JP4078721B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型チャネルによる電界効果トランジスタ構成の半導体装置とその製造方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】
通常一般の電界効果トランジスタは、そのチャネルが半導体基板の面方向に沿って形成される。この構成による場合、その占有面積の充分な縮小化を図ることができず、また、集積回路において、充分な高密度化が図られない。また、高密度化を図るとき、充分に大なるチャネル幅を確保できなくなって、カットオフ周波数を充分高くすることが困難となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、縦型チャネル構成とし、100nmに及ぶチャネル幅を得ることができ、従来の平面チャネル構成によるトランジスタに比し、カットオフ周波数の向上をはかるとができ、しかも、再現性良く均一な特性の半導体装置を、量産的に得ることができる半導体装置とその製造方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置は、半導体上に、柱状半導体が形成され、この柱状半導体の全周面にゲート絶縁層が形成された構成とする。
そして、このゲート絶縁層の外周面にゲート導電層が形成される。
また、柱状半導体およびゲート導電層外周に、絶縁層が形成される。しかしながら、この絶縁層の上面には、柱状半導体およびゲート導電層の上端が露呈される。
また、この絶縁層上に、ゲート導電層に連接するゲート電極取出し導電層が形成され、このゲート電極取出し導電層を埋込んで、上述の柱状半導体およびその外周のゲート導電層の外周に形成した埋込み絶縁層上に、表面絶縁層が形成される。
【0005】
この表面絶縁層の、ゲート電極取出し導電層上と柱状半導体上とに、それぞれ連通する第1および第2のコンタクト孔が開口され、表面絶縁層と埋込み絶縁層に対し、柱状半導体の形成部外の上記半導体上に、第3のコンタクト孔が開口される。
そして、第1のコンタクト孔を通じてゲート電極がゲート電極取出し導電層にコンタクトされ、第2および第3のコンタクト孔を通じて、柱状半導体の上端と、この柱状半導体の形成部外の半導体上とにソースもしくはドレイン電極がコンタクトされた構成とする。
【0006】
また、本発明による半導体装置の製造方法は、半導体上に柱状半導体を形成する工程と、柱状半導体の周囲を酸化してゲート絶縁層を形成する工程と、このゲート絶縁層の外周にゲート導電層を形成する工程と、柱状半導体および上記ゲート導電層を埋込み、柱状半導体およびゲート導電層の上端を表面に露出する埋込み絶縁層を形成する工程と、この埋込み絶縁層上に、上記ゲート導電層に連接するゲート電極取出し導電層を形成する工程と、このゲート電極取出し導電層を埋込んで埋込み絶縁層上に、表面絶縁層を形成する工程と、この表面絶縁層の柱状半導体上とゲート電極取出し導電層上に第1および第2のコンタクト孔を開口し、表面絶縁層と埋込み絶縁層に差し渡って柱状半導体の形成外の半導体上に第3のコンタクト孔を開口する工程と、第1のコンタクト孔を通じてゲート電極をゲート電極取出し導電層にコンタクトし、第2および第3のコンタクト孔を通じて柱状半導体の上端と、この柱状半導体の形成部外の半導体にソース電極あるいはドレイン電極をコンタクトする工程を経て目的とする半導体装置を構成する。
【0007】
すなわち、上述の本発明の構成においては、半導体上に柱状半導体を形成し、この半導体と柱状半導体の上端とをソースおよびドレイン領域の一方と他方とするものであり、柱状半導体の周面にゲート絶縁層とゲート導電層とを形成する構成とすることにより、縦型のチャネルを構成し、このチャネル幅は、柱状半導体の周囲長となることから、このチャネル幅を大とすることができる。
【0008】
また、本発明製造方法では、その製造において、半導体上に柱状半導体を形成する方法を採るものであり、この方法は、均一で再現性にすぐれた柱状半導体を製造方法によることから、均一に設計通りの半導体装置を製造することができるものである。
【0009】
尚、各第1〜第3のコンタクト孔の開口順や、各電極の形成順は問わないものであり、各コンタクト孔を同時に開口するとか、各電極を同時に形成することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明による半導体装置とその製造方法の実施の形態を説明するが、これに先立ち、本発明製造方法における柱状半導体の作製方法について説明する。
この柱状半導体の作製においては、VLS(Vapor Liquid Solid)法が用いられる。このVLS法は、本出願人による出願、特願平8−325555号出願、および特願平9−256045号出願等で提案した方法によることができる。
【0011】
