JPH04364785A - Manufacture of vertical mos semiconductor device - Google Patents

Manufacture of vertical mos semiconductor device

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JPH04364785A
JPH04364785A JP14005091A JP14005091A JPH04364785A JP H04364785 A JPH04364785 A JP H04364785A JP 14005091 A JP14005091 A JP 14005091A JP 14005091 A JP14005091 A JP 14005091A JP H04364785 A JPH04364785 A JP H04364785A
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JP
Japan
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film
substrate
opening
recess
forming
Prior art date
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Application number
JP14005091A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroi Ootake
大竹 弘亥
Shinji Toyoyama
豊山 慎治
Kazumasa Kioi
一雅 鬼追
Kazuhiko Shirakawa
一彦 白川
Toshiyuki Shinozaki
敏幸 篠崎
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device, which can realize a complete depletion without restriction by a limit of a miniaturization by a photolithography and a reactive ion etching. CONSTITUTION:A first opening A is formed at an SiO2 film 2 by a photolithography and a reactive-ion etching. A recess 4a covering an inner wall of the opening A is formed by depositing an SiO2 film. After the recess 4a is buried with a W film 5a, with the W film 4a as a mask SiO2 films 2, 4a present on the periphery of the mask are removed by etching, a substrate 1 is then etched up to a depth of a source region 3, and a fine silicon post 1a to become a channel is formed. After the film 5a, an SiO2 film 4b are removed, an SiO2 film 6 having a second opening B is provided, and a gate electrode is provided at a gap . Arsenic is ion implanted in the upper part of the post 1a to form a drain region.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板表面に対
して垂直方向にチャネルを設ける縦型MOS半導体装置
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device in which a channel is provided in a direction perpendicular to the surface of a semiconductor substrate.

【0002】0002

【従来の技術】半導体基板表面に対して水平方向にチャ
ネルを有する平面型MOS半導体装置においては、集積
度を向上させるために個々の素子の占有面積を減少させ
る場合、チャネル長を短くしたりチャネル幅を狭くした
りする必要がある。しかし、そのようにした場合、短チ
ャネル効果やホットキャリアによる劣化、電流駆動能力
の低下など多くの問題が生ずる。そこで、半導体基板表
面に対して垂直方向にチャネルを有する縦型MOS半導
体装置によって、素子の占有面積を減少させる試みがな
されている。縦型MOS半導体装置では、チャネルを半
導体基板表面に対して垂直方向に有することから、チャ
ネル長を短くしたりチャネル幅を狭くしたりしなくても
占有面積を減少させることができ、集積度を向上させる
ことができる。
2. Description of the Related Art In a planar MOS semiconductor device having a channel in a direction horizontal to the surface of a semiconductor substrate, when reducing the area occupied by individual elements in order to improve the degree of integration, the channel length may be shortened or the channel length may be shortened. It is necessary to narrow the width. However, in such a case, many problems arise, such as short channel effects, deterioration due to hot carriers, and a decrease in current drive capability. Therefore, attempts have been made to reduce the area occupied by the device by using a vertical MOS semiconductor device having a channel in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. Vertical MOS semiconductor devices have channels perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, so the occupied area can be reduced without shortening the channel length or narrowing the channel width, which increases the degree of integration. can be improved.

【0003】従来、縦型MOS半導体装置は、例えば次
のようにして作製されている。まず、図12(a)に示
すように、シリコン基板101の表面にボロンのイオン
注入を行って、6μmの深さのp型不純物層102を形
成する。次に、同図(b)に示すように、RIE(リア
クティブ・イオン・エッチング)法によって上記p型不
純物層102の両側表面部分を除去して、1μmの高さ
で0.5μmの幅を持つシリコン柱105を形成する。 次に、同図(c)に示すように、熱酸化により20nm
の厚さのゲート酸化膜107を形成する。次に、図13
(d)に示すように、0.6μmの厚さの多結晶シリコ
ン108を堆積した後、同図(e)に示すように、サイ
ドウォール技術を用いてエッチバックを行って、多結晶
シリコン108のうち平坦部に存する部分を除去する一
方、シリコン柱105の側面に被着している部分を水平
方向に0.3μmの厚さで残してゲート電極109を構
成する。最後に、同図(f)に示すように、ゲート電極
109をマスクとしてひ素のイオン注入を行って、0.
3μmの深さのドレイン領域110およびソース領域1
03を形成して作製を完了する。なお、上記ドレイン領
域110とソース領域103とは互いに入れ代わってい
ても良い。また、この構造では、シリコン柱105の両
側面にそれぞれチャネル(シリコン基板101の表面に
対して垂直方向)が形成される。このように、2つのゲ
ート電極109,109を設けることによって、単ゲー
トのものに比してドレイン電流の制御性を向上させるこ
とができる。
Conventionally, vertical MOS semiconductor devices have been manufactured, for example, in the following manner. First, as shown in FIG. 12A, boron ions are implanted into the surface of a silicon substrate 101 to form a p-type impurity layer 102 with a depth of 6 μm. Next, as shown in FIG. 5B, both surface portions of the p-type impurity layer 102 are removed by RIE (reactive ion etching) to form a layer with a height of 1 μm and a width of 0.5 μm. A silicon pillar 105 is formed. Next, as shown in the same figure (c), 20 nm was formed by thermal oxidation.
A gate oxide film 107 is formed to a thickness of . Next, Figure 13
As shown in (d), after depositing polycrystalline silicon 108 with a thickness of 0.6 μm, as shown in (e) of the same figure, the polycrystalline silicon 108 is etched back using a sidewall technique. The portion existing in the flat portion is removed, while the portion adhering to the side surface of the silicon pillar 105 is left with a thickness of 0.3 μm in the horizontal direction to form the gate electrode 109. Finally, as shown in FIG. 3(f), arsenic ions are implanted using the gate electrode 109 as a mask.
3 μm deep drain region 110 and source region 1
03 is formed to complete the fabrication. Note that the drain region 110 and source region 103 may be replaced with each other. Further, in this structure, channels (in a direction perpendicular to the surface of the silicon substrate 101) are formed on both side surfaces of the silicon pillar 105, respectively. In this way, by providing two gate electrodes 109, 109, controllability of drain current can be improved compared to a single gate.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】ところで、薄膜SOI
(シリコン・オン・インシュレータ)基板に形成したM
OS型半導体装置においては、基板部分が完全に空乏化
することから、素子特性が向上することが知られている
。 上記縦型MOS半導体装置にあっても、チャネル領域の
完全空乏化を実現できれば素子特性を向上させることが
できる。しかしながら、従来の製造方法では、フォトリ
ソグラフィおよびリアクティブ・イオン・エッチングの
微細加工の限界によって制約を受けるため、チャネル領
域となるシリコン柱105の太さを0.5μm以下にす
ることができない。このため、チャネル領域の完全空乏
化を達成できないという問題がある。
[Problem to be solved by the invention] By the way, thin film SOI
(Silicon on insulator) M formed on the substrate
It is known that in an OS type semiconductor device, the device characteristics are improved because the substrate portion is completely depleted. Even in the above vertical MOS semiconductor device, device characteristics can be improved if complete depletion of the channel region can be achieved. However, in the conventional manufacturing method, the thickness of the silicon pillar 105 serving as the channel region cannot be reduced to 0.5 μm or less because it is restricted by the limitations of microfabrication of photolithography and reactive ion etching. Therefore, there is a problem that complete depletion of the channel region cannot be achieved.

