KR0145077B1 - Method for forming a non-planar structure on the surface of a semiconductor substrate - Google Patents

Method for forming a non-planar structure on the surface of a semiconductor substrate

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KR0145077B1 KR1019890004757A KR890004757A KR0145077B1 KR 0145077 B1 KR0145077 B1 KR 0145077B1 KR 1019890004757 A KR1019890004757 A KR 1019890004757A KR 890004757 A KR890004757 A KR 890004757A KR 0145077 B1 KR0145077 B1 KR 0145077B1
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뽈 발로
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Abstract

내용없음No content

Description

반도체 기판 표면위의 비 평면형 구조 형성 방법.A method of forming a non-planar structure on a semiconductor substrate surface.

제1도는 반도체 기판상에 나이트라이드 패턴이 형성되어 있는 반도체 기판의 수직 단면도.1 is a vertical cross-sectional view of a semiconductor substrate in which a nitride pattern is formed on the semiconductor substrate.

제2도는 제1도의 기판에 나이트라이드 캡핑(capping)층이 덮여 있지 않은 기판 부위에 트랜치가 형성되어 있는 수직 단면도.FIG. 2 is a vertical sectional view in which a trench is formed in a portion of the substrate where the substrate of FIG. 1 is not covered with a nitride capping layer. FIG.

제3도는 제2도의 기판에 균일한 나이트라이드층이 형성되어 있는 수직 단면도.3 is a vertical sectional view in which a uniform nitride layer is formed on the substrate of FIG.

제4도는 제3도에서 트랜치의 측벽에 나이트라이드층을 남기기 위해 이방성에칭을 한 후의 수직 단면도.4 is a vertical cross-sectional view after anisotropic etching to leave a nitride layer on the sidewalls of the trench in FIG.

제5a도는 제4도에서 트랜치내에 필드 옥사이드를 형성시킨 수직 단면도.FIG. 5A is a vertical sectional view in which field oxide is formed in the trench in FIG.

제5b도는 제5a도의 트랜치 측벽의 상세도.FIG. 5B is a detail of the trench sidewall of FIG. 5A.

제6도는 제5a도의 구조위에 게이트 옥사이드 층과 폴리 실리콘층을 형성시킨 수직 단면도.FIG. 6 is a vertical sectional view in which a gate oxide layer and a polysilicon layer are formed on the structure of FIG. 5a.

제7도는 폴리실리콘층으로 형성된 트랜지스터 게이트의 사시도.7 is a perspective view of a transistor gate formed of a polysilicon layer.

제8도는 완전한 트랜지스터의 수직 단면도.8 is a vertical cross-sectional view of a complete transistor.

제9도는 본 발명의 방법으로 형성된 커패시터와 트랜지스터를 나타내는 변형실시를 나타낸다.9 shows a modified embodiment showing a capacitor and a transistor formed by the method of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10:반도체 기판 12,50,60:실리콘 옥사이드층10: semiconductor substrate 12, 50, 60: silicon oxide layer

14,20,22:나이트 라이드 캡 24,26:트랜치14, 20, 22: Night ride cap 24, 26: Trench

38,40:필드 옥사이드층 42,42',44,44':버즈 비이크(birds beak)38, 40: field oxide layer 42, 42 ', 44, 44': birds beak

52:폴리실리콘층 54,76:게이트52: polysilicon layer 54, 76: gate

56,78:소스 58,80:드레인56,78: source 58, 80: drain

62:컨택오프닝 64:플러그62: contact opening 64: plug

66:메탈층 70:커패시터 영역66: metal layer 70: capacitor region

72:액티브 영역 82:비트 라인 컨택72: active area 82: bit line contact

본 발명은 일반적으로 반도체 구조에 관한 것으로, 특히 표면적을 증가시키기 위해 반도체 구조위에 비평면형 표면을 형성하고 이 비평면형 표면위에 MOS구조를 제조하는 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to semiconductor structures, and more particularly to methods of forming nonplanar surfaces on semiconductor structures to increase surface area and fabricating MOS structures on these nonplanar surfaces.

최근의 직접회로는 공정 기술과 포토리소그래피 기술에 상당한 진보를 가져왔고, 이러한 결과로 훨씬 복잡하고 집적도가 높은 소자를 제조할 수 있게 되었다.Recent integrated circuits have made significant advances in process technology and photolithography technology, which have resulted in much more complex and highly integrated devices.

이러한 직접도가 높은 소자를 실현시키기 위해, 현재의 기술은 집적회로상에 여러 가지 구조를 형성하기 위해, 서브마이크론라인 형성을 제공해주고 있다.In order to realize such a high degree of directivity, current technology is providing submicron line formation to form various structures on integrated circuits.

그러나, 고집적도 소자를 요구하고 있는 산업상의 필요성은 현재의 기술을 가지고 실현시킬수 있는 능력을 훨씬 능가하고 있다. 이것은 부분적으로는 대부분 종래의 공정들이 2차원적으로 형성된 구조를 갖는 평면적인 기술을 이용하고 있다는 사실에 기인하고 있다.However, the industrial need for high integration devices far exceeds the ability to be realized with current technology. This is partly due to the fact that conventional processes use planar technology with a two-dimensionally formed structure.

현재의 공정기술과 포토리소그래피 기술로 집적도를 증가시키기 위하여, 공정 설계자는 유용한 공간을 좀더 효과적으로 이용하기 위해 수직적인 집적 기술에 의지하고 있다. 어떤 수직 집적 기술은 이미 공정되어 있는 소자위에 능동 소자를 쌓는 것이다.In order to increase the degree of integration with current process and photolithography techniques, process designers are turning to vertical integration techniques to more effectively use the available space. Some vertical integration techniques stack active devices on top of devices that are already being processed.

이러한 스택(stack) 과정은 이미 형성되어 있는 능동 소자의 상부에 실리콘 층 형성을 요구하고 있다. 이때 제2레벨의 능동 회로가 이 제2층에 형성된다. 이런 종류의 기술은 집적도를 현저하게 증가시키지만, 공정의 복잡성 이외에도 여러 레벨들 사이의 상호연결과 컨택홀 형성에 문제점이 나타나고 있다.This stacking process requires the formation of a silicon layer on top of an already formed active device. At this time, a second level active circuit is formed in this second layer. This type of technology significantly increases the density, but besides the complexity of the process, problems arise in interconnection and contact hole formation between the different levels.

