolation region where the trench groove is formed. The trench groove 156 is provided adjacent to the valley forming the gate. Further, it is necessary to dig the bottom of the trench groove 156 so as to be deeper than the bottom of the valley 152. Further, the trench groove separating in the column direction needs to have a sufficient depth so that the silicon oxide film 155 is sufficiently deposited on the bottom surface of the trench groove 156.

【0041】図9(c)に示されたように、シリコン酸
化膜155が形成された素子分離領域を除く半導体基板
153及び不純物拡散層154の表面全体を覆うよう
に、熱酸化法を用いてシリコン酸化膜158を形成す
る。このシリコン酸化膜158は、トレンチ溝156の
側面において基板が露出した面157にも形成される。
As shown in FIG. 9C, a thermal oxidation method is used so as to cover the entire surfaces of the semiconductor substrate 153 and the impurity diffusion layer 154 except the element isolation region where the silicon oxide film 155 is formed. A silicon oxide film 158 is formed. The silicon oxide film 158 is also formed on the side surface of the trench groove 156 where the substrate is exposed 157.

【0042】次に、図10(a)に示されたように、谷
部152のうちゲートを作成しない部分をマスク材16
1で覆い、ゲートを作成する谷部152はシリコン酸化
膜158の表面を露出させておく。
Next, as shown in FIG. 10A, the portion of the valley portion 152 where the gate is not formed is mask material 16.
The surface of the silicon oxide film 158 is exposed in the valley portion 152 which is covered with 1 and forms the gate.

【0043】図10(b)のように、マスク材161で
覆われておらず、表面がシリコン酸化膜158で覆われ
ている谷部152に、金属材料をエピタキシャル成長法
により堆積し、あるいはシリコンをエピタキシャル成長
させて、選択的に谷部152にゲート172を形成す
る。このとき、同時にゲート172に隣接したトレンチ
溝156の底面に、ゲート172に接続した状態で金属
材料又はシリコンから成る導電膜が堆積される。この
後、マスク材161を剥離する。
As shown in FIG. 10B, a metal material is deposited by an epitaxial growth method or silicon is deposited on the valley portion 152 which is not covered with the mask material 161 and whose surface is covered with the silicon oxide film 158. Epitaxial growth is performed to selectively form the gate 172 in the valley 152. At this time, at the same time, a conductive film made of a metal material or silicon is deposited on the bottom surface of the trench groove 156 adjacent to the gate 172 while being connected to the gate 172. Then, the mask material 161 is peeled off.

【0044】図10(c)に示されたように、列方向に
分離する素子分離領域全体にマスク材182を形成す
る。
As shown in FIG. 10C, a mask material 182 is formed on the entire element isolation region which is separated in the column direction.

【0045】図11(a)のように、マスク材182で
覆われていない領域上にCVD法によりシリコン酸化膜
183を堆積し、平坦化処理を行う。この後、列方向に
分離する素子分離領域全体を覆っているマスク材182
を除去する。
As shown in FIG. 11A, a silicon oxide film 183 is deposited on the region not covered with the mask material 182 by the CVD method and a flattening process is performed. After that, a mask material 182 covering the entire element isolation region that is separated in the column direction is formed.
To remove.

【0046】この後、図11(b)に示されたように、
トレンチ156の底面に形成された導電膜の表面上に、
CVD法等を用いて導電材を堆積してゲートコンタクト
184を形成する。
After this, as shown in FIG. 11 (b),
On the surface of the conductive film formed on the bottom surface of the trench 156,
A gate contact 184 is formed by depositing a conductive material using a CVD method or the like.

【0047】このような手順により、列方向に分離する
素子分離領域において、谷部152に形成されたゲート
172に隣接してトレンチ溝156を形成し、溝156
の底面にゲート172と接続されるように導電膜を形成
し、その表面上にゲートコンタクト184を形成するこ
とで、最小加工寸法Fの間隔で形成されたゲート172
に対してコンタクトをとることができる。
By such a procedure, the trench groove 156 is formed adjacent to the gate 172 formed in the valley 152 in the element isolation region which is isolated in the column direction, and the trench 156 is formed.
A conductive film is formed on the bottom surface of the gate 172 so as to be connected to the gate 172, and a gate contact 184 is formed on the surface of the conductive film, so that the gate 172 formed at the minimum processing dimension F is separated.
Can be contacted.

