JP5973665B2 - Ｓｇｔを有する半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Ｓｇｔを有する半導体装置とその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5973665B2
JP5973665B2 JP2015522339A JP2015522339A JP5973665B2 JP 5973665 B2 JP5973665 B2 JP 5973665B2 JP 2015522339 A JP2015522339 A JP 2015522339A JP 2015522339 A JP2015522339 A JP 2015522339A JP 5973665 B2 JP5973665 B2 JP 5973665B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
insulating layer
impurity region
sgt
semiconductor pillar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015522339A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2014199481A1 (ja
Inventor
舛岡　富士雄
富士雄 舛岡
原田　望
望 原田
広記 中村
広記 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Original Assignee
Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd filed Critical Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Application granted granted Critical
Publication of JP5973665B2 publication Critical patent/JP5973665B2/ja
Publication of JPWO2014199481A1 publication Critical patent/JPWO2014199481A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7827—Vertical transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
    • H01L21/823885—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of vertical transistor structures, i.e. with channel vertical to the substrate surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1033—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
    • H01L29/1037—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure and non-planar channel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41741—Source or drain electrodes for field effect devices for vertical or pseudo-vertical devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42364—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45—Ohmic electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66666—Vertical transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

本発明は、ＳＧＴ（Surrounding Gate MOS Transistor）を有する半導体装置と、その製造方法に関する。
近年、ＳＧＴは、高集積半導体装置を提供する半導体素子としてますますその用途が拡大しつつある。これに伴い、ＳＧＴを有する半導体装置の更なる高速駆動化が求められている。
図８に、ＭＯＳトランジスタを有するＣＭＯＳインバータ回路の代表例を示す。図８に示されているように、この回路は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１００ａとＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１００ｂと、から構成されている。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１００ａのゲート１０１ａとＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１００ｂのゲート１０１ｂとが入力端子Ｖｉに接続されている。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１００ａのドレイン１０２ａとＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１００ｂのドレイン１０２ｂとが出力端子Ｖｏに接続されている。Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１００ｂのソース１０３ｂは、電源配線金属層Ｖｄｄに接続され、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１００ａのソース１０３ａは、グランド端子Ｖｓｓに接続されている。この回路において、入力端子Ｖｉに「１」又は「０」に相当する入力電圧が印加されると、その入力電圧と反転した「０」又は「１」に相当する出力電圧が出力端子Ｖｏから取り出される。
このようなＣＭＯＳインバータ回路は、マイクロプロセッサなどの多くの回路チップに用いられており、ＣＭＯＳインバータ回路を用いた回路の高速駆動化が求められている。
図９に、従来例のプレナー（Planer）型ＣＭＯＳインバータ回路の断面図を示す。
図９に示すように、Ｐ型半導体基板１０４（以下、アクセプタ不純物を含む半導体基板を「Ｐ型半導体基板」と称す。）にＮウエル領域１０５（以下、ドナー不純物を含むＰチャネルＭＯＳトランジスタを形成する半導体領域を「Ｎウエル領域」と称す。）が形成されている。Ｎウエル領域１０５の表層部とＰ型半導体基板１０４の表層部との間に、素子分離用絶縁層１０６ａ、１０６ｂが形成されている。Ｐ型半導体基板１０４の表面上と、Ｎウエル領域１０５の表面上とに、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート酸化膜１０７ａとＮチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート酸化膜１０７ｂとが形成されている。これらゲート酸化膜１０７ａ、１０７ｂ上にＰチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート導体層１０８ａとＮチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート導体層１０８ｂとが形成されている。
また、図９に示すように、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート導体層１０８ａの左右両側のＮウエル領域１０５の表層部に、アクセプタ不純物が低濃度でドープされたＰ−領域１４１ａ（以下、アクセプタ不純物を低濃度で含む半導体領域を「Ｐ―領域」と称す。）が形成されている。これと同様に、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート導体層１０８ｂの両側において、ドナー不純物が低濃度でドープされたＮ−領域１４１ａ（以下、ドナー不純物を低濃度で含む半導体領域を「Ｎ―領域」と称す。）が形成されている。ゲート導体層１０８ａ、１０８ｂの両側のＮウエル領域１０５上とＰ型半導体基板１０４上とに、サイドウォール絶縁層１４２ａ、１４２ｂが形成されている。ＰチャネルＭＯＳトランジスタのソースＰ＋領域１０９ａ（以下、アクセプタ不純物を多く含む半導体領域を「Ｐ＋領域」とする。）とドレインＰ＋領域１０９ｂとが、ゲート導体層１０８ａの両側に形成されている。Ｐ型半導体基板１０４の表層部に、ソースＮ＋領域１１０ｂ（以下、ドナー不純物を多く含む半導体領域を「Ｎ＋領域」とする。）と、ドレインＮ＋領域１１０ａと、が形成されている。ソースＰ＋領域１０９ａ及びドレインＰ＋領域１０９ｂの表層部と、ドレインＮ＋領域１１０ａ及びソースＮ＋領域１１０ｂの表層部と、にシリサイド層１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄが形成されている。Ｎウエル領域１０５上と、Ｐ型半導体基板１０４上と、に第１の層間絶縁層１１１が形成されている。第１の層間絶縁層１１１を貫通するように、ソースＰ＋領域１０９ａ及びドレインＰ＋領域１０９ｂの上方と、ドレインＮ＋領域１１０ａ及びソースＮ＋領域１１０ｂの上方と、に、シリサイド層１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄを介してコンタクトホール１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが形成されている。
図９に示すように、コンタクトホール１１２ａを介して、第１の層間絶縁層１１１上に形成された電源配線金属層Ｖｄｄと、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ・ソースＰ＋領域１０９ａと、が接続されている。コンタクトホール１１２ｂを介して、第１の層間絶縁層１１１上に形成された出力配線金属層Ｖｏｕｔと、ＰチャネルＭＯＳトランジスタのドレインＰ＋領域１０９ｂと、が接続されている。コンタクトホール１１２ｃを介して、出力配線金属層Ｖｏｕｔと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレインＮ＋領域１１０ａと、が接続されている。コンタクトホール１１２ｄを介して、グランド配線金属層Ｖｓｓと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタのソースＮ＋領域１１０ｂと、が接続されている。第１の層間絶縁層１１１上に第２の層間絶縁層１１３が形成されている。第１の層間絶縁層１１１と第２の層間絶縁層１１３を貫通するように、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート導体層１０８ａ上と、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート導体層１０８ｂ上と、にコンタクトホール１１４ａ、１１４ｂがそれぞれ形成されている。コンタクトホール１１４ａを介して、第２の層間絶縁層１１３上に形成した入力配線金属層Ｖｉｎと、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート導体層１０８ａと、が接続されている。コンタクトホール１１４ｂを介して、入力配線金属層Ｖｉｎと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ用ゲート導体層１０８ｂと、が接続されている。
図９に示すプレナー型ＣＭＯＳインバータ回路を含め、多くのＣＭＯＳ回路は、更なる高速駆動が求められている。ＣＭＯＳ回路の高速駆動を実現するには、Ｐ、ＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン、ソースＮ＋領域１１０ａ、１１０ｂ、ソース、ドレインＰ＋領域１０９ａ、１０９ｂの低抵抗化が必要となる。このため、ドレイン、ソースＮ＋領域１１０ａ、１１０ｂ、ソース、ドレインＰ＋領域１０９ａ、１０９ｂ上に形成したシリサイド層１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄを、可能な限りゲート導体層１０８ａ、１０８ｂに接近した状態で形成することが必要となる。一般に、回路の信号伝播速度は、抵抗（Ｒ）と容量（Ｃ）との積ＲＣで支配される。このため、Ｐ、ＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン、ソースＮ＋領域１１０ａ、１１０ｂ、ソース、ドレインＰ＋領域１０９ａ、１０９ｂの低抵抗化のみならず、ドレイン、ソースＮ＋領域１１０ａ、１１０ｂ、及び、ソース、ドレインＰ＋領域１０９ａ、１０９ｂと、ゲート導体層１０８ａ、１０８ｂと、の結合容量を、ドレイン、ソースＮ＋領域１１０ａ、１１０ｂ、及び、ソース、ドレインＰ＋領域１０９ａ、１０９ｂと、ゲート導体層１０８ａ、１０８ｂと、の間にサイドウォール絶縁層１４２ａ、１４２ｂを設けることで低結合容量化している。さらに、このようなソース、ドレインＰ＋領域１０９ａ、１０９ｂ、ドレイン、ソースＮ＋領域１１０ａ、１１０ｂの低抵抗化と、ソース、ドレインＰ＋領域１０９ａ、１０９ｂ、ドレイン、ソースＮ＋領域１１０ａ、１１０ｂと、ゲート導体層１２６ａ、１２６ｂと、の低結合容量化とを、制御性良好に実現することが必要である。また、図９に示すプレナー型ＣＭＯＳインバータ回路の高密度化に伴って、Ｐ、ＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン、ソースＮ＋領域１１０ａ、１１０ｂ、ソース、ドレインＰ＋領域１０９ａ、１０９ｂのサイズの縮小化が行われているため、更なるＰ、ＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン、ソースＮ＋領域１１０ａ、１１０ｂ、ソース、ドレインＰ＋領域１０９ａ、１０９ｂの低抵抗化及び低結合容量化を実現するための改善が求められている。
