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JP2013069770A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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JP2013069770A
JP2013069770A JP2011206083A JP2011206083A JP2013069770A JP 2013069770 A JP2013069770 A JP 2013069770A JP 2011206083 A JP2011206083 A JP 2011206083A JP 2011206083 A JP2011206083 A JP 2011206083A JP 2013069770 A JP2013069770 A JP 2013069770A
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insulating film
silicon
film
forming
semiconductor device
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JP2011206083A
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Hiroaki Takeya
博昭 竹谷
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Micron Memory Japan Ltd
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Elpida Memory Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method which prevents variation among transistors in a height of a silicon film formed on an upper part of a silicon pillar by epitaxial growth when an active region is provided on the upper part of the silicon pillar of the transistor in a semiconductor device to equalize an implantation depth of a conductive dopant to the silicon film.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises: a silicon pillar formation process of forming a columnar silicon pillar on a principal surface of a substrate; a first insulation film formation process of forming a first insulation film so as to cover the silicon pillar; a first insulation film removal process of removing the first insulation film from a top face to expose the top face and lateral faces of an upper part of the silicon pillar; and a silicon film formation process of forming a silicon film on the tip face and the lateral faces of the upper part of the silicon pillar by an epitaxial growth method.

Description

本発明は半導体装置及びその製造方法に関するものであり、特に縦型トランジスタを含む半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including a vertical transistor and a manufacturing method thereof.

近年、微細加工技術の進展により、半導体装置の微細化が急速に進んでいる。半導体装置の1つであるトランジスタにおいても、活性領域として利用できる半導体基板の表面積が次第に小さくなっている。活性領域が縮小されると、平面型トランジスタではチャネル長やチャネル幅が減少し、短チャネル効果等が発生する。このような短チャネル効果等の問題を回避し、かつ、活性領域の縮小に対応するために、縦型トランジスタが提案されている。   In recent years, miniaturization of semiconductor devices has been progressing rapidly due to progress in microfabrication technology. Even in a transistor which is one of semiconductor devices, the surface area of a semiconductor substrate that can be used as an active region is gradually reduced. When the active region is reduced, the channel length and the channel width are reduced in the planar transistor, and a short channel effect or the like occurs. In order to avoid such problems as the short channel effect and cope with the reduction of the active region, a vertical transistor has been proposed.

縦型トランジスタでは、シリコン基板等の半導体基板(以降、基板と称する)の主面に柱状のシリコンピラーが形成され、シリコンピラーの上部及び下部に、それぞれ導電型ドーパントが注入された拡散領域が設けられている。通常、これらの拡散領域がトランジスタのソース/ドレイン領域として機能する。上部の拡散領域と下部の拡散領域との間のシリコンピラーの側壁にゲート絶縁膜を介して、ゲート電極が設けられている。トランジスタのソース/ドレイン領域として機能する上部及び下部の拡散領域は、コンタクトプラグなどを介して他の素子と接続することができる。例えば、DRAM(dynamic random access memory)の選択トランジスタとしてこのような縦型トランジスタを適用した場合、下部拡散層をビット線に接続し(または拡散層自体をビット線とし)、上部拡散層にコンタクトプラグを介してキャパシタに接続することで、メモリセル(以降、セルと称する)を構成することができる。   In a vertical transistor, columnar silicon pillars are formed on the main surface of a semiconductor substrate such as a silicon substrate (hereinafter referred to as a substrate), and diffusion regions into which conductive dopants are implanted are provided above and below the silicon pillar, respectively. It has been. Usually, these diffusion regions function as source / drain regions of the transistor. A gate electrode is provided on the side wall of the silicon pillar between the upper diffusion region and the lower diffusion region via a gate insulating film. The upper and lower diffusion regions functioning as the source / drain regions of the transistor can be connected to other elements through contact plugs or the like. For example, when such a vertical transistor is applied as a DRAM (dynamic random access memory) selection transistor, the lower diffusion layer is connected to a bit line (or the diffusion layer itself is a bit line), and a contact plug is connected to the upper diffusion layer. A memory cell (hereinafter referred to as a cell) can be configured by connecting to the capacitor via the.

このような縦型トランジスタは基板の面積を増やすことなく、高密度化ができる。また、縦型トランジスタは完全空乏型構造あるいは部分空乏型構造の半導体素子を形成することが容易であり、高速デバイスや低消費電力の半導体素子を形成することができる等の優れた特徴を有する。
このような縦型トランジスタに関しては、半導体素子の形状や配置により、様々な構造の縦型トランジスタ及びその製造方法(特許文献1〜3参照)が提案されている。
Such a vertical transistor can be increased in density without increasing the area of the substrate. In addition, a vertical transistor can easily form a semiconductor element having a fully depleted structure or a partially depleted structure, and has excellent characteristics such as a high-speed device and a semiconductor element with low power consumption.
Regarding such vertical transistors, vertical transistors having various structures and manufacturing methods thereof (see Patent Documents 1 to 3) have been proposed depending on the shape and arrangement of semiconductor elements.

例えば特許文献1には、柱状シリコンの両側壁を2つのゲート電極で挟み込んだダブルゲート構造のピラー型MIS(metal−insulator−semiconductor)トランジスタが開示されている。
ピラー型MISトランジスタは、基板に形成したシリコンピラーの下部と上部に、それぞれ不純物半導体の拡散領域が形成され、ソースドレイン領域が配置されると共に、シリコンピラーの側壁にゲート絶縁膜を介してゲート電極が配置された、縦型構造のMISトランジスタである。このような構造のピラー型MISトランジスタは、基板に対して平面的に形成したゲート電極とその側方下部に拡散領域を配置した平面型MISトランジスタと比べて、トランジスタあたりの占有面積を縮小できる。
また、特許文献2には、柱状シリコンの周囲をゲート電極が囲んだ構造のSGT(surrouding gate transistor)が開示されている。
For example, Patent Document 1 discloses a pillar-type pillar-type silicon MIS (metal-insulator-semiconductor) transistor in which both side walls are sandwiched between two gate electrodes.
In the pillar type MIS transistor, a diffusion region of an impurity semiconductor is formed in each of a lower portion and an upper portion of a silicon pillar formed on a substrate, a source / drain region is disposed, and a gate electrode is formed on a side wall of the silicon pillar via a gate insulating film. Is a vertical structure MIS transistor. The pillar type MIS transistor having such a structure can reduce the occupied area per transistor as compared with the planar type MIS transistor in which the gate electrode formed in a plane with respect to the substrate and the diffusion region is disposed on the lower side thereof.
Patent Document 2 discloses an SGT (Surrounding Gate Transistor) having a structure in which a gate electrode surrounds a columnar silicon.

但し、前述の構造を有するトランジスタでは、トランジスタの微細化によって、シリコンピラー上部に形成された拡散領域の体積及び表面積が減少し、拡散領域及び拡散領域に接続されるコンタクトプラグの抵抗が増大してしまう。
特に、DRAMのセルトランジスタにおいては、拡散領域の抵抗を低減するために、拡散領域に注入する不純物の濃度を高くすると、拡散領域の接合電界が強くなり、リーク電流が増加する。そのため、DRAMのリフレッシュ特性が悪化し、DRAM製品の性能低下を招いてしまう。
However, in the transistor having the above-described structure, the volume and surface area of the diffusion region formed on the silicon pillar are reduced by the miniaturization of the transistor, and the resistance of the contact plug connected to the diffusion region and the diffusion region is increased. End up.
In particular, in a DRAM cell transistor, if the concentration of an impurity implanted into the diffusion region is increased in order to reduce the resistance of the diffusion region, the junction electric field in the diffusion region becomes stronger and the leakage current increases. As a result, the refresh characteristics of the DRAM deteriorate and the performance of the DRAM product is degraded.

特許文献3には、このような問題を解決するために、ピラー型トランジスタの形成工程において、シリコンピラーの上面を層間絶縁膜から露出させ、シリコンピラーの上面を種としたエピタキシャル成長によって、シリコンピラーの頂部にソースドレイン領域となる拡散層を形成する半導体装置の製造方法が開示されている。   In Patent Document 3, in order to solve such a problem, in the step of forming a pillar-type transistor, the upper surface of the silicon pillar is exposed from the interlayer insulating film, and epitaxial growth using the upper surface of the silicon pillar as a seed is performed. A method for manufacturing a semiconductor device in which a diffusion layer to be a source / drain region is formed at the top is disclosed.

米国特許出願公開第2006/0017088号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0017088 米国特許出願公開第2006/0081884号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0081884 特開2010−135592号公報JP 2010-135592 A

しかしながら、従来の半導体装置の製造方法のように、シリコンピラーの上面を種にエピタキシャル成長を行うと、形成されるシリコン膜の高さがトランジスタ毎にばらついてしまう。その結果、シリコン膜形成後に行うシリコンピラー上部の拡散領域の形成において、シリコン膜への導電型ドーパントの注入深さにトランジスタ毎のばらつきが生じる問題があった。   However, when the epitaxial growth is performed using the upper surface of the silicon pillar as a seed as in the conventional method of manufacturing a semiconductor device, the height of the formed silicon film varies from transistor to transistor. As a result, in the formation of the diffusion region above the silicon pillar performed after the silicon film is formed, there is a problem in that the implantation depth of the conductive dopant into the silicon film varies from transistor to transistor.

本発明の半導体装置の製造方法は、基板の主面に柱状のシリコンピラーを形成するシリコンピラー形成工程と、シリコンピラーを覆うように第1の絶縁膜を形成する第1絶縁膜形成工程と、第1の絶縁膜を上面から除去し、シリコンピラー上部の上面及び側面を露出させる第1絶縁膜除去工程と、シリコンピラー上部の上面及び側面にエピタキシャル成長法によりシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程とを有することを特徴とする。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention includes a silicon pillar forming step of forming columnar silicon pillars on the main surface of the substrate, a first insulating film forming step of forming a first insulating film so as to cover the silicon pillars, A first insulating film removing step of removing the first insulating film from the upper surface to expose the upper surface and side surfaces of the upper portion of the silicon pillar; and a silicon film forming step of forming a silicon film on the upper surface and side surfaces of the upper portion of the silicon pillar by epitaxial growth. It is characterized by having.

本発明の半導体装置は、基板の主面に柱状に形成されたシリコンピラーと、シリコンピラーと同時に形成された第1の溝の下部に充填され、シリコンピラー上部を露出させるように形成された第1の絶縁膜と、シリコンピラー上部の上面及び側面にエピタキシャル成長法により形成されたシリコン膜とを有することを特徴とする。   The semiconductor device of the present invention is filled with a silicon pillar formed in a pillar shape on the main surface of the substrate and a lower portion of the first groove formed simultaneously with the silicon pillar, and is formed so as to expose the upper portion of the silicon pillar. And a silicon film formed by epitaxial growth on an upper surface and a side surface of the upper part of the silicon pillar.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、シリコンピラーの上部が周囲の絶縁膜(第1の絶縁膜)上面より突出し、シリコンピラーの上面に加えて側面を種として、エピタキシャル成長法によるシリコン膜が形成される。この方法では、従来のシリコン膜の形成方法よりも、エピタキシャル成長量が少なくて済む。そのため、エピタキシャル成長により形成されるシリコン膜の高さのトランジスタ毎のばらつきを低減することができる。また、シリコンピラー上部の拡散領域の形成の際に、導電型ドーパントの注入深さを略均一にすることができる。その結果、電気特性のトランジスタ毎のばらつきが少ない半導体装置を製造することができる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the upper part of the silicon pillar protrudes from the upper surface of the surrounding insulating film (first insulating film), and the silicon film formed by the epitaxial growth method is formed using the side surface as a seed in addition to the upper surface of the silicon pillar. It is formed. This method requires less epitaxial growth than conventional silicon film formation methods. Therefore, variation in the height of the silicon film formed by epitaxial growth for each transistor can be reduced. Further, when forming the diffusion region above the silicon pillar, the implantation depth of the conductive dopant can be made substantially uniform. As a result, a semiconductor device with little variation in electrical characteristics between transistors can be manufactured.

本発明の第1実施形態における半導体装置の要部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the principal part of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態の半導体装置の要部の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the principal part of the semiconductor device of 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態の半導体装置の要部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the principal part of the semiconductor device of 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態における半導体装置の一製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one manufacturing process of the semiconductor device in 5th Embodiment of this invention.

以下、本発明を適用した半導体装置及びその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、各構成要素の寸法比率等が実際と同一であるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。   Hereinafter, a semiconductor device to which the present invention is applied and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings used in the following description, the dimensional ratios of the components are not always the same as the actual ones. In addition, the materials and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist thereof.

(第1の実施形態)
図1は本発明の第1実施形態である半導体装置200の主要部を示す断面図である。
半導体装置200は、図1に示すように基板1と、基板1表面内に形成されたp型ウェル20a及びn型ウェル20bと、これらのウェルに連接して形成されたシリコンピラー2と、p型ウェル20aとn型ウェル20bとの間に形成されたSTI(shallow trench isolation)膜16と、ウェルの主面上に形成された下部拡散領域(第2の拡散領域)7と、下部拡散領域7及びSTI膜16上に形成された基板絶縁膜(第3の絶縁膜)30と、シリコンピラー2の側壁に形成されたゲート絶縁膜5と、その周囲に形成されたゲート電極6と、ゲート電極間を埋める層間絶縁膜(第1の絶縁膜)8と、シリコンピラー2上部に形成された上部拡散領域(第1の拡散領域)10と、上部拡散領域10を埋め込むように形成された層間絶縁膜(第2の絶縁膜)12と、層間絶縁膜12上に形成された第1の上部配線18及び第2の上部配線19と、上部拡散領域10と第1の上部配線18とを接続する第1のコンタクトプラグ13と、下部拡散領域10と第2の上部配線19とを接続する第2のコンタクトプラグ14とを有する。
また、半導体装置200のうち、p型ウェル20aを含む領域はnチャネルトランジスタ101aとして機能し、n型ウェル20bを含む領域はpチャネルトランジスタ101bとして機能する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing the main part of a semiconductor device 200 according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the semiconductor device 200 includes a substrate 1, a p-type well 20a and an n-type well 20b formed in the surface of the substrate 1, a silicon pillar 2 formed in connection with these wells, p STI (shallow trench isolation) film 16 formed between type well 20a and n type well 20b, lower diffusion region (second diffusion region) 7 formed on the main surface of the well, and lower diffusion region 7 and a substrate insulating film (third insulating film) 30 formed on the STI film 16, a gate insulating film 5 formed on the sidewall of the silicon pillar 2, a gate electrode 6 formed around the gate insulating film 5, and a gate An interlayer insulating film (first insulating film) 8 filling the space between the electrodes, an upper diffusion region (first diffusion region) 10 formed on the silicon pillar 2, and an upper diffusion region 10 are embedded. Interlayer insulating film (second insulating film) 12 formed, first upper wiring 18 and second upper wiring 19 formed on interlayer insulating film 12, upper diffusion region 10 and first upper wiring 18 And a second contact plug 14 for connecting the lower diffusion region 10 and the second upper wiring 19 to each other.
In the semiconductor device 200, a region including the p-type well 20a functions as the n-channel transistor 101a, and a region including the n-type well 20b functions as the p-channel transistor 101b.