【0005】そこで、この発明の目的は、フォトリソグ
ラフィおよびリアクティブ・イオン・エッチングの微細
加工の限界によって制約を受けることなく、完全空乏化
を実現できる縦型MOS半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device that can realize complete depletion without being restricted by the limitations of microfabrication of photolithography and reactive ion etching. It is in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、請求項1の発明の縦型MOS半導体装置の製造方法は
、半導体基板表面に対して垂直方向にチャネルを設ける
縦型MOS半導体装置の製造方法であって、上記基板表
面に所定の厚さで第1の膜を設け、フォトリソグラフィ
およびリアクティブ・イオン・エッチングを行って、上
記第1の膜に、基板表面に対して略垂直に貫通する第1
の開口を形成する工程と、上記第1の膜をマスクとして
上記第1の開口を通してイオン注入を行って、基板表面
から所定の深さだけ入った上記基板中にソースまたはド
レインとなる第1の導電領域を形成する工程と、上記基
板上に第2の膜を堆積して、この第2の膜によって上記
開口の内壁を覆う凹部を形成する工程と、上記凹部内に
、上記基板および第1,第2の膜に対して選択的にエッ
チング可能な材料からなる第3の膜を埋め込む工程と、
上記凹部内に埋め込んだ第3の膜をマスクとして、この
マスクの周囲に存する上記第1,第2の膜をエッチング
して除去し、続いて上記基板を上記第1の導電領域の深
さに至るまでエッチングして、上記マスクの下に、上記
基板の一部からなり、上記第1の導電領域につながって
チャネルとなる半導体柱を形成する工程と、上記半導体
柱上に残された第3,第2の膜を除去した後、上記基板
上に、絶縁性を有する第4の膜を堆積し、フォトリソグ
ラフィおよびリアクティブ・イオン・エッチングを行っ
て、上記第4の膜に上記半導体柱を取り囲む第2の開口
を形成し、上記半導体柱の側壁と上記開口の内壁との間
に隙間を形成する工程と、上記開口内の第1の導電領域
の表面および上記半導体柱の側壁にゲート絶縁膜を形成
する工程と、上記半導体柱側壁と上記開口内壁との間の
隙間にゲート電極を形成する工程と、上記基板表面に、
上記第4の膜をマスクとしてイオン注入を行って、上記
半導体柱の上部に、ドレインまたはソースとなる第2の
導電領域を形成する工程を有することを特徴としている
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to the invention of claim 1 provides a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device in which a channel is provided in a direction perpendicular to the surface of a semiconductor substrate. The manufacturing method includes providing a first film with a predetermined thickness on the surface of the substrate, and performing photolithography and reactive ion etching to form a first film substantially perpendicular to the surface of the substrate. first penetrating
forming an opening, and using the first film as a mask, ions are implanted through the first opening to form a first layer that will become a source or drain into the substrate at a predetermined depth from the substrate surface. forming a conductive region; depositing a second film on the substrate to form a recess covering an inner wall of the opening with the second film; depositing the substrate and the first film in the recess; , embedding a third film made of a material that can be selectively etched with respect to the second film;
Using the third film embedded in the recess as a mask, the first and second films existing around this mask are etched and removed, and then the substrate is moved to the depth of the first conductive region. forming a semiconductor pillar made of a part of the substrate and connected to the first conductive region to serve as a channel under the mask; and a third semiconductor pillar left on the semiconductor pillar. , After removing the second film, a fourth film having insulating properties is deposited on the substrate, and photolithography and reactive ion etching are performed to form the semiconductor pillars on the fourth film. forming a surrounding second opening, forming a gap between a side wall of the semiconductor pillar and an inner wall of the opening; and applying gate insulation to the surface of the first conductive region in the opening and the side wall of the semiconductor pillar. a step of forming a film, a step of forming a gate electrode in the gap between the side wall of the semiconductor column and the inner wall of the opening, and a step of forming a gate electrode on the surface of the substrate.
The method is characterized in that it includes a step of performing ion implantation using the fourth film as a mask to form a second conductive region to serve as a drain or a source on the top of the semiconductor pillar.

【0007】また、請求項2の発明の縦型MOS半導体
装置の製造方法は、半導体基板表面に対して垂直方向に
チャネルを設ける縦型MOS半導体装置の製造方法であ
って、上記基板表面に所定の厚さで第1の膜を設け、フ
ォトリソグラフィおよびリアクティブ・イオン・エッチ
ングを行って、上記第1の膜に、基板表面に対して略垂
直に貫通する第1の開口を形成する工程と、上記第1の
膜をマスクとして上記第1の開口を通してイオン注入を
行って、上記基板表面にソースまたはドレインとなる第
1の導電領域を形成する工程と、上記基板上に、上記第
1の膜に対して選択的にエッチング可能な材料からなる
第2の膜を堆積して、この第2の膜によって上記開口の
内壁を覆う凹部を形成する工程と、上記基板上に、上記
第2の膜に対して選択的にエッチング可能な材料からな
る第3の膜を堆積して上記凹部内を埋めた後、エッチバ
ックを行って、上記第3,第2の膜のうち平坦部に存す
る部分を除去する一方、上記第2の膜の上記凹部および
上記第3の膜の上記凹部内の部分を残す工程と、上記第
2の膜のうち上記凹部の側壁を構成する部分を第1,第
3の膜に対して選択的に基板表面に至るまでエッチング
して除去して、上記第1の膜の開口内壁と上記残された
第3の膜との間に一対の隙間を形成するとともに上記第
1の導電領域を露出させる工程と、上記隙間に、上記基
板と同一材料からなり、上記基板表面につながってチャ
ネルとなる半導体柱を形成する工程と、フォトリソグラ
フィおよびエッチングを行って上記第1の導電領域上に
存する上記各膜を選択的に除去して、上記半導体柱を取
り囲む第2の開口を形成して、上記半導体柱の側壁と上
記開口の内壁との間に隙間を設ける工程と、上記開口内
の上記第1の導電領域表面および上記半導体柱の側壁に
ゲート絶縁膜を形成する工程と、上記半導体柱側壁と上
記開口内壁との間の隙間にゲート電極を形成する工程と
、上記基板表面に、上記開口の周囲に残された第一の膜
をマスクとしてイオン注入を行って、上記半導体柱の上
部に、ドレインまたはソースとなる第2の導電領域を形
成する工程を有することを特徴としている。
A method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to a second aspect of the invention is a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device in which a channel is provided in a direction perpendicular to the surface of a semiconductor substrate, the method comprising: forming a first opening in the first film that penetrates substantially perpendicularly to the substrate surface by performing photolithography and reactive ion etching; , performing ion implantation through the first opening using the first film as a mask to form a first conductive region to serve as a source or drain on the surface of the substrate; depositing a second film made of a material that can be selectively etched with respect to the film, and forming a recess covering an inner wall of the opening with the second film; depositing the second film on the substrate; After depositing a third film made of a material that can be selectively etched with respect to the film to fill the recess, etching back is performed to remove the portions of the third and second films that exist on the flat part. while leaving the recess of the second film and the part of the third film inside the recess, and removing the part of the second film that forms the side wall of the recess. The film of No. 3 is selectively etched and removed down to the substrate surface to form a pair of gaps between the inner wall of the opening of the first film and the remaining third film. a step of exposing the first conductive region; a step of forming in the gap a semiconductor pillar made of the same material as the substrate and connected to the surface of the substrate to serve as a channel; and a step of performing photolithography and etching to selectively removing each of the films existing on the conductive region to form a second opening surrounding the semiconductor pillar to provide a gap between a side wall of the semiconductor pillar and an inner wall of the opening; , forming a gate insulating film on the surface of the first conductive region in the opening and the side wall of the semiconductor pillar; forming a gate electrode in the gap between the semiconductor pillar side wall and the inner wall of the opening; A step of implanting ions into the surface of the substrate using the first film left around the opening as a mask to form a second conductive region serving as a drain or a source on the top of the semiconductor pillar. It is characterized by