プレナー型ＭＯＳトランジスタでは、Ｐ、ＮチャネルＭＯＳトランジスタのチャネルは、ソース、ドレイン間のＰ型半導体基板１０４及びＮウエル領域１０５の表面に沿う水平方向に形成されている。これに対し、ＳＧＴのチャネルは、半導体基板表面に対して垂直方向に形成されている（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。
図１０に、ＮチャネルＳＧＴの構造模式図を示す。Ｐ型又はｉ型（真性型）のＳｉ柱１１５（以下、シリコン半導体柱を「Ｓｉ柱」と称す。）の上下の位置に、一方がソースとして機能するときに、他方がドレインとして機能し、一方がドレインとして機能するときに、他方がソースとして機能するＮ＋領域１１６ａ、１１６ｂが形成されている。ソース、ドレインＮ＋領域１１６ａ、１１６ｂの間のＳｉ柱１１５がチャネル領域１１７となる。このチャネル領域１１７を囲むようにゲート絶縁層１１８が形成され、ゲート絶縁層１１８を囲むようにゲート導体層１１９が形成されている。ＳＧＴでは、ソース、ドレインＮ＋領域１１６ａ、１１６ｂ、チャネル領域１１７、ゲート絶縁層１１８、ゲート導体層１１９が、単一のＳｉ柱１１５に形成されている。このため、ＳＧＴの表面の占有面積は、見かけ上、プレナーＭＯＳトランジスタの単一のソース又はドレインＮ＋領域の占有面積に相当するものになる。そのため、ＳＧＴを有する回路チップでは、プレナー型ＭＯＳトランジスタを有する回路チップと比較して、更なるチップサイズの縮小化を実現することが可能である。
図１１に、ＳＧＴを用いたＣＭＯＳインバータ回路の断面図を示す（例えば、特許文献２を参照）。
絶縁層基板１２０上にｉ層１２１（「ｉ層」は、真性型Ｓｉ層を示す。）が形成され、このｉ層１２１上に、ＰチャネルＳＧＴのためのＳｉ柱ＳＰ１とＮチャネルＳＧＴのためのＳｉ柱ＳＰ２とが形成されている。
ＰチャネルＳＧＴのためのＳｉ柱ＳＰ１の下部に繋がるｉ層１２１に、ＰチャネルＳＧＴのドレインＰ＋領域１２２が、ｉ層１２１と同層に、かつ、Ｓｉ柱ＳＰ１の下部を囲むように形成されている。また、ＮチャネルＳＧＴのドレインＮ＋領域１２３が、ｉ層１２１と同層に、かつ、Ｓｉ柱ＳＰ２の下部を囲むように形成されている。
さらに、ＰチャネルＳＧＴのためのＳｉ柱ＳＰ１の上部にＰチャネルＳＧＴのソースＰ＋領域１２４が形成され、ＮチャネルＳＧＴのためのＳｉ柱ＳＰ２の上部にＮチャネルＳＧＴのソースＮ＋領域１２５が形成されている。
さらにまた、図１１に示すように、Ｓｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２を囲むように、ゲート絶縁層１２６ａ、１２６ｂが形成され、ゲート絶縁層１２６ａ、１２６ｂを囲むように、ＰチャネルＳＧＴのゲート導体層１２７ａと、ＮチャネルＳＧＴのゲート導体層１２７ｂと、が形成されている。
これらゲート導体層１２７ａ、１２７ｂを囲むように、絶縁層であるサイドウォール窒化膜１２８ａ、１２８ｂが形成されている。これと同様に、Ｓｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２の頭頂部のＰ＋領域、Ｎ＋領域をそれぞれ囲むように、絶縁層であるサイドウォール窒化膜１２８ｃ、１２８ｄが形成されている。
ＰチャネルＳＧＴのドレインＰ＋領域１２２と、ＮチャネルＳＧＴのドレインＮ＋領域１２３と、は、シリサイド層１２９ｂを介して接続されている。ＰチャネルＳＧＴのソースＰ＋領域１２４上にシリサイド層１２９ａが形成され、ＮチャネルＳＧＴのソースＮ＋領域１２５上にもシリサイド層１２９ｃが形成されている。さらに、ゲート絶縁層１２６ａ、１２６ｂの頭頂部にもシリサイド層１２９ｂ、１２９ｅが形成されている。
Ｓｉ柱ＳＰ１の上下の位置にあるＰ＋領域１２２、１２４間のｉ層１３０ａがＰチャネルＳＧＴのチャネルとなり、Ｓｉ柱ＳＰ２の上下の位置にあるＮ＋領域１２３、１２５間のｉ層１３０ｂがＮチャネルＳＧＴのチャネルとなる。
図１１に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor deposition）を用いて、絶縁層基板１２０、ｉ層１２１及びＳｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２を覆うように、ＳｉＯ２層１３１を形成する。さらに、このＳｉＯ２層１３１にコンタクトホール１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃを、Ｓｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２上、ＰチャネルＳＧＴのドレインＰ＋領域１２２上、及びＮチャネルＳＧＴのＮ＋領域１２３上に形成する。
コンタクトホール１３２ａを介して、ＳｉＯ２層１３１上に形成された電源配線金属層Ｖｄｄと、ＰチャネルＳＧＴのソースＰ＋領域１２４及びシリサイド層１２９ａと、が接続されている。コンタクトホール１３２ｂを介して、ＳｉＯ２層１３１上に形成された出力配線金属層Ｖｏと、ＰチャネルＳＧＴのドレインＰ＋領域１２２、ＮチャネルＳＧＴのドレインＮ＋領域１２３及びシリサイド層１２９ｂと、が接続されている。さらに、コンタクトホール１３２ｃを介して、ＳｉＯ２層１３１上に形成されたグランド配線金属層Ｖｓｓと、ＮチャネルＳＧＴのソースＮ＋領域１２５及びシリサイド層１２９ｃと、が接続されている。
ＰチャネルＳＧＴのゲート導体層１２７ａとＮチャネルＳＧＴのゲート導体層１２７ｂとは、互いに接続された状態で入力配線金属層（図示せず）に繋がっている。このＳＧＴを有するインバータ回路では、ＰチャネルＳＧＴとＮチャネルＳＧＴとが、それぞれＳｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２内に形成されている。このため、垂直方向から平面視した場合の回路面積が縮小される。この結果、従来例のプレナー型ＭＯＳトランジスタを有するインバータ回路と比較して、さらなる回路の縮小化が実現される。
図１１に示すＳＧＴを有するＣＭＯＳ回路においても、従来例のプレナー型ＭＯＳトランジスタを有するインバータ回路と同様に、更なる回路の高速駆動化が求められている。この回路の高速駆動化には、ドレイン、ソースとして機能するＰ＋領域１２２、１２４、Ｎ＋領域１２３、１２５の低抵抗化が必要とされている。Ｓｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２の下部のＰ＋領域１２２、Ｎ＋領域１２３は、Ｓｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２の外周に存在する、占有面積が相対的に広いシリサイド層１２９ｃを介して、出力配線金属層Ｖｏｕｔに接続されている。一方、Ｓｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２の頭頂部にあるＰ＋領域１２４、Ｎ＋領域１２５は、占有面積が相対的に狭い、Ｐ＋領域１２４、Ｎ＋領域１２５の頭頂部の表面に形成されたシリサイド層１２９ａ、１２９ｃを介して、電源配線金属層Ｖｄｄ、グランド配線金属層Ｖｓｓに接続されている。このため、さらに回路の高密度化が進むと、それに伴ってＳｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２の直径（幅）が小さくなり、Ｐ＋領域１２４、Ｎ＋領域１２５の抵抗が増大する問題が生じる。
一般に、回路の信号伝播速度は、抵抗（Ｒ）と容量（Ｃ）との積ＲＣにより支配されるので、Ｓｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２の頭頂部にあるＰ＋領域１２４、Ｎ＋領域１２５の抵抗を低減するだけでなく、Ｐ＋領域１２４、Ｎ＋領域１２５とゲート導体層１２６ａ、１２６ｂとの結合容量を低減することが必要となる。さらに、Ｐ＋領域１２４、Ｎ＋領域１２５の低抵抗化と、Ｐ＋領域１２４、Ｎ＋領域１２５とゲート導体層１２６ａ、１２６ｂとの低結合容量化を、制御性よく実現する手段が必要となる。
Ｓｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２の頭頂部のソース、ドレインの低抵抗化に対して、ＳＧＴにおいて、Ｓｉ柱ＳＰ１、ＳＰ２の頭頂部のソース、ドレインとなる不純物領域の側面と、取り出し配線とを接続することによりソース、ドレインの低抵抗化を実現している技術が存在する（例えば、特許文献３、４を参照）。これらの技術では、取り出し配線と不純物領域とが接続されたＳｉ柱の側面の下部位置と、チャネル領域と接触するソース、ドレイン不純物領域の端部の位置と、ゲート導体層の上端の位置とが、ゲート導体層の上端の位置が定まれば、ソース、ドレイン不純物領域の端部の位置が定まる関係となる自己整合で形成されていない。このため、ソース、ドレインの低抵抗化と、ソース、ドレインとなる不純物領域及びゲート導体層との低結合容量化と、が、制御性良好に実現されることが必要となる。また、特許文献３では、Ｓｉ柱の側面の不純物領域と接続される配線金属層の厚さが、ゲート絶縁層の厚さと等しくなっている。この場合、回路の高密度化に伴い、ゲート絶縁層の厚さが２〜３ｎｍと薄くなるので、配線金属層をコンタクトホールに埋め込むことに技術的困難性が生じるとともに、この厚さの薄い配線金属層の抵抗が増大する問題がある。
特開平２−１８８９６６号公報 米国特許出願公開第２０１０／０２６４４８４号明細書 特開２０１１−４０４２１号公報 特開２００４−１８６６０１号公報 特開２０１０−２３２６３１号公報
Hiroshi Takato, Kazumasa Sunouchi, Naoko Okabe, Akihiro Nitayama, Katsuhiko Hieda, Fumio Horiguchi, and Fujio Masuoka: IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. 38, No. 3, pp. 573-578 (1991) 関根誠："プラズマエッチング装置技術開発の経緯、課題と展望(Background and Challenges for Plasma Etching Tool development)", J. Plasma Fusion res. Vol. 83, No. 4, pp. 319-324 (2007) Hyoungiun Na and Tetsuo Endoh :"A New Compact SRAM cell by Vertical MOSFET for Low-power and Stable Operation", Memory Workshop, 201 3rd IEEE International Digest, pp.1〜4 (2011)
本発明は、回路の高速駆動化が図れる、ＳＧＴを有する半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の観点に係る半導体装置は、
基板上に形成された半導体柱と、
前記半導体柱の下方に形成されたドナー又はアクセプタ不純物を含む第１の不純物領域と、
前記第１の不純物領域から上方に離間するとともに、前記半導体柱の頭頂部に形成され、前記第１の不純物領域と同じ導電性を有するドナー又はアクセプタ不純物を含む第２の不純物領域と、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間において、前記半導体柱の外周を囲む第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の外周を囲む第１の導体層と、
前記第１の導体層の外周を囲んで形成された、導電性を有するか又は導電性を有さない第１の材料層と、
前記第１の導体層及び前記第１の材料層の各上端面に接触し、かつ、外周縁が前記第１の材料層の外周縁とほぼ一致している第２の絶縁層と、
前記基板と前記半導体柱とを覆う第３の絶縁層と、
前記第３の絶縁層に形成され、前記半導体柱の頭頂部を囲むとともに、前記第２の絶縁層の表層部と接触する底部を有し、かつ、その底部の外周が、前記第２の絶縁層上に位置するコンタクトホールと、
前記コンタクトホールは、前記第２の絶縁層の外周縁から内側の領域に形成されており、
前記コンタクトホール内において、前記第２の絶縁層の表層部に接触し、かつ前記第２の不純物領域が形成された前記半導体柱の頭頂部の側面と接触する第２の導体層と、を有し、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域とは、一方がソースとして機能するときに、他方がドレインとして機能し、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間における前記半導体柱の一部がチャネルとして機能し、
前記第１の絶縁層が、ゲート絶縁層として機能し、
前記第１の導体層が、ゲート導体層として機能し、
前記第２の導体層が、前記半導体柱の頭頂部に位置する前記第２の不純物領域に電気的に接続されている、ＳＧＴ（Surrounding Gate Transistor）が構成されている、
ことを特徴とする。
前記第１の材料層は絶縁層である、
ことが好ましい。
前記第１の導体層と前記第２の絶縁層との間に第５の絶縁層が形成されている、
ことが好ましい。
前記第２の不純物領域と前記第２の導体層との電気的接続が、前記半導体柱に形成され、前記コンタクトホールに繋がるシリサイド層を介してなされており、
前記シリサイド層が、前記半導体柱の頭頂部の内部全体に形成され、
前記第２の不純物領域は、前記シリサイド層に接触するとともに、前記第２の不純物領域の下端が前記第１の導体層の上端の高さに位置する、
ことが好ましい。
前記コンタクトホールの、前記基板の上面から観た外周が円形である、
ことが好ましい。
本発明の第２の観点に係る半導体装置の製造方法は、
基板上に、半導体柱を形成する半導体柱形成工程と、