図5は、基板1上に柱状半導体2を形成する方法の一例の工程図を示す。
この基板1は、例えば比抵抗ρ=0.4Ω・cmを有し、その一主面1aが、{111}結晶面とされたSi半導体基板が用いられる。この基板1の一主面1aは研磨され、更に例えばアセトンによって洗浄され、硝酸と弗酸の混合液によってエッチングされ、表面酸化膜が除去される。このようにして、基板1に対する前処理がなされる。
【0012】
図5Aに示すように、この基板1の主面1aに、後述するSiと溶融合金滴を形成するために、柱状半導体の成長の触媒となる金属の例えばAuを蒸着して直径0.6nm程度の粒子による金属層5を被着形成する。
その後、基板温度を300℃〜900℃、例えば520℃の加熱下で、Siの原料ガス、特にシラン(Sin H2n+2)、例えばモノシラン,ジシラン,トリシランの1種以上を供給し、原料ガスの熱分解を行う。この場合、Siの原料ガスの供給は、その分圧が、0.5mTorr以上の例えば10mTorrとする。このようにすると、図5Bに示すように、溶融合金滴3が形成される。
続いて図5Cに示すように、基板1を加熱した状態で、上述の原料ガスを供給し続けると、溶融合金滴3の形成部に、その溶融合金滴3のAuによる触媒作用によってシランの分解が生じ、此処にSiによる柱状半導体2が成長する。この柱状半導体2は、その軸方向が、<111>方向に形成される。
【0013】
この柱状半導体2は、例えば1時間の成長速度で、その長さ(高さ)が、1μm程度に成長される。その直径は、10nm〜100nmの範囲で形成することができる。
【0014】
また、図5で説明した例では、基板1に全面的に、溶融合金滴3を形成する金属層5を蒸着した場合であるが、この場合、発生する溶融合金滴3、したがって、柱状半導体2が、目的とする位置に必ずしも形成されない。このような不都合を回避するには、金属層5の形成位置を規制し、目的とする位置に溶融合金滴3、したがって、柱状半導体2を形成する方法を採ることができる。この場合の一例を図6を参照して説明する。
【0015】
この場合、図6Aに示すように、例えば図5で説明したと同様の基板1上に、位置規制膜31を形成する。この位置規制膜31は、例えばSiO2 膜を100nm程度の厚さに形成し、例えばフォトリソグラフィによるパターンエッチングを行って、最終的に柱状半導体2を形成する部分に透孔31aを形成し、これら透孔31aを通じて、基板1の表面の限定された一部を外部に露呈する。この透孔は、例えば直径1μm〜0.8μmとする。
【0016】
位置規制膜31に対する透孔31aの形成の後、基板1を洗浄し、乾燥し、例えば真空中で700℃に加熱して表面を清浄化し、柱状半導体の成長の触媒となる金属の例えばAuを蒸着して例えば厚さ0.6nmの金属層5を形成する。このとき、Au金属層5は、SiO2 による位置規制膜31上には形成されず、透孔31aを通じて基板1の表面、すなわち半導体が露呈した部分にのみ選択的に金属層5が形成される。
【0017】
次に、前述したSiの原料ガス、例えばSiH4 を供給し、例えば700℃で例えば30分間の熱処理を行う。このようにすると、図11Bに示すように、位置規制膜31の透孔31a内に、SiとAuの溶融合金滴3が形成される。このようにして、溶融合金滴3の形成位置を規定することができる。したがって、その後、前述した柱状半導体2の成長を行えば、この柱状半導体2の形成位置もこの位置に規定される。
そして、位置規制膜31は、適当な工程で、エッチングによって排除することができる。
【0018】
本発明による半導体装置の一例を、本発明製造方法の一例と共に、図1〜図4を参照して説明する。しかしながら、本発明は、この例に限られるものではない。
図1Aに示すように、基体1が用意される。この基体1は、その一主面1aが、{111}結晶面とされた半導体より成る。図1の例では、{111}Si基板の一方の面から、酸素イオン注入がなされ、所要の深さにSiO2 による絶縁層11が形成され、その主面1aに半導体層12が残されたいわゆるSIMOX(Separation by Implanted Oxygen)構造による基板によって構成することができる。
【0019】
図1Bに示すように、半導体層12に対して例えばフォトリソグラフィによるパターンエッチングを行って、目的とする半導体素子を構成する部分を残し、他の素子との分離領域をエッチング除去する。
【0020】
その後、この半導体層12の表面による主面1aに、前述した前処理を行い、例えば図5A〜Cで示した方法によって、図1Cに示すように、半導体層12上に柱状半導体2を形成する。
【0021】
この柱状半導体2の先端には、溶融合金滴3が残されることによって、これを塩酸および硝酸の混合液によって除去する。その後、酸化処理を行って、図1Dに示すように、半導体層12および柱状半導体2の全表面にSiO2 による絶縁層13を形成する。この場合、その酸化処理条件は、柱状半導体2の周面に形成される絶縁層13がゲート絶縁層13gとして機能する厚さとなるように選定される。