【0048】上述した実施の形態はいずれも一例であ
り、本発明を限定するものではない。例えば、上述した
製造方法における各種製造条件や膜の材質等は、必要に
応じて変えて設定することができる。
The above-described embodiments are merely examples and do not limit the present invention. For example, various manufacturing conditions, film materials, and the like in the above-described manufacturing method can be changed and set as necessary.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置及びその製造方法によれば、半導体基板の表面部分を
周期的な三角形状を有する鋸歯状に加工し、一つの谷部
を単位として一つの能動素子を構成し、あるいは一つの
谷部を単位として素子分領域を形成することにより、集
積度を向上させることが可能である。
As described above, according to the semiconductor device and the method of manufacturing the same of the present invention, the surface portion of the semiconductor substrate is processed into a sawtooth shape having a periodic triangular shape, and one trough is used as a unit. It is possible to improve the degree of integration by forming one active element or forming an element region by using one trough as a unit.

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

【図1】本発明の一実施の形態により、鋸歯状に加工さ
れた半導体基板の表面部分にMOSFETと素子分離領
域とが選択的に形成された構造を示した縦断面図。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a structure in which a MOSFET and an element isolation region are selectively formed on a surface portion of a semiconductor substrate processed into a sawtooth shape according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態による半導体装置の製造
方法において、半導体基板の表面部分を鋸歯状に加工す
る手順を工程別に示した縦断面図。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing, step by step, a procedure of processing the surface portion of the semiconductor substrate into a sawtooth shape in the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図3】同実施の形態により素子面積が縮小される原理
を示した説明図。
FIG. 3 is an explanatory view showing a principle that the element area is reduced according to the same embodiment.

【図4】同実施の形態による半導体装置の製造方法にお
いて、列方向に分離する素子分離領域を形成する手順を
工程別に示した平面図。
FIG. 4 is a plan view showing the steps of forming an element isolation region that is isolated in the column direction, step by step, in the method for manufacturing the semiconductor device according to the same embodiment;

【図5】同実施の形態による半導体装置の製造方法によ
り、列方向の素子分離領域が形成された場合の平面構造
を示した平面図。
FIG. 5 is a plan view showing a planar structure in the case where element isolation regions in a column direction are formed by the method for manufacturing a semiconductor device according to the same embodiment.

【図6】従来のMOSFETの構造を示した縦断面図。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a conventional MOSFET.

【図7】本発明の一実施の形態による半導体装置をCM
OS回路に適用した場合の構成を示した縦断面図。
FIG. 7 is a CM of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing a configuration when applied to an OS circuit.

【図8】本発明の一実施の形態による半導体装置をDR
AMに適用した場合の構成を示した縦断面図。
FIG. 8 illustrates a semiconductor device DR according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a configuration when applied to AM.

【図9】本発明の一実施の形態による半導体装置の製造
方法によりゲートコンタクトを形成する手順を工程別に
示した縦断面図。
FIG. 9 is a vertical cross-sectional view showing the steps of forming a gate contact according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施の形態による半導体装置の製
造方法によりゲートコンタクトを形成する手順を工程別
に示した縦断面図。
FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing steps of forming a gate contact by the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施の形態による半導体装置の製
造方法によりゲートコンタクトを形成する手順を工程別
に示した縦断面図。
FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing the steps of forming a gate contact according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、11、31、41、101、130、153
p型半導体基板 12、21、32、42、111、112、115、1
16、132、133、141、142、154 n型
不純物拡散層 13 シリコン窒化膜 14 レジスト膜 15、17 溝 16、23、141、155 シリコン酸化膜 22、24 レジスト膜 33、151 山部 34、59、152 谷部 51 n型不純物拡散層(ドレイン) 52 n型不純物拡散層(ソース) 53、113、134、143、172 ゲート 55、135、137 n型MOSトランジスタ 56、103、114 素子分離領域 58、144、155、157、158、183 シリ
コン酸化膜 102 nウエル 104、105 p型不純物拡散層 121 金属配線層 142 多結晶シリコン膜 146 ビット線 156 トレンチ溝 161、182 マスク材 F 最小加工寸法
1, 2, 11, 31, 41, 101, 130, 153
p-type semiconductor substrate 12, 21, 32, 42, 111, 112, 115, 1
16, 132, 133, 141, 142, 154 n-type impurity diffusion layer 13 silicon nitride film 14 resist film 15, 17 trenches 16, 23, 141, 155 silicon oxide film 22, 24 resist film 33, 151 peaks 34, 59 , 152 valley portion 51 n-type impurity diffusion layer (drain) 52 n-type impurity diffusion layer (source) 53, 113, 134, 143, 172 gates 55, 135, 137 n-type MOS transistors 56, 103, 114 element isolation region 58 144, 155, 157, 158, 183 Silicon oxide film 102 N well 104, 105 p-type impurity diffusion layer 121 Metal wiring layer 142 Polycrystalline silicon film 146 Bit line 156 Trench groove 161, 182 Mask material F Minimum processing size