성공적으로 이용되어온 또다른 수직 집적 기술은 트랜치를 파는 것이며, 이때 트랜치가 기판내에 형성되어, 능동회로 또는 커패시터가 트랜치 바닥과 측면에 형성되고 있다.Another vertical integration technique that has been used successfully is to dig a trench, where trenches are formed in the substrate, where active circuits or capacitors are formed at the bottom and sides of the trench.

트랜치 기술은 1M bit 이상의 집적도를 갖는 DRAM(dynamic random access memory)셀에 널리 이용되고 있다.Trench technology is widely used in dynamic random access memory (DRAM) cells having an integration density of 1M bit or more.

트랜치는 수직벽을 갖는 트랜치나 또는 VMOS 기술에서는 V형 트랜치가 이용되고 있다.The trench has a vertical wall trench or a V-type trench in VMOS technology.

수직 집적 기술은 집적도를 증가시키지만, 현재의 기술로는 한계가 있다.Vertical integration technology increases the degree of integration, but current technology has its limitations.

집적도가 높은 회로에서 가정 널리 이용되고 있는 구성요소는 MOS 트랜지스터와 MOS 커패시터이다.Commonly used components in high-density circuits are MOS transistors and MOS capacitors.

커패시터의 동작을 향상시키는데 있어서, 용량을 증가 시키기 위하여는 그 표면적을 증가시키거나 전국간의 거리를 감소시킬 필요가 있다.In improving the operation of the capacitor, in order to increase the capacity, it is necessary to increase its surface area or to reduce the distance between nations.

이외에, 비 반전형 커패시터에 있어서 디플리션 커패시턴스는 Hi-c 커패시터를 제공하기 위해 커패시터 아래에 이온 주입된 영역을 이용함으로써 증가시킬수 있다.In addition, in a non-inverting capacitor, the depletion capacitance can be increased by using an ion implanted region under the capacitor to provide a Hi-c capacitor.

그러나, 이로인해 영향을 받는 수많은 동작 파라미터들이 있기 때문에 트랜지스터는 어떤 고려가 요구 되고 있다. 예를 들면, 종래의 MOS 트랜지스터는 소스와 트래인 영역의 폭으로 정의되는 폭과 트랜지스터의 채널길이로 정의되는 길이를 가지고 있다.However, because of the numerous operating parameters that are affected by this, the transistor needs some consideration. For example, a conventional MOS transistor has a width defined by the width of the source and train regions and a length defined by the channel length of the transistor.

트랜지스터의 동작 파라미터들은 이러한 기하학적 구조에 종속된다.The operating parameters of the transistor depend on this geometry.

MOS 트랜지스터의 제조 과정동안, 모트(moat)는 트랜지스터 폭과 대응되는 모트폭을 가지고 기판내에 형성된다. 이때 게이트 옥사이드 층과 게이트 전극은 채널길이로 정의되는 게이트 전극 폭 즉, 트랜지스터의 전체폭을 따라 기판위에 데포지션 된다. 또한, 소스와 드레인 영역은 트랜지스터 전체폭을 따라 게이트의 양쪽면에 형성된다.During the fabrication of MOS transistors, a moat is formed in the substrate with a moat width corresponding to the transistor width. In this case, the gate oxide layer and the gate electrode are deposited on the substrate along the gate electrode width defined by the channel length, that is, the entire width of the transistor. In addition, source and drain regions are formed on both sides of the gate along the entire width of the transistor.

게이트에 수직인 소스와 드레인 영역의 크기는 그위에 컨택을 줄수 있을 정도의 크기로 선택되고 있다. 평면형 구조에서는, 만일 더 넓은 트랜지스터가 요구된다면 2차원 이상의 공간이 필요하게 된다. 한정된 사이즈를 갖는 트랜지스터에는 어떤 제한이 있으며, 폭-길이 비의 함수이다. 이런것들은, 예를들면 게인, 스피드 및 전력 처리 용량들이다.The size of the source and drain regions perpendicular to the gate is chosen to be large enough to make contact thereon. In a planar structure, more than two-dimensional space is required if a wider transistor is required. There are certain limitations to transistors with a finite size and are a function of width-length ratio. These are for example gain, speed and power processing capacities.

스케일 다운(scale down)은 성능을 감퇴시키기 때문에 소자를 스케일 다운 하는 데에는 제한이 있다. 그러므로, 수직 집적 공정 기술은 특별히 트랜지스터를 지정하지는 않고 있다. 그러므로, 심하게 소자를 스케일 다운함이 없이 어떤 주어진 트랜지스터에 대해 패킹 밀도를 증가시킬수 있는 공정기술의 필요성이 요구되고 있다.Because scale down degrades performance, there is a limit to scaling down the device. Therefore, vertically integrated process technology does not specifically specify transistors. Therefore, there is a need for a process technology that can increase the packing density for any given transistor without severely scaling down the device.

본 발명은 반도체 기판의 표면적을 증가시키는 방법으로 이루어져 있다.The present invention consists of a method of increasing the surface area of a semiconductor substrate.

상기 방법은 반도체 기판의 표면에 측벽 및 바닥면으로 되어있는 트랜치를 형성하는 제1단계를 포함한다.The method includes a first step of forming a trench in the surface of a semiconductor substrate, the trench consisting of sidewalls and a bottom surface.

측벽은 액티브 영역의 둘레에 형성된다. 이때 측벽 보호층이 트랜치와 측벽 표면상에 형성된다. 그리고 트랜치 내에 열산화(thermal oxide) 층이 바닥으로부터 위로 뻗으면서 성장된다. 열산화층을 형성하는 동안 측벽과 측벽보호 층 사이에서 위로 뻗는 버즈 비이크(birds beak)가 형성되고, 이것은 단지 측벽 보호층의 어느 부위가 측벽위로 뻗는 것이다. 이때 액티브 영역의 표면적을 증가시키는 버즈 비이크에 의해, 가려지지 않은 측벽부의 측벽층이 제거된다.Sidewalls are formed around the active region. A sidewall protective layer is then formed on the trench and sidewall surfaces. And a layer of thermal oxide grows from the bottom up in the trench. During formation of the thermal oxidation layer, a bird's beak is formed which extends up between the sidewall and the sidewall protection layer, which merely extends over the sidewall. At this time, the sidewall layer of the sidewall portion that is not hidden is removed by the buzz bee which increases the surface area of the active region.