【0022】
図2Aに示すように、柱状半導体2の周囲に、ゲート導電層14を形成する。このゲート導電層14は、基体1上に全面的に、例えば多結晶Si半導体層を、CVD(Chemical Vapor Deposition) 法等によって成膜し、エッチバックすることによって、柱状半導体2の周囲にいわゆるサイドウオールを形成する。
すなわち、例えばCVD法によって多結晶Siを成膜すると、CVD法による多結晶Siの堆積は、ほぼ等方的になされることから、柱状半導体2の側面に成膜された多結晶Si膜も、他部とほぼ同等の厚さとなるが、柱状半導体2の軸方向に沿う方向の見掛け上の厚さは、例えば柱状半導体2の頂面や、半導体層12の平坦面上における厚さより、充分大となる。そこで、この多結晶Siに対して、基板1の面方向(柱状半導体2の軸方向)に沿うエッチバックを行うと、その見掛け上の厚さが大きい、柱状半導体2の周面に形成された多結晶Siのみをサイドウオールとして残すことができる。この多結晶Siは、その堆積時に、不純物をドーピングすることによってこれに導電性を付与することができるし、これに加えて、あるいはこのドーピングを行うことなく、次工程のイオン注入による不純物ドーピングによって、この多結晶Siに導電性を付与して、ゲート導電層14として構成する。
【0023】
次に、図2Bに示すように、不純物、例えばn型の不純物をイオン注入して、ゲート導電層14を構成する多結晶Siと、柱状半導体2の頂部と、半導体層12の、柱状半導体2およびゲート導電層14の形成部より外周の部分とに、不純物のドーピングを行う。このようにして、柱状半導体2の頂部と、半導体層12の外周部とに、一方をソース領域とし、他方をドレイン領域とする、ソースないしはドレイン領域(以下S/D領域という)15および16を形成する。
【0024】
その後、図2Cに示すように、柱状半導体2およびその外周のゲート導電層14を埋込みように、SiO2 等の埋込み絶縁層17をCVD法等によって形成する。
【0025】
図2Dに示すように、この埋込み絶縁層17をその表面から、化学的機械的研磨いわゆるCMP(Chemical Mechanical Polishing)によって柱状半導体2の頂部のS/D領域15が露呈する位置まで、平坦に研磨する。
【0026】
更に、図3Aに示すように、そのCMPによる平坦な研磨面をエッチバックして、ゲート導電層14の上端の一部を外部に露呈させる。
【0027】
図3Bに示すように、埋込み絶縁層17上に、例えば不純物ドーピングがなされた多結晶Siによる導電層18をCVD法によって全面的に形成する。
【0028】
図3Cに示すように、更に、この導電層18を、所要の厚さにCMPによって全面的に研磨して、その表面を平坦化する。
【0029】
その後、図3Dに示すように、導電層18を、ゲート導電層14にコンタクトされた所要のパターンに、例えばフォトリソグラフィによるパターンエッチングを行ってゲート電極取出し導電層とする。
【0030】
また、必要に応じて、すなわち導電層18の多結晶Siを、不純物がドーピングされていないか、あるいは不純物ドーピングがなされていても、さらにその比抵抗の低下を図って、領域15および16と同導電型の不純物のイオン注入を行って導電層18の低比抵抗化を図る。
【0031】
図4Bに示すように、全面的に例えばSiO2 を熱酸化もしくはCVD法によって形成し、表面絶縁層19を形成する。
【0032】
図4Cに示すように、表面絶縁層19の、ゲート電極取出し導電層18上と、柱状半導体2の上端(頂部)のS/D領域15上とに限定的にそれぞれこれらに連通する第1および第2のコンタクト孔21および22を開口し、更に表面絶縁層19とその下の埋込み絶縁層17に、S/D領域16に連通する第3のコンタクト孔23を開口する。
そして、これらコンタクト孔21と、コンタクト孔22および23を通じて、ゲート電極取出し導電層18上と、S/D領域15および16とに、それぞれ例えば金属電極よりなるゲート電極24、ソースないしはドレイン電極25および26ををオーミックにコンタクトする。
このようにすると、柱状半導体2の上端と基部側をそれぞれソースないしはドレイン領域とし、柱状半導体2の周面にその軸方向に沿ってゲート絶縁層13gを介してゲート導電層14が形成されて、縦型のチャネルが形成された目的とする半導体素子が、基体1上に形成された半導体装置が構成される。
【0033】
このようにして構成された半導体装置は縦型チャネル構成とされることによって、その基体1における占有面積を小とすることができるにもかかわらず、その柱状半導体2の周面にチャネルが形成されることから、そのチャネル幅を100nmに及ぶ幅広のチャネル幅を得ることができる。
したがって、従来の平面チャネル構成によるトランジスタに比し、カットオフ周波数の向上をはかるとができる。