【0008】また、上記半導体柱は角柱状をなし、上記
半導体柱を取り囲む上記開口内壁は、上記半導体柱の側
壁4面のうち互いに反対側に存する2面に接する一方、
残りの2面から離間して形成されて、上記ゲート電極が
上記残りの2面にそれぞれ設けられるようにするのが望
ましい。
Further, the semiconductor pillar has a prismatic shape, and the opening inner wall surrounding the semiconductor pillar is in contact with two of the four side walls of the semiconductor pillar that are opposite to each other,
It is desirable that the gate electrode be formed apart from the remaining two surfaces so that the gate electrode is provided on each of the remaining two surfaces.

【0009】[0009]

【作用】請求項1の発明によれば、チャネルとなる半導
体柱の太さは、第1の膜の開口内に形成される凹部の開
口寸法に等しく仕上がる。すなわち、上記半導体柱の太
さは、フォトリソグラフィおよびリアクティブ・イオン
・エッチングによって第1の膜に形成される開口の幅と
、この開口の内壁を覆って凹部を形成する第2の膜の厚
みによって決定される。フォトリソグラフィおよびリア
クティブ・イオン・エッチングによる微細加工の限界は
、既に述べたように、0.5μmである。したがって、
上記第2の膜の厚みを厚くする(ただし、上記凹部(く
ぼみ)が形成される範囲に限る。)ことによって、上記
微細加工の限界を越えて上記半導体柱の太さを細くでき
る。 したがって、微細加工の限界に制約されることなく、完
全空乏化型の縦型MOS半導体装置が作製される。
According to the first aspect of the invention, the thickness of the semiconductor pillar serving as the channel is equal to the opening size of the recess formed in the opening of the first film. That is, the thickness of the semiconductor pillar is determined by the width of the opening formed in the first film by photolithography and reactive ion etching, and the thickness of the second film that covers the inner wall of this opening to form a recess. determined by As already mentioned, the limit of microfabrication by photolithography and reactive ion etching is 0.5 μm. therefore,
By increasing the thickness of the second film (limited to the range where the recesses (indentations) are formed), the thickness of the semiconductor pillar can be made thinner beyond the limits of the microfabrication. Therefore, a fully depleted vertical MOS semiconductor device can be manufactured without being restricted by the limitations of microfabrication.

【0010】また、請求項2の発明によれば、チャネル
となる半導体柱の太さは、第1の膜の開口内に形成され
る凹部の水平方向の肉厚に等しく仕上がる。したがって
、上記第2の膜の厚みを0.5μm以下に設定すること
によって、フォトリソグラフィおよびリアクティブ・イ
オン・エッチングによる微細加工の限界を越えて上記半
導体柱の太さを細くできる。したがって、第1の発明と
同様に、微細加工の限界に制約されることなく、完全空
乏化型の縦型MOS半導体装置が作製される。
According to the second aspect of the invention, the thickness of the semiconductor pillar serving as the channel is equal to the horizontal thickness of the recess formed in the opening of the first film. Therefore, by setting the thickness of the second film to 0.5 μm or less, the thickness of the semiconductor pillar can be reduced beyond the limits of microfabrication by photolithography and reactive ion etching. Therefore, similarly to the first invention, a fully depleted vertical MOS semiconductor device can be manufactured without being restricted by the limitations of microfabrication.

【0011】また、上記半導体柱は角柱状をなし、上記
半導体柱を取り囲む開口内壁は、上記半導体柱の側壁4
面のうち互いに反対側に存する2面に接する一方、残り
の2面から離間して形成されて、上記ゲート電極が上記
残りの2面にそれぞれ設けられるようにした場合、完成
後の動作時に、上記半導体柱の両側のゲート電極にそれ
ぞれ独立に電位を与えることができる。したがって、作
製した縦型MOS半導体装置を多様な動作モードで使用
できるようになる。
Further, the semiconductor pillar has a prismatic shape, and the opening inner wall surrounding the semiconductor pillar is a side wall 4 of the semiconductor pillar.
When the gate electrode is formed so that it is in contact with two of the surfaces that are opposite to each other and is spaced apart from the remaining two surfaces, and the gate electrode is provided on each of the remaining two surfaces, during operation after completion, Potentials can be applied independently to the gate electrodes on both sides of the semiconductor pillar. Therefore, the manufactured vertical MOS semiconductor device can be used in various operation modes.

【0012】0012

【実施例】以下、この発明の縦型MOS半導体装置の製
造方法を実施例により詳細に説明する。
EXAMPLES The method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to the present invention will be explained in detail below using examples.

【0013】図1乃至図3は第1の発明の一実施例の製
造工程を示している。この例では次のようにして縦型M
OS半導体装置を作製する。
FIGS. 1 to 3 show the manufacturing process of an embodiment of the first invention. In this example, the vertical M
An OS semiconductor device is manufactured.

【0014】まず、図1(a)に示すように、CVD(
化学気相成長)法または熱酸化により、p型シリコン基
板1の表面に所定の厚さで第1の膜としてSiO2膜2
を設ける。フォトリソグラフィおよびリアクティブ・イ
オン・エッチングを行って、上記SiO2膜2に、基板
1表面に対して略垂直に貫通する第1の開口Aを形成す
る。開口Aの水平方向の寸法は、微細加工の限界である
0.5μmとする。
First, as shown in FIG. 1(a), CVD (
A SiO2 film 2 is deposited as a first film on the surface of a p-type silicon substrate 1 to a predetermined thickness by chemical vapor deposition (chemical vapor deposition) or thermal oxidation.
will be established. Photolithography and reactive ion etching are performed to form a first opening A in the SiO2 film 2 that penetrates substantially perpendicularly to the surface of the substrate 1. The horizontal dimension of the opening A is 0.5 μm, which is the limit of microfabrication.