본 발명의 또다른 구체적 실시에서는, 액티브 영역에 대해 좀더 아아치형 에지(edge)를 주기 위해 상부 표면으로부터 트랜치 바닥까지 측벽이 위로 경사적 이다.In another specific implementation of the present invention, the side walls are sloped upward from the top surface to the trench bottom to give a more arched edge for the active region.

트랜치는 산화에 저항력이 있는 기판위에 보호 캡핑(capping) 층을 먼저 데포지션한 다음 트랜치 경계를 형성하기 위해 이 보호 캡핑층을 패터닝함으로서 형성된다. 기판내의 설정된 거리까지 에칭함으로써 트랜치가 얻어진다. 트랜치 경계에서 기판의 실제 표면이 보호 캡핑층의 상부 표면을 따라 패턴화된 표면적 보다 더 커질수 있도록 캡핑층의 두께는 가변될 수 있다.The trench is formed by first depositing a protective capping layer on an oxidation resistant substrate and then patterning the protective capping layer to form a trench boundary. The trench is obtained by etching to a set distance in the substrate. The thickness of the capping layer can be varied so that the actual surface of the substrate at the trench boundary can be larger than the patterned surface area along the upper surface of the protective capping layer.

본 발명의 또다른 구체적 실시에서는, 액티브 영역위에 설정된 두께로 게이트 옥사이드층을 형성함으로서 트랜지스터가 액티브 영역위에 형성된다. 그다음 게이트 전극을 형성하기 위해 게이트 옥사이드와 전도물질의 결합층을 패턴화 한후 전도물질층이 게이트 옥사이드 층위에 형성된다. 게이트 전극은 그 아래 깔려있는 채널 영역을 형성하기 위하여 액티브 영역의 한쪽으로부터 다른 쪽까지 연장되어 있다. 게이트 전극의 양 끝단은 측벽아래 및 트랜지스터 폭을 증가 시키기 위해 최소한 게이트 전극의 한 끝단에서 트랜치내의 열 산화층위를 가로 지른다. 소스와 드레인 영역은 채널의 안쪽에 형성된다.In another specific embodiment of the present invention, a transistor is formed over the active region by forming a gate oxide layer with a thickness set over the active region. The conductive layer is then formed over the gate oxide layer after patterning the bonding layer of gate oxide and conductive material to form a gate electrode. The gate electrode extends from one side of the active region to the other to form a channel region underlying it. Both ends of the gate electrode cross over the thermal oxide layer in the trench at least at one end of the gate electrode to increase the transistor width below the sidewalls and the transistor width. Source and drain regions are formed inside the channel.

본 발명의 다른 구체적인 실시에서는, MOS 커패시터가 액티브 영역에 형성된다. MOS 커패시터는 기판위에 커패시터 옥사이드층을 형성하고 이 위에 상부전극을 형성함으로서 만들어진다. 반전형 커패시터의 제2전극을 주기 위해 커패시터 옥사이드층 아래 놓이는 액티브 영역 부위에 접촉되는 도전가능한 연결이 액티브 영역에 주어진다.In another specific embodiment of the present invention, a MOS capacitor is formed in the active region. MOS capacitors are made by forming a capacitor oxide layer on a substrate and an upper electrode thereon. A conductive connection is given to the active region in contact with the portion of the active region underlying the capacitor oxide layer to give the second electrode of the inverting capacitor.

본 발명의 완전한 이해를 돋기 위하여 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings for a thorough understanding of the invention.

제1도에 바람직한 실시에서는 실리콘으로 되어 있는 기판(10)의 수직 단면도가 나타나 있다. 기판(10)의 상부 표면에 약300°Å두께의 실리콘 옥사이드 층(12)이 형성된다. 실리콘 옥사이드층(12)은 약1000℃의 온도에서, 산화 분위기속에서 열산화 처리를 함으로써 기판위에 형성된다. 실리콘 옥사이드층(12)의 형성후에, 실리콘 나이트라이드(Si3N4)층이 고유의 CVD 기술로 옥사이드층(12)의 상부 표면에 데포지션된다. Si3N4의 성장은 설정된 시간 동안 약800℃-900℃의 온도에서 실행된다.In the preferred embodiment of FIG. 1, a vertical cross-sectional view of a substrate 10 made of silicon is shown. A silicon oxide layer 12 having a thickness of about 300 degrees is formed on the upper surface of the substrate 10. The silicon oxide layer 12 is formed on the substrate by thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere at a temperature of about 1000 ° C. After formation of the silicon oxide layer 12, a layer of silicon nitride (Si 3 N 4 ) is deposited on the top surface of the oxide layer 12 by a proprietary CVD technique. The growth of Si 3 N 4 is carried out at a temperature of about 800 ° C.-900 ° C. for a set time.

그후, PR(photoresist) 층이 Si3N4층의 상부 표면에 형성된 다음 패턴화되어 양쪽면에 형성된 두 오픈되어 있는 영역(16)(18)을 갖는 나이트 라이드 캡(14)을 만들어 준다. 오픈 영역(16)(18)은 각각 라이드 캡(14)으로부터 나이트라이드 캡(20)(22)까지 양쪽면에 접해 있다.A photoresist (PR) layer is then formed on the top surface of the Si 3 N 4 layer and then patterned to create a nitride cap 14 having two open regions 16 and 18 formed on both sides. Open regions 16 and 18 abut on both sides from ride cap 14 to nitride cap 20 and 22, respectively.

제2도를 보면, 나이트 라이드 캡(14)(20)(22) 형성후에 오픈 영역(16)(18)은 사실상 이방성 에칭인 플루오린 에칭으로 에칭되어 있다.Referring to FIG. 2, after formation of the nitride caps 14, 20 and 22, the open regions 16 and 18 are etched with fluorine etching which is substantially anisotropic etching.