【0034】
上述した柱状半導体2の製造において、Siの原料ガスとして、シランを用いることによって、従前におけるように、化学的に安定した塩化珪素ガスを用いる場合に比し、充分低い温度で、しかも充分細い柱状半導体を構成することができるものである。
【0035】
また、図1〜図4では、1つの半導体素子が基体1上に形成された状態を示した場合であるが、共通の基体1に、同時に複数の同様に縦型チャネルの電界効果素子を形成し、その後、各素子に関して分断することもできるし、あるいは複数の同様の素子を形成することにより、あるいは、更に共通の基体1に他の半導体素子等を形成した半導体集積回路を構成することもできる。
【0036】
また、柱状半導体2の形成方法としては、例えば図6で説明した方法によることもできるなど、本発明装置および本発明方法は上述した例に限られるものではない。
【0037】
尚、上述した例では、溶融合金滴3の形成において、Si原料ガスを供給しつつ溶融合金滴を形成した場合であるが、Si半導体基体上に柱状半導体を形成する場合においは、このSi半導体のSiと、触媒金属の例えばAuとの合金によって溶融合金滴3を形成してから、Si原料ガスを供給する方法を採ることができる。
【0038】
【発明の効果】
上述したように、本発明構成によれば、縦型チャネル構成とされることによって、その基体1における占有面積を小とすることができるにもかかわらず、その柱状半導体2の周面にチャネルが形成されることから、そのチャネル幅を100nmに及ぶ幅広のチャネル幅を得ることができる。
したがって、従来の平面チャネル構成によるトランジスタに比し、コンダクタンスの向上、カットオフ周波数の向上をはかるとができる。
【0039】
また、上述の本発明製造方法によれば、柱状半導体によって構成するものであり、この柱状半導体を、上述したVLS法によって構成することによって、再現性に優れ、均一に構成することができるので、安定して、上述した目的とする特性の半導体装置を、量産的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】A〜Dは、それぞれ本発明装置の一例の一製造方法の要部の工程における概略断面図である。
【図2】A〜Dは、それぞれ本発明装置の一例の一製造方法の要部の工程における概略断面図である。
【図3】A〜Dは、それぞれ本発明装置の一例の一製造方法の要部の工程における概略断面図である。
【図4】A〜Cは、それぞれ本発明装置の一例の一製造方法の要部の工程における概略断面図である。
【図5】A〜Cは、本発明の説明に供する柱状半導体の製造方法の一例の各工程図である。
【図6】AおよびBは、本発明の説明に供する柱状半導体の製造方法の一例の各工程図である。
【符号の説明】
1・・・基板、1a・・・主面、2・・・柱状半導体、3・・・溶融合金滴、4・・・側面、5・・・金属層、11・・・絶縁層、12・・・半導体層、13絶縁層、13g・・・ゲート絶縁層、14・・・ゲート導電層、15,16・・・ソースないしはドレイン領域、17・・・埋込み絶縁層、18・・・ゲート電極取出し導電層、19・・・表面絶縁層、21・・・第1のコンタクト孔、22・・・第2のコンタクト孔、23・・・第3のコンタクト孔、24・・・ゲート電極、25,26・・・ソースないしはドレイン電極
31・・・位置規制膜、31a・・・透孔、32・・・電極導電層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having a field effect transistor structure using a vertical channel and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Usually, the field effect transistor has a channel formed along the surface direction of the semiconductor substrate. In this configuration, the occupied area cannot be sufficiently reduced, and sufficient density cannot be increased in the integrated circuit. Also, when increasing the density, it becomes difficult to secure a sufficiently large channel width, and it becomes difficult to sufficiently increase the cutoff frequency.