前記半導体柱の底部に、ドナー又はアクセプタ不純物を含む第１の不純物領域を形成する第１不純物領域形成工程と、
前記第１の不純物領域から上方に離間するとともに、前記第１の不純物領域と同じ導電性を有するドナー又はアクセプタ不純物を含む第２の不純物領域を、前記半導体柱の頭頂部に形成する第２不純物領域形成工程と、
前記第１の不純物領域が形成される領域と前記第２の不純物領域が形成される領域との間に、前記半導体柱の外周を囲むように第１の絶縁層を形成する第１絶縁層形成工程と、
前記第１の絶縁層の外周を囲むように第１の導体層を形成し、前記第１の導体層の外周を囲むように、導電性を有するか又は導電性を有さない第１の材料層を形成する第１導体層形成工程と、
前記第１の導体層及び前記第１の材料層の各上端面に接触するとともに、外周縁が前記第１の材料層の外周縁とほぼ一致するように、第２の絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程と、
前記基板と前記半導体柱とを覆うように第３の絶縁層を形成する第３絶縁層形成工程と、
前記第３の絶縁層に、前記半導体柱の頭頂部を囲むとともに、前記第２の絶縁層の表層部と接触する底部を有し、かつ、前記底部の外周が、前記第２の絶縁層上に位置するようにコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
前記コンタクトホール内に、前記第２の絶縁層の表層部に接触するように、かつ前記第２の不純物領域が形成された前記半導体柱の頭頂部の側面と接触するように、第２の導体層を形成する第２導体層形成工程と、を有し、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域とは、一方がソースとして機能するときに、他方がドレインとして機能し、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間における前記半導体柱の一部がチャネルとして機能し、
前記第１の絶縁層がゲート絶縁層として機能し、
前記第１の導体層がゲート導体層として機能し、
前記第２の導体層が、前記半導体柱の頭頂部に位置する前記第２の不純物領域に電気的に接続されるＳＧＴ（Surrounding Gate Transistor）を形成する、
ことを特徴とする。
前記第２の絶縁層を形成した後に、前記第２の絶縁層をマスクとして用いることで、前記半導体柱の頭頂部に、前記第２の不純物領域を形成する、
ことが好ましい。
前記コンタクトホール形成工程が、前記第３の絶縁層のエッチング速度が前記第２の絶縁層のエッチング速度よりも速くなるエッチングイオンを含むプラズマ雰囲気で行われる、
ことが好ましい。
前記第１の材料層は絶縁層である、
ことが好ましい。
前記第１の導体層と前記第２の絶縁層との間に第５の絶縁層を形成する第５絶縁層形成工程をさらに有する、
ことが好ましい。
前記第１の導体層の外周を囲むようにエッチングストッパ層を形成するエッチングストッパ層形成工程と、
前記エッチングストッパ層をエッチングマスクとして用い、前記第１の導体層の上端部を除去するエッチング工程と、
前記基板と前記半導体柱との全体を絶縁層で被覆する絶縁膜被覆工程と、
等方プラズマエッチングを用いて前記絶縁層のエッチングを行い、前記第１の導体層の上端に、前記第５の絶縁層を形成する工程と、を有し、
前記第５の絶縁層の厚さを、前記第１の導体層の厚さの１／２よりも厚くする、
ことが好ましい。
前記コンタクトホールに繋がるように、前記半導体柱に、前記第２の不純物領域と前記第２の導体層との電気的接続を行うシリサイド層を形成するシリサイド層形成工程をさらに有する、
ことが好ましい。
前記シリサイド層を、前記半導体柱の頭頂部の内部全体に、かつ前記コンタクトホールに繋がるように形成し、
前記第２の不純物領域を、前記シリサイド層に接触するとともに、前記第２の不純物領域の下端が前記第１の導体層の上端の高さに位置するように形成する、
ことが好ましい。
前記コンタクトホールを、前記基板の上面から観た外周が、円形となるように形成する、
ことが好ましい。
本発明によれば、回路の高速駆動化が図れる、ＳＧＴを有する半導体装置が提供できる。
第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第１実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第２実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第２実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第２実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第２実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第２実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第３実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第３実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第３実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第３実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第３実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第３実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第３実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第４実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第４実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第４実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第５実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 第６実施形態に係るＳＧＴを有する半導体装置の製造方法を説明するためのＣＭＯＳインバータ回路の平面図と断面図である。 従来例のＣＭＯＳインバータ回路図である。 従来例のプレナー型ＣＭＯＳインバータ回路の断面図である。 従来例のＳＧＴを示す模式構造図である。 従来例のＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路の断面図である。
以下、本発明の実施形態に係る、ＳＧＴを有する半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１Ａ〜図１Ｏに、本発明の第１実施形態に係る、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路の製造方法を示す。
図１Ａに、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路の最初の製造工程を説明するための、平面図と断面図とを示す。（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図を示し、（ｃ）は、（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿った断面図を示す。以下の説明で参照するその他の各図面においても、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示す各図同士の関係は同様である。
図１Ａに示すように、ｉ層基板１上に、熱酸化処理によりＳｉＯ２層２ａ、２ｂを形成する。続いて、ＳｉＯ２層２ａ、２ｂをエッチングマスクとして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によって、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２を形成する。
次に、図１Ｂに示すように、ｉ層基板１、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いてＳｉＯ２層を堆積する。続いて、このＳｉＯ２層全体を等方性プラズマエッチングによりエッチングする。これにより、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の側面のＳｉＯ２層を除去し、ｉ層基板１上にＳｉＯ２層３、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部上にＳｉＯ２層４ａ、４ｂをそれぞれ残存させる。ここで、ＳｉＯ２層３、４ａ、４ｂを残存させるにあたり、ＳｉＯ２膜をＣＶＤで堆積しているのは、ＣＶＤによれば、ＳｉＯ２膜がＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の側面には相対的に厚さが薄く堆積され、ｉ層基板１上には相対的に厚さが厚く堆積されるためである。
続いて、図１Ｃに示すように、ＳｉＯ２層３と、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２と、の全体を覆うように、ゲート絶縁層としてのＨｆＯ層５（酸化ハフニウム層）と、ゲート金属層としてのＴｉＮ層６（窒化チタン層）と、例えば、ドナー又はアクセプタをドープしたポリＳｉ層７と、を、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）又はＣＶＤによって形成する。
続いて、図１Ｄに示すように、ｉ層基板１と、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２と、の全体を覆うようにレジストを塗布し、エッチバック（Etch Back）によって、レジストの表面を一様にエッチングする。これにより、表面位置がＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の高さ方向における所定の位置となるレジスト層８を形成する。続いて、レジスト層８をエッチングマスクとして用い、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の上部の露出したポリＳｉ層７、ＴｉＮ層６、及びＨｆＯ層５をそれぞれエッチングすることで、ポリＳｉ層７ａ、ＴｉＮ層６ａ、及びＨｆＯ層５ａを残存させる。ここでは、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部には、ＳｉＯ２層４ａ、４ｂが残存する。その後、レジスト層８を除去する。
続いて、図１Ｅに示すように、ｉ層基板１上のポリＳｉ層７ａとＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２との全体を覆うように、ＣＶＤを用いてＨｆＯ層９を形成する。
続いて、図１Ｆに示すように、プラズマエッチングを用いて、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の側面のＨｆＯ層９を除去することで、ｉ層基板１上のポリＳｉ層７ａと、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２を囲む、ポリＳｉ層７ａ、ＴｉＮ層６ａ、及びＨｆＯ層５ａの上端面上と、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の上方の平坦部に、ＨｆＯ層９ａ、９ｂａ、９ｂｂ、９ｃａ、９ｃｂを形成する。
続いて、図１Ｇに示すように、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２と、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２との間に形成されたＨｆＯ層９ａと、を覆うように、リソグラフィを用いてレジスト層１０を形成する。
続いて、図１Ｈに示すように、レジスト層１０をエッチングマスクとして用い、ＨｆＯ層９ａａ、ポリＳｉ層７ａ、ＴｉＮ層６ａ、ＨｆＯ層５ａ、ＳｉＯ２層３をエッチングする。その後、レジスト層１０を除去する。
続いて、図１Ｉに示すように、Ｓｉ柱Ｐ１の外周を覆うように、レジスト層１１ａをリソグラフィにより形成する。続いて、ｉ層基板１の上面の全体からヒ素（Ａｓ）をイオン注入する。このイオン注入は、ｉ層基板１に対して、垂直方向と斜め方向との両方向から行う。これにより、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ、９ｃａ、９ｃｂをマスクとして用い、レジスト層１１ａで覆われずに露出しているｉ層基板１の表層部と、Ｓｉ柱Ｐ２の頭頂部と、に、それぞれＮ＋領域１２ａ、１２ｂが形成される。その後、レジスト層１１ａを除去する。
続いて、図１Ｊに示すように、Ｓｉ柱Ｐ２の外周を覆うように、レジスト層１１ｂをリソグラフィにより形成する。その後、ｉ層基板１の面の全体からボロン（Ｂ）をイオン注入する。このイオン注入は、ｉ層基板１に対して、垂直方向と斜め方向との両方向から行う。これにより、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ、９ｃａ、９ｃｂをマスクとして用い、レジスト層１１ｂで覆われずに露出しているｉ層基板１の表層部と、Ｓｉ柱Ｐ２の頭頂部と、に、それぞれＰ＋領域１３ａ、１３ｂが形成される。その後、レジスト層１１ｂを除去する。