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−43677(JP,A) 特開 平3−241872(JP,A) 特開 平7−183499(JP,A) 特開 昭55−65465(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/76 H01L 21/8238 H01L 27/092 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) Reference JP-A-4-43677 (JP, A) JP-A-3-241872 (JP, A) JP-A-7-183499 (JP, A) JP-A-55- 65465 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/76 H01L 21/8238 H01L 27/092

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】周期的な三角形状を有する鋸歯状に表面が
加工されて、列方向に沿ってそれぞれ延在する山部と谷
部とが行方向に交互に形成されており、 前記谷部において絶縁膜を介して列方向に延在するよう
に形成されたゲートと、前記ゲートが形成された前記谷
部における二つの側面に沿うそれぞれの山部に形成され
たソース及びドレインとを含む能動素子と、 前記谷部において行方向に対して選択的に絶縁物が埋め
込まれて形成され、二つの前記能動素子の間、あるいは
行方向に沿って前記谷部の二つの側面にそれぞれ配置さ
れた不純物層の間を電気的に分離する素子分離層と、 を備えることを特徴とする半導体装置。
1. A surface is processed into a sawtooth shape having a periodic triangular shape, and peaks and valleys extending in the column direction are alternately formed in the row direction. An active layer including a gate formed so as to extend in the column direction through an insulating film, and a source and a drain formed in each mountain portion along two side surfaces in the valley portion in which the gate is formed. An element and an insulator are formed by being embedded selectively in the row direction in the valley portion, and are respectively arranged between the two active elements or on two side surfaces of the valley portion along the row direction. A semiconductor device comprising: an element isolation layer that electrically isolates the impurity layers from each other.
【請求項2】前記能動素子が、 隣接する第1及び第2の山部に形成された第1導電型の
不純物拡散層と、前記第1及び第2の山部の間の第1の
谷部内に形成された第2導電型の不純物拡散層と、前記
絶縁膜を介して列方向に沿って前記第1の谷部内に形成
された第1のゲートとを含む第1導電型の能動素子と、 隣接する第3及び第4の山部に形成された第2導電型の
不純物拡散層と、前記第3及び第4の山部の間の第2の
谷部内に形成された第1導電型の不純物拡散層と、前記
絶縁膜を介して列方向に沿って前記第2の谷部内に形成
された第2のゲートとを含む第2導電型の能動素子と、 を備えることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The active element comprises a first conductivity type impurity diffusion layer formed in adjacent first and second crests and a first valley between the first and second crests. First-conductivity-type active element including a second-conductivity-type impurity diffusion layer formed in the trench and a first gate formed in the first valley along the column direction through the insulating film A second conductivity type impurity diffusion layer formed in the adjacent third and fourth peaks, and a first conductivity formed in the second valley between the third and fourth peaks. A second conductivity type active element including a second impurity type diffusion layer and a second gate formed in the second valley along the column direction via the insulating film. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】周期的な三角形状を有する鋸歯状に加工さ
れた表面において、 行方向に沿って延在する前記谷部内に、この谷部より深
く絶縁物が埋め込まれて形成された列方向の素子分離領
域をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。
3. A column direction in which an insulator is embedded deeper than the valleys in the valleys extending along the row direction on a sawtoothed surface having a periodic triangular shape. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an element isolation region.
【請求項4】前記能動素子において流れる駆動電流の方
向は、前記駆動電流を高めるため、また前記能動素子の
占有面積を縮小するため、周期的な三角形状を有する鋸
歯状に加工された前記表面の行方向であることを特徴と
する請求項1記載の半導体装置。
4. The surface of the sawtoothed surface having a periodic triangular shape in order to increase the drive current and to reduce the area occupied by the active element in the direction of the drive current flowing in the active element. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is in the row direction.
【請求項5】不純物拡散層が表面に形成された半導体基
板の表面を、周期的な三角形状を有する鋸歯状に加工
し、前記不純物拡散層から成る山部と、前記不純物拡散
層を分離する谷部とを形成する工程と、 前記谷部のうち、選択的に所定の箇所にゲートを形成す
る工程と、 を備え、 前記ゲートが形成された谷部において、この谷部の両側
の山部の前記不純物拡散層と前記ゲートとで能動素子を
構成し、前記ゲートが形成されていない山部を素子分離