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has a vertical channel configuration, can obtain a channel width of up to 100 nm, can improve the cutoff frequency as compared with a transistor having a conventional planar channel configuration, and is uniform with good reproducibility. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of mass-producing a semiconductor device having characteristics and a manufacturing method thereof.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor device according to the present invention has a structure in which a columnar semiconductor is formed on a semiconductor, and a gate insulating layer is formed on the entire peripheral surface of the columnar semiconductor.
A gate conductive layer is formed on the outer peripheral surface of the gate insulating layer.
In addition, an insulating layer is formed on the outer periphery of the columnar semiconductor and the gate conductive layer. However, the upper ends of the columnar semiconductor and the gate conductive layer are exposed on the upper surface of the insulating layer.
Further, a gate electrode extraction conductive layer connected to the gate conductive layer is formed on the insulating layer, and the gate electrode extraction conductive layer is embedded and formed on the outer periphery of the above-described columnar semiconductor and the outer periphery of the gate conductive layer. A surface insulating layer is formed on the buried insulating layer.
[0005]
First and second contact holes communicating with the surface insulating layer on the gate electrode extraction conductive layer and the columnar semiconductor are opened, respectively, and the surface insulating layer and the buried insulating layer are formed outside the columnar semiconductor forming portion. A third contact hole is opened on the semiconductor.
Then, the gate electrode is brought into contact with the gate electrode take-out conductive layer through the first contact hole, and the source or the upper side of the columnar semiconductor and the semiconductor outside the columnar semiconductor formation portion through the second and third contact holes. The drain electrode is in contact.