【0015】次に、同図(b)に示すように、上記Si
O2膜2をマスクとして上記開口Aを通してひ素のイオ
ン注入を行う。これにより、上記基板1の内部(基板1
表面からの深さR=0.5μm、幅ΔR=0.2μm)
に、ソース領域(第1の導電領域)3を形成する。
Next, as shown in the same figure (b), the above-mentioned Si
Arsenic ions are implanted through the opening A using the O2 film 2 as a mask. As a result, the inside of the substrate 1 (substrate 1
Depth R from the surface = 0.5 μm, width ΔR = 0.2 μm)
Then, a source region (first conductive region) 3 is formed.

【0016】次に、同図(c)に示すように、CVD法
により、上記基板1上に第2の膜としてSiO2膜4を
50nmの厚さで堆積する。このSiO2膜4によって
上記開口Aの内壁を覆う凹部4aを形成する。後述する
ように、SiO2膜4の厚みは、凹部(くぼみ)4aを
形成できる範囲で変化させることを予定している。
Next, as shown in FIG. 4C, a SiO2 film 4 is deposited as a second film on the substrate 1 to a thickness of 50 nm by CVD. This SiO2 film 4 forms a recess 4a that covers the inner wall of the opening A. As will be described later, the thickness of the SiO2 film 4 is planned to be varied within a range that allows the formation of a recess (indentation) 4a.

【0017】次に、同図(d)に示すように、上記基板
1上に、第3の膜としてタングステン膜(以下「W膜」
という。)5を堆積して、上記凹部4a内を埋める。こ
の後、図2(e)に示すように、エッチバック(W膜5
,SiO2膜4を等速度でエッチングする)を行って、
上記W膜5のうち平坦部に存する部分を除去する一方、
上記凹部4a内に存する部分5aを残す。
Next, as shown in FIG. 1D, a tungsten film (hereinafter referred to as "W film") is deposited on the substrate 1 as a third film.
That's what it means. ) 5 to fill the inside of the recess 4a. After this, as shown in FIG. 2(e), etch back (W film 5
, etching the SiO2 film 4 at a constant rate),
While removing the portion existing in the flat portion of the W film 5,
A portion 5a existing within the recess 4a is left.

【0018】次に、同図(f)に示すように、上記凹部
4a内に残されたW膜5aをマスクとして、上記SiO
2膜2,4aをエッチングする。SiO2膜2は完全に
除去される一方、SiO2膜4aのうちマスク5aの下
にある部分4bが残される。続いて上記基板1を上記ソ
ース領域3の深さに至るまでエッチングする。これによ
り、上記マスク5aの下に、上記基板1の一部からなり
、上記ソース領域3につながってチャネルとなるシリコ
ン柱(半導体柱)1aを形成する。シリコン柱1aの太
さは、上記マスク5aの水平方向の幅に等しく、したが
って上記凹部4aの水平方向の開口寸法に等しい。
Next, as shown in FIG. 4(f), using the W film 5a left in the recess 4a as a mask, the SiO
2 films 2 and 4a are etched. While the SiO2 film 2 is completely removed, a portion 4b of the SiO2 film 4a under the mask 5a remains. Subsequently, the substrate 1 is etched to the depth of the source region 3. Thereby, a silicon pillar (semiconductor pillar) 1a, which is made of a part of the substrate 1 and is connected to the source region 3 and becomes a channel, is formed under the mask 5a. The thickness of the silicon pillar 1a is equal to the horizontal width of the mask 5a, and therefore equal to the horizontal opening size of the recess 4a.

【0019】次に、上記シリコン柱1a上に残されたW
膜5a,SiO2膜4bを除去した後、同図(g)に示
すように、上記基板1上に、第4の膜としてSiO2膜
6を堆積する。フォトリソグラフィおよびリアクティブ
・イオン・エッチングを行って上記SiO2膜6に上記
シリコン柱1aを取り囲む第2の開口Bを形成して、上
記シリコン柱1aの側壁と上記開口Bの内壁との間に隙
間Δを形成する。
Next, the W remaining on the silicon pillar 1a is
After removing the film 5a and the SiO2 film 4b, a SiO2 film 6 is deposited as a fourth film on the substrate 1, as shown in FIG. A second opening B surrounding the silicon pillar 1a is formed in the SiO2 film 6 by photolithography and reactive ion etching, and a gap is formed between the side wall of the silicon pillar 1a and the inner wall of the opening B. Form Δ.

【0020】次に、図3(h)に示すように、熱酸化に
より、上記開口B内のソース領域3の表面および上記シ
リコン柱1aの側壁(および上面)に厚さ10nmのゲ
ート絶縁膜7を形成する。
Next, as shown in FIG. 3H, a gate insulating film 7 with a thickness of 10 nm is formed on the surface of the source region 3 in the opening B and the side wall (and top surface) of the silicon pillar 1a by thermal oxidation. form.

【0021】次に、同図(i)に示すように、CVD法
により、上記基板1上にW膜8を0.1μmの厚さで堆
積して、上記隙間Δを埋める。同図(j)に示すように
、エッチバックを行って、上記隙間Δ内にゲート電極8
aを形成する。
Next, as shown in FIG. 3(i), a W film 8 is deposited on the substrate 1 to a thickness of 0.1 μm by CVD to fill the gap Δ. As shown in FIG. 8(j), etching back is performed to form the gate electrode 8 within the gap Δ.
form a.

【0022】最後に、同図(j)に示すように、上記基
板1表面に、上記SiO2膜6をマスクとしてひ素のイ
オン注入を行う。これにより、上記シリコン柱1aの上
部に、ドレイン領域(第2の導電領域)9を形成して作
製を完了する(なお、上記ソース領域3とドレイン領域
9とは入れ代わっていても良い。)。
Finally, as shown in FIG. 4(j), arsenic ions are implanted into the surface of the substrate 1 using the SiO2 film 6 as a mask. Thereby, the drain region (second conductive region) 9 is formed on the upper part of the silicon pillar 1a, and the fabrication is completed (note that the source region 3 and the drain region 9 may be exchanged). .

【0023】この作製方法によれば、チャネルとなるシ
リコン柱1aの太さは、図1(c)に示した凹部4aの
水平方向の開口寸法に等しく仕上がる。すなわち、上記
シリコン柱1aの太さは、フォトリソグラフィおよびリ
アクティブ・イオン・エッチングによって形成される第
1の開口Aの幅と、この開口Aの内壁を覆って凹部4a
を形成するSiO2膜4の厚みによって決定される。フ
ォトリソグラフィおよびリアクティブ・イオン・エッチ
ングによる微細加工の限界は、既に述べたように、0.
5μmである。したがって、上記SiO2膜4の厚みを
厚くする(ただし、上記凹部(くぼみ)4aが形成され
る範囲に限る。)ことによって、上記微細加工の限界を
越えて上記シリコン柱1aの太さを細くできる。したが
って、微細加工の限界に制約されることなく、完全空乏
化型の縦型MOS半導体装置を作製することができる。
According to this manufacturing method, the thickness of the silicon pillar 1a serving as the channel is finished to be equal to the horizontal opening dimension of the recess 4a shown in FIG. 1(c). That is, the thickness of the silicon pillar 1a is determined by the width of the first opening A formed by photolithography and reactive ion etching, and the width of the recess 4a that covers the inner wall of this opening A.
It is determined by the thickness of the SiO2 film 4 forming the . As already mentioned, the limit of microfabrication by photolithography and reactive ion etching is 0.
It is 5 μm. Therefore, by increasing the thickness of the SiO2 film 4 (limited to the range where the recess 4a is formed), it is possible to reduce the thickness of the silicon pillar 1a beyond the limits of microfabrication. . Therefore, a fully depleted vertical MOS semiconductor device can be manufactured without being restricted by the limitations of microfabrication.