続いて、図１Ｋに示すように、熱処理を行うことで、Ｐ＋領域１３ａ、１３ｂ及びＮ＋領域１２ａ、１２ｂに含まれるドナー及びアクセプタ不純物を熱拡散させる。これにより、Ｐ＋領域１３ａａ、１３ｂｂ及びＮ＋領域１２ａａ、１２ｂｂが形成される。その後、ＡＬＤを用いて、ニッケル（Ｎｉ）により、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２とｉ層基板１とを被覆する。さらに、熱処理を行い、残存するＮｉ膜を除去する。これにより、露出しているｉ層基板１の表面、露出しているポリＳｉ層７ａの側部表面、露出しているＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部の表面に、Ｎｉシリサイド層１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈを形成する。
続いて、図１Ｌに示すように、ＣＶＤによりＳｉＯ２層１５を形成する。続いて、このＳｉＯ２層１５上をレジスト層（図示せず）で被覆する。これにより、リソグラフィと、ＳｉＯ２層１５へのＲＩＥと、により、コンタクトホール１６をＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２間のポリＳｉ層７ａ上に形成する。その後、レジスト層（図示せず）を除去し、図１Ｋを参照して説明した方法により、コンタクトホール１６内のポリＳｉ層７ａの表層部にＮｉシリサイド層１４ｉを形成する。
続いて、図１Ｍに示すように、ＳｉＯ２層１５をレジスト層１７で被覆し、リソグラフィと、ＳｉＯ２層１５へのＲＩＥと、により、ｉ層基板１の表層部のＮ＋領域１２ａａ上、及び、Ｐ＋領域１３ａａ上に形成されたＮｉシリサイド層１４ａ、１４ｅ上に、コンタクトホール１８を形成する。
続いて、図１Ｎに示すように、ＳｉＯ２層１５をレジスト層１９で被覆し、リソグラフィと、ＳｉＯ２層１５へのＲＩＥと、により、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２上と、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の外周に形成されたＨｆＯ層５ａ、ＴｉＮ層６ａ、ポリＳｉ層７ａ、及びＮｉシリサイド層１４ｃ、１４ｇの上面に位置するＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上と、にコンタクトホール２０ａ、２０ｂを形成する。ここで、図１Ｎ（ｂ）に示すように、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の外周のＳＧＴチャネルに相当する部分の、ＨｆＯ層５ａ、ＴｉＮ層６ａ、ポリＳｉ層７ａ、及びＮｉシリサイド層１４ｃ、１４ｇを、ゲート層ｇ１、ｇ２とすると、ゲート層ｇ１、ｇ２の上面のＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上に、コンタクトホール２０ａ、２０ｂが形成されている。このＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂは、ＳｉＯ２層１５のエッチングに対するエッチングストッパ層の役割を果たしている。その後、レジスト層１９を除去する。
続いて、図１Ｏに示すように、例えばチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などが多層化されてなる金属層を、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ、ＳｉＯ２層１５上に形成する。その後、リソグラフィとエッチングとを用い、入力配線金属層Ｖｉｎ、電源配線金属層Ｖｄｄ、グランド配線金属層Ｖｓｓ、及び出力配線金属層Ｖｏｕｔを形成する。入力配線金属層Ｖｉｎは、コンタクトホール１６及びＮｉシリサイド層１４ｉを介して、ＰチャネルＳＧＴのゲートとなるポリＳｉ層７ａ及びＴｉＮ層６ａに接続されている。電源配線金属層Ｖｄｄは、コンタクトホール２０ａ及びＮｉシリサイド層１４ｃを介して、ＰチャネルＳＧＴのソースとなるＰ＋領域１３ｂｂに接続されている。グランド配線金属層Ｖｓｓは、コンタクトホール２０ｂ及びＮｉシリサイド層１４ｈを介して、ＮチャネルＳＧＴのソースとなるＮ＋領域１２ｂｂに接続されている。出力配線金属層Ｖｏｕｔは、コンタクトホール１８及びＮｉシリサイド層１４ａ、１４ｅと、を介して、ＰチャネルＳＧＴ、ＮチャネルＳＧＴのドレインとなるＰ＋領域１３ａａ、Ｎ＋領域１２ａａに接続されている。これにより、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路がｉ層基板１上に形成されている。
第１実施形態によれば、以下の（１）〜（３）が得られる。
（１）Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部にある、ＳＧＴのソースとなるＰ＋領域１３ｂｂ及びＮ＋領域１２ｂｂと、電源配線金属層Ｖｄｄ及びグランド配線金属層Ｖｓｓとの接続が、Ｐ＋領域１３ｂｂ、Ｎ＋領域１２ｂｂに接触するとともにＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の外周側面に形成された低抵抗なＮｉシリサイド層１４ｃ、１４ｈの全面を介して行われる。さらに電源配線金属層Ｖｄｄ及びグランド配線金属層Ｖｓｓが、ＳＧＴのソースとなるＰ＋領域１３ｂｂ及びＮ＋領域１２ｂｂと、チャネルとの境界近傍にて電気的に接続される。これにより、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部に形成されているソース（他の回路ではドレインにもなる。）の抵抗値が低く抑えられたＳＧＴが形成される。これにより、回路の高速駆動化が実現される。
（２）ＳＧＴのソースとなるＰ＋領域１３ｂ及びＮ＋領域１２ｂが、ゲート導体層となるＴｉＮ層６ａ及びポリＳｉ層７ａをマスクとして用いたイオン注入により、自己整合により形成される。Ｐ＋領域１３ｂ及びＮ＋領域１２ｂは、さらに熱処理を経て、ＳＧＴのソースとなるＰ＋領域１３ｂｂ及びＮ＋領域１２ｂｂと、チャネル領域と、の境界位置が、ゲート導体層となるＴｉＮ層６ａ及びポリＳｉ層７ａの上端の位置と一致するように形成される。Ｎｉシリサイド層１４ｃ、１４ｈは、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂをマスクとすることで露出した、ソースとなるＰ＋領域１３ｂｂ、Ｎ＋領域１２ｂｂの側面に自己整合により形成される。これらにより、コンタクトホール２０ａ、２０ｂの底部の電源配線金属層Ｖｄｄ及びグランド配線金属層Ｖｓｓと、ソースとなるＰ＋領域１３ｂｂ及びＮ＋領域１２ｂｂと、の下端部の接続位置と、Ｎｉシリサイド層１４ｃ、１４ｈの下端部の位置と、ソースとなるＰ＋領域１３ｂｂ、Ｎ＋領域１２ｂｂのチャネルとの境界位置と、の関係が、ゲート層ｇ１、ｇ２上のＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂを挟み、自己整合により設定される。このため、バラツキの小さいソース（他の回路では、ドレインにもなる。）抵抗を有するとともに、低抵抗なソース、ゲート導体層間の低結合容量を有するＳＧＴを形成することができる。
（３）Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の外周に形成したＴｉＮ層６ａ、ポリＳｉ層７ａ、及びＮｉシリサイド層１４ｃ、１４ｇからなるゲート層ｇ１、ｇ２の上端に形成されたＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上にコンタクトホール２０ａ、２０ｂが形成されている。このＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂは、ＳｉＯ２層１５のエッチングに対するエッチングストッパ層の役割を果たしている。これにより、コンタクトホール２０ａ、２０ｂを形成するためのＳｉＯ２層１５のエッチング工程が制御性良好に行なえる。
ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上のコンタクトホール２０ａ、２０ｂは、レジスト層１９をエッチングマスクとして用い、例えば弗化カーボン（ＣＦ４）と水素（Ｈ２）との混合ガスをエッチングガスとしたＲＩＥによりＳｉＯ２層１５をエッチングすることで形成する。この場合、ＳｉＯ２層１５のエッチング速度は、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ、Ｎｉシリサイド層１４ｃ、１４ｇのエッチング速度よりも大きいので、Ｎｉシリサイド層１４ｃ、１４ｇを残存させた状態で、コンタクトホール２０ａ、２０ｂをＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上に形成することができる。ＲＩＥでは、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＨｆＯ層９ｃａ、９ｃｂがＮｉシリサイド層１４ｃ、１４ｇに対するエッチングマスクの役割を果たすので、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂのエッチング速度がＳｉＯ２層１５のエッチング速度よりも十分に小さいことのみで、Ｎｉシリサイド層１４ｃ、１４ｇを残存させた状態で、コンタクトホール２０ａ、２０ｂをＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上に形成することができる。このことは、ＳｉＯ２層１５をコンタクトホールが形成される絶縁層とし、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂをコンタクトホール・エッチングストッパ層とした場合、コンタクトホールが形成される絶縁層のエッチング速度が、コンタクトホール・エッチングストッパ層のエッチング速度よりも大きければ、ＳｉＯ２層１５とＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂとは、そのＳｉＯ２とＨｆＯとの組み合わせに限らず、他の材料からなる層の組み合わせでもよいことを意味している。
また、コンタクトホール・エッチングストッパ層は、ＳＧＴのゲートとなるＴｉＮ層６ａ及びポリＳｉ層７ａと、電源配線金属層Ｖｄｄ及びグランド配線金属層Ｖｓｓと、の間の電気的短絡が生じないように絶縁性が確保されることが必要である。このため、本実施形態でコンタクトホール・エッチングストッパ層として用いたＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂのように、必ずしもコンタクトホール・エッチングストッパ層の全部が絶縁層で形成されることは必要でない。例えば、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上に、ＡＬＤ法で形成したシリコン（Ｓｉ）層を設けた層を、コンタクトホール・エッチングストッパ層とすることもできる。弗化カーボン（ＣＦ４）と水素（Ｈ２）との混合ガスをエッチングガスとしたＲＩＥでＳｉＯ２層１５のエッチングを行う場合では、水素の割合を増やすことによって、ＳｉＯ２に対するＳｉのエッチング速度を相当程度に小さくすることができる（例えば、非特許文献２を参照）。これにより、コンタクトホール・エッチングストッパ層に、ＨｆＯ（酸化ハフニウム）よりも絶縁性の高い材料を使用することができ、確実に電気的短絡を発生させないコンタクトホール２０ａ、２０ｂを形成することができる。
（第２実施形態）
図２Ａ〜図２Ｅに、本発明の第２実施形態に係る、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路の製造方法を示す。
まず、図２Ａに示すように、ｉ層基板１上に、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２を形成する。続いて、ｉ層基板１上とＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２上とに、ＳｉＯ２層３、４ａ、４ｂを形成する。続いて、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２とＳｉＯ２層３との全体を覆うようにＨｆＯ層５、ＴｉＮ層６、ポリＳｉ層７を形成する（ここまでは、第１実施形態における図１Ａ〜図１Ｃに示す工程と同様である）。その後、ＡＬＤ法を用いて、全体を覆うようにＨｆＯ層２１を形成する。
続いて、図２Ｂに示すように、ｉ層基板１とＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２との全体を覆うようにレジスト（図示せず）を塗布する。続いて、エッチバック（Etch Back）により一様にレジストの表層部をエッチングすることで、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の高さ方向（Ｚ方向）の所定の位置に表面が位置するレジスト層８を形成する。続いて、レジスト層８をエッチングマスクとして用い、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の上方にあるＨｆＯ層２１、ポリＳｉ層７、及びＴｉＮ層６、ＨｆＯ層５をエッチングで除去し、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の側面にＨｆＯ層２１ａ、ポリＳｉ層７ａ、ＴｉＮ層６ａ、及びＨｆＯ層５ａを残存させる。ここで、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部には、ＳｉＯ２層４ａ、４ｂが残存する。その後、レジスト層８を除去する（露出したＨｆＯ層２１をエッチングにより除去すること以外は、第１実施形態における図１Ｄに示す工程と同様である）。