[0006]
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a columnar semiconductor on the semiconductor, a step of oxidizing the periphery of the columnar semiconductor to form a gate insulating layer, and a gate conductive layer on the outer periphery of the gate insulating layer. Forming a buried insulating layer in which the columnar semiconductor and the gate conductive layer are embedded, and the upper ends of the columnar semiconductor and the gate conductive layer are exposed to the surface, and the gate conductive layer is formed on the buried insulating layer. A step of forming a gate electrode extraction conductive layer to be connected; a step of embedding the gate electrode extraction conductive layer to form a surface insulating layer on the embedded insulating layer; and a step of extracting the gate electrode on the columnar semiconductor of the surface insulating layer First and second contact holes are opened on the conductive layer, and a third contact hole is opened on the semiconductor outside the columnar semiconductor formation across the surface insulating layer and the buried insulating layer. A gate electrode through the first contact hole to contact the gate electrode and the conductive layer, and through the second and third contact holes, the upper end of the columnar semiconductor and the semiconductor outside the columnar semiconductor formation portion to the source electrode or A target semiconductor device is formed through a process of contacting the drain electrode.
[0007]
That is, in the configuration of the present invention described above, a columnar semiconductor is formed on a semiconductor, and the semiconductor and the upper end of the columnar semiconductor are used as one of the source and drain regions and the other, and a gate is formed on the peripheral surface of the columnar semiconductor. By forming the insulating layer and the gate conductive layer, a vertical channel is formed, and the channel width becomes the peripheral length of the columnar semiconductor, so that the channel width can be increased.
[0008]
In the manufacturing method of the present invention, a method of forming a columnar semiconductor on a semiconductor is employed in the manufacturing. Since this method uses a manufacturing method of a columnar semiconductor that is uniform and excellent in reproducibility, it is designed uniformly. The same semiconductor device can be manufactured.
[0009]
The order in which the first to third contact holes are opened and the order in which the electrodes are formed are not limited, and the contact holes can be simultaneously opened or the electrodes can be simultaneously formed.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described. Prior to this, a method for manufacturing a columnar semiconductor in the manufacturing method of the present invention will be described.
In manufacturing the columnar semiconductor, a VLS (Vapor Liquid Solid) method is used. This VLS method can be based on the method proposed by the applicant of the present application, Japanese Patent Application No. 8-325555, Japanese Patent Application No. 9-256045, and the like.
[0011]
FIG. 5 is a process chart showing an example of a method for forming the
The
[0012]
As shown in FIG. 5A, in order to form a molten alloy droplet with Si, which will be described later, on the main surface 1a of the
Thereafter, under heating at a substrate temperature of 300 ° C. to 900 ° C., for example, 520 ° C., one or more of Si source gas, particularly silane (Si n H 2n + 2 ), for example, monosilane, disilane, and trisilane is supplied. Perform pyrolysis of gas. In this case, the supply of the Si source gas is set to a partial pressure of 0.5 mTorr or more, for example, 10 mTorr. As a result,
Subsequently, as shown in FIG. 5C, when the above-described raw material gas is continuously supplied in a state where the
[0013]
The
[0014]
In the example described with reference to FIG. 5, the
[0015]
In this case, as shown in FIG. 6A, for example, a
[0016]
After the formation of the through-
[0017]
Next, the above-described Si source gas, for example, SiH 4 is supplied, and heat treatment is performed at, for example, 700 ° C. for 30 minutes. In this way, as shown in FIG. 11B, Si and Au
The
[0018]
An example of the semiconductor device according to the present invention will be described together with an example of the manufacturing method of the present invention with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to this example.
As shown in FIG. 1A, a
[0019]
As shown in FIG. 1B, pattern etching by photolithography, for example, is performed on the semiconductor layer 12 to leave a portion constituting a target semiconductor element and etch away an isolation region from other elements.
[0020]
After that, the above-described pretreatment is performed on the main surface 1a of the surface of the semiconductor layer 12, and the
[0021]
The
[0022]
As shown in FIG. 2A, a gate
That is, for example, when a polycrystalline Si film is formed by the CVD method, the deposition of the polycrystalline Si by the CVD method is made almost isotropic. Therefore, the polycrystalline Si film formed on the side surface of the
[0023]
Next, as shown in FIG. 2B, impurities, for example, n-type impurities, are ion-implanted to form polycrystalline Si constituting the gate
[0024]
Thereafter, as shown in FIG. 2C, a buried insulating
[0025]
As shown in FIG. 2D, the buried insulating
[0026]
Further, as shown in FIG. 3A, the flat polished surface by the CMP is etched back to expose a part of the upper end of the gate
[0027]
As shown in FIG. 3B, a conductive layer 18 made of polycrystalline Si doped with impurities, for example, is entirely formed on the buried insulating
[0028]
As shown in FIG. 3C, the conductive layer 18 is further polished to the required thickness by CMP to planarize the surface.