基板1としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。具体的にはp型のシリコン基板を用いることができる。以下では、基板1としてp型のシリコン基板(シリコンウェハ)を用いることとして説明する。   As the substrate 1, for example, a silicon substrate can be used. Specifically, a p-type silicon substrate can be used. In the following description, it is assumed that a p-type silicon substrate (silicon wafer) is used as the substrate 1.

p型ウェル20aは、p型の不純物が基板1に注入されることにより形成された不純物拡散領域である。また、n型ウェル20bは、同様にしてn型の不純物が基板1に注入されることにより形成された不純物拡散領域である。これらのウェルは、ソースドレイン領域やソースドレイン領域の端子に配線層となる金属等を接合する際に、その接触抵抗を下げる目的で形成される。
p型ウェル20a及びn型ウェル20bに連接されるシリコンピラー2はそれぞれのウェルと同一型(p型あるいはn型)の導電性を有している。
なお、図1にはnチャネルトランジスタ101aの領域と、pチャネルトランジスタ101bの領域に、それぞれp型ウェルとn型ウェルが設けられているツインウェル型の構成を示しているが、この構成に限るものではなく、シングルウェル型やトリプルウェル型の構成を用いてもよい。
The p-type well 20 a is an impurity diffusion region formed by implanting p-type impurities into the substrate 1. Similarly, the n-type well 20b is an impurity diffusion region formed by implanting an n-type impurity into the substrate 1. These wells are formed for the purpose of lowering the contact resistance when a metal or the like serving as a wiring layer is bonded to the source / drain regions or the terminals of the source / drain regions.
The silicon pillar 2 connected to the p-type well 20a and the n-type well 20b has the same type (p-type or n-type) conductivity as the respective wells.
Note that FIG. 1 shows a twin-well configuration in which a p-type well and an n-type well are provided in the region of the n-channel transistor 101a and the region of the p-channel transistor 101b, respectively. A single-well or triple-well configuration may be used instead.

STI膜16は、p型ウェル20aとn型ウェル20bとの境界面に形成された溝に絶縁膜が充填されることにより形成される。STI膜16には、例えば酸化シリコンを用いることができる。   The STI film 16 is formed by filling a trench formed in the boundary surface between the p-type well 20a and the n-type well 20b with an insulating film. For example, silicon oxide can be used for the STI film 16.

下部拡散領域7は、n型半導体またはp型半導体の不純物を含む領域であり、シリコンピラー2の部分を除くp型ウェル20a及びn型ウェル20bの上面に形成されている。p型ウェル20aの主面上の下部拡散領域7aには不純物としてn型半導体が注入され、下部拡散領域7aはn型に導電化される。また、n型ウェル20bの主面上の下部拡散領域7bには不純物としてp型半導体が注入され、下部拡散領域7bはp型に導電化されている。n型半導体としては、ヒ素やリン等が挙げられる。また、p型半導体としては、アルミニウムやヒ素、インジウム等が挙げられる。下部拡散領域10は、トランジスタのソースドレイン領域として機能する。   The lower diffusion region 7 is a region containing an impurity of an n-type semiconductor or a p-type semiconductor, and is formed on the upper surfaces of the p-type well 20a and the n-type well 20b excluding the silicon pillar 2 portion. An n-type semiconductor is implanted as an impurity into the lower diffusion region 7a on the main surface of the p-type well 20a, and the lower diffusion region 7a is made n-type conductive. A p-type semiconductor is implanted as an impurity into the lower diffusion region 7b on the main surface of the n-type well 20b, and the lower diffusion region 7b is made p-type conductive. Examples of the n-type semiconductor include arsenic and phosphorus. Examples of the p-type semiconductor include aluminum, arsenic, and indium. The lower diffusion region 10 functions as a source / drain region of the transistor.

基板絶縁膜30はp型ウェル20aとn型ウェル20bとSTI膜16の表面上に形成されている。基板絶縁膜30としては、例えば酸化シリコンを用いることができる。なお、本実施形態では、基板絶縁膜30として酸化シリコン膜を用いた場合を例に挙げて説明する。   The substrate insulating film 30 is formed on the surface of the p-type well 20a, the n-type well 20b, and the STI film 16. As the substrate insulating film 30, for example, silicon oxide can be used. In the present embodiment, a case where a silicon oxide film is used as the substrate insulating film 30 will be described as an example.

ゲート絶縁膜5は、下部拡散領域7の一部とシリコンピラー2の側壁を覆うように形成されている。ゲート絶縁膜5としては、例えば酸化シリコン膜を用いることができる。なお、本実施形態では、ゲート絶縁膜5として酸化シリコン膜を用いることとして説明する。
ゲート電極6は、基板絶縁膜30の上面及びゲート絶縁膜5を覆うように設けられている。ゲート電極6には、不純物ドープシリコン(第1の不純物ドープ半導体)を用いることができる。具体的には、ヒ素ドープシリコン等を用いることができる。
The gate insulating film 5 is formed so as to cover a part of the lower diffusion region 7 and the side wall of the silicon pillar 2. As the gate insulating film 5, for example, a silicon oxide film can be used. In the present embodiment, description will be made assuming that a silicon oxide film is used as the gate insulating film 5.
The gate electrode 6 is provided so as to cover the upper surface of the substrate insulating film 30 and the gate insulating film 5. For the gate electrode 6, impurity-doped silicon (first impurity-doped semiconductor) can be used. Specifically, arsenic doped silicon or the like can be used.

層間絶縁膜8は、絶縁膜30と、ゲート電極6と、露出されたシリコンピラー2を覆うように形成されている。層間絶縁膜8の上面は、平坦な面とされている。層間絶縁膜8としては、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を用いることができる。なお、本実施形態では、層間絶縁膜8としてシリコン酸化膜を用いた場合を例に挙げて説明する。   The interlayer insulating film 8 is formed so as to cover the insulating film 30, the gate electrode 6, and the exposed silicon pillar 2. The upper surface of the interlayer insulating film 8 is a flat surface. For example, a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used as the interlayer insulating film 8. In the present embodiment, a case where a silicon oxide film is used as the interlayer insulating film 8 will be described as an example.

上部拡散領域10は、シリコンピラー上部22と、シリコンピラー上部22に当接して形成されたシリコン膜24から構成され、シリコンピラー2上に形成されている。また、シリコンピラー上部22とシリコン膜10には、n型半導体またはp型半導体の不純物が含まれている。p型ウェル20a領域の上部拡散領域10aのシリコンピラー上部22aとシリコン膜24aには不純物としてn型半導体が注入され、上部拡散領域10aはn型に導電化されている。また、n型ウェル20b領域の上部拡散領域10bのシリコンピラー上部22bとシリコン膜24bには不純物としてp型半導体が注入され、上部拡散領域10bはp型に導電化されている。上部拡散領域10は、トランジスタのソースドレイン領域として機能する。   The upper diffusion region 10 includes a silicon pillar upper portion 22 and a silicon film 24 formed in contact with the silicon pillar upper portion 22, and is formed on the silicon pillar 2. The silicon pillar upper portion 22 and the silicon film 10 contain impurities of an n-type semiconductor or a p-type semiconductor. An n-type semiconductor is implanted as an impurity into the silicon pillar upper portion 22a and the silicon film 24a of the upper diffusion region 10a of the p-type well 20a region, and the upper diffusion region 10a is made n-type conductive. A p-type semiconductor is implanted as an impurity into the silicon pillar upper portion 22b and the silicon film 24b of the upper diffusion region 10b of the n-type well 20b region, and the upper diffusion region 10b is made p-type conductive. The upper diffusion region 10 functions as a source / drain region of the transistor.

層間絶縁膜12は、上部拡散領域10を覆うように、層間絶縁膜8の上面に設けられている。層間絶縁膜12としては、例えば、シリコン酸化膜を用いることができる。なお、本実施形態では、層間絶縁膜12としてシリコン酸化膜を用いた場合を例に挙げて説明する。   The interlayer insulating film 12 is provided on the upper surface of the interlayer insulating film 8 so as to cover the upper diffusion region 10. For example, a silicon oxide film can be used as the interlayer insulating film 12. In the present embodiment, a case where a silicon oxide film is used as the interlayer insulating film 12 will be described as an example.

第1の上部配線18は、層間絶縁膜12の上面に設けられており、第1のコンタクトプラグ13の上端と接している。また、第1のコンタクトプラグ13は、上部拡散領域10の上面と接するように、層間絶縁膜12を貫通して形成されている。第1の上部配線18及び第1のコンタクトプラグ13を形成するための導電膜(第1の導電膜)としては、金属膜を用いることができる。第1の上部配線18は、第1のコンタクトプラグ13を介して、上部拡散領域10と電気的に接続されている。   The first upper wiring 18 is provided on the upper surface of the interlayer insulating film 12 and is in contact with the upper end of the first contact plug 13. The first contact plug 13 is formed through the interlayer insulating film 12 so as to be in contact with the upper surface of the upper diffusion region 10. As the conductive film (first conductive film) for forming the first upper wiring 18 and the first contact plug 13, a metal film can be used. The first upper wiring 18 is electrically connected to the upper diffusion region 10 via the first contact plug 13.

第2の上部配線19は、層間絶縁膜12の上面に設けられており、第2のコンタクトプラグ14の上端と接続されている。また、第2のコンタクトプラグ14は、絶縁膜30と、層間絶縁膜8と層間絶縁膜12とを貫通して、下部拡散領域7の上面と第2の上部配線19の底面に接するように形成されている。第2の上部配線19及び第2のコンタクトプラグ14を形成するための導電膜(第2の導電膜)としては、金属膜を用いることができる。これにより、第2の上部配線19は、第2のコンタクトプラグ14を介して、下部拡散領域7と電気的に接続されている。   The second upper wiring 19 is provided on the upper surface of the interlayer insulating film 12 and is connected to the upper end of the second contact plug 14. The second contact plug 14 is formed so as to penetrate the insulating film 30, the interlayer insulating film 8, and the interlayer insulating film 12 and to be in contact with the upper surface of the lower diffusion region 7 and the bottom surface of the second upper wiring 19. Has been. A metal film can be used as the conductive film (second conductive film) for forming the second upper wiring 19 and the second contact plug 14. As a result, the second upper wiring 19 is electrically connected to the lower diffusion region 7 via the second contact plug 14.

このような構成の半導体装置200は、ピラー型MISトランジスタとして動作する。図示略の半導体装置200の周辺回路等からは、第1の上部配線18及び第2の上部配線19に、電圧が印加され、別途ゲート電極6に電圧が印加される。これらの電圧の印加量は周辺回路に設けられている制御部によって制御される。
ゲート電極6に電圧が印加されると、ゲート絶縁膜5を介してゲート電極6に接するシリコンピラー中央部23の延在方向に、トランジスタのチャネル領域が形成される。これにより、下部拡散領域7から上部拡散領域10に電子の流れが生じ、第1の上部配線18と第2の上部配線19とが電気的に接続可能な状態になる。したがって、制御部における電圧の制御を行うことにより、半導体装置200はスイッチ機能を発動する。
なお、層間絶縁膜12上にさらに別の半導体装置が設けられ、その半導体装置の配線と半導体装置200の第1の上部配線及び第2の上部配線が接続することができる。
The semiconductor device 200 having such a configuration operates as a pillar type MIS transistor. A voltage is applied to the first upper wiring 18 and the second upper wiring 19 from a peripheral circuit or the like of the semiconductor device 200 (not shown), and a voltage is separately applied to the gate electrode 6. The amount of application of these voltages is controlled by a control unit provided in the peripheral circuit.
When a voltage is applied to the gate electrode 6, a channel region of the transistor is formed in the extending direction of the silicon pillar central portion 23 in contact with the gate electrode 6 through the gate insulating film 5. As a result, electrons flow from the lower diffusion region 7 to the upper diffusion region 10 so that the first upper wiring 18 and the second upper wiring 19 can be electrically connected. Therefore, the semiconductor device 200 activates the switch function by controlling the voltage in the control unit.
Further, another semiconductor device is provided on the interlayer insulating film 12, and the wiring of the semiconductor device can be connected to the first upper wiring and the second upper wiring of the semiconductor device 200.

次いで、図2〜図9を参照して、本実施形態の半導体装置200の製造方法について説明する。図2〜図9は、本発明の実施形態に係る半導体装置の各製造工程を示す断面図である。図2〜図9において、図1に示す半導体装置200と同一の構成部分には同一の符号を付す。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 200 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 9 are cross-sectional views showing each manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 2-9, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the semiconductor device 200 shown in FIG.

始めに、基板1にSTI膜16を形成する。STI膜16の形成位置は、次の工程で形成するp型ウェルとn型ウェルとの境界部である。また、STI膜16の基板1表面からの深さは、p型ウェルとn型ウェルの深さに合わせて設定されることが好ましい。   First, the STI film 16 is formed on the substrate 1. The formation position of the STI film 16 is a boundary portion between the p-type well and the n-type well formed in the next step. The depth of the STI film 16 from the surface of the substrate 1 is preferably set in accordance with the depths of the p-type well and the n-type well.

<基板内拡散領域形成工程>
次に、STI膜16間の基板1表面内に不純物を注入する。このとき、nチャネルトランジスタを形成する領域においては、基板1表面の上方から、チャネルイオンとしてp型不純物の高濃度イオンを基板1に注入する。また、pチャネルトランジスタを形成する領域においては、基板1表面の上方から、チャネルイオンとしてn型不純物の高濃度イオンを基板1に注入する。この工程により、図2に示すように基板1上にp型ウェル20aと、n型ウェル20bと、STI膜16とが形成される。
<Diffusion region forming process in substrate>
Next, impurities are implanted into the surface of the substrate 1 between the STI films 16. At this time, in the region where the n-channel transistor is formed, high concentration ions of p-type impurities are implanted into the substrate 1 as channel ions from above the surface of the substrate 1. In the region where the p-channel transistor is formed, high concentration ions of n-type impurities are implanted into the substrate 1 as channel ions from above the surface of the substrate 1. Through this step, a p-type well 20a, an n-type well 20b, and an STI film 16 are formed on the substrate 1 as shown in FIG.

次に、基板1の表面を酸化させ、基板1上に酸化シリコン膜3を形成する。続いて、酸化シリコン膜3上に、シリコンピラーを形成するためのハードマスクとしての窒化シリコン膜4を形成する。さらに、窒化シリコン膜4上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクとして酸化シリコン膜3及び窒化シリコン膜4のパターニング及び後処理を行う。この工程により、後にシリコンピラー2になる基板1上方の酸化シリコン膜3及び窒化シリコン膜4のみが残存する。   Next, the surface of the substrate 1 is oxidized to form a silicon oxide film 3 on the substrate 1. Subsequently, a silicon nitride film 4 as a hard mask for forming silicon pillars is formed on the silicon oxide film 3. Further, a resist film is formed on the silicon nitride film 4, and the silicon oxide film 3 and the silicon nitride film 4 are patterned and post-processed using the resist film as a mask. By this step, only the silicon oxide film 3 and the silicon nitride film 4 above the substrate 1 that will later become the silicon pillar 2 remain.

<シリコンピラー形成工程>
次に、酸化シリコン膜3及び窒化シリコン膜4をマスクとして、図2に示すように基板1のパターニングを行い、シリコンピラー2を形成する。
<Silicon pillar formation process>
Next, using the silicon oxide film 3 and the silicon nitride film 4 as a mask, the substrate 1 is patterned as shown in FIG. 2 to form the silicon pillar 2.

次に、p型ウェル20a及びn型ウェル20bの表面と、シリコンピラー2の側壁と、窒化シリコン膜4の側面及び上面を覆うようにして、酸化シリコン膜25を形成する。酸化シリコン膜25はISSG(in situ stream generation)法により形成することができる。   Next, a silicon oxide film 25 is formed so as to cover the surfaces of the p-type well 20a and the n-type well 20b, the side walls of the silicon pillar 2, and the side surfaces and the upper surface of the silicon nitride film 4. The silicon oxide film 25 can be formed by an ISSG (in situ stream generation) method.