領域とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. The surface of a semiconductor substrate having an impurity diffusion layer formed on the surface thereof is processed into a sawtooth shape having a periodic triangular shape to separate the peak portion formed of the impurity diffusion layer and the impurity diffusion layer. A step of forming a trough, and a step of selectively forming a gate in a predetermined portion of the trough, wherein in the trough in which the gate is formed, peaks on both sides of the trough are formed. 2. The method for manufacturing a semiconductor device, wherein: the impurity diffusion layer and the gate form an active element, and a mountain portion where the gate is not formed is used as an element isolation region.
【請求項6】半導体基板の表面部分に不純物を導入し、
不純物拡散層を形成する工程と、 前記不純物拡散層の表面上に、所定の間隔で所定形状に
パターニングしたマスク材を形成する工程と、 前記マスク材をマスクとして前記半導体基板の表面部分
に結晶異方性エッチングを行い、前記不純物拡散層より
深いV字型の溝を掘る工程と、 前記溝の内部を第1の絶縁膜で埋める工程と、 前記マスク材を除去し、前記半導体基板の表面を露出さ
せる工程と、 前記第1の絶縁膜で覆われておらず表面が露出した前記
半導体基板の表面部分に結晶異方性エッチングを行い、
前記不純物拡散層より深いV字型の溝を掘る工程と、 前記第1の絶縁膜を除去し、所定の間隔で山部と谷部と
が周期的に配置された鋸歯状半導体基板とする工程と、 前記半導体基板の表面を覆うように第2の絶縁膜を形成
する工程と、 前記半導体基板の表面における前記谷部のうち、選択的
に所定の箇所に前記第2の絶縁膜上にゲートを形成する
工程と、 を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. An impurity is introduced into a surface portion of a semiconductor substrate,
Forming an impurity diffusion layer, forming a mask material patterned on the surface of the impurity diffusion layer in a predetermined shape at predetermined intervals, and crystallizing the surface portion of the semiconductor substrate with the mask material as a mask. Isotropic etching is performed to dig a V-shaped groove deeper than the impurity diffusion layer, a step of filling the inside of the groove with a first insulating film, the mask material is removed, and the surface of the semiconductor substrate is removed. Exposing, and performing crystal anisotropic etching on the surface portion of the semiconductor substrate which is not covered with the first insulating film and whose surface is exposed,
A step of digging a V-shaped groove deeper than the impurity diffusion layer, a step of removing the first insulating film, and making a sawtooth semiconductor substrate in which peaks and valleys are periodically arranged at a predetermined interval. And a step of forming a second insulating film so as to cover the surface of the semiconductor substrate, and a gate on the second insulating film at a predetermined location selectively in the valley portion on the surface of the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項7】不純物拡散層が表面に形成された半導体基
板の表面上に、列方向に素子分離するための第1のレジ
スト膜を形成する工程と、 前記第1のレジスト膜で覆われていない前記半導体基板
の表面部分に、底面に前記半導体基板の表面が露出する
ようにトレンチ型の溝を掘る工程と、 前記溝の内部を第1の絶縁膜で埋める工程と、 前記第1のレジスト膜を除去する工程と、 所定の間隔で行方向に周期的な三角形状を有する鋸歯状
に前記半導体基板の表面を加工するための第2のレジス
ト膜を形成する工程と、 前記第2のレジスト膜で覆われていない前記半導体基板
の表面部分にエッチングを行い、底面に前記半導体基板
の表面が露出するように前記不純物拡散層より深いV字
型の溝を掘る工程と、 前記V字型の溝の内部を絶縁膜で埋める工程と、 前記第2のレジスト膜を除去し、前記半導体基板の表面
を露出させる工程と、 前記絶縁膜で覆われておらず、表面が露出した前記半導
体基板の表面部分に結晶異方性エッチングを行い、前記
不純物拡散層より深いV字型の溝を掘る工程と、 を備え、前記トレンチ型の溝により列方向に分離され、
かつ行方向に所定の間隔で山部と谷部とが周期的に配置
された鋸歯状半導体基板とし、 さらに、前記半導体基板の表面を覆うように第2の絶縁
膜を形成する工程と、 前記半導体基板の表面における前記谷部のうち、選択的
に所定の箇所に前記第2の絶縁膜上にゲートを形成する
工程と、 を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A step of forming a first resist film for isolating elements in the column direction on the surface of a semiconductor substrate having an impurity diffusion layer formed on the surface, and the step of covering with the first resist film. A step of digging a trench type groove so that the surface of the semiconductor substrate is exposed at the bottom surface in the surface portion of the semiconductor substrate which is not present; a step of filling the inside of the groove with a first insulating film; A step of removing the film, a step of forming a second resist film for processing the surface of the semiconductor