続いて、図２Ｃに示すように、ｉ層基板１上とＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２上との全体を覆うように、ＣＶＤを用いてＨｆＯによりＨｆＯ層２１ａを被覆する。続いて、プラズマエッチングにより、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の側面のＨｆＯ層２１ａを除去する。これにより、ｉ層基板１上のポリＳｉ層７ａと、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２を囲むＨｆＯ層２１ａ、ポリＳｉ層７ａ、ＴｉＮ層６ａ、ＨｆＯ層５ａの上端面上と、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の上方の平坦部上とに、ＨｆＯ層２２ａａ、２２ｂａ、２２ｂｂ、２２ｃａ、２２ｃｂを形成する（この工程は、第１実施形態における図１Ｅ、図１Ｆに示す工程と同様である）。
続いて、第１実施形態における図１Ｇ〜図１Ｎにおいて、図１Ｎに示す工程で、さらにＨｆＯ層２１ａをエッチングすることを除いて、同様な工程を行う。これによって、図２Ｄに示すように、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２のＳＧＴチャネルに相当する外周に形成されたＨｆＯ層２１ａ、ポリＳｉ層７ａ、ＴｉＮ層６ａ、及びＨｆＯ層５ａからなるゲート層ｇ１、ｇ２上にあるＨｆＯ層２２ｂａ、２２ｂｂ上に、レジスト層１９をＲＩＥのエッチングマスクとして用い、ＳｉＯ２層１５がエッチングされる。これによりコンタクトホール２０ａ、２０ｂが形成される。この場合、第１実施形態と異なり、ゲート層ｇ１、ｇ２の最外周には、絶縁層であるＨｆＯ層２１ａが残存している。
続いて、図２Ｅに示すように、第１実施形態における図１Ｏに示す工程と同様にして、電源配線金属層Ｖｄｄ、入力配線金属層Ｖｉｎ、出力配線金属層Ｖｏｕｔ、及びグランド配線金属層Ｖｓｓを形成する。これにより、第１実施形態に係る、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路と同様な機能を備えるＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路がｉ層基板１上に形成される。
第２実施形態によれば、ゲート層ｇ１、ｇ２の最外周には絶縁層であるＨｆＯ層２１ａが形成されているので、このＨｆＯ層２１ａによって、コンタクトホール２０ａ、２０ｂの形成のためのリソグラフィ工程においてマスク合せズレが生じることでコンタクトホール２０ａ、２０ｂの底部がＨｆＯ層２２ｂａ、２２ｂｂの外側に位置した場合であっても、これによる電源配線金属層Ｖｄｄ及びグランド配線金属層Ｖｓｓと、ポリＳｉ層７ａとの電気的な短絡が防止される。
（第３実施形態）
図３Ａ〜図３Ｅ、図４Ａ、図４Ｂに、本発明の第３実施形態に係る、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路の製造方法を示す。
まず、図３Ａに示すように、ｉ層基板１上に、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２を形成する。続いて、ｉ層基板１上とＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２上とに、ＳｉＯ２層３、４ａ、４ｂを形成する。続いて、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２とＳｉＯ２層３との全体を覆うようにＨｆＯ層５、ＴｉＮ層６、ポリＳｉ層７を形成する。続いて、ｉ層基板１とＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２との全体を覆うようにレジスト（図示せず）を塗布する。続いて、エッチバックによって一様にレジストの表層部をエッチングすることで、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の高さ方向（Ｚ方向）の所定の位置に表面が位置するレジスト層８を形成する。続いて、レジスト層８をエッチングマスクとして用い、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の上方にあるＨｆＯ層２１、ポリＳｉ層７、ＴｉＮ層６、ＨｆＯ層５をエッチングで除去し、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の側面にポリＳｉ層７ａ、ＴｉＮ層６ａ、ＨｆＯ層５ａを残存させる。ここでは、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部に、ＳｉＯ２層４ａ、４ｂが残存している（ここまでは、第１実施形態における図１Ａ〜図１Ｄに示す工程と同様である）。続いて、図３Ａに示すように、ポリＳｉ層７ａエッチングマスクとして用い、ＴｉＮ層６ａの上端部２４ａ、２４ｂをエッチングにより除去する。その後、レジスト層８を除去する。
次に、図３Ｂに示すように、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２とｉ層基板１上との全体を覆うように、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition；原子層堆積装置）を用いてＨｆＯ層２３を形成する。これにより、ＴｉＮ層６ａの上端部２４ａ、２４ｂがＨｆＯ層２３によって埋め込まれる。
続いて、図３Ｃに示すように、等方プラズマエッチングを用いて、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の側面及びポリＳｉ層７ａ上のＨｆＯ層２３をエッチングにより除去して、ＴｉＮ層６ａの上端部２４ａ、２４ｂに、ＨｆＯ層２３ａ、２３ｂを残存させる。
続いて、図３Ｄに示すように、第１実施形態における図１Ｅ、図１Ｆに示す工程と同様にして、底部にあるポリＳｉ層７ａ上にＨｆＯ層９ａを形成する。また、ＨｆＯ層５ａ及びＴｉＮ層６ａの上端部のＨｆＯ層２３ａ、２３ｂ上、及び、ポリＳｉ層７ａの上端面上に、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂを形成する。さらに、ＳｉＯ２層４ａ、４ｂ上にＨｆＯ層９ｃａ、９ｃｂを形成する。
続いて、図３Ｅに示すように、第１実施形態における図１Ｇ〜図１Ｏに示す工程と同様にして、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２において、ＳＧＴのチャネルに相当する外周に形成されたＮｉシリサイド層１４ｃ、１４ｇ、ポリＳｉ層７ａ、ＴｉＮ層６ａ、及びＨｆＯ層５ａからなるゲート層ｇ１、ｇ２上にあるＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上のＳｉＯ２層１５内に、コンタクトホール２０ａ、２０ｂを形成する。また、電源配線金属層Ｖｄｄ、入力配線金属層Ｖｉｎ、出力配線金属層Ｖｏｕｔ、及びグランド配線金属層Ｖｓｓを形成する。これによって、第１実施形態に係る、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路と同様な機能を備えるＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路がｉ層基板１上に形成される。
第３実施形態によれば、以下の（１）〜（３）が得られる。
（１）第１実施形態では、図１Ｊに示すＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の上下にイオン注入により形成したＮ＋領域１２ａ、１２ｂ、Ｐ＋領域１３ａ、１３ｂについて熱処理を行い、図１Ｋで示すように、ドナー、アクセプタ不純物を熱拡散させることで、Ｎ＋領域１２ａａ、１２ｂｂ、Ｐ＋領域１３ａａ、１３ｂｂを形成した。この場合、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＰ＋領域１３ｂｂ、Ｎ＋領域１２ｂｂの下端の位置は、ＳＧＴゲートとなるＴｉＮ層６ａの上端と等しい高さに位置することが好ましい。第１実施形態では、このような高さ位置の設定を、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂの厚さと、不純物拡散の熱処理時間とを調整することにより行う。これに対し、第２実施形態では、第１実施形態における、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂの厚さと、不純物拡散の熱処理時間との調整に加え、さらにＴｉＮ層６ａの上端部２４ａ、２４ｂのエッチング深さを調整することで、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＰ＋領域１３ｂｂ、Ｎ＋領域１２ｂｂの下端を、ＳＧＴゲートとなるＴｉＮ層６ａの上端と等しい高さに位置させる。これにより、さらに高さ位置の設定が容易となる。
（２）図３Ｅに示すように、ＴｉＮ層６ａと、電源配線金属層Ｖｄｄ及びグランド配線金属層Ｖｓｓと、の間に、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂに加え、ＴｉＮ層６ａの上端部２４ａ、２４ｂにあるＨｆＯ層２３ａ、２３ｂが介在するため、第１実施形態と比べ、ＴｉＮ層６ａと、電源配線金属層Ｖｄｄ及びグランド配線金属層Ｖｓｓと、の間の電気的短絡の発生がさらに効果的に防止される。
なお、図３Ｂでは、ＨｆＯ層２３は、ＡＬＤで形成されるので、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の側面とｉ層基板１の上方とに互いに等しい厚さＬｈで形成されている。このＨｆＯ層２３の厚さＬｈ（μｍ）は、ＴｉＮ層６ａの厚さをＬｔ（μｍ）とすると、
Ｌｈ＞(１／２)×Ｌｔ
の関係を満たすことが好ましい。これによって、図３Ｃに示すように、ＴｉＮ層６ａの上端部２４ａ、２４ｂに、ＨｆＯ層２３ａ、２３ｂが一様に埋め込められる。
また、図４Ａに示すように、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の外周に形成したＨｆＯ層５ａ、２１ａの間にあるＴｉＮ層６ａ及びポリＳｉ層７ａの上端部を所定の深さにエッチングする。そして、エッチングされたＴｉＮ層６ａ及びポリＳｉ層７ａの上端部に、図３Ｂ、図３Ｃに示す方法でＨｆＯ層２５ａ、２５ｂを埋め込む。そして埋め込まれたＨｆＯ層２５ａ、２５ｂ上にＨｆＯ層２２ｂａ、２２ｂｂを形成することもできる。このような方法によっても、第３実施形態と同様な効果が得られる。
この後、第２実施形態の図２Ｄ、図２Ｅで示す工程を経て、図４Ｂに示すように、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路が形成される。これにより、ＳＧＴのゲート導体層であるＴｉＮ層６ａ及びポリＳｉ層７ａと、電源配線金属層Ｖｄｄ及びグランド配線金属層Ｖｓｓと、の間には、埋め込まれたＨｆＯ層２５ａ、２５ｂと、ＨｆＯ層２５ａ、２５ｂ上に形成されたＨｆＯ層２２ｂａ、２２ｂｂと、の２層の絶縁層が存在する。これによって、図３Ａ〜図３Ｅを参照して説明したＳＧＴと同様な機能が得られる上に、ＴｉＮ層６ａ及びポリＳｉ層７ａと、電源配線金属層Ｖｄｄ及びグランド配線金属層Ｖｓｓと、の間での電気的短絡の発生が防止される。
（第４実施形態）
図５Ａ〜図５Ｃに、本発明の第４実施形態に係るＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路の製造方法を示す。
まず、第１実施形態の図１Ａ〜図１Ｄに示す工程と同様な工程を行う。ここで、第１実施形態の図１Ｄでは、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部にＳｉＯ２層４ａ、４ｂを残存させたが、第４実施形態では、図５Ａに示すように、ＳｉＯ２層４ａ、４ｂを除去する。その後、レジスト層を除去する。
続いて、第１実施形態の図１Ｅ、図１Ｆに示す工程を行い、図５Ｂに示すように、ｉ層基板１とＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２との全体を覆うようにレジストを塗布し、エッチバックにより一様にレジストの表層部をエッチングする。これにより、ＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂを覆うとともに、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＨｆＯ層９ｃａ、９ａｂが露出するように、レジスト層２７を形成する。続いて、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＨｆＯ層９ｃａ、９ｃｂをエッチングにより除去する。その後、レジスト層２７を除去する。
続いて、第１実施形態における図１Ｇ〜図１Ｏに示す工程を行うことで、図５Ｃに示すように、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路が形成される。
第４実施形態では、図５Ｂに示すように、第１実施形態の図１Ｏにおける、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＳｉＯ２層４ａ、４ｂ及びＨｆＯ層９ｃａ、９ｃｂが形成されておらず、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＰ＋領域１３ｂｂとＮ＋領域１２ｂｂとの側面及び上面に、Ｎｉシリサイド層２８ａ、２８ｂが形成されている。これにより、第１実施形態と比べて、ドレインとなるＰ＋領域１３ｂｂ、Ｎ＋領域１２ｂｂの抵抗が低いＣＭＯＳインバータ回路が形成される（回路によっては、ソース抵抗が低いＳＧＴ回路が得られる）。これにより、回路の更なる高速駆動化が実現される。
（第５実施形態）
図６に、本発明の第５実施形態に係る、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路の製造方法を示す。