[0029]
Thereafter, as shown in FIG. 3D, the conductive layer 18 is subjected to pattern etching by, for example, photolithography, into a required pattern in contact with the gate
[0030]
Further, if necessary, that is, even if the polycrystalline Si of the conductive layer 18 is not doped with impurities or is doped with impurities, the specific resistance is further reduced to achieve the same as the
[0031]
As shown in FIG. 4B, for example, SiO 2 is formed on the entire surface by thermal oxidation or CVD to form a
[0032]
As shown in FIG. 4C, the first and the first insulating
Then, through the contact hole 21 and the contact holes 22 and 23, on the gate electrode extraction conductive layer 18 and the S /
In this way, the upper and base sides of the
[0033]
Although the semiconductor device thus configured has a vertical channel configuration, a channel is formed on the peripheral surface of the
Therefore, the cutoff frequency can be improved as compared with a transistor having a conventional planar channel configuration.
[0034]
In the manufacture of the
[0035]
1 to 4 show a state in which one semiconductor element is formed on the
[0036]
Further, as a method for forming the
[0037]
In the above-described example, in the formation of the
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the configuration of the present invention, the channel is formed on the peripheral surface of the
Therefore, it is possible to improve conductance and cut-off frequency as compared with a transistor having a conventional planar channel configuration.
[0039]
In addition, according to the above-described manufacturing method of the present invention, the semiconductor device is constituted by a columnar semiconductor, and by forming the columnar semiconductor by the above-described VLS method, it can be configured with excellent reproducibility and uniformly. The semiconductor device having the above-described target characteristics can be stably manufactured in a mass production.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are schematic cross-sectional views in the main steps of an example of a manufacturing method of an apparatus of the present invention.
FIGS. 2A to 2D are schematic cross-sectional views in the main steps of an example of the manufacturing method of the apparatus of the present invention.
FIGS. 3A to 3D are schematic cross-sectional views in the main steps of an example of the manufacturing method of the apparatus of the present invention.
FIGS. 4A to 4C are schematic cross-sectional views in the main steps of an example of the manufacturing method of the apparatus of the present invention.
FIGS. 5A to 5C are process diagrams of an example of a method for manufacturing a columnar semiconductor for use in explaining the present invention. FIGS.
FIGS. 6A and 6B are process charts of an example of a method for manufacturing a columnar semiconductor for use in explaining the present invention. FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該ゲート絶縁層の外周面にゲート導電層が形成され、
上記柱状半導体および上記ゲート導電層の外周にこれら柱状半導体およびゲート導電層を埋込むように形成され、かつ上記柱状半導体および上記ゲート導電層の各上端を外部に露呈する埋込み絶縁層が形成され、
該埋込み絶縁層上に、上記ゲート導電層に連接するゲート電極取出し導電層が形成され、
該ゲート電極取出し導電層を埋込んで上記埋込み絶縁層上に、表面絶縁層が形成され、
該表面絶縁層の上記ゲート電極取出し導電層上と上記柱状半導体上とに、第1および第2のコンタクト孔が開口され、
上記表面絶縁層とこれの下の上記埋込み絶縁層に渡って柱状半導体の形成部外の半導体上に第3のコンタクト孔が開口され、
上記第1のコンタクト孔を通じてゲート電極が、ゲート電極取出し導電層にコンタクトされ、
上記第2と第3のコンタクト孔を通じて上記柱状半導体の上端と上記柱状半導体の形成部外の半導体上とに、ソースないしはドレイン電極がコンタクトされて成ることを特徴とする半導体装置。A columnar semiconductor is formed on the semiconductor, and a gate insulating layer is formed on the entire circumferential surface of the columnar semiconductor.