次に、シリコンピラー2間の溝部に窒化シリコン膜を充填する。続いて、この窒化シリコン膜のエッチバックを行い、酸化シリコン膜25上に、図3に示すサイドウォールスペーサ26を形成する。   Next, a silicon nitride film is filled in the groove between the silicon pillars 2. Subsequently, the silicon nitride film is etched back to form sidewall spacers 26 shown in FIG. 3 on the silicon oxide film 25.

<第3絶縁膜形成工程>
次に、露出されたp型ウェル20a上面及びn型ウェル20b上面を熱酸化処理により酸化させ、図3に示すような酸化シリコン膜から成る基板絶縁膜30を形成する。
<Third insulating film forming step>
Next, the exposed upper surface of the p-type well 20a and the upper surface of the n-type well 20b are oxidized by thermal oxidation to form a substrate insulating film 30 made of a silicon oxide film as shown in FIG.

<第2拡散領域形成工程>
次に、p型ウェル20a上の酸化シリコン膜30の上方から、導電型ドーパントとしてのn型半導体の高濃度イオンをp型ウェル20aに注入する。これにより、p型ウェル20aと基板絶縁膜30との界面に、n型半導体の不純物拡散領域である下部拡散領域7aが形成される。
同様にして、n型ウェル20b上の酸化シリコン膜30の上方から、導電型ドーパントとしてのp型半導体の高濃度イオンをn型ウェル20bに注入する。これにより、n型ウェル20bと基板絶縁膜30との界面に、p型不純物の不純物拡散領域である下部拡散領域7bが形成される。
その後、酸化シリコン膜25とサイドウォールスペーサ26を除去する。
<Second diffusion region forming step>
Next, high-concentration ions of an n-type semiconductor as a conductive dopant are implanted into the p-type well 20a from above the silicon oxide film 30 on the p-type well 20a. As a result, a lower diffusion region 7a, which is an impurity diffusion region of the n-type semiconductor, is formed at the interface between the p-type well 20a and the substrate insulating film 30.
Similarly, high-concentration ions of a p-type semiconductor as a conductive dopant are implanted into the n-type well 20b from above the silicon oxide film 30 on the n-type well 20b. As a result, a lower diffusion region 7b which is an impurity diffusion region of a p-type impurity is formed at the interface between the n-type well 20b and the substrate insulating film 30.
Thereafter, the silicon oxide film 25 and the sidewall spacer 26 are removed.

<ゲート絶縁膜形成工程>
次に、露出された下部拡散領域7と、シリコンピラー2と、酸化シリコン膜3と、窒化シリコン膜4を覆うようにして、酸化シリコン膜から成るゲート絶縁膜5を形成する。ゲート絶縁膜5の酸化シリコン膜はISSG法により形成することができる。
<Gate insulation film formation process>
Next, a gate insulating film 5 made of a silicon oxide film is formed so as to cover the exposed lower diffusion region 7, silicon pillar 2, silicon oxide film 3, and silicon nitride film 4. The silicon oxide film of the gate insulating film 5 can be formed by the ISSG method.

<ゲート電極形成工程>
次に、シリコンピラー中央部23のゲート絶縁膜5と基板絶縁膜30を埋めるように、不純物ドープシリコンから成るゲート電極膜を形成する。続いて、このゲート電極膜のエッチバックを行い、図4に示すようにゲート電極6を形成する。
<Gate electrode formation process>
Next, a gate electrode film made of impurity-doped silicon is formed so as to fill the gate insulating film 5 and the substrate insulating film 30 in the silicon pillar central portion 23. Subsequently, the gate electrode film is etched back to form a gate electrode 6 as shown in FIG.

<第1絶縁膜形成工程>
次に、シリコンピラー2の上部と、ゲート電極6と、基板絶縁膜30を埋め込むように、図4に示すような酸化シリコン膜から成る層間絶縁膜8を形成する。
<First insulating film forming step>
Next, an interlayer insulating film 8 made of a silicon oxide film as shown in FIG. 4 is formed so as to bury the upper portion of the silicon pillar 2, the gate electrode 6, and the substrate insulating film 30.

<第1絶縁膜除去工程>
次に、図5に示すように窒化シリコン膜4の上面が露出するまで、層間絶縁膜8の上面を除去する。層間絶縁膜8はCMP(chemical mechanical polishing)法またはエッチバックにより、除去することができる。
続いて、熱燐酸を用いたウェットエッチングにより、窒化シリコン膜4と窒化シリコン膜4側面のゲート絶縁膜5を除去する。この工程により、図6に示すように、シリコンピラー2上に形成されている酸化シリコン膜3が露出される。
その後、図7に示すように層間絶縁膜8を下方にエッチバックして、シリコンピラー2の上部(シリコンピラー上部22)を層間絶縁膜8の上面から突出させる。また、酸化シリコン膜3と、露出されたシリコンピラー上部22の側壁のゲート絶縁膜5を除去する。この工程により、シリコンピラー2上部22が層間絶縁膜8から突出し、かつ露出された状態(図7)になる。
<First insulating film removal step>
Next, as shown in FIG. 5, the upper surface of the interlayer insulating film 8 is removed until the upper surface of the silicon nitride film 4 is exposed. The interlayer insulating film 8 can be removed by CMP (chemical mechanical polishing) or etch back.
Subsequently, the silicon nitride film 4 and the gate insulating film 5 on the side surface of the silicon nitride film 4 are removed by wet etching using hot phosphoric acid. By this step, as shown in FIG. 6, the silicon oxide film 3 formed on the silicon pillar 2 is exposed.
Thereafter, as shown in FIG. 7, the interlayer insulating film 8 is etched back downward, and the upper part of the silicon pillar 2 (the upper part of the silicon pillar 22) is protruded from the upper surface of the interlayer insulating film 8. Further, the silicon oxide film 3 and the gate insulating film 5 on the exposed side wall of the silicon pillar upper portion 22 are removed. By this step, the silicon pillar 2 upper portion 22 protrudes from the interlayer insulating film 8 and is exposed (FIG. 7).

<シリコン膜形成工程>
次に、図8に示すようにシリコンピラー上部22の上面及び側面を種として、エピタキシャル成長法によりシリコンピラー上部22を覆うようにしてシリコン膜24を形成する。
この工程では、上面及び側面が層間絶縁膜8から突出したシリコンピラー上部22にシリコン膜24を形成するため、エピタキシャル成長量を少なくすることができる。したがって、シリコンピラー2毎のシリコン膜24の厚みのばらつきを低減することができる。
<Silicon film formation process>
Next, as shown in FIG. 8, a silicon film 24 is formed so as to cover the silicon pillar upper portion 22 by epitaxial growth using the upper surface and side surfaces of the silicon pillar upper portion 22 as seeds.
In this step, since the silicon film 24 is formed on the silicon pillar upper part 22 whose upper surface and side surfaces protrude from the interlayer insulating film 8, the amount of epitaxial growth can be reduced. Therefore, variation in the thickness of the silicon film 24 for each silicon pillar 2 can be reduced.

<第2絶縁膜形成工程>
次に、層間絶縁膜8上にシリコン膜24を埋め込むように、酸化シリコン膜から成る層間絶縁膜12を形成する。
<Second insulating film forming step>
Next, the interlayer insulating film 12 made of a silicon oxide film is formed so as to bury the silicon film 24 on the interlayer insulating film 8.

<第1コンタクトホール形成工程>
次に、CMP法により層間絶縁膜12の上面を研磨する。その後、シリコン膜24の上面が露出するように層間絶縁膜12のパターニングを行う。これにより、シリコン膜24上に、層間絶縁膜12を貫通する第1のコンタクトホール32が形成される。
<First contact hole forming step>
Next, the upper surface of the interlayer insulating film 12 is polished by CMP. Thereafter, the interlayer insulating film 12 is patterned so that the upper surface of the silicon film 24 is exposed. As a result, a first contact hole 32 penetrating the interlayer insulating film 12 is formed on the silicon film 24.

<第1拡散領域形成工程>
次に、p型ウェル20a上のシリコン膜24aの上面上方から、導電型ドーパントとしてのn型半導体の高濃度イオンをシリコンピラー上部22a及びシリコン膜24aに注入する。これにより、p型ウェル20aと連接するシリコンピラー2a上に、n型半導体の不純物拡散領域である上部拡散領域10aが形成される。
同様にして、n型ウェル20b上のシリコン膜24bの上面上方から、導電型ドーパントとしてのp型半導体の高濃度イオンをシリコンピラー上部22b及びシリコン膜24bに注入する。これにより、n型ウェル20bと連接するシリコンピラー2b上に、p型半導体の不純物拡散領域である上部拡散領域10bが形成される。
このような工程により、図9に示すような上部拡散領域10が形成される。
この工程では、前述のように、シリコンピラー2毎のシリコン膜24の膜厚のばらつきが小さいため、シリコンピラー2毎の導電型ドーパントのイオンの注入深さ(飛程)のばらつきも小さくなる。
<First diffusion region forming step>
Next, high-concentration ions of an n-type semiconductor as a conductive dopant are implanted into the silicon pillar upper portion 22a and the silicon film 24a from above the upper surface of the silicon film 24a on the p-type well 20a. Thus, an upper diffusion region 10a which is an n-type semiconductor impurity diffusion region is formed on the silicon pillar 2a connected to the p-type well 20a.
Similarly, high-concentration ions of a p-type semiconductor as a conductive dopant are implanted into the silicon pillar upper portion 22b and the silicon film 24b from above the upper surface of the silicon film 24b on the n-type well 20b. As a result, an upper diffusion region 10b which is an impurity diffusion region of the p-type semiconductor is formed on the silicon pillar 2b connected to the n-type well 20b.
By such a process, an upper diffusion region 10 as shown in FIG. 9 is formed.
In this step, as described above, since the variation in the thickness of the silicon film 24 for each silicon pillar 2 is small, the variation in the ion implantation depth (range) of the conductive dopant for each silicon pillar 2 is also small.

<第1コンタクトプラグ形成工程>
次に、上部拡散領域10上に形成された第1のコンタクトホール32に導電膜を埋め込み、第1のコンタクトプラグ13を形成する。第1のコンタクトプラグ13は、その上面が層間絶縁膜12の上面に対して面一となるように形成する。また、導電膜としては、タングステン膜やチタン膜等の金属膜を用いることができる。
<First contact plug formation step>
Next, a conductive film is embedded in the first contact hole 32 formed on the upper diffusion region 10 to form the first contact plug 13. The first contact plug 13 is formed so that the upper surface thereof is flush with the upper surface of the interlayer insulating film 12. As the conductive film, a metal film such as a tungsten film or a titanium film can be used.

<第1上部配線形成工程>
次に、第1のコンタクトプラグ13上に、上部拡散領域10への通電用の第1の上部配線18を形成する。第1の上部配線18の材料としては、第1のコンタクトプラグ13と同様の金属膜を用いることができる。この工程により、第1の上部配線18は第1のコンタクトプラグ13を介して、上部拡散領域10と電気的に接続される。
<First upper wiring formation process>
Next, a first upper wiring 18 for energizing the upper diffusion region 10 is formed on the first contact plug 13. As a material of the first upper wiring 18, a metal film similar to that of the first contact plug 13 can be used. Through this step, the first upper wiring 18 is electrically connected to the upper diffusion region 10 through the first contact plug 13.

<第2コンタクトホール形成工程>
次に、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法との組み合わせにより、層間絶縁膜12と層間絶縁膜8と絶縁膜30を貫通し、底面に下部拡散領域7の上面を露出させる第2のコンタクトホール34を形成する。
<Second contact hole forming step>
Next, a second contact hole 34 that penetrates through the interlayer insulating film 12, the interlayer insulating film 8, and the insulating film 30 and exposes the upper surface of the lower diffusion region 7 is formed by a combination of photolithography and dry etching. Form.

<第2コンタクトプラグ形成工程>
次に、第2のコンタクトホール34に導電膜を埋め込み、第2のコンタクトプラグ14を形成する。第2のコンタクトプラグ14は、その上面が層間絶縁膜12及び第1のコンタクトプラグ13の上面に対して面一となるように形成する。導電膜としては、タングステン膜やチタン膜等の金属膜を用いることができる。
<Second contact plug formation step>
Next, a conductive film is embedded in the second contact hole 34 to form the second contact plug 14. The second contact plug 14 is formed so that the upper surface thereof is flush with the upper surfaces of the interlayer insulating film 12 and the first contact plug 13. As the conductive film, a metal film such as a tungsten film or a titanium film can be used.

<第2上部配線形成工程>
次に、第2のコンタクトプラグ14上に、下部拡散領域7への通電用の第2の上部配線19を形成する。第2の上部配線19の材料としては、第2のコンタクトプラグ14と同様の金属膜を用いることができる。この工程により、第2の上部配線18は第2のコンタクトプラグ14を介して、下部拡散領域7と電気的に接続される。
なお、配線によっては、図1に示すように第1の上部配線18が複数の第1のコンタクトプラグ13と接続される、あるいは第2の上部配線19が複数の第2のコンタクトプラグ14と接続されていてもよい。
<Second upper wiring formation process>
Next, a second upper wiring 19 for energizing the lower diffusion region 7 is formed on the second contact plug 14. As a material of the second upper wiring 19, a metal film similar to that of the second contact plug 14 can be used. Through this step, the second upper wiring 18 is electrically connected to the lower diffusion region 7 through the second contact plug 14.
Depending on the wiring, as shown in FIG. 1, the first upper wiring 18 is connected to the plurality of first contact plugs 13, or the second upper wiring 19 is connected to the plurality of second contact plugs 14. May be.

以上の製造工程により、図1に示す半導体装置200が完成する。
本実施形態の半導体装置の製造方法によれは、上部拡散領域を成すシリコン膜をエピタキシャル成長法により形成する前の工程で、シリコンピラーの上部を第1の層間絶縁膜から突出させ、シリコンピラーの上面だけでなく、側面の一部分を第1の層間絶縁膜から露出させる。これにより、上面のみ露出したシリコンピラーを種としてエピタキシャル成長法によりシリコン膜を形成する場合と比較して、エピタキシャル成長量をより少なくすることができる。
従って、略一定の厚みで上部拡散領域が形成され、シリコン膜のエピタキシャル成長膜厚のばらつきを低減できる。その結果、半導体装置のピラー型MISトランジスタにおける形状の不均一による電気特性のばらつきを低減することができる。
The semiconductor device 200 shown in FIG. 1 is completed by the above manufacturing process.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, the upper part of the silicon pillar protrudes from the first interlayer insulating film in the step before the silicon film forming the upper diffusion region is formed by the epitaxial growth method, and the upper surface of the silicon pillar is formed. In addition, a part of the side surface is exposed from the first interlayer insulating film. Thereby, the amount of epitaxial growth can be reduced as compared with the case where the silicon film is formed by the epitaxial growth method using the silicon pillar exposed only on the upper surface as a seed.
Therefore, the upper diffusion region is formed with a substantially constant thickness, and variations in the epitaxially grown film thickness of the silicon film can be reduced. As a result, variation in electrical characteristics due to non-uniform shape in the pillar-type MIS transistor of the semiconductor device can be reduced.