【0024】なお、図4に示すように、上記第2の開口
Bの内壁がシリコン柱1aの側壁4面から離間した状態
に加工しても良いし、また、図5に示すように、上記第
2の開口Bの内壁がシリコン柱1aの側壁4面のうち互
いに反対側に存する2面に接する一方、残りの2面から
離間した状態に加工しても良い。図4に示す例ではゲー
ト電極8aがシリコン柱1aの全周に設けられる一方、
図5に示す例ではゲート電極8aがシリコン柱1aの2
面(開口Bの内壁から離間した面)だけに設けられる。 後者の場合、完成後の動作時に、上記シリコン柱1aの
両側のゲート電極8a,8aにそれぞれ独立に電位を与
えることができる。したがって、作製した縦型MOS半
導体装置を多様な動作モードで使用できる。
As shown in FIG. 4, the inner wall of the second opening B may be processed to be spaced apart from the four side walls of the silicon column 1a, or as shown in FIG. The inner wall of the second opening B may be processed so that it is in contact with two of the four side walls of the silicon column 1a that are opposite to each other, but is spaced apart from the remaining two sides. In the example shown in FIG. 4, the gate electrode 8a is provided around the entire circumference of the silicon column 1a,
In the example shown in FIG.
It is provided only on the surface (the surface spaced apart from the inner wall of the opening B). In the latter case, during operation after completion, a potential can be applied independently to the gate electrodes 8a, 8a on both sides of the silicon pillar 1a. Therefore, the manufactured vertical MOS semiconductor device can be used in various operation modes.

【0025】図6乃至図9は第2の発明の一実施例の製
造工程を示している。この例では次のようにして縦型M
OS半導体装置を作製する。
FIGS. 6 to 9 show the manufacturing process of an embodiment of the second invention. In this example, the vertical M
An OS semiconductor device is manufactured.

【0026】まず、図6(a)に示すように、CVD法
または熱酸化により、p型シリコン基板11の表面に所
定の厚さで第1の膜としてSiO2膜12を設ける。フ
ォトリソグラフィおよびリアクティブ・イオン・エッチ
ングを行って、上記SiO2膜12に、基板11表面に
対して略垂直に貫通する第1の開口Cを形成する。開口
Cの水平方向の寸法は、微細加工の限界である0.5μ
mとする。
First, as shown in FIG. 6A, a SiO2 film 12 is provided as a first film to a predetermined thickness on the surface of a p-type silicon substrate 11 by CVD or thermal oxidation. Photolithography and reactive ion etching are performed to form a first opening C in the SiO2 film 12 that penetrates substantially perpendicularly to the surface of the substrate 11. The horizontal dimension of the opening C is 0.5μ, which is the limit of microfabrication.
Let it be m.

【0027】次に、同図(b)に示すように、上記Si
O2膜12をマスクとして上記開口Cを通してひ素のイ
オン注入を行う。これにより、上記基板11の表面にソ
ース領域(第1の導電領域)13を形成する。
Next, as shown in the same figure (b), the above-mentioned Si
Arsenic ions are implanted through the opening C using the O2 film 12 as a mask. As a result, a source region (first conductive region) 13 is formed on the surface of the substrate 11.

【0028】次に、同図(c)に示すように、CVD法
により、上記基板11上に第2の膜としてSi3N4膜
14を50μmの厚さで堆積する。このSi3N4膜1
4によって上記開口Cの内壁を覆う凹部14aを形成す
る。後述するように、Si3N4膜14の厚みは、凹部
(くぼみ)14aを形成できる範囲で変化させることを
予定している。
Next, as shown in FIG. 3C, a Si3N4 film 14 is deposited as a second film on the substrate 11 to a thickness of 50 μm by CVD. This Si3N4 film 1
4 forms a recess 14a that covers the inner wall of the opening C. As will be described later, the thickness of the Si3N4 film 14 is planned to be varied within a range that allows formation of the recesses (dents) 14a.

【0029】次に、同図(d)に示すように、上記基板
11上に、第3の膜としてSiO2膜15を堆積して、
上記凹部14a内を埋める。この後、図7(e)に示す
ように、エッチバック(SiO2膜15,Si3N4膜
14を等速度でエッチングする)を行って、上記SiO
2膜15第3,Si3N4膜14のうち平坦部に存する
部分を除去する一方、上記Si3N4膜14の上記凹部
14aと上記SiO2膜15の上記凹部14a内の部分
15aとを残す。
Next, as shown in FIG. 2D, a SiO2 film 15 is deposited as a third film on the substrate 11.
The inside of the recess 14a is filled. After that, as shown in FIG. 7(e), etchback (etching the SiO2 film 15 and Si3N4 film 14 at a uniform rate) is performed to remove the SiO2 film 15 and the Si3N4 film 14.
2 film 15, the portion of the Si3N4 film 14 existing in the flat portion is removed, while the recess 14a of the Si3N4 film 14 and the portion 15a of the SiO2 film 15 inside the recess 14a are left.

【0030】次に、同図(f)に示すように、上記Si
3N4膜14のうち上記凹部14aの側壁を構成する部
分をSiO2膜12,15aに対して選択的にエッチン
グする。基板11表面に至るまでエッチングして除去し
て、上記SiO2膜12の開口C内壁と上記残されたS
iO2膜15aとの間に一対の隙間Δ’を形成するとと
もに上記ソース領域13を露出させる。
Next, as shown in FIG.
A portion of the 3N4 film 14 that constitutes the side wall of the recess 14a is selectively etched with respect to the SiO2 films 12 and 15a. The inner wall of the opening C of the SiO2 film 12 and the remaining S are etched and removed up to the surface of the substrate 11.
A pair of gaps Δ' are formed between the iO2 film 15a and the source region 13 is exposed.

【0031】ここで、同図(g)に示すように、熱処理
を行って、上記ソース領域13を水平方向,深さ方向と
も0.1μm程度広げておく(図中、熱処理前の境界を
破線13’で示す。)。
Here, as shown in FIG. 3(g), heat treatment is performed to widen the source region 13 by about 0.1 μm both in the horizontal direction and in the depth direction (in the figure, the boundary before heat treatment is indicated by a broken line). 13').