第３実施形態では、図４Ｂに示すように、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＮ＋領域１２ｂｂ、Ｐ＋領域１３ｂｂの外周にＮｉシリサイド層１４ｄ、１４ｈが形成されている（第１、第２実施形態でも同様である）。これに対して、第５実施形態では、図６に示すように、コンタクトホール２０ａ、２０ｂに接触するＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の内部全体に、Ｎｉシリサイド層２６ｄ、２６ｈが形成されている。そして、Ｎｉシリサイド層２６ｄ、２６ｈに接触するとともに、不純物拡散端の位置がゲート層ｇ１、ｇ２の上端近傍に位置するＰ＋領域２７ａ、Ｎ＋領域２７ｂが形成されている。Ｎｉシリサイド層２６ｄ、２６ｈは、図１Ｋに示すＮｉシリサイド層１４ａ、１４ｂ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｈを形成した後に行う熱処理時間を長くすることで形成されている。また、Ｎｉシリサイド層２６ｄ、２６ｈが形成されると同時に、Ｐ＋領域１３ａａ、Ｎ＋領域１２ａａ上と、ポリＳｉ層７ａ下部の側面に、Ｎｉシリサイド層２６ａ、２６ｂ、２６ｅ、２６ｆが深い位置まで形成されている。また、コンタクトホール１６の底部のＮｉシリサイド層１４ｉも、上述した熱処理をＮｉシリサイド層１４ｉの形成時に行うことでさらに深い位置まで形成できる。
第５実施形態によれば、以下の（１）〜（３）が得られる。
（１）コンタクトホール２０ａ、２０ｂに接触するＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の内部全体に低抵抗なＮｉシリサイド層２６ｄ、２６ｈが形成されているので、コンタクトホール２０ａ、２０ｂに接触するＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の表層部に形成されたＮｉシリサイド層１４ｄ、１４ｈ、２８ａ、２８ｂを有する第１〜第３実施形態と比べ、ドレイン抵抗が低いＣＭＯＳインバータ回路が形成される（回路によっては、ソース抵抗が低いＳＧＴ回路が得られる）。
（２）コンタクトホール２０ａ、２０ｂに接触するＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の内部全体に低抵抗なＮｉシリサイド層２６ｄ、２６ｈが形成されているので、第３実施形態のように、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＳｉＯ２層４ａ、４ｂ及びＨｆＯ層９ｃａ、９ａｂを除去する工程を追加することなく、ドレイン抵抗が低いＣＭＯＳインバータ回路が形成される（回路によっては、ソース抵抗が低いＳＧＴ回路が得られる）。
（第６実施形態）
図７に、本発明の第６実施形態に係る、ＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路の製造方法を示す。
図７に示すように、第１実施形態の図１Ｎに相当する工程において、リソグラフィ法によるコンタクトホール３０ａ、３０ｂを形成するためのレジスト層１９の形状を、ｉ層基板１の上面から観た外周が円形となるように、コンタクトホール３０ａ、３０ｂをＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上に形成する。
図１Ｎでは、コンタクトホール２０ａ、２０ｂのレジスト層１９の形状は矩形状であるため、Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の外周に同心円状に形成されたＨｆＯ層９ｂａ、９ｂｂ上に、断面矩形状のコンタクトホール２０ａ、２０ｂを確実に形成するために、このコンタクトホール２０ａ、２０ｂの４つの角部でのマスク合せを精度よく行うことが必要となる。これに対して、第６実施形態では、コンタクトホール３０ａ、３０ｂを形成するためのレジスト層１９の形状が円形であるため、マスク合せが簡素化され、第１実施形態よりもマスク合わせが容易になる。
なお、上記各実施形態では、シリコンからなるＳｉ柱を用いたが、シリコン以外の材料からなる半導体柱を用いるＳＧＴにも本発明の技術的思想を適用することができる。
上記各実施形態では、ゲート導電層としてＴｉＮ６ａ、ドナー又はアクセプタ不純物を含むポリＳｉ層７ａを用いたが、これらは他の金属層であってもよい。また、ゲート導体層は、ＴｉＮ及びポリＳｉと、それ以外の材料層とからなる多層構造から形成してもよい。
上記各実施形態では、Ｎｉシリサイド層１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｈ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｈ、２８ａ、２８ｂを用いたが、Ｎｉ以外の金属とのシリサイド層であってもよい。
Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のシリサイド層は、コンタクトホール２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂを形成した後に、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉなどを被覆することで形成してもよい。
Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＮ＋領域１２ｂｂ、２７ｂ、Ｐ＋領域１３ｂｂ、２７ａは、イオン注入法以外に、例えば、ドープ・エピタキシ法、モレキュラビーム法、ＡＬＤ法などの方法を用いて形成してもよい。
Ｓｉ柱Ｐ１、Ｐ２の頭頂部のＮ＋領域１２ｂｂ、２７ｂ、Ｐ＋領域１３ｂｂ、２７ａは、必ずしもＳｉ柱Ｐ１、Ｐ２の底部の外周のＮ＋領域１２ａａ、Ｐ＋領域１３ａａと同時に形成しなくとも良い。
上記各実施形態では、ｉ層基板１の代わりに、ｉ層基板１の底部に絶縁基板を有するＳＯＩ基板を用いることもできる。
第６実施形態は、第１実施形態と対比しながら説明したが、第１〜５実施形態においても、これと同様にコンタクトホール２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂの形成を容易とする効果が得られる。
上記各実施形態では、絶縁層としてＨｆＯ層５、５ａ、９、９ａ、９ｂａ、９ｂｂ、９ｃａ、９ｃｂ、９ａａ、２１、２１ａ、２２ａａ、２２ｂａ、２２ｂｂ、２２ｃａ、２２ｃｂ、２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂを用いたが、ＨｆＯに限定されず、他の絶縁材料を使用してもよい。
第３実施形態では、埋め込み絶縁層としてＨｆＯ層２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂを用いたが、この埋め込み絶縁層上に形成されているＨｆＯ層２２ｂａ、２２ｂｂは、絶縁性を有するＨｆＯと異なる絶縁材料層、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化コバルト・チタン（ＣｏＴｉＯ３）などを用いても良い。
ＨｆＯ層５、５ａは、ゲート絶縁層であることから、通常、ＨｆＯ２が用いられる。他のＨｆＯ層９、９ａ、９ｂａ、９ｂｂ、９ｃａ、９ｃｂ、９ａａ、２１、２１ａ、２２ａａ、２２ｂａ、２２ｂｂ、２２ｃａ、２２ｃｂ、２３は、絶縁層として機能すればその他の材料からなるものでもよい。
第４実施形態は、第２実施形態に基づいて説明したが、第４実施形態の技術的思想は、他の実施形態にも適用できる。
第３実施形態では、図３Ａで示すように、ＴｉＮ層６ａの上端部２４ａ、２４ｂのエッチングを、レジスト層８をエッチングマスクとして用い、ＴｉＯ層５ａ、ＴｉＮ層６ａ、ポリＳｉ層７ａを形成した後に行った。これに限られず、このＴｉＮ層６ａの上端部２４ａ、２４ｂのエッチングは、レジスト層８をエッチングマスクとして用い、ＴｉＯ層５ａ、ＴｉＮ層６ａ、ポリＳｉ層７ａを形成するエッチングと同時に行うこともできる。このことは、図４Ａにおいても同様である。
本発明の実施形態の説明は、Ｓｉ柱Ｐ１，Ｐ２に１つのＳＧＴを形成する場合について行ったが、１つの半導体柱に複数のＳＧＴを形成する場合（特許文献５、非特許文献３を参照）についても、半導体柱の頭頂部にＳＧＴのソース、又はドレイン不純物領域を有するＳＧＴを有する回路形成に本発明を適用できる。
ＳＧＴは、半導体柱の外周にゲート絶縁膜が形成され、このゲート絶縁膜の外周にゲート導体層が形成されている構造を有する。このゲート導体層とゲート絶縁層の間に電気的に浮遊した導体層を有するフラッシュメモリ素子もＳＧＴの１形態であり、本発明の技術的思想が適用可能である。
上記各実施形態では、半導体柱にＳＧＴのみが形成されている場合について説明したが、本発明の技術的思想は、ＳＧＴとそれ以外の素子（例えばフォトダイオードなど）が組み込まれた半導体装置の製造方法にも適用できる。
なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされているものである。また、上述した実施形態は、本発明の一実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。上記実施例及び変形例は任意に組み合わせることができる。さらに、必要に応じて実施形態の構成要件の一部を除いても本発明の技術的思想の範囲内となる。
［付記１］
半導体基板上に形成された半導体柱と、
前記半導体柱の下方に形成されたドナー又はアクセプタ不純物を含む第１の不純物領域と、
前記第１の不純物領域から上方に離間するとともに、前記半導体柱の頭頂部に形成され、前記第１の不純物領域と同じ導電性を有するドナー又はアクセプタ不純物を含む第２の不純物領域と、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間において、前記半導体柱の外周を囲む第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の外周を囲む第１の導体層と、
前記第１の導体層の上端面に接触する第２の絶縁層と、
前記半導体基板と前記半導体柱とを覆う第３の絶縁層と、
前記第３の絶縁層に形成され、前記半導体柱の頭頂部を囲むとともに、前記第２の絶縁層の表層部と接触する底部を有し、かつ、その底部の外周が、前記第２の絶縁層上に位置するコンタクトホールと、
前記コンタクトホール内において、前記第２の絶縁層の表層部に接触し、かつ前記第２の不純物領域が形成された前記半導体柱の頭頂部の側面と接触する第２の導体層と、を有し、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域とは、一方がソースとして機能するときに、他方がドレインとして機能し、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間における前記半導体柱の一部がチャネルとして機能し、
前記第１の絶縁層が、ゲート絶縁層として機能し、
前記第１の導体層が、ゲート導体層として機能し、
前記第２の導体層が、前記半導体柱の頭頂部に位置する前記第２の不純物領域に電気的に接続されている、ＳＧＴ（Surrounding Gate Transistor）が構成されている、
ことを特徴とするＳＧＴを有する半導体装置。
［付記２］
前記第２の絶縁層が形成された後に、前記第２の絶縁層をマスクとして用いることで、前記半導体柱の頭頂部に、前記第２の不純物領域が形成されている、
ことを特徴とする付記１に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
［付記３］
前記第１の導体層の外周を囲む第４の絶縁層をさらに有し、
前記第２の絶縁層は、前記第１の導体層及び前記第４の絶縁層の上端面に接触するように形成されている、
ことを特徴とする付記１に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
［付記４］
前記第１の導体層と前記第２の絶縁層との間に第５の絶縁層が形成されている、
ことを特徴とする付記１に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
［付記５］
前記第２の不純物領域と前記第２の導体層との電気的接続が、前記半導体柱に形成され、前記コンタクトホールに繋がるシリサイド層を介してなされている、
ことを特徴とする付記１に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
［付記６］
前記シリサイド層が、前記半導体柱の頭頂部の内部全体に形成され、
前記第２の不純物領域は、前記シリサイド層に接触するとともに、前記第２の不純物領域の下端が前記第１の導体層の上端の高さに位置する、
ことを特徴とする付記５に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
［付記７］
前記コンタクトホールの、前記半導体基板の上面から観た外周が円形である、
ことを特徴とする付記１に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
［付記８］
前記半導体基板上に、半導体柱を形成する半導体柱形成工程と、
前記半導体柱の底部に、ドナー又はアクセプタ不純物を含む第１の不純物領域を形成する第１不純物領域形成工程と、
前記第１の不純物領域から上方に離間するとともに、前記第１の不純物領域と同じ導電性を有するドナー又はアクセプタ不純物を含む第２の不純物領域を、前記半導体柱の頭頂部に形成する第２不純物領域形成工程と、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間に、前記半導体柱の外周を囲むように第１の絶縁層を形成する第１絶縁層形成工程と、
前記第１の絶縁層の外周を囲むように第１の導体層を形成する第１導体層形成工程と、
前記第１の導体層の上端面に接触するように第２の絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程と、
前記半導体基板と前記半導体柱とを覆うように第３の絶縁層を形成する第３絶縁層形成工程と、
前記第３の絶縁層に、前記半導体柱の頭頂部を囲むとともに、前記第２の絶縁層の表層部と接触する底部を有し、かつ、前記底部の外周が、前記第２の絶縁層上に位置するようにコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