また、本実施形態の半導体装置の製造方法では、シリコンピラーの上部にエピタキシャル成長法によってシリコン膜を形成した後、シリコンピラー上方からのイオン注入によって不純物をシリコンピラー上部及びシリコン膜に導入し、上部拡散領域を形成する。上述のように、シリコン膜のエピタキシャル成長膜厚のばらつきが低減されるため、イオン注入の深さのシリコンピラー毎のばらつきが少なくなる。
その結果、ピラー型MISトランジスタのゲート電極上端部と上部拡散領域との距離(オフセット量、または重なり量)のばらつきを抑えることができ、ピラー型MISトランジスタ毎の閾値電圧等の素子特性のばらつきを低減し、半導体装置の生産性を高めることができる。
In the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, after a silicon film is formed on the upper side of the silicon pillar by epitaxial growth, impurities are introduced into the upper side of the silicon pillar and the silicon film by ion implantation from the upper side of the silicon pillar. Form a region. As described above, since the variation of the epitaxially grown film thickness of the silicon film is reduced, the variation of the ion implantation depth for each silicon pillar is reduced.
As a result, variation in the distance (offset amount or overlap amount) between the upper end of the gate electrode of the pillar type MIS transistor and the upper diffusion region can be suppressed, and variation in element characteristics such as threshold voltage for each pillar type MIS transistor can be suppressed. This can reduce the productivity of the semiconductor device.

(第2の実施形態)
次いで、図10を参照して本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。この製造方法により完成する半導体装置は、第1の実施形態の半導体装置200と同一の構成要素から成る。
なお、図10は本発明の実施形態に係る半導体装置の各製造工程を示す断面図である。図10において、図1に示す半導体装置200と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. The semiconductor device completed by this manufacturing method includes the same components as those of the semiconductor device 200 of the first embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing each manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 10, the same components as those of the semiconductor device 200 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態の半導体装置の製造方法においては、第1実施形態の半導体装置の製造方法におけるシリコン膜形成工程までは、同様の製造工程を行う。シリコン膜形成工程の後、下記の工程を進める。   In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, the same manufacturing process is performed until the silicon film forming step in the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment. Following the silicon film forming step, the following steps are performed.

<第1拡散領域形成工程>
図10に示すように、p型ウェル20a上のシリコン膜24aの頂部から、導電型ドーパントとしてのn型半導体の高濃度イオンをシリコンピラー上部22a及びシリコン膜24aに注入する。これにより、p型ウェル20aと連接するシリコンピラー2a上にn型半導体の不純物拡散領域である上部拡散領域10aが形成される。
同様にして、n型ウェル20b上のシリコン膜24bの頂部から、導電型ドーパントとしてのp型半導体の高濃度イオンをシリコンピラー上部22b及びシリコン膜24bに注入する。これにより、n型ウェル20bと連接するシリコンピラー2b上にp型半導体の不純物拡散領域である上部拡散領域10bが形成される。
<First diffusion region forming step>
As shown in FIG. 10, n-type semiconductor high-concentration ions as a conductive dopant are implanted into the silicon pillar upper portion 22a and the silicon film 24a from the top of the silicon film 24a on the p-type well 20a. Thus, an upper diffusion region 10a which is an n-type semiconductor impurity diffusion region is formed on the silicon pillar 2a connected to the p-type well 20a.
Similarly, high concentration ions of a p-type semiconductor as a conductive dopant are implanted into the silicon pillar upper portion 22b and the silicon film 24b from the top of the silicon film 24b on the n-type well 20b. As a result, an upper diffusion region 10b, which is a p-type semiconductor impurity diffusion region, is formed on the silicon pillar 2b connected to the n-type well 20b.

<第2絶縁膜形成工程>
次に、層間絶縁膜8上に上部拡散領域10を埋め込むように、酸化シリコン膜から成る層間絶縁膜12を形成する。
<Second insulating film forming step>
Next, an interlayer insulating film 12 made of a silicon oxide film is formed so as to bury the upper diffusion region 10 on the interlayer insulating film 8.

<第1コンタクトホール形成工程>
次に、上部拡散領域10の上面が露出するように層間絶縁膜12のパターニングを行う。これにより、上部拡散領域10上に第1のコンタクトホール32が形成される。なお、層間絶縁膜12のパターニング前に、CMP法により層間絶縁膜12の上面を研磨してもよい。
<First contact hole forming step>
Next, the interlayer insulating film 12 is patterned so that the upper surface of the upper diffusion region 10 is exposed. Thereby, the first contact hole 32 is formed on the upper diffusion region 10. Note that the upper surface of the interlayer insulating film 12 may be polished by CMP before patterning the interlayer insulating film 12.

この後、本実施形態の半導体装置の製造方法においては、第1の実施形態の半導体装置の製造方法における第1コンタクトプラグ形成工程以降と同様の製造工程を行う。そして、
第2配線形成工程後に、図1に示す半導体装置200が完成する。
Thereafter, in the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the same manufacturing process as that after the first contact plug forming process in the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment is performed. And
After the second wiring formation step, the semiconductor device 200 shown in FIG. 1 is completed.

本実施形態の半導体装置の製造方法によれは、第1の実施形態と同様に、層間絶縁膜から突出したシリコンピラー上部の側壁部分を種として、エピタキシャル成長法によりシリコン膜がシリコンピラー上部を覆うように形成される。したがって、エピタキシャル成長膜厚を薄くすることができ、結果としてシリコンピラー毎のシリコン膜の膜厚のばらつきを低減することができる。
また、エピタキシャル成長法によるシリコン膜の膜厚のばらつきが低減されることにより、第1拡散領域形成工程におけるシリコンピラー上部及びシリコン膜へのイオン注入深さのシリコンピラー毎のばらつきが低減される。その結果、半導体装置におけるピラー型MISトランジスタ毎の電気特性のばらつきを、より低減することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of this embodiment, as in the first embodiment, the silicon film covers the upper portion of the silicon pillar by epitaxial growth using the sidewall portion of the upper portion of the silicon pillar protruding from the interlayer insulating film as a seed. Formed. Therefore, the epitaxially grown film thickness can be reduced, and as a result, variations in the film thickness of the silicon film for each silicon pillar can be reduced.
Further, the variation in the thickness of the silicon film due to the epitaxial growth method is reduced, so that the variation in the depth of ion implantation into the upper portion of the silicon pillar and the silicon film in the first diffusion region forming process is reduced. As a result, it is possible to further reduce variation in electrical characteristics of each pillar type MIS transistor in the semiconductor device.

(第3の実施形態)
次いで、図11を参照して、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。この製造方法により完成する半導体装置は、第1の実施形態の半導体装置200と同一の構成から成る。
なお、図11は、本発明の実施形態に係る半導体装置の各製造工程を示す断面図である。図11において、図1に示す半導体装置200と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, with reference to FIG. 11, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. The semiconductor device completed by this manufacturing method has the same configuration as the semiconductor device 200 of the first embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing each manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 11, the same components as those of the semiconductor device 200 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態の半導体装置の製造方法においては、第1の実施形態の半導体装置の製造方法におけるシリコン膜形成工程までは、同様の製造工程を行う。シリコン膜形成工程の後、下記の工程を進める。   In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, the same manufacturing process is performed until the silicon film forming step in the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment. Following the silicon film forming step, the following steps are performed.

<第1拡散領域形成工程>
引き続き、図11に示すように、p型ウェル20a上のシリコン膜24aの側面から、導電型ドーパントとしてのn型半導体の高濃度イオンをシリコンピラー上部22a及びシリコン膜24aに斜め注入する。これにより、p型ウェル20aと連接するシリコンピラー2a上にn型半導体の不純物拡散領域である上部拡散領域10aが形成される。
同様にして、n型ウェル20b上のシリコン膜24aの側面から、導電型ドーパントとしてのp型半導体の高濃度イオンをシリコンピラー上部22b及びシリコン膜24bに斜め注入する。これにより、n型ウェル20bと連接するシリコンピラー2b上にp型半導体の不純物拡散領域である上部拡散領域10bが形成される。
<First diffusion region forming step>
Subsequently, as shown in FIG. 11, high concentration ions of n-type semiconductor as a conductive dopant are obliquely implanted into the silicon pillar upper portion 22a and the silicon film 24a from the side surface of the silicon film 24a on the p-type well 20a. Thus, an upper diffusion region 10a which is an n-type semiconductor impurity diffusion region is formed on the silicon pillar 2a connected to the p-type well 20a.
Similarly, high-concentration ions of a p-type semiconductor as a conductive dopant are obliquely implanted into the silicon pillar upper portion 22b and the silicon film 24b from the side surface of the silicon film 24a on the n-type well 20b. As a result, an upper diffusion region 10b, which is a p-type semiconductor impurity diffusion region, is formed on the silicon pillar 2b connected to the n-type well 20b.

この後、本実施形態の半導体装置の製造方法においては、第2の実施形態の半導体装置の製造方法における第2絶縁膜形成工程以降と同様の製造工程を行う。本実施形態の半導体装置の製造方法では、シリコンピラー上部22及びシリコン膜24への高濃度イオンの斜め注入を妨げないように、上部拡散領域10形成工程後に層間絶縁膜12の形成を行う。
第2配線形成工程後に、図1に示す半導体装置200が完成する。
Thereafter, in the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment, the same manufacturing steps as those after the second insulating film forming step in the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment are performed. In the semiconductor device manufacturing method of this embodiment, the interlayer insulating film 12 is formed after the upper diffusion region 10 forming step so as not to prevent oblique implantation of high-concentration ions into the silicon pillar upper portion 22 and the silicon film 24.
After the second wiring formation step, the semiconductor device 200 shown in FIG. 1 is completed.

前述の製造工程により、第1の実施形態及び第2の実施形態の半導体装置の製造方法と同様に、エピタキシャル成長法によるシリコン膜の膜厚を薄くすることができ、シリコンピラー毎のシリコン膜の膜厚のばらつきを低減することができる。
また、本実施形態の半導体装置の製造方法によれは、第1拡散領域形成工程において、シリコンピラー上部及びシリコン膜への斜めイオン注入を行うことにより、上部拡散領域におけるチャネル領域へのチャネリングが抑制される。これにより、上部拡散領域のイオン注入の深さが安定し、シリコンピラー毎のイオン注入深さのばらつきが更に低減される。その結果、半導体装置におけるピラー型MISトランジスタ毎の閾値電圧等の素子特性のばらつきを極めて低減することができる。その結果、半導体装置におけるピラー型MISトランジスタ毎の閾値電圧等の素子特性のばらつきを確実に低減することができる。また、半導体装置の生産性をより高めることができる。
By the manufacturing process described above, the silicon film can be thinned by the epitaxial growth method as in the semiconductor device manufacturing method of the first embodiment and the second embodiment, and the silicon film film for each silicon pillar can be reduced. Variations in thickness can be reduced.
In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, channeling to the channel region in the upper diffusion region is suppressed by performing oblique ion implantation on the silicon pillar upper portion and the silicon film in the first diffusion region forming step. Is done. Thereby, the ion implantation depth of the upper diffusion region is stabilized, and the variation of the ion implantation depth for each silicon pillar is further reduced. As a result, variations in element characteristics such as threshold voltage for each pillar type MIS transistor in the semiconductor device can be extremely reduced. As a result, variations in element characteristics such as threshold voltage for each pillar type MIS transistor in the semiconductor device can be reliably reduced. In addition, the productivity of the semiconductor device can be further increased.

(第4の実施形態)
次いで、図12〜図14を参照して、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。この製造方法により完成する半導体装置201は、図1に示す第1の実施形態の半導体装置200の構造において、シリコン膜10がシリコンピラー上部22の側面のみに接するように形成されたものである。
なお、図12〜図14は、本発明の実施形態に係る半導体装置201の各製造工程を示す断面図である。図12〜図14において、図1に示す半導体装置200と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, with reference to FIGS. 12 to 14, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. The semiconductor device 201 completed by this manufacturing method is formed such that the silicon film 10 is in contact with only the side surface of the silicon pillar upper portion 22 in the structure of the semiconductor device 200 of the first embodiment shown in FIG.
12 to 14 are cross-sectional views illustrating each manufacturing process of the semiconductor device 201 according to the embodiment of the present invention. 12 to 14, the same components as those of the semiconductor device 200 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態の半導体装置の製造方法においては、第1の実施形態の半導体装置の製造方法における第1絶縁膜形成工程までは、同様の製造工程を行う。
第1絶縁膜形成工程の後、下記の工程を進める。
In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, the same manufacturing process is performed until the first insulating film forming step in the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment.
Following the first insulating film forming step, the following steps are performed.

<第1絶縁膜除去工程>
次に、図12に示すように酸化シリコン膜3と窒化シリコン膜4とシリコンピラー上部22が露出するまで、層間絶縁膜8の上面を除去する。層間絶縁膜8の除去は、CMP法またはエッチバックにより行うことができる。
本実施形態においては、図12に示すように酸化シリコン膜3及びマスク絶縁膜である窒化シリコン膜4をシリコンピラー2上に残すことにより、シリコンピラー2の上面をマスク絶縁膜で覆ったままの状態にする。
<First insulating film removal step>
Next, as shown in FIG. 12, the upper surface of the interlayer insulating film 8 is removed until the silicon oxide film 3, the silicon nitride film 4, and the silicon pillar upper portion 22 are exposed. The interlayer insulating film 8 can be removed by CMP or etch back.
In this embodiment, as shown in FIG. 12, the silicon oxide film 3 and the silicon nitride film 4 which is a mask insulating film are left on the silicon pillar 2, so that the upper surface of the silicon pillar 2 is covered with the mask insulating film. Put it in a state.

<シリコン膜形成工程>
次に、図13に示すように露出されたシリコンピラー上部22の側面を種として、エピタキシャル成長法によりシリコンピラー上部22の両側面にシリコン膜24を形成する。
この工程では、シリコンピラー2の上に酸化シリコン膜3及び窒化シリコン膜4を残した状態で、シリコンピラー2の側面に対して鉛直方向(図13では左右の方向)にエピタキシャル成長法によるシリコン膜24の形成を行う。そのため、後に行う上部拡散領域形成工程において、導電型ドーパントのイオンがシリコン膜24及びシリコンピラー上部22へ注入される方向には、シリコン膜は成長しない。即ち、シリコンピラー上部22の上面とシリコン膜24の上面の高さが略揃えられる。従って、導電型ドーパントのイオン注入方向から見ると、シリコンピラー2毎のシリコン膜24の厚みのばらつきが除去されている。
<Silicon film formation process>
Next, as shown in FIG. 13, silicon films 24 are formed on both side surfaces of the silicon pillar upper portion 22 by epitaxial growth using the exposed side surface of the silicon pillar upper portion 22 as a seed.
In this step, with the silicon oxide film 3 and the silicon nitride film 4 left on the silicon pillar 2, the silicon film 24 is formed by epitaxial growth in a direction perpendicular to the side surface of the silicon pillar 2 (left and right in FIG. 13). Is formed. Therefore, in the upper diffusion region forming process to be performed later, the silicon film does not grow in the direction in which ions of the conductive dopant are implanted into the silicon film 24 and the silicon pillar upper portion 22. That is, the height of the upper surface of the silicon pillar upper portion 22 and the upper surface of the silicon film 24 are substantially aligned. Therefore, when viewed from the ion implantation direction of the conductive dopant, the variation in the thickness of the silicon film 24 for each silicon pillar 2 is removed.

続いて、シリコンピラー上部22上の酸化シリコン膜3と窒化シリコン膜4を除去する。このとき、シリコンピラー上部22とシリコン膜24とが層間絶縁膜8上に露出した状態になる。   Subsequently, the silicon oxide film 3 and the silicon nitride film 4 on the silicon pillar upper portion 22 are removed. At this time, the silicon pillar upper portion 22 and the silicon film 24 are exposed on the interlayer insulating film 8.