이 결과 각각 오픈 영역 (16)(18)내에 나이트라이드 캡(14)의 양쪽에 트랜치 (24)(26)가 형성 된다. 트랜치 (24)(26) 깊이는 2000Å-5000Å이다. 트랜치(24)는 나이트라이드 캡(14)에 인접한 경사진 에지(28)를 가지며, 트랜치 (26)는 나이트 라이드 캡(14)에 인접한 경사진 에지(30)를 갖는다. 에지 (28)(30)는 사실상 수직일수 있지만, 바람직한 구체적 실시에서 설명한 바와 같은 트랜지스터를 제조하기 위하여 경사진 에지가 바람직하다.As a result, trenches 24 and 26 are formed on both sides of the nitride cap 14 in the open regions 16 and 18, respectively. The depths of trenches 24 and 26 are 2000 microseconds-5000 microns. Trench 24 has a beveled edge 28 adjacent to nitride cap 14, and trench 26 has a beveled edge 30 adjacent to nitride cap 14. Edges 28 and 30 may be substantially vertical, but inclined edges are preferred for fabricating transistors as described in the preferred embodiments.

바람직한 구체적 실시에서, 트랜치 (24)(26)는 경사진 프로파일을 갖기 위해 경사진 에지 (28)(30)로 형성된다. 이 경사는 에칭 공정의 함수인 각을 가지고 있다. 에칭은 약0.5cm 간격을 둔 평면판을 통해 600watt.v를 갖춘 LAM 580 장비를 이용한 플라즈마 에칭이 바람직하다.In a preferred specific implementation, trenches 24 and 26 are formed with sloped edges 28 and 30 to have a sloped profile. This slope has an angle that is a function of the etching process. Etching is preferably plasma etched using LAM 580 equipment with 600watt.v through a flat plate approximately 0.5 cm apart.

유속 15cc/min에서 CHF3가스를 따라 유속 50cc/min에서 C2F6가스의 유속을 가질때 압력은 0.5Torr이다. 전체 에칭시간은 약2.5분이다.The pressure is 0.5 Torr with a flow rate of C 2 F 6 gas at a flow rate of 50 cc / min along the CHF 3 gas at a flow rate of 15 cc / min. The total etching time is about 2.5 minutes.

그러나, 가스의 유속과 전력 및 평면판 간격을 변화 시킴으로써, 각이 변화될 수 있다는 것을 알수 있다.However, it can be seen that by varying the flow rate and power of the gas and the plane spacing, the angle can be changed.

제3도를 보면, 트랜치 (24)(26)형성후에, 균일한 실리콘 나이트 라이드 층(32)이 CVD 기술로 기판위에 데포지션 된다. 실리콘 나이트라이드 층 (32)은 약2500Å 두께이다. 그다음 기판은 제4도에 도시된 바와 같이 평면형 표면을 덮고 있는 층 (32) 부위를 제거하기 위하여 이방성 에칭(SiF6)을 한다. 이것은 나이트라이드 캡 (14)의 상부 표면과 트랜치(24)(26)의 바닥으로부터 실리콘 나이트 라이드 층 (32)을 효과적으로 제거해 준다. 이방성 에칭은 또한 나이트 라이드 캡(14)의 상부 표면의 약간을 에칭해 준다. 실리콘 나이트 라이드의 측벽의 나이트라이드 층 (34)은 경사진 에지 (30)위에 남아 있으며, 측벽의 나이트 라이드층(36)은 경사진 에지(28)위에 남아 있다.3, after the formation of trenches 24 and 26, a uniform layer of silicon nitride 32 is deposited on the substrate by CVD techniques. Silicon nitride layer 32 is approximately 2500 mm thick. The substrate is then subjected to anisotropic etching (SiF 6 ) to remove the portion of the layer 32 covering the planar surface as shown in FIG. This effectively removes the silicon nitride layer 32 from the top surface of the nitride cap 14 and the bottom of the trenches 24 and 26. Anisotropic etching also etches some of the top surface of the nitride cap 14. The nitride layer 34 of the sidewalls of silicon nitride remains on the beveled edge 30 and the nitride layer 36 of the sidewalls remains on the beveled edge 28.

바람직한 구체적 실시에서, 0.2Torr 압력과 100w전력에서 1.5cm 간격이 떨어진 평면판을 가지고 있는 LAM 580 장비를 이용하여 에칭한다. SiF6가스는 10cc/min 유속에서 He 가스를 따라 50cc/min의 유속을 가지고 있다. 에칭시간은 약2분이다.In a preferred specific implementation, etching is performed using LAM 580 equipment having flat plates spaced 1.5 cm apart at 0.2 Torr pressure and 100w power. SiF 6 gas has a flow rate of 50 cc / min along He gas at a flow rate of 10 cc / min. The etching time is about 2 minutes.

제5a도에서, 측벽의 나이트라이드 층(34)(36) 형성후, 기판은 SiO2를 형성하기 위해, 그 바닥에서 실리콘을 소모하며, 트랜치 (26)(24) 바닥에 옥사이드층(38)(40)을 형성하기 위해 약900-1000℃에서 증기(steam) 산화공정에 놓이게 된다.In FIG. 5A, after formation of the nitride layers 34 and 36 of the sidewalls, the substrate consumes silicon at the bottom to form SiO 2 , and an oxide layer 38 at the bottom of the trench 26 and 24. It is subjected to a steam oxidation process at about 900-1000 ° C. to form 40.

옥사이드 층 (38)(40)은 분리 (isolation) 기능을 주며, 이층은 보통 필드 옥사이드로 언급되고 있다. 필드 옥사이드 사이의 영역은 일반적으로 모트로서 언급되고 있으며, 그 구조는 액티브 영역을 제공해주고, 액티브 영역내에 액티브 소자를 형성하기 위해 필드 옥사이드층(38)(40)은 기판위에 여러구성 요소 사이에 아이솔레이션을 제공해 주고 있다.Oxide layers 38 and 40 provide an isolation function, which is commonly referred to as field oxide. The area between the field oxides is generally referred to as a mote, and the structure provides an active area, and the field oxide layers 38 and 40 are isolated between various components on the substrate to form an active device in the active area. To provide.