【0032】次に、図8(h)に示すように、選択的エ
ピタキシャル成長法により、上記隙間Δ’に、上記基板
11表面につながってチャネルとなるp型のシリコン柱
16を0.3μmの高さで形成する。
Next, as shown in FIG. 8(h), a p-type silicon pillar 16 connected to the surface of the substrate 11 and serving as a channel is formed in the gap Δ' with a height of 0.3 μm by selective epitaxial growth. form it.

【0033】次に、同図(i)に示すように、フォトリ
ソグラフィおよび薬液によるエッチングを行って上記ソ
ース領域13上に存する上記各膜12,14b,15a
を選択的に除去して、上記シリコン柱16を取り囲む第
2の開口Dを形成する。すなわち、開口Cの水平方向の
寸法を50nmだけ広げる。これにより、上記隙間Δ’
の水平方向の幅を広げる。
Next, as shown in FIG. 3(i), photolithography and chemical etching are performed to remove each of the films 12, 14b, 15a existing on the source region 13.
is selectively removed to form a second opening D surrounding the silicon pillar 16. That is, the horizontal dimension of the opening C is widened by 50 nm. As a result, the above gap Δ'
Increase the horizontal width of

【0034】次に、同図(j)に示すように、上記開口
D内の上記ソース領域13表面および上記シリコン柱1
6の側壁(および上面)にゲート絶縁膜17を形成する
Next, as shown in FIG. 5(j), the surface of the source region 13 within the opening D and the silicon pillar 1 are
A gate insulating film 17 is formed on the side walls (and top surface) of the gate electrode 6.

【0035】次に、図9(k)に示すように、CVD法
により、上記基板上にW膜18を0.1μmの厚さで堆
積して、上記隙間Δ’を埋める。同図(l)に示すよう
に、エッチバックを行って、上記隙間Δ’内にゲート電
極18aを形成する。
Next, as shown in FIG. 9(k), a W film 18 with a thickness of 0.1 μm is deposited on the substrate by CVD to fill the gap Δ'. As shown in FIG. 4(l), etchback is performed to form a gate electrode 18a within the gap Δ'.

【0036】最後に、同図(l)に示すように、上記基
板11表面に、上記開口Dの周囲に残されたSiO2膜
12をマスクとしてイオン注入を行う。これにより、上
記シリコン柱16の上部に、ドレイン領域(第2の導電
領域)19を形成して作製を完了する(なお、上記ソー
ス領域13とドレイン領域19とは入れ代わっていても
良い。)
Finally, as shown in FIG. 4(l), ions are implanted into the surface of the substrate 11 using the SiO2 film 12 left around the opening D as a mask. Thereby, a drain region (second conductive region) 19 is formed on the top of the silicon pillar 16 to complete the fabrication (note that the source region 13 and drain region 19 may be interchanged).

【0037】この作製方法によれば、チャネルとなるシ
リコン柱16の太さは、図6(c)に示した凹部14a
の水平方向の肉厚に等しく仕上がる。したがって、上記
凹部14aを構成するSi3N4膜14の厚みを0.5
μm以下に設定(50nm程度まで可能)することによ
って、フォトリソグラフィおよびリアクティブ・イオン
・エッチングによる微細加工の限界を越えて上記シリコ
ン柱16の太さを細くできる。したがって、先に述べた
作製方法と同様に、微細加工の限界に制約されることな
く、完全空乏化型の縦型MOS半導体装置を作製するこ
とができる。
According to this manufacturing method, the thickness of the silicon pillar 16 serving as the channel is the same as that of the recess 14a shown in FIG. 6(c).
Finished with a thickness equal to the horizontal wall thickness. Therefore, the thickness of the Si3N4 film 14 constituting the recess 14a is set to 0.5
By setting the thickness to less than μm (possibly up to about 50 nm), the thickness of the silicon pillar 16 can be made thinner beyond the limits of microfabrication by photolithography and reactive ion etching. Therefore, similarly to the manufacturing method described above, a fully depleted vertical MOS semiconductor device can be manufactured without being restricted by the limitations of microfabrication.

【0038】また、先の例と同様に、上記シリコン柱1
6,16は角柱状をなし、上記シリコン柱16,16を
取り囲む開口Dの内壁が、上記各シリコン柱16,16
の側壁4面のうち互いに反対側に存する2面に接する一
方、残りの2面から離間した状態に加工しても良い。そ
して、ゲート電極18aが上記残りの2面にそれぞれ設
けられるようにした場合(ただし、中央のゲート電極1
8aは2つのチャネルに共通に設ける。)、完成後の動
作時に、上記各シリコン柱16,16の両側のゲート電
極18a,18aにそれぞれ独立に電位を与えることが
できる。したがって、作製した縦型MOS半導体装置を
多様な動作モードで使用できるようになる。
[0038] Similarly to the previous example, the silicon pillar 1
6 and 16 have a prismatic shape, and the inner wall of the opening D surrounding the silicon pillars 16 and 16 is
It may be processed so that it is in contact with two of the four sides of the side walls that are opposite to each other, but is spaced apart from the remaining two sides. When the gate electrodes 18a are provided on each of the remaining two surfaces (however, the gate electrode 18a in the center
8a is provided commonly to the two channels. ), during operation after completion, a potential can be applied independently to the gate electrodes 18a, 18a on both sides of each of the silicon pillars 16, 16. Therefore, the manufactured vertical MOS semiconductor device can be used in various operation modes.

【0039】なお、図10,図11は、これまで述べた
2つの作製方法をSOI(シリコン・オン・インシュレ
ータ)基板に適用して作製した縦型MOS半導体装置を
示している。図10,図11において、それぞれ31,
41はシリコン基板、36,46は絶縁層を示している
。 このようにSOI基板を用いた場合、寄生容量を低減す
ることができ、したがって高速動作が可能となる。
Note that FIGS. 10 and 11 show vertical MOS semiconductor devices manufactured by applying the two manufacturing methods described above to an SOI (silicon-on-insulator) substrate. In FIGS. 10 and 11, 31,
41 is a silicon substrate, and 36 and 46 are insulating layers. When an SOI substrate is used in this way, parasitic capacitance can be reduced, and high-speed operation is therefore possible.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1の発
明の縦型MOS半導体装置の製造方法によれば、チャネ
ルとなる半導体柱の太さは、第1の膜の開口内に形成さ
れる凹部の開口寸法に等しく仕上がる。すなわち、上記
半導体柱の太さは、フォトリソグラフィおよびリアクテ
ィブ・イオン・エッチングによって第1の膜に形成され
る開口の幅(微細加工の限界レベル)と、この開口の内
壁を覆って凹部を形成する第2の膜の厚みによって決定
される。したがって、上記凹部が形成される範囲内で上
記第2の膜の厚みを厚くすることによって、上記微細加
工の限界を越えて上記半導体柱の太さを細くできる。し
たがって、微細加工の限界に制約されることなく、完全
空乏化型の縦型MOS半導体装置を作製することができ
る。
As is clear from the above, according to the method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to the first aspect of the invention, the thickness of the semiconductor pillar serving as a channel is determined by the thickness of the semiconductor pillar formed within the opening of the first film. The finished size is equal to the opening size of the recess. In other words, the thickness of the semiconductor pillar is determined by the width of the opening formed in the first film by photolithography and reactive ion etching (the limit level of microfabrication) and the formation of the recess covering the inner wall of this opening. determined by the thickness of the second film. Therefore, by increasing the thickness of the second film within the range in which the recess is formed, the thickness of the semiconductor pillar can be made thinner beyond the limit of the fine processing. Therefore, a fully depleted vertical MOS semiconductor device can be manufactured without being restricted by the limitations of microfabrication.