<第2絶縁膜形成工程>
次に、層間絶縁膜8上及びシリコン膜24側面間に、酸化シリコン膜から成る層間絶縁膜12を形成する。
<Second insulating film forming step>
Next, an interlayer insulating film 12 made of a silicon oxide film is formed on the interlayer insulating film 8 and between the side surfaces of the silicon film 24.

<第1拡散領域形成工程>
次に、図14に示すように、p型ウェル20a上のシリコンピラー22aの上面及びシリコン膜24aの上面から、導電型ドーパントとしてのn型半導体の高濃度イオンをシリコンピラー上部22a及びシリコン膜24aに注入する。これにより、p型ウェル20aと連接するシリコンピラー2a上にn型半導体の不純物拡散領域である上部拡散領域10aが形成される。
同様にして、n型ウェル20b上のシリコンピラー22bの上面及びシリコン膜24bの上面から、導電型ドーパントとしてのp型半導体の高濃度イオンをシリコンピラー上部22b及びシリコン膜24bに注入する。これにより、n型ウェル20bと連接するシリコンピラー2b上にp型半導体の不純物拡散領域である上部拡散領域10bが形成される。
<First diffusion region forming step>
Next, as shown in FIG. 14, from the upper surface of the silicon pillar 22a on the p-type well 20a and the upper surface of the silicon film 24a, high-concentration ions of an n-type semiconductor as a conductive dopant are applied to the silicon pillar upper portion 22a and the silicon film 24a. Inject. Thus, an upper diffusion region 10a which is an n-type semiconductor impurity diffusion region is formed on the silicon pillar 2a connected to the p-type well 20a.
Similarly, high-concentration ions of p-type semiconductor as a conductive dopant are implanted into the silicon pillar upper portion 22b and the silicon film 24b from the upper surface of the silicon pillar 22b and the upper surface of the silicon film 24b on the n-type well 20b. As a result, an upper diffusion region 10b, which is a p-type semiconductor impurity diffusion region, is formed on the silicon pillar 2b connected to the n-type well 20b.

続いて、層間絶縁膜12と上部拡散領域10を覆うようにして、図示略の層間絶縁膜12´を形成する。この層間絶縁膜12´には、層間絶縁膜12と同一の材料から成る絶縁膜を用いることができる。本実施形態の半導体装置の製造方法においては、層間絶縁膜12と層間絶縁膜12´に酸化シリコン膜等の同一の絶縁膜を使用するものとして、層間絶縁膜12と層間絶縁膜12´を合わせて層間絶縁膜12とする。   Subsequently, an interlayer insulating film 12 ′ (not shown) is formed so as to cover the interlayer insulating film 12 and the upper diffusion region 10. As this interlayer insulating film 12 ′, an insulating film made of the same material as that of the interlayer insulating film 12 can be used. In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, the interlayer insulating film 12 and the interlayer insulating film 12 ′ are combined, assuming that the same insulating film such as a silicon oxide film is used for the interlayer insulating film 12 and the interlayer insulating film 12 ′. Thus, the interlayer insulating film 12 is obtained.

<第1コンタクトホール形成工程>
次に、CMP法により層間絶縁膜12の上面を研磨する。その後、上部拡散領域10の上面が露出するように層間絶縁膜12のパターニングを行う。これにより、シリコン膜24上に第1のコンタクトホール32が形成される。
<First contact hole forming step>
Next, the upper surface of the interlayer insulating film 12 is polished by CMP. Thereafter, the interlayer insulating film 12 is patterned so that the upper surface of the upper diffusion region 10 is exposed. As a result, a first contact hole 32 is formed on the silicon film 24.

この後、本実施形態の半導体装置の製造方法においては、第1の実施形態の半導体装置の製造方法における第1コンタクトプラグ形成工程以降と同様の製造工程を行う。そして、
第2配線形成工程後に、図示しない半導体装置201が完成する。
Thereafter, in the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the same manufacturing process as that after the first contact plug forming process in the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment is performed. And
After the second wiring formation step, the semiconductor device 201 (not shown) is completed.

本実施形態の半導体装置の製造方法によれは、層間絶縁膜から突出したシリコンピラー上部の側面のみを種として、エピタキシャル成長法によりシリコン膜が形成される。そのため、シリコン膜形成工程後に行う第1の導電型ドーパントのイオンが注入される方向にはシリコン膜は成長しない。従って、第1の導電型ドーパントのシリコンピラー上部の上面及びシリコン膜へのイオン注入方向においては、エピタキシャル成長膜厚のばらつきを著しく低減することができる。その結果、第1拡散領域形成工程におけるシリコンピラー上部及びシリコン膜へのイオン注入深さのシリコンピラー毎のばらつきがより一層低減される。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, a silicon film is formed by epitaxial growth using only the side surface of the upper portion of the silicon pillar protruding from the interlayer insulating film as a seed. For this reason, the silicon film does not grow in the direction in which the ions of the first conductivity type dopant are implanted after the silicon film forming step. Therefore, the variation in the epitaxial growth film thickness can be remarkably reduced in the upper surface of the upper part of the silicon pillar of the first conductivity type dopant and the ion implantation direction into the silicon film. As a result, the variation of the ion implantation depth into the silicon pillar upper part and the silicon film in the first diffusion region forming process for each silicon pillar is further reduced.

(第5の実施形態)
図15及び図16は本発明の実施形態である別の半導体装置205の主要部を示す断面図である。半導体装置205は、本発明を適用したDRAMの一例である。図15は複数のメモリセルが形成されている半導体装置205のセル部の平面図であり、図16は図15に示すA−A´線における断面図である。但し、図15では層間絶縁膜の図示は省略されている。
(Fifth embodiment)
15 and 16 are cross-sectional views showing the main part of another semiconductor device 205 according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device 205 is an example of a DRAM to which the present invention is applied. 15 is a plan view of a cell portion of the semiconductor device 205 in which a plurality of memory cells are formed, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ shown in FIG. However, the illustration of the interlayer insulating film is omitted in FIG.

半導体装置205には、セル部と周辺回路部が設けられている。セル部には、複数の縦型セルトランジスタが形成されている。周辺回路部には、ビット線やワード線に印加する電圧を制御するための制御を行う回路や縦型トランジスタ等が形成されている。   The semiconductor device 205 is provided with a cell portion and a peripheral circuit portion. A plurality of vertical cell transistors are formed in the cell portion. In the peripheral circuit portion, a circuit for performing control for controlling a voltage applied to the bit line or the word line, a vertical transistor, and the like are formed.

次に、本発明を適用した半導体装置205のセル部の縦型セルトランジスタの構成について説明する。
セル部は、基板50と、X方向(第1の方向)に延在する溝部(第1の溝)51とY方向(第2の方向)に延在する溝部(第3の溝)53とにより基板1の主面上に形成されたシリコンピラー71と、基板1の主面上に形成された埋め込みビット線(第2の拡散領域)57と、シリコンピラー71のX方向と平行な側面間の埋め込みビット線57上に形成された基板絶縁膜(第5の絶縁膜)61と、シリコンピラー2の側面上に形成されたゲート絶縁膜64と、ゲート絶縁膜64上に形成されたゲート電極67と、X方向において埋め込みビット線57を複数に分割するように形成されたY方向に延在する溝部(第2の溝)52と、溝部51及び溝部52を充填するように形成された層間絶縁膜(第4の絶縁膜)62と、溝部53を充填して形成された層間絶縁膜(第6の絶縁膜)65と、シリコンピラー2上に形成された上部拡散領域(第1の拡散領域)70と、上部拡散領域70上に形成されたキャパシタコンタクト(第1のコンタクトプラグ)73と、上部拡散領域70とキャパシタコンタクト73との側方に形成された層間絶縁膜(第2の絶縁膜)66と、キャパシタコンタクト73上に形成されたキャパシタコンパッド(第1の上部配線)78と、キャパシタコンパッド78上に形成されたキャパシタ79から構成されている。
Next, the configuration of the vertical cell transistor in the cell portion of the semiconductor device 205 to which the present invention is applied will be described.
The cell portion includes a substrate 50, a groove portion (first groove) 51 extending in the X direction (first direction), and a groove portion (third groove) 53 extending in the Y direction (second direction). Between the silicon pillar 71 formed on the main surface of the substrate 1, the buried bit line (second diffusion region) 57 formed on the main surface of the substrate 1, and the side surface parallel to the X direction of the silicon pillar 71. A substrate insulating film (fifth insulating film) 61 formed on the buried bit line 57, a gate insulating film 64 formed on the side surface of the silicon pillar 2, and a gate electrode formed on the gate insulating film 64. 67, a groove portion (second groove) 52 extending in the Y direction so as to divide the buried bit line 57 into a plurality in the X direction, and a groove portion 51 and an interlayer formed so as to fill the groove portion 52 Filling the insulating film (fourth insulating film) 62 and the groove 53 The formed interlayer insulating film (sixth insulating film) 65, the upper diffusion region (first diffusion region) 70 formed on the silicon pillar 2, and the capacitor contact (first contact) formed on the upper diffusion region 70 1 contact plug) 73, an interlayer insulating film (second insulating film) 66 formed on the side of the upper diffusion region 70 and the capacitor contact 73, and a capacitor conpad (first contact plug) formed on the capacitor contact 73. 1 upper wiring) 78 and a capacitor 79 formed on the capacitor conpad 78.

基板50としては、例えばシリコン基板を用いることができる。具体的にはp型のシリコン基板を用いることができる。以下に述べる実施形態の半導体装置の製造方法においては、基板1として、p型のシリコン基板(シリコンウェハ)を用いることとし、説明する。   As the substrate 50, for example, a silicon substrate can be used. Specifically, a p-type silicon substrate can be used. In the semiconductor device manufacturing method of the embodiment described below, a p-type silicon substrate (silicon wafer) is used as the substrate 1 and will be described.

図16に示すように、半導体装置205にはX方向に延在する埋め込みビット線57が形成されている。埋め込みビット線57は、基板50内に導電型ドーパント(第2の導電型ドーパント)のイオンを注入することにより形成できる。なお、埋め込みビット線57の形成はこの方法に限らず、導電型ドーパントをドープしたシリコン膜で形成してもよい。
また、基板50がp型に導電化されている場合には、埋め込みビット線57はn型に導電化されている。すなわち、ビット線拡散領域57はシリコンピラー71を成す基板50とは相互に逆導電化されている。
なお、埋め込みビット線57下方の基板50内にウェルを設けてもよい。その場合は、p型ウェルの領域の埋め込みビット線57はn型、n型ウェルの領域の埋め込みビット線57はp型にそれぞれ導電化させ、異なる導電型のウェルの間には絶縁膜が設けられる。
このような構成の埋め込みビット線57は、トランジスタのビット線として機能する。また、シリコンピラー2底面下方の部分はトランジスタのソースドレイン領域として機能する。
As shown in FIG. 16, a buried bit line 57 extending in the X direction is formed in the semiconductor device 205. The buried bit line 57 can be formed by implanting ions of a conductive dopant (second conductive dopant) into the substrate 50. The formation of the buried bit line 57 is not limited to this method, and the buried bit line 57 may be formed of a silicon film doped with a conductive dopant.
When the substrate 50 is made p-type conductive, the buried bit line 57 is made n-type conductive. That is, the bit line diffusion region 57 is reversely conductive with the substrate 50 forming the silicon pillar 71.
A well may be provided in the substrate 50 below the buried bit line 57. In that case, the buried bit line 57 in the p-type well region is made to be n-type and the buried bit line 57 in the n-type well region is made to be p-type, and an insulating film is provided between the wells of different conductivity types. It is done.
The embedded bit line 57 having such a structure functions as a bit line of a transistor. The portion below the bottom surface of the silicon pillar 2 functions as a source / drain region of the transistor.

埋め込みビット線57の上面の一部は、シリコンピラー71の底面と接している。しかしながら、埋め込みビット線57はこのような構成に限るものではなく、埋め込みビット線58とシリコンピラー71との相互の形成位置関係に応じて、埋め込みビット線58とシリコンピラー71との間に、埋め込みビット線58とシリコンピラー71とを接続するビット線コンタクトを設けてもよい。   A part of the upper surface of the buried bit line 57 is in contact with the bottom surface of the silicon pillar 71. However, the buried bit line 57 is not limited to such a configuration, and the buried bit line 58 is buried between the buried bit line 58 and the silicon pillar 71 in accordance with the mutual formation position relationship between the buried bit line 58 and the silicon pillar 71. A bit line contact for connecting the bit line 58 and the silicon pillar 71 may be provided.

ゲート電極67は、X方向に延在する埋め込みビット線58に交差するようにY方向に延在し、埋め込みビット線58より上方に位置するように設けられている。ゲート電極67として、不純物ドープシリコンを用いることができる。また、この不純物としてはヒ素、リン等を用いることができる。
ゲート電極67は対を成すゲート電極配線67a,67bから構成され、それぞれのゲート電極配線67a,67bはゲート絶縁膜64を介してシリコンピラー71のX方向の側壁上に設けられている。ゲート電極67はY方向に並んで配置されるトランジスタ間で共有され、DRAMのワード線として機能する。ゲート絶縁膜64には、酸化シリコン膜を用いることができる。
The gate electrode 67 extends in the Y direction so as to intersect the buried bit line 58 extending in the X direction, and is provided so as to be positioned above the buried bit line 58. As the gate electrode 67, impurity-doped silicon can be used. Moreover, arsenic, phosphorus, etc. can be used as this impurity.
The gate electrode 67 is composed of a pair of gate electrode wirings 67 a and 67 b, and each gate electrode wiring 67 a and 67 b is provided on the side wall in the X direction of the silicon pillar 71 through the gate insulating film 64. The gate electrode 67 is shared between transistors arranged side by side in the Y direction, and functions as a word line of the DRAM. A silicon oxide film can be used for the gate insulating film 64.

シリコンピラー2のY方向の側面には層間絶縁膜65が形成され、X方向の側面には前述のようにゲート絶縁膜64及びその外側にゲート電極配線67a,67bから成るゲート電極67が形成されている。   The interlayer insulating film 65 is formed on the side surface of the silicon pillar 2 in the Y direction, and the gate insulating film 64 is formed on the side surface in the X direction as described above, and the gate electrode 67 including the gate electrode wirings 67a and 67b is formed on the outer side. ing.

層間絶縁膜62はY方向に延在し、Y方向においてシリコンピラー71を形成すると共に、埋め込みビット線57を分離するための絶縁膜である。また、層間絶縁膜65はX方向において、隣接するゲート電極配線6b,6aを分離するための絶縁膜である。
層間絶縁膜62,65の材料としては、酸化シリコン膜が挙げられる。本実施形態の半導体装置の製造方法では、層間絶縁膜62,65としてシリコン酸化膜を用いることとして説明する。
The interlayer insulating film 62 extends in the Y direction, forms the silicon pillar 71 in the Y direction, and is an insulating film for isolating the buried bit line 57. The interlayer insulating film 65 is an insulating film for separating adjacent gate electrode wirings 6b and 6a in the X direction.
Examples of the material of the interlayer insulating films 62 and 65 include a silicon oxide film. In the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, a silicon oxide film is used as the interlayer insulating films 62 and 65.