산화 공정에 의한 필드 옥사이드 층 (38)(40)을 형성하는 동안 옥사이드는 실리콘의 아래 방향보다 윗방향으로 더 빠른 속도로 형성되며, 실리콘은 트랜치 (24)(26)의 중앙에서 가장빠른 속도로 소모된다. 또한 트랜치 (24)(26) 바닥과 나이트 라이드 측벽층 (36)(34)의 접촉영역에서 산화 속도는 각각 트랜치 중심에서 보다 더 느리다.While forming the field oxide layers 38 and 40 by the oxidation process, the oxide is formed at a faster rate upwards than the downward direction of the silicon, with the silicon at the fastest rate in the center of the trenches 24 and 26. Consumed. In addition, the oxidation rates at the contact areas of the bottoms of the trenches 24 and 26 and the nitride sidewall layers 36 and 34 are respectively slower than at the center of the trenches.

산화 공정하는 동안, 나이트 라이드 측벽층 (34)(36)의 에지가 산화공정에의해 들어 올려진다. 이것은 채널링 효과로서 언급되고 있으며, 실리콘과 나이트라이드 측벽층 (34)(36)사이에서 산소가 위로 끌리게 된다. 이것은 나이트라이드 측벽 층 (34)아래 버즈 비이크 (42)와 나이트 라이드 측벽층 (36)아래 버즈 비이크 (44)를 형성하는 결과를 가져온다. 버즈 비이크 (42)(44)는 경사진 에지 (28)(30)를 따라 위로 형성되지만 경사진 표면 (28)(30)의 위로 뻗는다. 비즈 비이크 (42)(44)가 경사진 표면 (28)(30)을 따라 위로 뻗어지는 정도는 기판 (10)이 증기 산화공정에 놓이는 시가능로 조절되어 진다. 바람직한 구체적 실시에서, 옥사이드 층 (38)(40)은 약7000Å 두께이다.During the oxidation process, the edges of the nitride sidewall layers 34 and 36 are lifted by the oxidation process. This is referred to as the channeling effect, and oxygen is drawn up between the silicon and nitride sidewall layers 34 and 36. This results in the formation of a buzz beak 42 underneath the nitride sidewall layer 34 and a buzz beak 44 underneath the nitride sidewall layer 36. The buzz bees 42, 44 are formed up along the inclined edges 28, 30 but extend above the inclined surfaces 28, 30. The extent to which the beads bees 42 and 44 extend upward along the inclined surfaces 28 and 30 is controlled to enable the substrate 10 to be subjected to a vapor oxidation process. In a preferred specific implementation, oxide layers 38 and 40 are about 7000 mm thick.

제5a도에, 나이트 라이드 측벽층 (36)아래에 형성된 버즈 비이크(44)의 상세도가 나타나 있는데 같은 부호는 다른 도면과 같은 부분에 붙여졌다. 트랜치(24) 바닥과 이에 근접해 있는 나이트라이드 측벽층 (36)의 본래 위치는 점선으로 나타나 있다. 참고부호 46으로 나타난 측벽 옥사이드 층의 끝은 경사진 에지 (28)의 가장 낮은 부위로부터 들어올려져 있는 것을 점선으로부터 알수 있다. 실제 들어올려진 곳의 에지 (46)는 나이트 라이드 측벽층 (36)과 필드 옥사이드 층 (40)사이에 형성되어 있는 아아치형 표면 (48)을 가져온다.In FIG. 5A, a detail of the buzz beet 44 formed under the nitride sidewall layer 36 is shown with the same reference numerals. The original location of the trench 24 bottom and the nitride sidewall layer 36 proximate to it is indicated by the dotted line. It can be seen from the dashed line that the end of the sidewall oxide layer, indicated by reference numeral 46, is lifted from the lowest portion of the inclined edge 28. The edge 46 in the actual lift results in an arched surface 48 formed between the nitride sidewall layer 36 and the field oxide layer 40.

이하 설명되어 지듯이, 이 곡면은 그위에 균일층의 데포지션하는 관점에서 볼 때 아주 중요하다. 비즈 비이크(44)는 경사진 에지 (28) 전부에는 뻗어 있지 않다는 것을 주의하여야한다. 옥사이드에 의해 덮여지지 않은 경사진 에지 (28)부위를 가질것이 필요하다.As explained below, this curved surface is very important in terms of the deposition of a homogeneous layer thereon. It should be noted that the bead beacon 44 does not extend to all of the inclined edges 28. It is necessary to have a beveled edge 28 area not covered by oxide.

제6도를 참고로 하면, 필드 옥사이드 층 (38)(40)이 자란후에 실리콘 나이트 라이드를 제거하기 위해 끓는 인산이 이용되며, 순수한 실리콘이 들어날때까지 옥사이드 층 (12)을 제거하기 위해서는 HF가 이용된다. 실리콘 나이트 라이드와 옥사이드 층 (12)이 순수한 실리콘이 들어날때까지 아래 방향으로 제거된후, 더미(dummy) 스트립(strip) 옥사이드 층 (도시되지 않음)이 약1000Å의 두께로 실리콘 상에 자란다.Referring to FIG. 6, after the field oxide layers 38 and 40 are grown, boiling phosphoric acid is used to remove silicon nitride, and HF is removed to remove the oxide layer 12 until pure silicon is introduced. Is used. After the silicon nitride and oxide layer 12 are removed downward until pure silicon enters, a dummy strip oxide layer (not shown) is grown on the silicon to a thickness of about 1000 microns.

스트립 옥사이드 성장 스텝은 참고 부호 47과49로 언급되어 있는 코너를 라운딩 시키는 효과가 있다. 이것은 1000Å 두께로 스트립 옥사이드 층을 성장시키는 작업이 평탄한 표면상에서 약500Å 정도 실리콘을 소모하는 결과를 가져온다는 사실에 기인한다. 그러나 뾰족한 에지에는 산화공정에 유용한 산소가 풍부하며 평탄한 표면에서의 실리콘 소모량에 비해 더 많은 실리콘 소모를 가져오며 더 빠른 속도로 산화가 진행된다.The strip oxide growth step has the effect of rounding the corners referred to as 47 and 49. This is due to the fact that the operation of growing the strip oxide layer to 1000 kW thick consumes about 500 kW of silicon on a flat surface. The sharp edges, however, are rich in oxygen, which is useful for the oxidation process, resulting in more silicon consumption compared to silicon consumption on flat surfaces and faster oxidation.

