(57)【要約】  Ｓｉ基板上に形成した第１のマスク材料層（２）をマスクにして、Ｓｉ基板をエッチングして、Ｓｉ基板（１ａ）上にＳｉ柱（３）を形成する。そして、Ｓｉ柱（３）の側面を囲んで形成した第２のマスク材料層（４）をマスクにして、Ｓｉ柱（３）の外側を囲んだＳｉ柱台部を形成する。そして、第１、第２のマスク材料層（２、４）をマスクにして、Ｓｉ柱台部の断面の全てを占め、且つＳｉ柱台部の外周部のＳｉ基板（１ａ）に繋がるＳｉＯ２層（１０）を形成する。ＳｉＯ２層（１０）の上下には凹み部（１０ａ、１０ｂ）が形成されている。そして、ＳｉＯ２層（１０）上に、Ｓｉ柱（３）の外周を囲んだゲート絶縁ＨｆＯ２層と、ゲート導体ＴｉＮ層と、Ｓｉ柱（３）内にソースまたはドレインとなるＮ＋層と、チャネルとなるＮ＋層間のＳｉ柱とを含むＳＧＴが形成される。
2018033981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体柱と、前記半導体柱の下部内と上部内に形成された第１及び第２の不純物領域と、前記第１及び第２の不純物領域の間の前記半導体柱を囲んで形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層を囲んで形成されたゲート導体層とを含む柱状半導体を備える柱状半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に、半導体柱台部と、前記半導体柱台部上に存在し、且つ平面視において前記半導体柱台部の内側にある前記半導体柱と、前記半導体柱の頂部と側面とを囲む耐酸化マスク材料層とを含む構造を提供する半導体柱構造提供工程と、
前記耐酸化マスク材料層を耐酸化マスクにして、前記半導体柱台部の全体または底部と、前記半導体柱台部の外周部の前記半導体基板の表層部とを酸化して、平面視において、前記半導体柱内に凹み部を上下に有する酸化絶縁層を形成する酸化工程と、
を含み、
前記酸化絶縁層は、平面視において、前記半導体柱台部の全体が酸化されて、形成されている、
ことを特徴とする柱状半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体柱構造提供工程は、
前記半導体基板上に第１のマスク材料層を形成する第１マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、前記半導体柱を形成する半導体柱形成工程と、
前記半導体柱の側面を囲む第２のマスク材料層を形成する第２マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層と前記第２のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、前記半導体柱の下に前記半導体柱台部を形成する半導体柱台部形成工程と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体柱構造提供工程において、
前記第１のマスク材料層及び前記第２のマスク材料層は、それぞれ、独立して、エッチングマスク及び耐酸化マスクとして機能する材料から構成された一層、又は、最外部に該一層を含む複数の層として形成され、
前記耐酸化マスク材料層は、前記第１のマスク材料層と前記第２のマスク材料層から構成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体柱構造提供工程は、前記第１のマスク材料層及び前記第２のマスク材料層の少なくとも一方を介して又はどちらも介さず前記半導体柱を囲み、且つ前記半導体柱台部の上部側面を囲んで前記耐酸化マスク材料層を形成する第３マスク材料層形成工程、をさらに備え、
前記酸化工程において、上端の位置が前記半導体柱台部の上表面より下となるように前記酸化絶縁層が形成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体柱構造提供工程は、前記第１のマスク材料層を除去する工程、及び／又は、前記第２のマスク材料層を除去する工程をさらに備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３マスク材料層形成工程において、前記耐酸化マスク材料層は、前記第１のマスク材料層及び前記第２のマスク材料層を介して前記半導体柱を囲み、且つ前記半導体柱台部の上部側面を囲んで形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体柱台部形成工程で平面視において所定の幅を有する前記半導体柱台部が形成されるよう、前記半導体柱の底部側面を囲んだ前記第２のマスク材料層を所定の厚さに形成する、
ことを特徴とする請求項２に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体柱構造提供工程において、
共通の前記半導体柱台部上に複数の前記半導体柱が形成され、
前記耐酸化マスク材料層は、前記半導体柱全ての頂部と側面とを囲んで形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体柱構造提供工程は、
前記半導体基板上に複数の第１のマスク材料層を形成する第１マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、複数の前記半導体柱を形成する半導体柱形成工程と、