上部拡散領域70は、シリコンピラー上部72と、シリコンピラー上部72を覆うようにして形成されたシリコン膜69から構成される。シリコンピラー上部72とシリコン膜69には、第2の導電型ドーパントが注入されている。第2の導電型ドーパントはn型半導体またはp型半導体であり、シリコンピラー71を成す基板50とは逆導電型の不純物である。本実施形態の半導体装置の製造方法においては、第2の導電型ドーパントとしてn型の不純物を用いることとする。
前述のように、基板内にp型ウェルあるいはn型ウェルが形成された場合には、それぞれのウェル領域のシリコンピラー71上に形成された上部拡散領域70のシリコンピラー上部72とシリコン膜69には、各ウェルとは逆導電型の第2の導電型ドーパントが注入される。上部拡散領域70は、トランジスタのソースまたはドレイン領域として機能する。
The upper diffusion region 70 includes a silicon pillar upper portion 72 and a silicon film 69 formed so as to cover the silicon pillar upper portion 72. A second conductivity type dopant is implanted into the silicon pillar upper portion 72 and the silicon film 69. The second conductivity type dopant is an n-type semiconductor or a p-type semiconductor, and is an impurity having a conductivity type opposite to that of the substrate 50 forming the silicon pillar 71. In the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment, an n-type impurity is used as the second conductivity type dopant.
As described above, when the p-type well or the n-type well is formed in the substrate, the silicon pillar upper portion 72 of the upper diffusion region 70 and the silicon film 69 formed on the silicon pillar 71 of each well region are formed. Are implanted with a second conductivity type dopant having a conductivity type opposite to that of each well. The upper diffusion region 70 functions as a source or drain region of the transistor.

層間絶縁膜66は、上部拡散領域70を覆うように、層間絶縁膜62及び層間絶縁膜65の上方に設けられている。層間絶縁膜66としては、例えば、シリコン酸化膜を用いることができる。なお、本実施の形態では、層間絶縁膜66としてシリコン酸化膜を用いることとする。   The interlayer insulating film 66 is provided above the interlayer insulating film 62 and the interlayer insulating film 65 so as to cover the upper diffusion region 70. As the interlayer insulating film 66, for example, a silicon oxide film can be used. In this embodiment, a silicon oxide film is used as the interlayer insulating film 66.

キャパシタコンパッド(第1の上部配線)75は、キャパシタコンタクト73上に形成される。また、キャパシタコンタクト73は、上部拡散領域70の上面とキャパシタコンパッド75の底面とを接続するように、層間絶縁膜66を貫通して形成されている。キャパシタコンパッド75及びキャパシタコンタクト73としては、金属膜(第1の導電膜)を用いることができる。これにより、キャパシタコンパッド75は、キャパシタコンタクト73を介して、上部拡散領域70と電気的に接続されている。   A capacitor conpad (first upper wiring) 75 is formed on the capacitor contact 73. The capacitor contact 73 is formed through the interlayer insulating film 66 so as to connect the upper surface of the upper diffusion region 70 and the bottom surface of the capacitor conpad 75. As the capacitor conpad 75 and the capacitor contact 73, a metal film (first conductive film) can be used. Thereby, the capacitor conpad 75 is electrically connected to the upper diffusion region 70 via the capacitor contact 73.

キャパシタ79は、キャパシタコンパッド75の上方に設けられており、DRAMのコンデンサとして機能する。また、キャパシタ79は図16に示すように、下部電極81と、キャパシタ膜82と、上部電極83とから構成されている。この構成により、キャパシタ79は、キャパシタコンパッド75とキャパシタコンタクト73を介して、上部拡散領域70と電気的に接続されている。下部電極81、上部電極83の材料には、窒化チタンを用いることができる。また、キャパシタ膜82の材料には、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム等の金属膜、あるいはこれらの金属の積層膜を用いることができる。
なお、キャパシタコンタクト73とキャパシタ79は直接接続されていてもよい。その場合は、キャパシタコンパッド73は形成されない。
The capacitor 79 is provided above the capacitor conpad 75 and functions as a DRAM capacitor. The capacitor 79 includes a lower electrode 81, a capacitor film 82, and an upper electrode 83, as shown in FIG. With this configuration, the capacitor 79 is electrically connected to the upper diffusion region 70 via the capacitor conpad 75 and the capacitor contact 73. Titanium nitride can be used as a material for the lower electrode 81 and the upper electrode 83. As a material for the capacitor film 82, a metal film such as zirconium oxide, hafnium oxide, and aluminum oxide, or a laminated film of these metals can be used.
Note that the capacitor contact 73 and the capacitor 79 may be directly connected. In that case, the capacitor compad 73 is not formed.

このような構成の半導体装置205の埋め込みビット線57及びゲート電極67の電圧は、周辺回路部の制御回路で制御される。
ゲート電極67に電圧が印加されると、ゲート絶縁膜64を介してゲート電極67が接するシリコンピラー71内部に、縦型トランジスタのチャネル領域が形成される。これにより、下部拡散領域である埋め込みビット線57から上部拡散領域70に電子が流れるようになる。
The voltages of the embedded bit line 57 and the gate electrode 67 of the semiconductor device 205 having such a configuration are controlled by the control circuit in the peripheral circuit portion.
When a voltage is applied to the gate electrode 67, a channel region of the vertical transistor is formed inside the silicon pillar 71 in contact with the gate electrode 67 through the gate insulating film 64. As a result, electrons flow from the buried bit line 57 as the lower diffusion region to the upper diffusion region 70.

DRAMとして動作する半導体装置205では、1個の縦型トランジスタと1個のキャパシタにより、1つのメモリセルが構成される。
セル部では、ゲート電極67の電位が上がり、縦型トランジスタを導通させた状態で埋め込みビット線57の電位が上がると、縦型トランジスタのシリコンピラー71内に形成されるチャネル領域、上部拡散領域70を通して、埋め込みビット線57から流れる電流によりキャパシタ79に容量が充電される。一方、ゲート電極67の電位が上がった状態で、埋め込みビット線57の電位が下がると、キャパシタ79の電荷が縦型トランジスタを通して、埋め込みビット線57に放電される。このような動作により、各メモリのキャパシタ79の充電と放電が制御される。
In the semiconductor device 205 operating as a DRAM, one memory cell is configured by one vertical transistor and one capacitor.
In the cell portion, when the potential of the gate electrode 67 rises and the potential of the buried bit line 57 rises with the vertical transistor conducting, the channel region and the upper diffusion region 70 formed in the silicon pillar 71 of the vertical transistor. Through this, the capacitor 79 is charged by the current flowing from the embedded bit line 57. On the other hand, when the potential of the buried bit line 57 is lowered while the potential of the gate electrode 67 is raised, the charge of the capacitor 79 is discharged to the buried bit line 57 through the vertical transistor. By such an operation, charging and discharging of the capacitor 79 of each memory are controlled.

次いで、図17〜図43を参照して、本実施形態の半導体装置205の製造方法について説明する。図17〜図43は、本発明の実施形態に係る半導体装置の各製造工程を示す断面図である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 205 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 17 to 43 are cross-sectional views illustrating each manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

始めに、導電型ウェルを形成するために、基板50内に不純物イオンを注入する。ただし、図17〜図43においては、導電型ウェルの図示を省略する。   First, impurity ions are implanted into the substrate 50 to form a conductive well. However, in FIGS. 17 to 43, illustration of the conductive well is omitted.

次に、基板50の表面を酸化させて酸化シリコン膜54を形成する。酸化シリコン膜54上に、ハードマスクと成る窒化シリコン膜56を形成する。また、窒化シリコン膜56上に、酸化シリコン膜55を形成する。
その後、リソグラフィ法及びエッチング法により、酸化シリコン膜54と窒化シリコン膜56と酸化シリコン膜55とをパターニングする。
Next, the surface of the substrate 50 is oxidized to form a silicon oxide film 54. A silicon nitride film 56 serving as a hard mask is formed on the silicon oxide film 54. In addition, a silicon oxide film 55 is formed on the silicon nitride film 56.
Thereafter, the silicon oxide film 54, the silicon nitride film 56, and the silicon oxide film 55 are patterned by lithography and etching.

<シリコンフィン形成工程>
次に、ハードマスク膜をマスクとしてドライエッチングにより、基板50にX方向に延在する溝部51を形成する。溝部51の形成により、基板50の主面上にY方向に延在するシリコンフィン90が形成される。
<Silicon fin formation process>
Next, a groove 51 extending in the X direction is formed in the substrate 50 by dry etching using the hard mask film as a mask. Formation of the groove 51 forms a silicon fin 90 extending in the Y direction on the main surface of the substrate 50.

<第2拡散領域形成工程>
次に、酸化シリコン膜55と、窒化シリコン膜56と、シリコンフィン90と、基板50主面上を覆うようにして、酸化シリコン膜58を形成する。その後、シリコンフィン90の間を埋め込むように窒化シリコン膜を充填する。この窒化シリコン膜と酸化シリコン膜58の一部をエッチバックすることにより、酸化シリコン膜58上に、図19に示すような窒化シリコン膜から成るサイドウォールスペーサ68を形成する。このとき、サイドウォールスペーサ68の間に基板50の表面の一部が露出している。
続いて、露出している基板50の表面上方から埋め込みビット線形成用のn型半導体の導電型ドーパントイオンを基板50に注入する。また、アニール処理を行うことにより、図18及び図19に示すように、シリコンフィン90とサイドウォールスペーサ68の下方の基板50表面内に導電型ドーパントのイオンが拡散する。この工程により、p型に導電化されている基板50主面上にn型に導電化されたビット線拡散領域57´が形成される。
<Second diffusion region forming step>
Next, a silicon oxide film 58 is formed so as to cover the silicon oxide film 55, the silicon nitride film 56, the silicon fin 90, and the main surface of the substrate 50. Thereafter, a silicon nitride film is filled so as to fill the space between the silicon fins 90. By etching back the silicon nitride film and part of the silicon oxide film 58, sidewall spacers 68 made of a silicon nitride film as shown in FIG. 19 are formed on the silicon oxide film 58. At this time, a part of the surface of the substrate 50 is exposed between the sidewall spacers 68.
Subsequently, conductive dopant ions of an n-type semiconductor for forming a buried bit line are implanted into the substrate 50 from above the exposed surface of the substrate 50. Further, by performing the annealing treatment, ions of the conductive dopant are diffused into the surface of the substrate 50 below the silicon fin 90 and the sidewall spacer 68 as shown in FIGS. By this step, an n-type conductive bit line diffusion region 57 ′ is formed on the main surface of the substrate 50 that is conductive to the p-type.

<第2溝形成工程>
次に、図20〜図22に示すようにサイドウォールスペーサ68をマスクとして、露出しているビット線拡散領域57´に溝部52を形成する。
この工程により、ビット線拡散領域57´が分離され、図22に示す埋め込みビット線57が形成される。
<Second groove forming step>
Next, as shown in FIGS. 20 to 22, using the sidewall spacer 68 as a mask, the groove 52 is formed in the exposed bit line diffusion region 57 ′.
By this step, the bit line diffusion region 57 ′ is separated, and the buried bit line 57 shown in FIG. 22 is formed.

<第4絶縁膜形成工程>
次に、サイドウォールスペーサ68を除去し、溝部51及び溝部52を埋め込むように酸化シリコン膜から成る層間絶縁膜62を形成する。その後、CMP法により、図23〜25に示すように、酸化シリコン膜55が除去されて窒化シリコン膜56が露出されるまで層間絶縁膜62をエッチバックする。
<Fourth insulating film forming step>
Next, the sidewall spacer 68 is removed, and an interlayer insulating film 62 made of a silicon oxide film is formed so as to fill the groove 51 and the groove 52. Thereafter, as shown in FIGS. 23 to 25, the interlayer insulating film 62 is etched back by CMP until the silicon oxide film 55 is removed and the silicon nitride film 56 is exposed.

<シリコンピラー形成工程>
次に、層間絶縁膜62及び露出された窒化シリコン膜56の上面にレジスト膜95を形成し、図26に示すようにシリコンフィン90及び埋め込みビット線57に交差するY方向に延在するようにレジスト膜95をパターニングする。続いて、レジスト膜95をマスクとして、ドライエッチングにより、窒化シリコン膜56、酸化シリコン膜55、シリコンフィン90の一部を順次除去する。この工程により、埋め込みビット線57上に、図26〜図28に示すようなシリコンピラー71が形成される。その後、レジスト膜95を除去する。
<Silicon pillar formation process>
Next, a resist film 95 is formed on the upper surface of the interlayer insulating film 62 and the exposed silicon nitride film 56 so as to extend in the Y direction intersecting the silicon fin 90 and the buried bit line 57 as shown in FIG. The resist film 95 is patterned. Subsequently, using the resist film 95 as a mask, the silicon nitride film 56, the silicon oxide film 55, and a part of the silicon fin 90 are sequentially removed by dry etching. Through this step, the silicon pillar 71 as shown in FIGS. 26 to 28 is formed on the buried bit line 57. Thereafter, the resist film 95 is removed.

<第5絶縁膜形成工程>
続いて、シリコンピラー71表面を酸化させることにより、図示略の保護膜を形成する。その上に窒化シリコン膜から成る図示略のサイドウォール膜を形成し、エッチバックを行う。
次に、溝部53の底面上、すなわち露出された埋め込みビット線57表面上に、熱酸化処理により図30に示すような基板絶縁膜61を形成する。その後、サイドウォール膜及び窒化シリコン膜を除去する。
<Fifth insulating film forming step>
Subsequently, the surface of the silicon pillar 71 is oxidized to form a protective film (not shown). A sidewall film (not shown) made of a silicon nitride film is formed thereon and etched back.
Next, a substrate insulating film 61 as shown in FIG. 30 is formed on the bottom surface of the trench 53, that is, on the exposed surface of the buried bit line 57 by thermal oxidation. Thereafter, the sidewall film and the silicon nitride film are removed.

<ゲート絶縁膜形成工程>
次に、露出されたX方向のシリコンピラー2及び窒化シリコン膜56の側面上と、露出された埋め込みビット線57上に、ISSG法によりゲート絶縁膜64を形成する。
<Gate insulation film formation process>
Next, a gate insulating film 64 is formed on the exposed side surfaces of the silicon pillar 2 and the silicon nitride film 56 in the X direction and on the exposed buried bit line 57 by the ISSG method.

<ゲート電極形成工程>
次に、溝部53内にゲート電極67の導電膜として不純物ドープシリコンを埋め込む。不純物ドープシリコンの上面の基板絶縁膜61上面からの高さは、目標とするゲート電極67の高さと同程度にすることが好ましい。
続いて、エッチバックにより、基板絶縁膜61上の不純物ドープシリコンを除去する。これにより、図29及び図30に示すように、シリコンピラー71の下部側面のゲート絶縁膜64上に不純物ドープシリコンから成るゲート電極67が設けられる。
<Gate electrode formation process>
Next, impurity-doped silicon is buried in the trench 53 as a conductive film for the gate electrode 67. The height of the upper surface of the impurity-doped silicon from the upper surface of the substrate insulating film 61 is preferably approximately the same as the height of the target gate electrode 67.
Subsequently, the impurity-doped silicon on the substrate insulating film 61 is removed by etch back. Thus, as shown in FIGS. 29 and 30, a gate electrode 67 made of impurity-doped silicon is provided on the gate insulating film 64 on the lower side surface of the silicon pillar 71.