스트립 옥사이드 층이 기판 표면에 형성된후, 스트립 옥사이드 층을 제거하기 위해 약50% 오버 에칭으로 기판이 웨트(wet)에칭 된다. 50% 오버 에칭은 버즈 비이크 (42)(44) 부분을 제거한다는 점에서 중요하다. 이것은 1000Å을 에칭하는데 요구되는 시간 경과후에도 얻어지는 열산화층을 제거하기 위해서는 웨트 에칭 작업을 하여야 한다는 사실에 기인한다. 그러나 오버 에칭에 의해, 버즈 비이크 (42)(44)부위가 제거되며 버즈 비이크 (42)(44)의 끝단이 측벽 (28)(30)을 따라 우묵하게 들어가는 결과를 가져온다. 이것은 비즈 비이크 (42')(44')를 발생시키며, 측벽 (28)(30)에 실리콘의 노출을 증가시켜 전 표면적의 증가를 가져오게 한다.After the strip oxide layer is formed on the substrate surface, the substrate is wet etched with about 50% over etching to remove the strip oxide layer. 50% over etching is important in that it removes the buzz bee 42, 44 portion. This is due to the fact that a wet etching operation must be performed to remove the thermal oxide layer obtained even after the time required for etching 1000 kPa. However, over etching results in the removal of the buzz bee (42) (44) and the end of the buzz bee (42) (44) is recessed along the side walls (28) 30. This results in bead bees 42 'and 44', which increases the exposure of silicon to the sidewalls 28 and 30, resulting in an increase in the total surface area.

구후에 실리콘 옥사이드 층 (50)이 약200Å 두께로 기판상에서 열산화공정에 의하여 자라고, 이것은 MOS 트랜지스터의 게이트 옥사이드로서의 기능을 한다.Afterwards, the silicon oxide layer 50 is grown by a thermal oxidation process on the substrate to a thickness of about 200 microseconds, which functions as a gate oxide of the MOS transistor.

이후 폴리 실리콘 층 (52)이 약4000-5000Å의 두께로 옥사이드 층 (50)위에 CVD 기술로 데포지션된다. 필드 옥사이드 층 (38)(40)과 남아 있는 경사진 에지 부위(28)(30)아래사이로 뻗어 있는 실리콘의 전도 표면은 비평면적인 표면을 준다. 그러므로, 기판 표면의 어떤 주어진 X-Y 크기에 대해, 전 표면적은 버지 비이크 (42)(44) 사이에서 증가된다. 공정으로 인하여, 측벽(28)(30)과 상부 표면 사이의 액티브 영역의 에지는 아아치형으로 본다. 측벽 (28)(30)사이의 거리가 감소함에 따라, 전 표면은 둥근 벌지 (bulge)와 유사하게 된다.Polysilicon layer 52 is then deposited by CVD techniques on oxide layer 50 to a thickness of about 4000-5000 mm 3. The conductive surface of silicon extending between the field oxide layers 38 and 40 and below the remaining sloped edge portions 28 and 30 gives a non-planar surface. Therefore, for any given X-Y size of the substrate surface, the total surface area is increased between the virgin bees 42 and 44. Due to the process, the edge of the active region between the sidewalls 28 and 30 and the top surface is considered arched. As the distance between the side walls 28 and 30 decreases, the entire surface becomes similar to a rounded bulge.

제7도를 참고하면, 폴리 실리콘 층 (52) 형성후, 트랜지스터의 게이트는 버즈 비이크 (42)(44)와 필드 옥사이드 층 (38)(40)층의 상부에 컨택면을 주기 위해 길이로 연장되어 패터닝 되어 있는 것을 알수 있다.Referring to FIG. 7, after the polysilicon layer 52 is formed, the gate of the transistor is lengthened to give a contact surface on top of the buzz bees 42, 44 and the field oxide layers 38, 40. Notice that it is extended and patterned.

트랜지스터 게이트는 참고부호 54로 나타나 있다. 게이트 (54) 형성후, 소스와 드레인 접합부는 기판 (10)의 타입과는 반대 타입의 불순물로 이온 주입된다. 예를 들면, 기판 (10)이 p-형 전도체라면, n-형 불순물이 게이트 (54)의 양쪽의 기판에 주입될 것이다. 이것은 종래의 셀프-얼라인공정이며, 이로 인해 게이트 (54)에지는 트랜지스터의 채널 영역에 대해 S/D 접합부와 얼라인 되고, 여기서 채널 영역은 게이트 (54)아래에 놓이게 된다.The transistor gate is indicated by reference numeral 54. After the gate 54 is formed, the source and drain junctions are ion implanted with impurities of a type opposite to that of the substrate 10. For example, if substrate 10 is a p-type conductor, n-type impurities will be implanted into both substrates of gate 54. This is a conventional self-alignment process whereby the edge of gate 54 is aligned with the S / D junction with respect to the channel region of the transistor, where the channel region lies under the gate 54.

그러나, 트랜지스터의 S/D과 게이트 전극 (54)을 형성하기 위해 어떤 공정이라도 이용될 수 있다. 트랜지스터 소스는 참고부호 56이고 드레인은 58로 나타나 있다. 트랜지스터의 전체 폭은 기판 표면으로부터 아래로 연장되어 있는 남아 있는 경사진 에지 부위 (28)(30)에 따라 증가한다는 것을 제7도의 사시도로부터 알수 있다. 이것은 게이트 전극(54)이 놓여있는 표면에 벌지를 형성한다. 버즈 비이크 (42)(44)에 근접한 어떤 곳에서, 게이트 전극 (54)은 기판의 윤곽을 따라 형성될 것이고, 그리하여 게이트의 길이 즉, 트랜지스터 폭을 증가 시킬 것이다. 경사진 에지 (28)(30)는 수직 에지라기 보다는 실제로 아아치형의 표면을 주고 있다는 것을 알 수 있다. 뾰족한 에지에서 생긴 필드가 트랜지스터 동작 파라미터에 중요한 영향을 주기 때문에 트랜지스터 게이트에는 수직적인 에지가 바람직스럽지 못하다.However, any process may be used to form the S / D of the transistor and the gate electrode 54. The transistor source is indicated at 56 and the drain is indicated at 58. It can be seen from the perspective of FIG. 7 that the overall width of the transistor increases with remaining sloped edge portions 28, 30 extending downward from the substrate surface. This forms a bulge on the surface on which the gate electrode 54 is placed. At some point in proximity to the buzz bees 42 and 44, the gate electrode 54 will be formed along the contour of the substrate, thereby increasing the length of the gate, i.e., the transistor width. It can be seen that the sloped edges 28 and 30 actually give an arched surface rather than a vertical edge. Vertical edges are not desirable for transistor gates because fields at sharp edges have a significant impact on transistor operating parameters.