【0041】また、請求項2の発明の縦型MOS半導体
装置の製造方法によれば、チャネルとなるシリコン柱の
太さは、第1の膜の開口内に形成される凹部の水平方向
の肉厚に等しく仕上がる。したがって、上記凹部を構成
する第2の膜の厚みを0.5μm以下に薄く設定(50
nm程度まで可能)することによって、フォトリソグラ
フィおよびリアクティブ・イオン・エッチングによる微
細加工の限界を越えて上記シリコン柱の太さを細くでき
る。 したがって、第1の発明と同様に、微細加工の限界に制
約されることなく、完全空乏化型の縦型MOS半導体装
置を作製することができる。
According to the method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to the second aspect of the invention, the thickness of the silicon pillar serving as the channel is equal to the thickness in the horizontal direction of the recess formed in the opening of the first film. Finished with equal thickness. Therefore, the thickness of the second film constituting the recessed portion is set to be 0.5 μm or less (50 μm or less).
The thickness of the silicon pillar can be reduced beyond the limits of microfabrication by photolithography and reactive ion etching. Therefore, similarly to the first invention, a fully depleted vertical MOS semiconductor device can be manufactured without being restricted by the limitations of microfabrication.

【0042】また、上記半導体柱は角柱状をなし、上記
半導体柱を取り囲む開口内壁は、上記半導体柱の側壁4
面のうち互いに反対側に存する2面に接する一方、残り
の2面から離間して形成されて、上記ゲート電極が上記
残りの2面にそれぞれ設けられるようにした場合、完成
後の動作時に、上記半導体柱の両側のゲート電極にそれ
ぞれ独立に電位を与えることができる。したがって、作
製した縦型MOS半導体装置を多様な動作モードで使用
することができる。
Further, the semiconductor pillar has a prismatic shape, and the inner wall of the opening surrounding the semiconductor pillar is a side wall 4 of the semiconductor pillar.
When the gate electrode is formed so that it is in contact with two of the surfaces that are opposite to each other and is spaced apart from the remaining two surfaces, and the gate electrode is provided on each of the remaining two surfaces, during operation after completion, Potentials can be applied independently to the gate electrodes on both sides of the semiconductor pillar. Therefore, the manufactured vertical MOS semiconductor device can be used in various operation modes.

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

【図1】  第1の発明の一実施例の縦型MOS半導体
装置の製造方法を説明する工程図である。
FIG. 1 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to an embodiment of the first invention.

【図2】  第1の発明の一実施例の縦型MOS半導体
装置の製造方法を説明する工程図である。
FIG. 2 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to an embodiment of the first invention.

【図3】  第1の発明の一実施例の縦型MOS半導体
装置の製造方法を説明する工程図である。
FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to an embodiment of the first invention.

【図4】  上記縦型MOS半導体装置の変形例を示す
斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a modification of the vertical MOS semiconductor device.

【図5】  上記縦型MOS半導体装置の変形例を示す
斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a modification of the vertical MOS semiconductor device.

【図6】  第2の発明の一実施例の縦型MOS半導体
装置の製造方法を説明する工程図である。
FIG. 6 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to an embodiment of the second invention.

【図7】  第2の発明の一実施例の縦型MOS半導体
装置の製造方法を説明する工程図である。
FIG. 7 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to an embodiment of the second invention.

【図8】  第2の発明の一実施例の縦型MOS半導体
装置の製造方法を説明する工程図である。
FIG. 8 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to an embodiment of the second invention.

【図9】  第2の発明の一実施例の縦型MOS半導体
装置の製造方法を説明する工程図である。
FIG. 9 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to an embodiment of the second invention.

【図10】  第1の発明をSOI基板に適用して作製
した縦型MOS半導体装置を例示する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a vertical MOS semiconductor device manufactured by applying the first invention to an SOI substrate.

【図11】  第1の発明をSOI基板に適用して作製
した縦型MOS半導体装置を例示する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a vertical MOS semiconductor device manufactured by applying the first invention to an SOI substrate.

【図12】  従来の縦型MOS半導体装置の製造方法
を説明する工程図である。
FIG. 12 is a process diagram illustrating a conventional method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device.

【図13】  従来の縦型MOS半導体装置の製造方法
を説明する工程図である。
FIG. 13 is a process diagram illustrating a conventional method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11  シリコン基板             
    1a,16  シリコン柱 2,4,6,12,15  SiO2膜       
   3,13  ソース領域 4a,14a  凹部               
        5,5a,8,18  W膜 7,17  ゲート絶縁膜             
    8a,18a  ゲート電極 9,19  ドレイン領域             
    A,C  第1の開口
1,11 Silicon substrate
1a, 16 Silicon pillar 2, 4, 6, 12, 15 SiO2 film
3, 13 Source region 4a, 14a recess
5, 5a, 8, 18 W film 7, 17 Gate insulating film
8a, 18a Gate electrode 9, 19 Drain region
A, C first opening