<第6絶縁膜形成工程>
次に、溝部53およびゲート絶縁膜64を覆うようにして層間絶縁膜65を形成する。その後、図31に示すようにゲート絶縁膜64の上面が露出されるまで、層間絶縁膜65をCMP法またはエッチバックにより除去する。また、熱燐酸ウェットエッチングにより、図32〜図34に示すように窒化シリコン膜56を覆っているゲート絶縁膜64の一部と窒化シリコン膜56を順次除去する。
<Sixth insulating film forming step>
Next, an interlayer insulating film 65 is formed so as to cover the trench 53 and the gate insulating film 64. Thereafter, as shown in FIG. 31, the interlayer insulating film 65 is removed by CMP or etch back until the upper surface of the gate insulating film 64 is exposed. Further, a part of the gate insulating film 64 covering the silicon nitride film 56 and the silicon nitride film 56 are sequentially removed by hot phosphoric acid wet etching as shown in FIGS.

<第6絶縁膜除去工程>
次に、シリコンピラー71の上部(シリコンピラー上部72)を突出させるように層間絶縁膜65をエッチバックする。その後、薬液等を用いて、突出したシリコンピラー上部72を覆っているゲート絶縁膜64の一部を除去する。この工程により、図35〜図37に示すように、シリコンピラー上部72の上面及び側面が露出される。
<Sixth insulating film removing step>
Next, the interlayer insulating film 65 is etched back so that the upper part of the silicon pillar 71 (the upper part of the silicon pillar 72) protrudes. Thereafter, a part of the gate insulating film 64 covering the protruding silicon pillar upper portion 72 is removed using a chemical solution or the like. By this step, as shown in FIGS. 35 to 37, the upper surface and side surfaces of the silicon pillar upper portion 72 are exposed.

<シリコン膜形成工程>
次に、露出されたシリコンピラー上部72の上面及び側面を種として、図38〜図40に示すように、エピタキシャル成長法によりシリコン膜69を形成する。
<Silicon film formation process>
Next, as shown in FIGS. 38 to 40, a silicon film 69 is formed by epitaxial growth using the exposed upper surface and side surfaces of the upper silicon pillar 72 as seeds.

<第3絶縁膜形成工程>
次に、シリコン膜69を覆うように層間絶縁膜62及び層間絶縁膜65上に、キャパシタコンタクト形成のための層間絶縁膜66を形成する。CMP法により、層間絶縁膜66の上面を除去及び平坦化する。
<Third insulating film forming step>
Next, an interlayer insulating film 66 for forming capacitor contacts is formed on the interlayer insulating film 62 and the interlayer insulating film 65 so as to cover the silicon film 69. The upper surface of the interlayer insulating film 66 is removed and planarized by CMP.

<第1コンタクトホール形成工程>
続いて、シリコン膜69上面を露出させるようにして層間絶縁膜66のパターニングを行う。この工程により、シリコン膜24上に層間絶縁膜66を貫通する第1のコンタクトホール74が形成される。
<First contact hole forming step>
Subsequently, the interlayer insulating film 66 is patterned so that the upper surface of the silicon film 69 is exposed. By this step, a first contact hole 74 that penetrates the interlayer insulating film 66 is formed on the silicon film 24.

<第1拡散領域形成工程>
次に、図41〜図43に示すように、第1のコンタクトホール74を通してシリコン膜69の上面上方から、導電型ドーパントの高濃度イオンを注入する。この導電型ドーパントには、シリコンピラー上部72より下方のシリコンピラー71内部とは逆導電型の不純物半導体を用いる。これにより、シリコンピラー2の内部とは逆導電型であるシリコン膜69及びシリコンピラー上部72とから成る上部拡散領域70が形成される。
<First diffusion region forming step>
Next, as shown in FIGS. 41 to 43, high-concentration ions of a conductive dopant are implanted from above the upper surface of the silicon film 69 through the first contact hole 74. As the conductive dopant, an impurity semiconductor having a conductivity type opposite to that in the silicon pillar 71 below the silicon pillar upper portion 72 is used. As a result, an upper diffusion region 70 composed of a silicon film 69 and a silicon pillar upper portion 72 having a conductivity type opposite to the inside of the silicon pillar 2 is formed.

<第1コンタクトプラグ形成工程>
次に、第1のコンタクトホール74に導電膜を埋め込むことによりキャパシタコンタクト73を形成する。キャパシタコンタクト73の上面は層間絶縁膜66の上面と同一平面となるようにする。必要に応じて、CMP法によりキャパシタコンタクト73及び層間絶縁膜66の上面の研磨を行ってもよい。
<First contact plug formation step>
Next, a capacitor contact 73 is formed by embedding a conductive film in the first contact hole 74. The upper surface of the capacitor contact 73 is flush with the upper surface of the interlayer insulating film 66. If necessary, the upper surfaces of the capacitor contact 73 and the interlayer insulating film 66 may be polished by a CMP method.

<第1上部配線形成工程>
続いて、キャパシタコンタクト73上にキャパシタコンタクト73と後に形成するキャパシタ79とを接続するためのキャパシタコンパッド75を形成する。
<First upper wiring formation process>
Subsequently, a capacitor conpad 75 for connecting the capacitor contact 73 and a capacitor 79 to be formed later is formed on the capacitor contact 73.

<キャパシタ形成工程>
次に、層間絶縁膜66上に窒化シリコンから成るストッパ膜76を形成する。さらに、犠牲酸化膜を形成し、リソグラフィ法とドライエッチングにより、キャパシタ用のシリンダ孔を形成する。なお、犠牲酸化膜及びシリンダ孔は図示略である。
続いて、シリンダ孔内壁に窒化チタンから成る下部電極81を形成する。さらに、下部電極81上に酸化ジルコニウム等のキャパシタ膜82を形成する。そして、キャパシタ膜82を覆うように、窒化チタンから成る上部電極83を形成する。このような工程により、下部電極81と、キャパシタ膜82と、上部電極83とから成るキャパシタ79が半導体装置205の上部に設けられる。
<Capacitor formation process>
Next, a stopper film 76 made of silicon nitride is formed on the interlayer insulating film 66. Further, a sacrificial oxide film is formed, and a capacitor cylinder hole is formed by lithography and dry etching. The sacrificial oxide film and the cylinder hole are not shown.
Subsequently, a lower electrode 81 made of titanium nitride is formed on the inner wall of the cylinder hole. Further, a capacitor film 82 such as zirconium oxide is formed on the lower electrode 81. Then, an upper electrode 83 made of titanium nitride is formed so as to cover the capacitor film 82. Through such a process, a capacitor 79 including a lower electrode 81, a capacitor film 82, and an upper electrode 83 is provided on the semiconductor device 205.

引き続き、上部電極83を埋め込むように不純物ドープシリコン膜85を形成する。
以上の製造工程により、図15及び図16に示す半導体装置205が完成する。
Subsequently, an impurity-doped silicon film 85 is formed so as to bury the upper electrode 83.
The semiconductor device 205 shown in FIGS. 15 and 16 is completed by the above manufacturing process.

本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、図15及び図16に示す構造を有するDRAMのセル部の縦型トランジスタのソースドレイン領域として機能する上部拡散領域の形成のために、シリコン膜のエピタキシャル成長を行う前に、シリコンピラーの上部を層間絶縁膜から露出させる。そして、シリコンピラーの上面だけでなく、側面をエピタキシャル成長法によるシリコン膜形成の種とする。これにより、従来のシリコン膜を形成する方法と比較して、目標とする厚みの上部拡散領域を形成するためのエピタキシャル成長膜厚を少なくすることができる。したがって、上部拡散領域を構成するシリコン膜において、エピタキシャル成長膜厚の縦型トランジスタ毎のばらつきを低減できる。その結果、DRAM内の縦型トランジスタの特性のばらつきを低減できる。
また、シリコンピラーの上部にシリコン膜を形成した後、シリコンピラーの上部側からイオン注入によって導電型ドーパントの不純物を導入し、上部拡散領域を形成する。このとき、上述のように、シリコン膜のエピタキシャル成長膜厚はばらつきが少ないため、シリコンピラー毎のイオン注入深さのばらつきを少なくすることができる。したがって、DRAMを構成する縦型トランジスタのゲート電極上端部と上部拡散領域との距離(オフセット量または重なり量)のばらつきを低減できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of this embodiment, a silicon film is formed in order to form an upper diffusion region functioning as a source / drain region of a vertical transistor in a cell portion of a DRAM having the structure shown in FIGS. Prior to epitaxial growth, the upper portion of the silicon pillar is exposed from the interlayer insulating film. Then, not only the upper surface of the silicon pillar but also the side surface is used as a seed for silicon film formation by the epitaxial growth method. Thereby, the epitaxial growth film thickness for forming the upper diffusion region of the target thickness can be reduced as compared with the conventional method of forming a silicon film. Therefore, in the silicon film constituting the upper diffusion region, the variation in the epitaxial growth film thickness for each vertical transistor can be reduced. As a result, variations in characteristics of the vertical transistors in the DRAM can be reduced.
Further, after a silicon film is formed on the silicon pillar, an impurity of a conductive dopant is introduced by ion implantation from the upper side of the silicon pillar to form an upper diffusion region. At this time, as described above, since the epitaxial growth film thickness of the silicon film has little variation, the variation of the ion implantation depth for each silicon pillar can be reduced. Therefore, variation in the distance (offset amount or overlap amount) between the upper end portion of the gate electrode of the vertical transistor constituting the DRAM and the upper diffusion region can be reduced.

以上の実施形態の半導体装置の製造方法によれば、上部拡散領域におけるイオン注入深さのばらつきに起因するトランジスタの特性のばらつきが低減された半導体装置が提供される。また、縦型MISトランジスタやDRAM等の本発明を適用した半導体装置の生産性が向上する。
なお、本発明の適用範囲は上述の縦型MISトランジスタやDRAMに限るものではなく。トランジスタを構成要素とする半導体装置であればよい。
According to the semiconductor device manufacturing method of the above embodiment, a semiconductor device in which variations in transistor characteristics due to variations in ion implantation depth in the upper diffusion region are reduced is provided. Further, the productivity of a semiconductor device to which the present invention is applied, such as a vertical MIS transistor or a DRAM, is improved.
The application range of the present invention is not limited to the above-described vertical MIS transistor and DRAM. Any semiconductor device including a transistor as a constituent element may be used.

1,50…基板、2,71…シリコンピラー、3…酸化シリコン膜、4…窒化シリコン膜、5,64…ゲート絶縁膜、6,67…ゲート電極、7…ビット線拡散領域(第2の拡散領域)、8…層間絶縁膜(第1の絶縁膜)、10,70…上部拡散領域(第1の拡散領域)、12,66…層間絶縁膜(第2の絶縁膜)、13…第1のコンタクトプラグ、14…第2のコンタクトプラグ、16…STI膜、18…第1の上部配線、19…第2の上部配線、20a…p型ウェル、20b…n型ウェル、22,72…シリコンピラー上部、23…シリコンピラー中央部、24,69…シリコン膜、25…酸化シリコン膜、26…サイドウォールスペーサ、30…基板絶縁膜(第3の絶縁膜)、32…第1のコンタクトホール、34…第2のコンタクトホール、51…溝部(第1の溝)、52…溝部(第2の溝)、53…溝部(第3の溝)、54,55,58…酸化シリコン膜、56…窒化シリコン膜、57…埋め込みビット線(第2の拡散領域)、57´…ビット線拡散領域、61…基板絶縁膜(第5の絶縁膜)、62…層間絶縁膜(第2の絶縁膜)、65…層間絶縁膜(第5の絶縁膜)、67a,67b…ゲート電極配線、68…サイドウォールスペーサ、73…キャパシタコンタクト(第1のコンタクトプラグ)、74…第1のコンタクトホール、75…キャパシタコンパッド(第1の上部配線)、76…ストッパ膜、78…上部絶縁膜、79…キャパシタ、81…下部電極、82…キャパシタ膜、83…上部電極、85…不純物ドープシリコン膜、90…シリコンフィン、95…レジスト膜、101a…nチャネルトランジスタ、101b…pチャネルトランジスタ、200,201,205…半導体装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,50 ... Substrate, 2,71 ... Silicon pillar, 3 ... Silicon oxide film, 4 ... Silicon nitride film, 5, 64 ... Gate insulating film, 6, 67 ... Gate electrode, 7 ... Bit line diffusion region (second Diffusion region), 8 ... Interlayer insulating film (first insulating film), 10, 70 ... Upper diffusion region (first diffusion region), 12, 66 ... Interlayer insulating film (second insulating film), 13 ... First 1 contact plug, 14 ... second contact plug, 16 ... STI film, 18 ... first upper wiring, 19 ... second upper wiring, 20a ... p-type well, 20b ... n-type well, 22, 72 ... Upper part of silicon pillar, 23 ... center part of silicon pillar, 24, 69 ... silicon film, 25 ... silicon oxide film, 26 ... side wall spacer, 30 ... substrate insulating film (third insulating film), 32 ... first contact hole , 34 ... second contact , 51... Groove (first groove), 52... Groove (second groove), 53... Groove (third groove), 54, 55, 58... Silicon oxide film, 56. ... buried bit line (second diffusion region), 57 '... bit line diffusion region, 61 ... substrate insulation film (fifth insulation film), 62 ... interlayer insulation film (second insulation film), 65 ... interlayer insulation Film (fifth insulating film), 67a, 67b ... gate electrode wiring, 68 ... sidewall spacer, 73 ... capacitor contact (first contact plug), 74 ... first contact hole, 75 ... capacitor compad (first 1, upper wiring 1), 76, stopper film, 78, upper insulating film, 79, capacitor, 81, lower electrode, 82, capacitor film, 83, upper electrode, 85, impurity-doped silicon film, 90, silicon fin, 95,. Regis , 101a... N-channel transistor, 101b... P-channel transistor, 200, 201, 205.