제8도에서, 게이트 전극 (54)과 소스, 드레인 (56)(58) 형성후, 트랜지스터는 중간 레벨 옥사이 층 (60)으로 덮인후, 컨택오프닝 (62)이 중간 레벨 옥사이드 층(60)을 통하여 형성 되고, 전도 플러그 (64)가 오프닝내에 형성된다. 메탈층 (66)이 이때 중간 레벨 옥사이드층 (60)의 표면에 형성되고, 기판상의 다른 회로 사이에 도전가능한 연결을 주기 위해 패터닝 된다.In FIG. 8, after the formation of the gate electrode 54 and the source and drain 56, 58, the transistor is covered with the intermediate level oxime layer 60, and then the contact opening 62 contacts the intermediate level oxide layer 60. And a conductive plug 64 is formed in the opening. Metal layer 66 is then formed on the surface of mid-level oxide layer 60 and patterned to provide a conductive connection between other circuits on the substrate.

일반적으로, 필드 옥사이드 층 (38) 또는 (40)위에서 게이트 전극 (54)에 대한 컨택을 만드는 것이 바람직하다.In general, it is desirable to make a contact to the gate electrode 54 over the field oxide layer 38 or 40.

제9도에는 트랜지스터 형성에 대한 변형방법의 평면도가 나타나 있으며, 트랜지스터는 1 트랜지스터 메모리 셀 구조로 커패시터와 함께 나타나 있다. 소자는 커패시터 영역 (70)과 액티브 영역 (72)에 포함되어 있는 경계면 (68)으로 형성된 모드를 형성함으로서 제조된다. 커패시터 영역 (70)은 반전형 커패시터를 형성하기 위해 도우핑되지 않거나 또는 디 플리션형 커패시터를 형성하기 위해 이온주입될 수 있다. 액티브 영역 (72)은 트랜지스터를 형성하기 위해 이용된다. 경계면 (68)으로 형성된 모드는 제1도 내지 제8도에서 설명한 상기 공정과 유사하게 제조된다. 경계면 (68)은 버즈 비이크 (42)(44)와 유사한 버즈 비이크의 에지로 이루어진다. 그러므로 트랜치는 경계면 (68)외부에 형성되고 필드 옥사이드 층은 이 외부에 형성된다. 커패시터 영역 (70)과 액티브 영역 (72) 형성후, 제1폴리 실리콘 층이 이 위에 형성되어 커패시터 영역 (70)을 덮고 액티브 영역 (72)은 노출시킬 수 있도록 패터닝 된다. 제1폴리실리콘 층은 경계면 (74)의 외부에 형성된다. 그다음 중간 레벨 옥사이드층이 기판위에 배치되고, 액티브 영역 (72)이 다시 노출된다. 그다음 게이트 옥사이드층이 형성되고 제2폴리실리콘층이 데포지션 된다. 제2폴리실리콘층은 게이트 전도체 (76)를 형성하기 위해 패터닝 된다. 그후, 소스 주입 (78)이 게이트 (76)와 커패시터 영역 (70)사이에서 노출되고, 소스 (78)는 게이트 전극 (76)과 경계면 (74)으로 마스킹된다.9 is a plan view of a modification method for forming a transistor, and the transistor is shown with a capacitor in a one transistor memory cell structure. The device is manufactured by forming a mode formed by the interface 68 included in the capacitor region 70 and the active region 72. Capacitor region 70 may be undoped to form an inverted capacitor or ion implanted to form a depleted capacitor. Active region 72 is used to form transistors. The mode formed by the interface 68 is manufactured similar to the above-described process described in FIGS. The interface 68 consists of an edge of a buzz bee similar to the buzz bee 42, 44. The trench is therefore formed outside the interface 68 and the field oxide layer is formed outside this. After the capacitor region 70 and the active region 72 are formed, a first polysilicon layer is formed thereon to cover the capacitor region 70 and the active region 72 to be exposed. The first polysilicon layer is formed outside of the interface 74. An intermediate level oxide layer is then disposed over the substrate and the active region 72 is exposed again. A gate oxide layer is then formed and a second polysilicon layer is deposited. The second polysilicon layer is patterned to form the gate conductor 76. Source implant 78 is then exposed between gate 76 and capacitor region 70, and source 78 is masked to gate electrode 76 and interface 74.

소스 이온주입 (78)은 이온 주입된 영역 또는 반전 영역인 커패시터의 하부 평면을 연결시켜 준다. 드레인 (80)은 게이트 전극에 의해 소스와 반대쪽에 형성된다. 그후, 비트라인 컨택 (82)이 형성된다. 경계면은 (68)은 커패시터에 잇점을 주는 증가된 표면적을 형성해 주며, 여기서 커패시터 옥사이드는 제1폴리 실리콘 층 아래에 놓이고, 게이트 옥사이드층 위의 제1폴리 실리콘층은 증가된 표면적을 제공해 주고 있다.Source ion implantation 78 connects the lower plane of the capacitor, either the ion implanted region or the inverted region. The drain 80 is formed opposite the source by the gate electrode. Thereafter, a bitline contact 82 is formed. The interface (68) forms an increased surface area that benefits the capacitor, where the capacitor oxide lies below the first polysilicon layer and the first polysilicon layer above the gate oxide layer provides an increased surface area. .