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基板表面に対して垂直方向にチ
ャネルを設ける縦型MOS半導体装置の製造方法であっ
て、上記基板表面に所定の厚さで第1の膜を設け、フォ
トリソグラフィおよびリアクティブ・イオン・エッチン
グを行って、上記第1の膜に、基板表面に対して略垂直
に貫通する第1の開口を形成する工程と、上記第1の膜
をマスクとして上記第1の開口を通してイオン注入を行
って、基板表面から所定の深さだけ入った上記基板中に
ソースまたはドレインとなる第1の導電領域を形成する
工程と、上記基板上に第2の膜を堆積して、この第2の
膜によって上記開口の内壁を覆う凹部を形成する工程と
、上記凹部内に、上記基板および第1,第2の膜に対し
て選択的にエッチング可能な材料からなる第3の膜を埋
め込む工程と、上記凹部内に埋め込んだ第3の膜をマス
クとして、このマスクの周囲に存する上記第1,第2の
膜をエッチングして除去し、続いて上記基板を上記第1
の導電領域の深さに至るまでエッチングして、上記マス
クの下に、上記基板の一部からなり、上記第1の導電領
域につながってチャネルとなる半導体柱を形成する工程
と、上記半導体柱上に残された第3,第2の膜を除去し
た後、上記基板上に、絶縁性を有する第4の膜を堆積し
、フォトリソグラフィおよびリアクティブ・イオン・エ
ッチングを行って、上記第4の膜に上記半導体柱を取り
囲む第2の開口を形成し、上記半導体柱の側壁と上記開
口の内壁との間に隙間を形成する工程と、上記開口内の
第1の導電領域の表面および上記半導体柱の側壁にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、上記半導体柱側壁と上記開
口内壁との間の隙間にゲート電極を形成する工程と、上
記基板表面に、上記第4の膜をマスクとしてイオン注入
を行って、上記半導体柱の上部に、ドレインまたはソー
スとなる第2の導電領域を形成する工程を有することを
特徴とする縦型MOS半導体装置の製造方法。
1. A method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device in which a channel is provided in a direction perpendicular to the surface of a semiconductor substrate, wherein a first film is provided with a predetermined thickness on the surface of the substrate, and photolithography and reactive・Performing ion etching to form a first opening that penetrates the first film substantially perpendicularly to the substrate surface; and using the first film as a mask, ions are etched through the first opening. forming a first conductive region to serve as a source or drain in the substrate at a predetermined depth from the surface of the substrate by implantation; depositing a second film on the substrate; forming a recess covering the inner wall of the opening with a second film, and embedding a third film made of a material that can be selectively etched with respect to the substrate and the first and second films in the recess; step, using the third film embedded in the recess as a mask, the first and second films existing around this mask are etched and removed, and then the substrate is etched with the third film embedded in the recess.
etching to the depth of the first conductive region to form a semiconductor pillar, which is made of a part of the substrate and is connected to the first conductive region and becomes a channel, under the mask; After removing the third and second films left on the substrate, a fourth film having an insulating property is deposited on the substrate, and photolithography and reactive ion etching are performed to form the fourth film. forming a second opening surrounding the semiconductor pillar in the film, forming a gap between a side wall of the semiconductor pillar and an inner wall of the opening; forming a gate insulating film on the side wall of the semiconductor pillar; forming a gate electrode in the gap between the semiconductor pillar side wall and the inner wall of the opening; and applying ions to the substrate surface using the fourth film as a mask. A method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device, comprising the step of performing implantation to form a second conductive region to serve as a drain or a source above the semiconductor pillar.
【請求項2】  半導体基板表面に対して垂直方向にチ
ャネルを設ける縦型MOS半導体装置の製造方法であっ
て、上記基板表面に所定の厚さで第1の膜を設け、フォ
トリソグラフィおよびリアクティブ・イオン・エッチン
グを行って、上記第1の膜に、基板表面に対して略垂直
に貫通する第1の開口を形成する工程と、上記第1の膜
をマスクとして上記第1の開口を通してイオン注入を行
って、上記基板表面にソースまたはドレインとなる第1
の導電領域を形成する工程と、上記基板上に、上記第1
の膜に対して選択的にエッチング可能な材料からなる第
2の膜を堆積して、この第2の膜によって上記開口の内
壁を覆う凹部を形成する工程と、上記基板上に、上記第
2の膜に対して選択的にエッチング可能な材料からなる
第3の膜を堆積して上記凹部内を埋めた後、エッチバッ
クを行って、上記第3,第2の膜のうち平坦部に存する
部分を除去する一方、上記第2の膜の上記凹部および上
記第3の膜の上記凹部内の部分を残す工程と、上記第2
の膜のうち上記凹部の側壁を構成する部分を第1,第3
の膜に対して選択的に基板表面に至るまでエッチングし
て除去して、上記第1の膜の開口内壁と上記残された第
3の膜との間に一対の隙間を形成するとともに上記第1
の導電領域を露出させる工程と、上記隙間に、上記基板
と同一材料からなり、上記基板表面につながってチャネ
ルとなる半導体柱を形成する工程と、フォトリソグラフ
ィおよびエッチングを行って上記第1の導電領域上に存
する上記各膜を選択的に除去して、上記半導体柱を取り
囲む第2の開口を形成して、上記半導体柱の側壁と上記
開口の内壁との間に隙間を設ける工程と、上記開口内の
上記第1の導電領域表面および上記半導体柱の側壁にゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、上記半導体柱側壁と上記
開口内壁との間の隙間にゲート電極を形成する工程と、
上記基板表面に、上記開口の周囲に残された第一の膜を
マスクとしてイオン注入を行って、上記半導体柱の上部
に、ドレインまたはソースとなる第2の導電領域を形成
する工程を有することを特徴とする縦型MOS半導体装
置の製造方法。
2. A method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device in which a channel is provided in a direction perpendicular to the surface of a semiconductor substrate, wherein a first film is provided with a predetermined thickness on the surface of the substrate, and photolithography and reactive・Performing ion etching to form a first opening that penetrates the first film substantially perpendicularly to the substrate surface; and using the first film as a mask, ions are etched through the first opening. A first implant is performed to form a source or drain on the surface of the substrate.
forming the first conductive region on the substrate; and forming the first conductive region on the substrate.
depositing a second film made of a material that can be selectively etched with respect to the film, and forming a recess covering the inner wall of the opening with the second film; depositing the second film on the substrate; After depositing a third film made of a material that can be selectively etched with respect to the film to fill the recess, etching back is performed to remove the third film that exists in the flat part of the third and second films. a step of removing a portion of the second film while leaving a portion of the recess of the second film and a portion of the third film within the recess;
The portion of the film that constitutes the side wall of the recess is the first and third film.
selectively etching and removing the film up to the substrate surface to form a pair of gaps between the inner wall of the opening of the first film and the remaining third film; 1
forming semiconductor pillars in the gap made of the same material as the substrate and connected to the surface of the substrate to form a channel; and performing photolithography and etching to expose the first conductive region. selectively removing each of the films existing on the region to form a second opening surrounding the semiconductor pillar to provide a gap between a side wall of the semiconductor pillar and an inner wall of the opening; forming a gate insulating film on the surface of the first conductive region in the opening and the side wall of the semiconductor pillar; forming a gate electrode in the gap between the semiconductor pillar side wall and the inner wall of the opening;
A step of implanting ions into the surface of the substrate using the first film left around the opening as a mask to form a second conductive region serving as a drain or a source on the top of the semiconductor pillar. A method for manufacturing a vertical MOS semiconductor device, characterized by:
【請求項3】  上記半導体柱は角柱状をなし、上記半
導体柱を取り囲む上記開口内壁は、上記半導体柱の側壁
4面のうち互いに反対側に存する2面に接する一方、残
りの2面から離間して形成されて、上記ゲート電極が上
記残りの2面にそれぞれ設けられるようにしたことを特
徴とする請求項1または請求項2に記載の縦型MOS半
導体装置の製造方法。
3. The semiconductor column has a prismatic shape, and the inner wall of the opening surrounding the semiconductor column is in contact with two of the four side walls of the semiconductor column that are opposite to each other, while being spaced apart from the remaining two sides. 3. The method of manufacturing a vertical MOS semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is formed on each of the remaining two surfaces.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (2)

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DE10030391A1 (en) * 2000-06-21 2002-01-17 Infineon Technologies Ag Connection surface for sublithographic semiconductor structures and method for their production
DE10030391C2 (en) * 2000-06-21 2003-10-02 Infineon Technologies Ag Method for producing a connection area for vertical sublithographic semiconductor structures

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