前記コンタクトホール内に、前記第２の絶縁層の表層部に接触するように、かつ前記第２の不純物領域が形成された前記半導体柱の頭頂部の側面と接触するように、第２の導体層を形成する第２導体層形成工程と、を有し、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域とは、一方がソースとして機能するときに、他方がドレインとして機能し、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間における前記半導体柱の一部がチャネルとして機能し、
前記第１の絶縁層がゲート絶縁層として機能し、
前記第１の導体層がゲート導体層として機能し、
前記第２の導体層が、前記半導体柱の頭頂部に位置する前記第２の不純物領域に電気的に接続されるＳＧＴ（Surrounding Gate Transistor）を形成する、
ことを特徴とするＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
［付記９］
前記第２の絶縁層を形成した後に、前記第２の絶縁層をマスクとして用いることで、前記半導体柱の頭頂部に、前記第２の不純物領域を形成する、
ことを特徴とする付記８に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
［付記１０］
前記コンタクトホール形成工程が、前記第３の絶縁層のエッチング速度が前記第２の絶縁層のエッチング速度よりも速くなるエッチングイオンを含むプラズマ雰囲気で行われる、
ことを特徴とする付記８に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
［付記１１］
前記第１の導体層の外周を囲むように第４の絶縁層を形成する第４絶縁層形成工程をさらに有し、
前記第２絶縁層形成工程では、前記第２の絶縁層を、前記第１の導体層及び前記第４の絶縁層の上端面に接触するように形成する、
ことを特徴とする付記８に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
［付記１２］
前記第１の導体層と前記第２の絶縁層との間に第５の絶縁層を形成する第５絶縁層形成工程をさらに有する、
ことを特徴とする付記８に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
［付記１３］
前記第１の導体層の外周を囲むようにエッチングストッパ層を形成するエッチングストッパ層形成工程と、
前記エッチングストッパ層をエッチングマスクとして用い、前記第１の導体層の上端部を除去するエッチング工程と、
前記半導体基板と前記半導体柱との全体を絶縁層で被覆する絶縁膜被覆工程と、
等方プラズマエッチングを用いて前記絶縁層のエッチングを行い、前記第１の導体層の上端に、前記第５の絶縁層を形成する工程と、を有し、
前記第５の絶縁層の厚さを、前記第１の導体層の厚さの１／２よりも厚くする、
ことを特徴とする付記１２に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
［付記１４］
前記コンタクトホールに繋がるように、前記半導体柱に、前記第２の不純物領域と前記第２の導体層との電気的接続を行うシリサイド層を形成するシリサイド層形成工程をさらに有する、
ことを特徴とする付記８に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
［付記１５］
前記シリサイド層を、前記半導体柱の頭頂部の内部全体に、かつ前記コンタクトホールに繋がるように形成し、
前記第２の不純物領域を、前記シリサイド層に接触するとともに、前記第２の不純物領域の下端が前記第１の導体層の上端の高さに位置するように形成する、
ことを特徴とする付記１４に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
［付記１６］
前記コンタクトホールを、前記半導体基板の上面から観た外周が、円形となるように形成する、
ことを特徴とする付記８に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
本発明に係る、ＳＧＴを有する半導体装置とその製造方法は、ＳＧＴを有する、高速動作が可能な半導体装置を実現するために有用である。
１ ｉ層基板
２ａ、２ｂ、３ ＳｉＯ２層
５、５ａ、９、９ａ、９ｂａ、９ｂｂ、９ｃａ、９ｃｂ、９ａａ、２１、２１ａ、２２ａａ、２２ｂａ、２２ｂｂ、２２ｃａ、２２ｃｂ、２３ ＨｆＯ層
６、６ａ ＴｉＮ層
７、７ａ ポリＳｉ層
８、１０、１１ａ、１１ｂ、１５、２７ レジスト層
１２ａ、１２ｂ 、１２ａａ、１２ｂｂ Ｎ＋領域
１３ａ、１３ｂ、１３ａａ、１３ｂｂ Ｐ＋領域
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｈ、２８ａ、２８ｂ、 Ｎｉシリサイド層
１６、１８、２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ コンタクトホール
２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂ （埋め込まれた）ＨｆＯ層
２４ａ、２４ｂ ＴｉＮ層の上端部
ｇ１、ｇ２ ゲート層
Ｐ１、Ｐ２ Ｓｉ柱
Ｖｄｄ 電源配線金属層
Ｖｓｓ グランド配線金属層
Ｖｉｎ 入力配線金属層
Ｖｏｕｔ 出力配線金属層

Claims (14)

  1. 基板上に形成された半導体柱と、
    前記半導体柱の下方に形成されたドナー又はアクセプタ不純物を含む第１の不純物領域と、
    前記第１の不純物領域から上方に離間するとともに、前記半導体柱の頭頂部に形成され、前記第１の不純物領域と同じ導電性を有するドナー又はアクセプタ不純物を含む第２の不純物領域と、
    前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間において、前記半導体柱の外周を囲む第１の絶縁層と、
    前記第１の絶縁層の外周を囲む第１の導体層と、
    前記第１の導体層の外周を囲んで形成された、導電性を有するか又は導電性を有さない第１の材料層と、
    前記第１の導体層及び前記第１の材料層の各上端面に接触し、かつ、外周縁が前記第１の材料層の外周縁とほぼ一致している第２の絶縁層と、
    前記基板と前記半導体柱とを覆う第３の絶縁層と、
    前記第３の絶縁層に形成され、前記半導体柱の頭頂部を囲むとともに、前記第２の絶縁層の表層部と接触する底部を有し、かつ、その底部の外周が、前記第２の絶縁層上に位置するコンタクトホールと、
    前記コンタクトホールは、前記第２の絶縁層の外周縁から内側の領域に形成されており、
    前記コンタクトホール内において、前記第２の絶縁層の表層部に接触し、かつ前記第２の不純物領域が形成された前記半導体柱の頭頂部の側面と接触する第２の導体層と、を有し、
    前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域とは、一方がソースとして機能するときに、他方がドレインとして機能し、
    前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間における前記半導体柱の一部がチャネルとして機能し、
    前記第１の絶縁層が、ゲート絶縁層として機能し、
    前記第１の導体層が、ゲート導体層として機能し、
    前記第２の導体層が、前記半導体柱の頭頂部に位置する前記第２の不純物領域に電気的に接続されている、ＳＧＴ（Surrounding Gate Transistor）が構成されている、
    ことを特徴とするＳＧＴを有する半導体装置。
  2. 前記第１の材料層は絶縁層である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
  3. 前記第１の導体層と前記第２の絶縁層との間に第５の絶縁層が形成されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
  4. 前記第２の不純物領域と前記第２の導体層との電気的接続が、前記半導体柱に形成され、前記コンタクトホールに繋がるシリサイド層を介してなされており、
    前記シリサイド層が、前記半導体柱の頭頂部の内部全体に形成され、
    前記第２の不純物領域は、前記シリサイド層に接触するとともに、前記第２の不純物領域の下端が前記第１の導体層の上端の高さに位置する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
  5. 前記コンタクトホールの、前記基板の上面から観た外周が円形である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のＳＧＴを有する半導体装置。
  6. 基板上に、半導体柱を形成する半導体柱形成工程と、
    前記半導体柱の底部に、ドナー又はアクセプタ不純物を含む第１の不純物領域を形成する第１不純物領域形成工程と、
    前記第１の不純物領域から上方に離間するとともに、前記第１の不純物領域と同じ導電性を有するドナー又はアクセプタ不純物を含む第２の不純物領域を、前記半導体柱の頭頂部に形成する第２不純物領域形成工程と、
    前記第１の不純物領域が形成される領域と前記第２の不純物領域が形成される領域との間に、前記半導体柱の外周を囲むように第１の絶縁層を形成する第１絶縁層形成工程と、
    前記第１の絶縁層の外周を囲むように第１の導体層を形成し、前記第１の導体層の外周を囲むように、導電性を有するか又は導電性を有さない第１の材料層を形成する第１導体層形成工程と、
    前記第１の導体層及び前記第１の材料層の各上端面に接触するとともに、外周縁が前記第１の材料層の外周縁とほぼ一致するように、第２の絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程と、
    前記基板と前記半導体柱とを覆うように第３の絶縁層を形成する第３絶縁層形成工程と、
    前記第３の絶縁層に、前記半導体柱の頭頂部を囲むとともに、前記第２の絶縁層の表層部と接触する底部を有し、かつ、前記底部の外周が、前記第２の絶縁層上に位置するようにコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
    前記コンタクトホール内に、前記第２の絶縁層の表層部に接触するように、かつ前記第２の不純物領域が形成された前記半導体柱の頭頂部の側面と接触するように、第２の導体層を形成する第２導体層形成工程と、を有し、
    前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域とは、一方がソースとして機能するときに、他方がドレインとして機能し、
    前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間における前記半導体柱の一部がチャネルとして機能し、
    前記第１の絶縁層がゲート絶縁層として機能し、
    前記第１の導体層がゲート導体層として機能し、
    前記第２の導体層が、前記半導体柱の頭頂部に位置する前記第２の不純物領域に電気的に接続されるＳＧＴ（Surrounding Gate Transistor）を形成する、
    ことを特徴とするＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
  7. 前記第２の絶縁層を形成した後に、前記第２の絶縁層をマスクとして用いることで、前記半導体柱の頭頂部に、前記第２の不純物領域を形成する、
    ことを特徴とする請求項６に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
  8. 前記コンタクトホール形成工程が、前記第３の絶縁層のエッチング速度が前記第２の絶縁層のエッチング速度よりも速くなるエッチングイオンを含むプラズマ雰囲気で行われる、
    ことを特徴とする請求項６に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
  9. 前記第１の材料層は絶縁層である、
    ことを特徴とする請求項６に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
  10. 前記第１の導体層と前記第２の絶縁層との間に第５の絶縁層を形成する第５絶縁層形成工程をさらに有する、
    ことを特徴とする請求項６に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
  11. 前記第１の導体層の外周を囲むようにエッチングストッパ層を形成するエッチングストッパ層形成工程と、
    前記エッチングストッパ層をエッチングマスクとして用い、前記第１の導体層の上端部を除去するエッチング工程と、
    前記基板と前記半導体柱との全体を絶縁層で被覆する絶縁膜被覆工程と、
    等方プラズマエッチングを用いて前記絶縁層のエッチングを行い、前記第１の導体層の上端に、前記第５の絶縁層を形成する工程と、を有し、
    前記第５の絶縁層の厚さを、前記第１の導体層の厚さの１／２よりも厚くする、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
  12. 前記コンタクトホールに繋がるように、前記半導体柱に、前記第２の不純物領域と前記第２の導体層との電気的接続を行うシリサイド層を形成するシリサイド層形成工程をさらに有する、
    ことを特徴とする請求項６に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
  13. 前記シリサイド層を、前記半導体柱の頭頂部の内部全体に、かつ前記コンタクトホールに繋がるように形成し、
    前記第２の不純物領域を、前記シリサイド層に接触するとともに、前記第２の不純物領域の下端が前記第１の導体層の上端の高さに位置するように形成する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