Claims (21)

基板の主面に柱状のシリコンピラーを形成するシリコンピラー形成工程と、
前記シリコンピラーを覆うように第1の絶縁膜を形成する第1絶縁膜形成工程と、
前記第1の絶縁膜を上面から除去し、前記シリコンピラー上部の上面及び側面を露出させる第1絶縁膜除去工程と、
前記シリコンピラー上部の上面及び側面にエピタキシャル成長法によりシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A silicon pillar forming step of forming columnar silicon pillars on the main surface of the substrate;
A first insulating film forming step of forming a first insulating film so as to cover the silicon pillar;
Removing the first insulating film from the upper surface and exposing the upper surface and side surfaces of the upper portion of the silicon pillar; and
A silicon film forming step of forming a silicon film on the upper and side surfaces of the upper portion of the silicon pillar by an epitaxial growth method;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記シリコン膜形成工程後に、
前記シリコン膜の上面及び側面を覆うように、前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成する第2絶縁膜形成工程と、
前記シリコン膜の上面が露出するように前記第2の絶縁膜の一部を除去し、第1のコンタクトホールを形成する第1コンタクトホール形成工程と、
前記第1コンタクトホールの上方から第1の導電型ドーパントを注入することにより第1の拡散領域を形成する第1拡散領域形成工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
After the silicon film forming step,
A second insulating film forming step of forming a second insulating film on the first insulating film so as to cover an upper surface and a side surface of the silicon film;
A first contact hole forming step of forming a first contact hole by removing a part of the second insulating film so that an upper surface of the silicon film is exposed;
A first diffusion region forming step of forming a first diffusion region by implanting a first conductivity type dopant from above the first contact hole;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記シリコン膜形成工程後に、
前記シリコン膜の上面から第1の導電型ドーパントを注入することにより第1の拡散領域を形成する第1拡散領域形成工程と、
前記拡散領域を覆うように前記第1の絶縁膜上に前記第2の絶縁膜を形成する第2絶縁膜形成工程と、
前記シリコン膜の上面が露出するように前記第2の絶縁膜の一部を除去し、第1のコンタクトホールを形成する第1コンタクトホール形成工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
After the silicon film forming step,
A first diffusion region forming step of forming a first diffusion region by implanting a first conductivity type dopant from the upper surface of the silicon film;
A second insulating film forming step for forming the second insulating film on the first insulating film so as to cover the diffusion region;
A first contact hole forming step of forming a first contact hole by removing a part of the second insulating film so that an upper surface of the silicon film is exposed;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記シリコン膜形成工程後に、
前記シリコン膜の側面から第1の導電型ドーパントを斜め注入することにより第1の拡散領域を形成する第1拡散領域形成工程と、
前記拡散領域を覆うように前記第1の絶縁膜上に前記第2の絶縁膜を形成する第2絶縁膜形成工程と、
前記シリコン膜の上面が露出するように前記第2の絶縁膜の一部を除去し、第1のコンタクトホールを形成する第1コンタクトホール形成工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
After the silicon film forming step,
A first diffusion region forming step of forming a first diffusion region by obliquely implanting a first conductivity type dopant from a side surface of the silicon film;
A second insulating film forming step for forming the second insulating film on the first insulating film so as to cover the diffusion region;
A first contact hole forming step of forming a first contact hole by removing a part of the second insulating film so that an upper surface of the silicon film is exposed;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記シリコンピラー形成工程において、
前記基板上に前記マスク絶縁膜を形成してから前記基板をエッチングして前記シリコンピラーを形成し、
前記第1絶縁膜形成工程及び前記第1絶縁膜除去工程において、
前記マスク絶縁膜を残すことで前記シリコンピラーの上面を前記マスク絶縁膜によって覆ったままとし、
前記シリコン膜形成工程において、
前記シリコンピラー上部の側面のみにエピタキシャル成長法により前記シリコン膜形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
In the silicon pillar forming step,
Forming the mask insulating film on the substrate and then etching the substrate to form the silicon pillar;
In the first insulating film forming step and the first insulating film removing step,
By leaving the mask insulating film, the upper surface of the silicon pillar remains covered with the mask insulating film,
In the silicon film forming step,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon film is formed only on a side surface of the upper portion of the silicon pillar by an epitaxial growth method.
前記シリコン膜形成工程後に、
前記マスク絶縁膜を除去するマスク絶縁膜除去工程と、
前記シリコン膜と前記シリコンピラー上面を覆うように、前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成する第2絶縁膜形成工程と、
前記シリコン膜及び前記シリコンピラーの上面が露出するように前記第2の絶縁膜の一部を除去し、第1のコンタクトホールを形成する第1コンタクトホール形成工程と、
前記第1のコンタクトホールの上方から第1の導電型ドーパントを注入することにより第1の拡散領域を形成する第1拡散領域形成工程と、
を有することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
After the silicon film forming step,
A mask insulating film removing step for removing the mask insulating film;
A second insulating film forming step of forming a second insulating film on the first insulating film so as to cover the silicon film and the upper surface of the silicon pillar;
A first contact hole forming step of forming a first contact hole by removing a part of the second insulating film so that the upper surfaces of the silicon film and the silicon pillar are exposed;
A first diffusion region forming step of forming a first diffusion region by implanting a first conductivity type dopant from above the first contact hole;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein:
前記第1コンタクトホール形成工程後に、
前記第1のコンタクトホール内の前記シリコン膜上に第1の導電膜を埋め込むことにより第1のコンタクトプラグを形成する第1コンタクトプラグ形成工程と、
前記第1のコンタクトプラグ上に第1の上部配線を形成する第1上部配線形成工程と、
を有することを特徴とする請求項2〜請求項4及び請求項6のいずれかの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
After the first contact hole forming step,
A first contact plug forming step of forming a first contact plug by embedding a first conductive film on the silicon film in the first contact hole;
A first upper wiring forming step of forming a first upper wiring on the first contact plug;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is manufactured as follows.
前記第1絶縁膜形成工程前に、
前記基板主面上に第3の絶縁膜を形成する第3絶縁膜形成工程と、
前記第3の絶縁膜の上方から前記基板に第2の導電型ドーパントを注入して第2の拡散領域を形成する第2拡散領域形成工程と、
前記シリコンピラーの側壁にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記ゲート絶縁膜の周囲に第1の不純物ドープ半導体から成るゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を有することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
Before the first insulating film forming step,
A third insulating film forming step of forming a third insulating film on the substrate main surface;
A second diffusion region forming step of forming a second diffusion region by injecting a second conductivity type dopant into the substrate from above the third insulating film;
Forming a gate insulating film on the side wall of the silicon pillar; and
Forming a gate electrode made of a first impurity-doped semiconductor around the gate insulating film; and
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
基板の主面に対して第1の方向に延在する第1の溝を形成することによりシリコンフィンを形成するシリコンフィン形成工程と、
前記基板表面に前記第1の溝の底部上方から第2の導電型ドーパントを注入することにより第2の拡散領域を形成する第2拡散領域形成工程と、
前記シリコンフィン間の前記基板の主面上に、第1の方向に延在し、かつ前記第1の拡散領域を分断する第2の溝を形成する第2溝工程と、
前記第1の溝及び前記第2の溝を埋める第4の絶縁膜を形成する第4絶縁膜形成工程と、
前記第1の方向に交差する第2の方向に延在し、かつ前記第1の拡散領域を露出させる第3の溝を形成することにより前記シリコンフィンを複数のシリコンピラーに分割するシリコンピラー形成工程と、
を有することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
Forming a silicon fin by forming a first groove extending in a first direction relative to the main surface of the substrate;
A second diffusion region forming step of forming a second diffusion region by injecting a second conductivity type dopant into the substrate surface from above the bottom of the first groove;
A second groove step for forming a second groove extending in a first direction and dividing the first diffusion region on the main surface of the substrate between the silicon fins;
A fourth insulating film forming step of forming a fourth insulating film filling the first groove and the second groove;
Formation of a silicon pillar that divides the silicon fin into a plurality of silicon pillars by forming a third groove that extends in a second direction intersecting the first direction and exposes the first diffusion region Process,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記シリコンピラー形成工程後に、
前記第2の拡散領域表面上に第5の絶縁膜を形成する第5絶縁膜形成工程と、
前記第3の溝の形成によって露出された前記シリコンピラーの側面上にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記第3の溝内に前記ゲート絶縁膜を覆い、かつ前記第3の溝に沿って延在する第1の不純物ドープ半導体から成るゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記第3の溝内の前記ゲート絶縁膜を埋める第6の絶縁膜を形成する第6絶縁膜形成工程と、
を有することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
After the silicon pillar forming step,
A fifth insulating film forming step of forming a fifth insulating film on the surface of the second diffusion region;
Forming a gate insulating film on a side surface of the silicon pillar exposed by forming the third groove;
Forming a gate electrode made of a first impurity-doped semiconductor covering the gate insulating film in the third trench and extending along the third trench;
A sixth insulating film forming step of forming a sixth insulating film filling the gate insulating film in the third trench;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein:
前記第1の上部配線上にキャパシタを形成するキャパシタ形成工程を有することを特徴とする請求項7〜請求項10のいずれかの請求項に記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising a capacitor forming step of forming a capacitor on the first upper wiring. 前記第1の拡散領域と、前記シリコンピラーの前記第1の拡散領域部分より下方の部分とを相互に逆導電型の半導体にすることを特徴とする請求項2〜請求項10のいずれかの請求項に記載の半導体装置の製造方法。   11. The semiconductor device according to claim 2, wherein the first diffusion region and a portion below the first diffusion region portion of the silicon pillar are made to be semiconductors of opposite conductivity type to each other. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim. 基板の主面に柱状に形成されたシリコンピラーと、
前記シリコンピラーと同時に形成された第1の溝の下部に充填され、前記シリコンピラー上部を露出させるように形成された第1の絶縁膜と、
前記シリコンピラー上部の上面及び側面にエピタキシャル成長法により形成されたシリコン膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。
A silicon pillar formed in a pillar shape on the main surface of the substrate;
A first insulating film formed to fill a lower portion of a first groove formed simultaneously with the silicon pillar and to expose the upper portion of the silicon pillar;
A silicon film formed by epitaxial growth on the top and side surfaces of the top of the silicon pillar;
A semiconductor device comprising:
前記シリコン膜が、前記シリコンピラー上部の側面のみに形成されていることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 13, wherein the silicon film is formed only on a side surface of the upper portion of the silicon pillar. 前記シリコン膜に第1の導電型ドーパントが注入されることにより形成された第1の拡散領域を有することを特徴とする請求項13または請求項14に記載の半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 13, further comprising a first diffusion region formed by implanting a first conductivity type dopant into the silicon film. 前記第1の拡散領域を覆うようにして前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜と、
前記第1の拡散領域の上面が露出されるように前記第2の絶縁膜内に形成された前記第1のコンタクトホールに、第1の導電膜が充填されることにより形成された第1のコンタクトプラグと、
前記第1のコンタクトプラグ上に形成された第1の上部配線と、
を有することを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。
A second insulating film formed on the first insulating film so as to cover the first diffusion region;
The first contact hole formed in the second insulating film so that the upper surface of the first diffusion region is exposed is filled with a first conductive film. Contact plugs,
A first upper wiring formed on the first contact plug;
16. The semiconductor device according to claim 15, further comprising:
前記シリコンピラー間の前記基板表面上に形成された第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜の上方から第2の導電型ドーパントが注入されることにより前記第3の絶縁膜下方の前記基板内に形成された第2の拡散領域と、
前記シリコンピラーの側壁に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の周囲に形成された第1の不純物ドープシリコンから成るゲート電極と、
を有することを特徴とする請求項13〜請求項16のいずれかの請求項に記載の半導体装置。
A third insulating film formed on the substrate surface between the silicon pillars;
A second diffusion region formed in the substrate below the third insulating film by implanting a second conductivity type dopant from above the third insulating film;
A gate insulating film formed on a side wall of the silicon pillar;
A gate electrode made of first impurity-doped silicon formed around the gate insulating film;
The semiconductor device according to claim 13, comprising:
前記基板の第1の方向に延在する第1の溝と前記第1の方向に交差する第2の方向に延在する第3の溝により前記基板の主面上に柱状に形成されたシリコンピラーと、
前記基板表面に前記第1の溝の底部上方から第2の導電型ドーパントが注入されることにより形成された第2の拡散領域と、
前記第1の溝と前記シリコンピラー間の第1の拡散領域を分断するために設けられた前記第1の方向に延在する第2の溝とに充填された第4の絶縁膜と、
を有することを特徴とする請求項13〜請求項16のいずれかの請求項に記載の半導体装置。
Silicon formed in a columnar shape on the main surface of the substrate by a first groove extending in the first direction of the substrate and a third groove extending in a second direction intersecting the first direction With pillars,
A second diffusion region formed by injecting a second conductivity type dopant into the substrate surface from above the bottom of the first groove;
A fourth insulating film filled in the second groove extending in the first direction and provided to divide the first diffusion region between the first groove and the silicon pillar;
The semiconductor device according to claim 13, comprising:
前記第2の拡散領域表面上に形成された第5の絶縁膜と、
前記第3の溝の形成によって露出された前記シリコンピラーの側面上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を覆い、かつ前記第3の溝に沿って延在するように形成された、第1の不純物ドープ半導体から成るゲート電極と、
前記第3の溝内の前記ゲート絶縁膜上に充填された第6の絶縁膜と、
を有することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
A fifth insulating film formed on the surface of the second diffusion region;
A gate insulating film formed on a side surface of the silicon pillar exposed by forming the third groove;
A gate electrode made of a first impurity-doped semiconductor and covering the gate insulating film and extending along the third groove;
A sixth insulating film filled on the gate insulating film in the third trench;
The semiconductor device according to claim 18, comprising:
前記第1の上部配線上に形成されたキャパシタを有することを特徴とする請求項16〜請求項19のいずれかの請求項に記載の半導体装置。   20. The semiconductor device according to claim 16, further comprising a capacitor formed on the first upper wiring. 前記第1の拡散領域と、前記シリコンピラーの前記第1の拡散領域部分より下方の部分とが相互に逆導電型の半導体であることを特徴とする請求項14〜請求項20のいずれかの請求項に記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 14, wherein the first diffusion region and a portion below the first diffusion region portion of the silicon pillar are semiconductors of opposite conductivity type to each other. The semiconductor device according to claim.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10686069B2 (en) 2017-11-21 2020-06-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having vertical channel
JP2020520110A (en) * 2017-05-16 2020-07-02 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International Business Machines Corporation Method and semiconductor device for forming a semiconductor device with reduced bottom contact resistance of a VFET
CN112151596A (en) * 2019-06-28 2020-12-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Semiconductor structure and forming method thereof
WO2021005842A1 (en) * 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 Columnar semiconductor device and method for manufacturing same
JP2022520535A (en) * 2019-02-08 2022-03-31 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 Vertical transport fin field effect transistor combined with resistant memory structure
WO2023197381A1 (en) * 2022-04-15 2023-10-19 长鑫存储技术有限公司 Semiconductor structure and preparation method therefor
JP7540004B2 (en) 2020-05-07 2024-08-26 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド STRUCTURES AND METHODS FOR FORMING DYNAMIC RANDOM ACCESS DEVICES - Patent application

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020520110A (en) * 2017-05-16 2020-07-02 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International Business Machines Corporation Method and semiconductor device for forming a semiconductor device with reduced bottom contact resistance of a VFET
JP7051901B2 (en) 2017-05-16 2022-04-11 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 Methods for Forming Semiconductor Devices with Reduced VFET Lower Contact Resistance and Semiconductor Devices
US10686069B2 (en) 2017-11-21 2020-06-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having vertical channel
JP2022520535A (en) * 2019-02-08 2022-03-31 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 Vertical transport fin field effect transistor combined with resistant memory structure
JP7429085B2 (en) 2019-02-08 2024-02-07 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 Vertical transport fin field effect transistor combined with resistive memory structure
CN112151596B (en) * 2019-06-28 2023-10-20 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Semiconductor structure and forming method thereof
CN112151596A (en) * 2019-06-28 2020-12-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Semiconductor structure and forming method thereof
JPWO2021005842A1 (en) * 2019-07-11 2021-01-14
TWI750729B (en) * 2019-07-11 2021-12-21 新加坡商新加坡優尼山帝斯電子私人有限公司 Columnar semiconductor device and manufacturing method thereof
JPWO2021005789A1 (en) * 2019-07-11 2021-01-14
WO2021005789A1 (en) * 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 Columnar semiconductor device and method for manufacturing same
JP7357387B2 (en) 2019-07-11 2023-10-06 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 Columnar semiconductor device and its manufacturing method
WO2021005842A1 (en) * 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 Columnar semiconductor device and method for manufacturing same
JP7369471B2 (en) 2019-07-11 2023-10-26 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 Columnar semiconductor device and its manufacturing method
US12127386B2 (en) 2019-07-11 2024-10-22 Unisantis Electronics Singapore Pte. Ltd. Semiconductor memory device
US12127385B2 (en) 2019-07-11 2024-10-22 Unisantis Electronics Singapore Pte. Ltd. Pillar-shaped semiconductor device and method for producing the same
JP7540004B2 (en) 2020-05-07 2024-08-26 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド STRUCTURES AND METHODS FOR FORMING DYNAMIC RANDOM ACCESS DEVICES - Patent application
WO2023197381A1 (en) * 2022-04-15 2023-10-19 长鑫存储技术有限公司 Semiconductor structure and preparation method therefor

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