A gate conductive layer is formed on the outer peripheral surface of the gate insulating layer;
A buried insulating layer is formed on the outer periphery of the columnar semiconductor and the gate conductive layer so as to embed the columnar semiconductor and the gate conductive layer, and the columnar semiconductor and the gate conductive layer are exposed to the outside.
A gate electrode extraction conductive layer connected to the gate conductive layer is formed on the buried insulating layer,
A surface insulating layer is formed on the buried insulating layer by embedding the gate electrode conductive layer,
First and second contact holes are opened on the gate electrode extraction conductive layer and the columnar semiconductor of the surface insulating layer,
A third contact hole is opened on the semiconductor outside the formation portion of the columnar semiconductor over the surface insulating layer and the buried insulating layer below the surface insulating layer,
The gate electrode is brought into contact with the gate electrode extraction conductive layer through the first contact hole,
On the on the semiconductor of the pillar-shaped semiconductor of the upper end and the columnar semiconductor formed outsiders through the second and third contact holes, and wherein a source or drain electrode is formed by a contact.
上記柱状半導体の周囲を酸化してゲート絶縁層を形成する工程と、
該ゲート絶縁層の外周にゲート導電層を形成する工程と、
上記柱状半導体および上記ゲート導電層を埋込み、上記柱状半導体および上記ゲート導電層の上端を表面に露出する埋込み絶縁層を形成する工程と、
該埋込み絶縁層上に、上記ゲート導電層に連接するゲート電極取出し導電層を形成する工程と、
該ゲート電極取出し導電層を埋込んで上記埋込み絶縁層上に、表面絶縁層を形成する工程と、
該表面絶縁層の上記ゲート電極取出し導電層上と上記柱状半導体上とに、第1および第2のコンタクト孔を開口する工程と、
上記表面絶縁層とこれの下の上記埋込み絶縁層に渡って柱状半導体の形成部外の半導体上に第3のコンタクト孔を開口する工程と、
上記第1のコンタクト孔を通じてゲート電極を、ゲート電極取出し導電層にコンタクトし、上記第2と第3のコンタクト孔を通じて上記柱状半導体の上端と上記柱状半導体の形成部外の半導体上とに、ソースないしはドレイン電極をコンタクトさせ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。Forming a columnar semiconductor on the semiconductor;
Oxidizing the periphery of the columnar semiconductor to form a gate insulating layer;
Forming a gate conductive layer on the outer periphery of the gate insulating layer;
Burying the columnar semiconductor and the gate conductive layer, and forming a buried insulating layer exposing the top ends of the columnar semiconductor and the gate conductive layer to the surface;
Forming a gate electrode extraction conductive layer connected to the gate conductive layer on the buried insulating layer;
Forming a surface insulating layer on the buried insulating layer by embedding the gate electrode extraction conductive layer;
Opening first and second contact holes on the gate electrode extraction conductive layer of the surface insulating layer and the columnar semiconductor;
Opening a third contact hole over the surface insulating layer and the buried insulating layer therebelow on the semiconductor outside the columnar semiconductor formation portion;
The gate electrode is brought into contact with the gate electrode extraction conductive layer through the first contact hole, and the source is formed on the upper end of the columnar semiconductor and on the semiconductor outside the columnar semiconductor formation portion through the second and third contact holes. Or a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of contacting a drain electrode.
上記半導体がシリコンからなり、
上記半導体上に、シリコンと溶融合金滴を形成する金属を蒸着する工程と、
シリコンと上記金属による溶融合金滴を形成する加熱工程と、
シリコン原料ガスを熱分解して上記溶融合金滴シリコンの形成部に、柱状半導体を形成する工程によることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。The step of forming a columnar semiconductor on the semiconductor includes
The semiconductor is made of silicon,
On said semiconductor, a step of depositing metal to form a silicon molten alloy droplets,
A heating step of forming molten alloy droplets of silicon and the metal,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the method includes a step of thermally decomposing a silicon source gas to form a columnar semiconductor in the molten alloy droplet silicon forming portion.
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