  14. 前記コンタクトホールを、前記基板の上面から観た外周が、円形となるように形成する、
    ことを特徴とする請求項６に記載のＳＧＴを有する半導体装置の製造方法。
JP2015522339A 2013-06-13 2013-06-13 Ｓｇｔを有する半導体装置とその製造方法 Active JP5973665B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2013/066320 WO2014199481A1 (ja) 2013-06-13 2013-06-13 Ｓｇｔを有する半導体装置とその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5973665B2 true JP5973665B2 (ja) 2016-08-23
JPWO2014199481A1 JPWO2014199481A1 (ja) 2017-02-23

Family

ID=52021812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015522339A Active JP5973665B2 (ja) 2013-06-13 2013-06-13 Ｓｇｔを有する半導体装置とその製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US9318605B2 (ja)
JP (1) JP5973665B2 (ja)
WO (1) WO2014199481A1 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5973665B2 (ja) * 2013-06-13 2016-08-23 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッドＵｎｉｓａｎｔｉｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ Ｐｔｅ Ｌｔｄ． Ｓｇｔを有する半導体装置とその製造方法
JP5639317B1 (ja) 2013-11-06 2014-12-10 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッドＵｎｉｓａｎｔｉｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ Ｐｔｅ Ｌｔｄ． Ｓｇｔを有する半導体装置と、その製造方法
US9312383B1 (en) 2015-08-12 2016-04-12 International Business Machines Corporation Self-aligned contacts for vertical field effect transistors
WO2017104066A1 (ja) * 2015-12-18 2017-06-22 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド Ｓｇｔを有する半導体装置及びその製造方法
US9905645B2 (en) * 2016-05-24 2018-02-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Vertical field effect transistor having an elongated channel
US11088033B2 (en) * 2016-09-08 2021-08-10 International Business Machines Corporation Low resistance source-drain contacts using high temperature silicides
KR101857873B1 (ko) * 2016-09-26 2018-06-19 고려대학교 산학협력단 로직 반도체 소자
CN110366775B (zh) * 2016-12-28 2023-06-02 新加坡优尼山帝斯电子私人有限公司 柱状半导体装置的制造方法
US10283621B2 (en) 2017-09-20 2019-05-07 Globalfoundries Inc. Method of forming vertical field effect transistors with self-aligned gates and gate extensions and the resulting structure
WO2021005789A1 (ja) * 2019-07-11 2021-01-14 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド 柱状半導体装置と、その製造方法
WO2021176693A1 (ja) * 2020-03-06 2021-09-10 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド 柱状半導体装置とその製造方法
JPWO2022059124A1 (ja) * 2020-09-17 2022-03-24

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01232755A (ja) * 1988-03-11 1989-09-18 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2007123415A (ja) * 2005-10-26 2007-05-17 Sharp Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2009509359A (ja) * 2005-09-22 2009-03-05 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション ミラー容量低下及び駆動電流改善のための単一ゲート上の複数の低及び高ｋゲート酸化物
WO2009075031A1 (ja) * 2007-12-12 2009-06-18 Unisantis Electronics ( Japan ) Ltd. 半導体装置
JP2011108702A (ja) * 2009-11-13 2011-06-02 Unisantis Electronics Japan Ltd 半導体装置
JP2011243908A (ja) * 2010-05-21 2011-12-01 Panasonic Corp 半導体装置の製造方法
JP2012004244A (ja) * 2010-06-15 2012-01-05 Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd 半導体装置及びその製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5258635A (en) 1988-09-06 1993-11-02 Kabushiki Kaisha Toshiba MOS-type semiconductor integrated circuit device
JP2703970B2 (ja) 1989-01-17 1998-01-26 株式会社東芝 Ｍｏｓ型半導体装置
JP4391741B2 (ja) 2002-12-05 2009-12-24 富士雄 舛岡 半導体記憶装置及びその製造方法
US20100187601A1 (en) 2007-12-12 2010-07-29 Fujio Masuoka Semiconductor device
JP4487221B1 (ja) 2009-04-17 2010-06-23 日本ユニサンティスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP2011040421A (ja) 2009-08-06 2011-02-24 Elpida Memory Inc 半導体装置およびその製造方法
JP5006375B2 (ja) 2009-12-10 2012-08-22 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド 半導体装置及びその製造方法
JP5973665B2 (ja) * 2013-06-13 2016-08-23 ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッドＵｎｉｓａｎｔｉｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ Ｐｔｅ Ｌｔｄ． Ｓｇｔを有する半導体装置とその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01232755A (ja) * 1988-03-11 1989-09-18 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2009509359A (ja) * 2005-09-22 2009-03-05 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション ミラー容量低下及び駆動電流改善のための単一ゲート上の複数の低及び高ｋゲート酸化物
JP2007123415A (ja) * 2005-10-26 2007-05-17 Sharp Corp 半導体装置およびその製造方法
WO2009075031A1 (ja) * 2007-12-12 2009-06-18 Unisantis Electronics ( Japan ) Ltd. 半導体装置
JP2011108702A (ja) * 2009-11-13 2011-06-02 Unisantis Electronics Japan Ltd 半導体装置
JP2011243908A (ja) * 2010-05-21 2011-12-01 Panasonic Corp 半導体装置の製造方法
JP2012004244A (ja) * 2010-06-15 2012-01-05 Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd 半導体装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20150287821A1 (en) 2015-10-08
JPWO2014199481A1 (ja) 2017-02-23
US9461165B2 (en) 2016-10-04
WO2014199481A1 (ja) 2014-12-18
US20160197181A1 (en) 2016-07-07
US9318605B2 (en) 2016-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5973665B2 (ja) Ｓｇｔを有する半導体装置とその製造方法
JP5612237B1 (ja) Ｓｇｔを有する半導体装置の製造方法
JP5938529B1 (ja) 柱状半導体装置と、その製造方法
WO2017208486A1 (ja) 柱状半導体装置の製造方法
WO2014141485A1 (ja) Ｓｇｔを有する半導体装置の製造方法
US9224835B2 (en) Method for producing SGT-including semiconductor device
JP6454032B2 (ja) 柱状半導体装置の製造方法
JP5990843B2 (ja) 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置
US20200161339A1 (en) Semiconductor device
JP5841696B1 (ja) 柱状半導体装置と、その製造方法
JP2011204745A (ja) 半導体装置及びその製造方法
WO2015125205A1 (ja) 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置
WO2016031014A1 (ja) 半導体装置、及び、半導体装置の製造方法
WO2016021020A1 (ja) 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置
JP5432379B2 (ja) 半導体装置
US8530960B2 (en) Semiconductor device
JP2012079992A (ja) 半導体装置
US8637938B2 (en) Semiconductor device with pocket regions and method of manufacturing the same
WO2014170949A1 (ja) 半導体装置の製造方法、及び、半導体装置
US8598651B2 (en) Semiconductor device with transistor having gate insulating film with various thicknesses and manufacturing method thereof
JP5861196B2 (ja) 半導体装置
US8664063B2 (en) Method of producing a semiconductor device and semiconductor device
JP5725679B2 (ja) 半導体装置
JPWO2021176600A5 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160622

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160712

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160714

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5973665

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250