상기 단계 형성후의 커패시터 영역 (70)의 수직 단면은 제6도와 유사하게 나타난다. 요약하면, 실리콘 표면에 대해 평면으로 되어 있지 않은 어떤 표면위에 반도체 소자를 형성하는 공정을 설명하였다. 공정은 기판의 액티브 영역을 만들기 위해 나이트 라이드 마스크를 형성하는 것을 포함하고 있다. 그후 트랜치가 나이트 라이드 마스크의 측면을 따라 형성되고 균일한 측벽 나이트 라이드 층이 트랜치의 측벽을 따라 데포지션 된다.The vertical cross section of the capacitor region 70 after the step formation is shown similarly to FIG. In summary, the process of forming a semiconductor device on a surface that is not planar with respect to the silicon surface has been described. The process involves forming a nitride mask to make the active region of the substrate. A trench is then formed along the side of the nitride mask and a uniform sidewall nitride layer is deposited along the sidewall of the trench.

그다음 버즈 비이크가 측벽의 나이트 라이드 하부 끝단에서 형성되어 측벽의 나이트 라이드 끝단을 들어올리도록 트랜치의 바닥 면으로부터 필드 옥사이드가 자란다. 버즈 비이크는 경사진 에지부가 실리콘으로 남을 수 있도록 트랜치의 경사진 에지부 위로 부분적으로 뻗어 있다. 그후 나이트라이드 캡이 버즈 비이크 경계면 사이에서 증가된 표면적을 갖는 전도성 표면을 남기면서 제거된다. 이후 트랜지스터 게이트와 같은 반도체 구조가 액티브 영역에 배치될 수 있고 증가된 폭을 가진 트랜지스터를 만들수 있다.A field oxide is then grown from the bottom side of the trench such that a buzz bee is formed at the nitride end lower end of the sidewall to lift the nitride end of the sidewall. The buzz beak partially extends over the trench's sloped edges so that the sloped edges remain in silicon. The nitride cap is then removed leaving a conductive surface with increased surface area between the buzz bee interface. Then a semiconductor structure, such as a transistor gate, can be placed in the active region and create a transistor with increased width.

Claims (3)

반도체 기판상의 액티브 영역의 표면적을 증가시키는 방법에 있어서, 2차원적인 경계면을 형성하기 위해 기판상의 선택면에 대해 산화공정에 저항력이 있는 미리 설정된 두께의 보호캡을 형성하는 단계, 바닥면과 제1의 2차원 경계면 주위로부터 바닥면까지 아래로 연장되는 측벽을 갖는 기판의 표면에 트랜치(trench)를 형성하는 단계, 트랜치의 측벽에 실리콘 나이트라이드로 된 보호층을 형성하는 단계, 측벽과 나이트라이드 보호캡층 사이의 측벽을 따라 트랜치의 바닥으로부터 위쪽으로 연장되는 각각의 측벽상에 버즈 비이크가 형성되도록 제1의 2차원 경계면 아래에 제2경계면을 한정하는 버즈 비이크의 가장 바깥쪽 에지(edge)로 버즈 비이크(birds beak)가 측벽위로 연장되도록 바닥면으로부터 위쪽으로 트랜치에 열산화층을 열적으로 성장하는 단계, 측벽위의 실리콘 나이트라이드층 및 보호캡을 제거하는 단계, 스트립 옥사이드층을 형성하기 위해 반도체 재료가 소모되도록 액티브 영역의 상부 표면과 측벽상에 노출된 반도체 재료상에 스트립 옥사이드층을 열산화공정으로 성장하는 단계 및 웨트 에칭(wet etching)이 스트립 옥사이드층 두께를 제거하는데 소모되는 시간을 초과하는 동안에도 계속되도록 웨트에칭으로 스트립 옥사이드층을 제거하는 단계를 포함하며, 액티브 영역의 표면적은 제1의 2차원 경계면내의 표면적과 열산화층으로 덮여 있지 않은 측벽부의 표면으로 이루어지고, 상기 액티브 영역의 상부 표면 및 측벽 사이의 접합부에서 에지를 둥글게 하기 위해 반도체 재료가 더 빠른 속도로 소모되며, 표면적을 효과적으로 증가시키기 위해 액티브 영역의 상부 표면으로부터 떨어진 측벽을 따라 버즈 비이크가 아래로 우묵하게 들어가도록 버즈 비이크 일부분이 제거되는 것을 특징으로 하는 기판상의 액티브 영역의 표면적을 증가시키는 방법.A method of increasing the surface area of an active region on a semiconductor substrate, the method comprising: forming a protective cap of a predetermined thickness resistant to an oxidation process for a selected surface on a substrate to form a two-dimensional interface, a bottom surface and a first surface; Forming a trench in the surface of the substrate having a sidewall extending downward from the periphery of the two-dimensional boundary of the substrate, forming a protective layer of silicon nitride on the sidewall of the trench, protecting the sidewall and the nitride The outermost edge of the buzz beak defining a second boundary below the first two-dimensional boundary such that a buzz bee is formed on each sidewall extending upward from the bottom of the trench along the sidewalls between the cap layers. Thermally growing a thermal oxide layer in the trench upwards from the bottom surface such that the birds beak extends over the sidewalls, Removing the silicon nitride layer and the protective cap on the sidewalls, and thermally oxidizing the strip oxide layer on the top surface of the active region and the exposed semiconductor material on the sidewalls to consume the semiconductor material to form the strip oxide layer. And removing the strip oxide layer by wet etching so that wet etching continues while the time required to remove the strip oxide layer thickness is exceeded, the surface area of the active region being determined by the first 2. Consisting of the surface area within the dimensional interface and the surface of the sidewall portion not covered with the thermal oxidation layer, and the semiconductor material is consumed at a faster rate to round the edges at the junction between the upper surface and the sidewall of the active area, effectively increasing the surface area. Side walls away from the upper surface of the active area And a portion of the buzz beak is removed such that the buzz beak is recessed downward along the surface area of the active area on the substrate. 제1항에 있어서, 상기 반도체 재료는 실리콘이며, 상기 스트립 옥사이드층은 실리콘 옥사이드인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the semiconductor material is silicon and the strip oxide layer is silicon oxide. 제1항에 있어서, 상기 웨트 에칭은 상기 스트립 옥사이드층을 50%로 오버에칭하는 시간동안 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the wet etching is performed for a time of overetching the strip oxide layer by 50%.
KR1019890004757A 1989-04-10 1989-04-10 Method for forming a non-planar structure on the surface of a semiconductor substrate KR0145077B1 (en)

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