substrate into a sawtooth shape having a periodic triangular shape in the row direction at predetermined intervals, the second resist Etching a surface portion of the semiconductor substrate not covered with a film, and digging a V-shaped groove deeper than the impurity diffusion layer so that the surface of the semiconductor substrate is exposed at the bottom surface; The inside of the groove is filled with an insulating film And a step of exposing the surface of the semiconductor substrate by removing the second resist film, and crystal anisotropy on the surface portion of the semiconductor substrate which is not covered with the insulating film and whose surface is exposed. Etching, and digging a V-shaped groove deeper than the impurity diffusion layer, and separated in the column direction by the trench-shaped groove,
A sawtooth semiconductor substrate in which ridges and valleys are periodically arranged at predetermined intervals in the row direction, and further, forming a second insulating film so as to cover the surface of the semiconductor substrate, And a step of selectively forming a gate on the second insulating film at a predetermined location in the valley on the surface of the semiconductor substrate.
【請求項8】列方向に素子分離し内部が第1の絶縁膜で
埋め込まれた第1のトレンチ溝が形成され、かつ行方向
に所定の間隔で山部と谷部とが周期的な三角形状を有す
る鋸歯状に配置され、前記山部には不純物拡散層が形成
され谷部により相互に分離された半導体基板の表面部分
において、前記第1のトレンチ溝が形成された領域に、
谷部の底面よりも深い第2のトレンチ溝を、ゲートを形
成する谷部に隣接して掘る工程と、前記絶縁膜で覆われ
ていない前記半導体基板の山部及び谷部の表面上に第2
の絶縁膜を形成する工程と、 谷部のうち、ゲートを形成しない所定の谷部を第1のマ
スク材で覆う工程と、 谷部のうち、前記第1のマスク材で覆われていない谷部
と、この谷部に隣接する前記第2のトレンチ溝の底面と
に導電材を堆積することで、この谷部の底面にゲートを
形成すると共に、前記第2のトレンチ溝の底面にゲート
と接続した導電膜を形成する工程と、 前記第1のマスク材を除去し、前記第1のトレンチ溝が
形成された領域全体を覆うように第2のマスク材を形成
する工程と、 前記第2のマスク材で覆われていない部分に第3の絶縁
膜を堆積し、平坦化処理を行った後、前記第2のマスク
材を除去する工程と、 前記第2のトレンチ溝の底面に形成された導電膜の表面
上に導電材を堆積して、ゲートコンタクトを形成する工
程と、 を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A first trench groove is formed in which elements are isolated in the column direction and the inside is filled with a first insulating film, and the peaks and valleys are periodic at predetermined intervals in the row direction. In a surface portion of the semiconductor substrate which is arranged in a sawtooth shape having a shape, an impurity diffusion layer is formed in the peak portion and is separated from each other by a valley portion, in a region where the first trench groove is formed,
A step of digging a second trench groove deeper than the bottom surface of the valley portion adjacent to the valley portion forming the gate, and a step of forming a second trench groove on the surface of the peak portion and the valley portion of the semiconductor substrate not covered with the insulating film. Two
The step of forming an insulating film, the step of covering a predetermined valley portion of the valley portion where a gate is not formed with the first mask material, and the step of forming the valley portion not covered with the first mask material. And a bottom surface of the second trench groove adjacent to the valley portion to form a gate on the bottom surface of the valley portion and a gate on the bottom surface of the second trench groove. Forming a connected conductive film; removing the first mask material and forming a second mask material so as to cover the entire region where the first trench groove is formed; A step of depositing a third insulating film on a portion which is not covered with the mask material, performing a planarization process, and then removing the second mask material, and forming a third insulating film on the bottom surface of the second trench groove. The process of depositing a conductive material on the surface of the conductive film to form a gate contact. The method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a, the.
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