前記半導体柱全ての側面を囲み、且つ隣接する前記半導体柱同士の間にまたがって第２のマスク材料層を形成する第２マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層と前記第２のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、複数の前記半導体柱の下に共通の前記半導体柱台部を形成する半導体柱台部形成工程と、
を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記耐酸化マスク材料層の一部を高さ方向に所定の幅を持った帯の形状に除去して、前記半導体柱の側面を露出させる工程と、
残存する前記耐酸化マスク材料層を耐酸化マスクにして、前記半導体柱をその露出面から酸化して、前記半導体柱内に凹み部を上下に有する追加の酸化絶縁層を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記酸化絶縁層の露出面を覆って被覆絶縁層を形成する工程と、
前記半導体柱の下部の側面を露出させる工程と、
前記被覆絶縁層上に、前記半導体柱の露出した前記側面に接して、第１のドナーまたはアクセプタ不純物を含む配線材料層を形成する工程と、
加熱により、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物を前記半導体柱に拡散させて、前記半導体柱の下部に前記第１の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記被覆絶縁層は、前記酸化絶縁層より、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物に対する拡散係数が小さい、
ことを特徴とする請求項１１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記被覆絶縁層を形成した後に、前記ゲート絶縁層と、前記ゲート導体層と、第１の材料層とを、この順番に、前記半導体柱と前記被覆絶縁層を覆って被覆する工程と、
前記半導体柱の底部の外周部に、前記第１の材料層をエッチングするエッチング素材を含んだエッチング材料層を、前記第１の材料層に接して形成する工程と、
前記エッチング素材により、前記エッチング材料層に接した前記第１の材料層をエッチングする工程と、
前記エッチング材料層を除去する工程と、
残った前記第１の材料層をマスクにして、前記ゲート導体層をエッチングする工程と、
前記第１の材料層と、前記ゲート導体層との、少なくとも片方をマスクにして、前記ゲート絶縁層をエッチングして、前記半導体柱の側面を露出させる工程と、
前記被覆絶縁層上に、前記半導体柱の露出した前記側面に接して、前記配線材料層を形成する工程と、
をさらに含み、
前記被覆絶縁層が、前記エッチング素材に対して、エッチングブロック効果を有している、
ことを特徴とする請求項１２に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記配線材料層は、第１の半導体原子と、第１の金属原子と、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物とを含む第１の合金層であり、
熱処理により、前記半導体柱内に、前記第１の合金層と繋がっており、前記半導体柱を構成する第２の半導体原子と、前記第１の金属原子と、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、平面視において、前記半導体柱内の外周部または全体を占める第２の合金層を形成する工程と、
熱処理により、前記第１の合金層と前記第２の合金層から、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物を押し出して、前記半導体柱内に前記第１の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体柱の頂部に、第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む第３の不純物領域を形成する工程と、
前記第３の不純物領域に接して、前記第１の金属原子より合金化温度の低い第２の金属原子を堆積する工程と、
熱処理により、前記半導体柱の頂部に、前記第２の半導体原子と、前記第２の金属原子と、前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、平面視において、前記半導体柱の外周部または全体を占める第３の合金層、及び、前記第３の合金層から押し出された前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む前記第２の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体柱の頂部の少なくとも側面を覆い、第３の半導体原子と、前記第１の金属原子より合金化温度の低い第２の金属原子と、第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む第４の合金層を形成する工程と、
熱処理により、前記半導体柱内に前記第４の合金層と繋がる、前記第２の半導体原子と、前記第２の金属原子と、前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、平面視において、前記半導体柱内の外周部または全体を占める第３の合金層、及び、前記第３の合金層から押し出された前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む前記第２の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
半導体基板上に存在し、凹み部を上下に有する酸化絶縁層と、
前記酸化絶縁層の上側の前記凹み部の上に、直接、又は、それぞれ上部に凹み部を有する１層以上の他の層を介して、形成され、前記酸化絶縁層よりも平面視における幅が狭い半導体柱と、
前記半導体柱の下部に形成された第１の不純物領域と、
前記第１の不純物領域より上方の前記半導体柱内に形成された第２の不純物領域と、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間にある前記半導体柱の部分を囲むゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を囲むゲート導体層と、
を含む、
ことを特徴とする柱状半導体装置。
【請求項１８】
前記酸化絶縁層の上表面を覆う、被覆絶縁層と、
前記第１の不純物領域に繋がり、前記被覆絶縁層上に形成された第１のドナーまたはアクセプタ不純物を含んだ配線材料層と、
をさらに含み、
前記被覆絶縁層は、前記酸化絶縁層より、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物に対する拡散係数が小さい、
ことを特徴とする請求項１７に記載の柱状半導体装置。
【請求項１９】
前記酸化絶縁層上に形成され、第１の半導体原子と、第１の金属原子と、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、且つ前記半導体柱内部の外周部または全体を占める第１の合金層と、
前記第１の合金層上に形成された前記第１の不純物領域と、
前記第２の不純物領域上に、第２の半導体原子と、前記第１の金属原子より合金化温度の低い第２の金属原子と、第２のドナーまたはアクセプタ不純物とを含む第２の合金層をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１８に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第２の不純物領域より上方の前記半導体柱内にあり、凹み部を上下に有する追加の酸化絶縁層をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１７に記載の柱状半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱状半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ（Large Scale Integration)に３次元構造を持つ柱状半導体装置が使われてきている。こうした半導体装置として、ＳＧＴ（Surrounding Gate Transistor）が、その高性能から注目されている。また、柱状半導体装置の更なる高密度化、高性能化、及び低コスト化が求められている。【０００３】
従来のプレナー型ＭＯＳトランジスタは、半導体基板の表面層上に形成される。これに対して、ＳＧＴは、基板上に形成された円柱状半導体に形成される（例えば、特許文献１、非特許文献１）。このため、ＳＧＴは、プレナー型ＭＯＳトランジスタと比べ、半導体装置の高性能化と高密度化が可能である。【０００４】
図９に、ＮチャネルＳＧＴの模式構造図を示す。Ｐ型又はｉ型（真性型）の導電型を有するＳｉ柱２００（以下、シリコン半導体柱を「Ｓｉ柱」と称する。）内の上下の位置に、一方がソースとなる場合に、他方がドレインとなるＮ＋層２０１ａ、２０１ｂ（以下、ドナー不純物を高濃度で含む半導体領域を「Ｎ＋層」と称する。）が形成されている。このソース、ドレインとなるＮ＋層２０１ａ、２０１ｂ間のＳｉ柱２００の部分がチャネル領域２０２となる。このチャネル領域２０２を囲むようにゲート絶縁層２０３が形成されている。このゲート絶縁層２０３を囲むようにゲート導体層２０４が形成されている。ＳＧＴでは、ソース、ドレインとなるＮ＋層２０１ａ、２０１ｂ、チャネル領域２０２、ゲート絶縁層２０３、ゲート導体層２０４が、単一のＳｉ柱２００に沿って形成される。このため、平面視において、ＳＧＴの占有面積は、プレナー型ＭＯＳトランジスタの単一のソース又はドレインＮ＋層の占有面積に相当する。そのため、ＳＧＴを有する回路チップは、プレナー型ＭＯＳトランジスタを有する回路チップと比較して、更なるチップサイズの縮小化が実現できる。そして、チャネル領域２０２を流れるオン電流が、Ｓｉ柱２００の外周を囲むゲート導体層２０４によって効率良く制御できるため、プレナー型ＭＯＳトランジスタより高性能化が図れる。【０００５】
ＳＧＴにおいて、更なる高密度化、高性能化、及び低コスト化が求められている。高密度化するために、平面視におけるＳＧＴの半導体柱の断面径の縮小化が必要である。しかし、半導体柱は細長く破損しやすいため、その断面径の縮小化は、製造の困難さを伴う。その上で、更なる高性能化と低コスト化を実現することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−１８８９６６号公報
【特許文献２】米国特許第８７４８９３８号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Hiroshi Takato, Kazumasa Sunouchi, Naoko Okabe, Akihiro Nitayama, Katsuhiko Hieda, Fumio Horiguchi, and Fujio Masuoka: IEEE Transaction on Electron Devices, Vol.38, No.3, pp.573-578 (1991)
【非特許文献２】Tadashi Shibata, Susumu Kohyama and Hisakazu Iizuka: "A New Field Isolation Technology for High Density MOS LSI", Japanese Journal of Applied Physics, Vol.18, pp.263-267 (1979)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
柱状半導体装置の高密度化、高性能化、及び低コスト化の実現が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点に係る、柱状半導体装置の製造方法は、
半導体柱と、前記半導体柱の下部内と上部内に形成された第１及び第２の不純物領域と、前記第１及び第２の不純物領域の間の前記半導体柱を囲んで形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層を囲んで形成されたゲート導体層とを含む柱状半導体を備える柱状半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に、半導体柱台部と、前記半導体柱台部上に存在し、且つ平面視において前記半導体柱台部の内側にある前記半導体柱と、前記半導体柱の頂部と側面とを囲む耐酸化マスク材料層とを含む構造を提供する半導体柱構造提供工程と、
前記耐酸化マスク材料層を耐酸化マスクにして、前記半導体柱台部の全体または底部と、前記半導体柱台部の外周部の前記半導体基板の表層部とを酸化して、平面視において、前記半導体柱内に凹み部を上下に有する酸化絶縁層を形成する酸化工程と、
を含み、
前記酸化絶縁層は、平面視において、前記半導体柱台部の全体が酸化されて、形成されている、
ことを特徴とする。【００１０】
前記半導体柱構造提供工程は、
前記半導体基板上に第１のマスク材料層を形成する第１マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、前記半導体柱を形成する半導体柱形成工程と、
前記半導体柱の側面を囲む第２のマスク材料層を形成する第２マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層と前記第２のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、前記半導体柱の下に前記半導体柱台部を形成する半導体柱台部形成工程と、
を含む、
ことが望ましい。【００１１】
前記半導体柱構造提供工程において、
前記第１のマスク材料層及び前記第２のマスク材料層は、それぞれ、独立して、エッチングマスク及び耐酸化マスクとして機能する材料から構成された一層、又は、最外部に該一層を含む複数の層として形成され、
前記耐酸化マスク材料層は、前記第１のマスク材料層と前記第２のマスク材料層から構成される、
ことが望ましい。【００１２】
前記半導体柱構造提供工程は、前記第１のマスク材料層及び前記第２のマスク材料層の少なくとも一方を介して又はどちらも介さず前記半導体柱を囲み、且つ前記半導体柱台部の上部側面を囲んで前記耐酸化マスク材料層を形成する第３マスク材料層形成工程、をさらに備え、
前記酸化工程において、上端の位置が前記半導体柱台部の上表面より下となるように前記酸化絶縁層が形成される、
ことが望ましい。【００１３】
前記半導体柱構造提供工程は、前記第１のマスク材料層を除去する工程、及び／又は、前記第２のマスク材料層を除去する工程をさらに備える、
ことが望ましい。【００１４】
前記第３マスク材料層形成工程において、前記耐酸化マスク材料層は、前記第１のマスク材料層及び前記第２のマスク材料層を介して前記半導体柱を囲み、且つ前記半導体柱台部の上部側面を囲んで形成される、
ことが望ましい。【００１５】
前記半導体柱台部形成工程で平面視において所定の幅を有する前記半導体柱台部が形成されるよう、前記半導体柱の底部側面を囲んだ前記第２のマスク材料層を所定の厚さに形成する、
ことが望ましい。【００１６】
前記半導体柱構造提供工程において、
共通の前記半導体柱台部上に複数の前記半導体柱が形成され、
前記耐酸化マスク材料層は、前記半導体柱全ての頂部と側面とを囲んで形成される、
ことが望ましい。【００１７】
前記半導体柱構造提供工程は、
前記半導体基板上に複数の第１のマスク材料層を形成する第１マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、複数の前記半導体柱を形成する半導体柱形成工程と、
前記半導体柱全ての側面を囲み、且つ隣接する前記半導体柱同士の間にまたがって第２のマスク材料層を形成する第２マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層と前記第２のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、複数の前記半導体柱の下に共通の前記半導体柱台部を形成する半導体柱台部形成工程と、
を含む、
ことが望ましい。【００１８】
前記耐酸化マスク材料層の一部を高さ方向に所定の幅を持った帯の形状に除去して、前記半導体柱の側面を露出させる工程と、
残存する前記耐酸化マスク材料層を耐酸化マスクにして、前記半導体柱をその露出面から酸化して、前記半導体柱内に凹み部を上下に有する追加の酸化絶縁層を形成する工程と、
をさらに含む、
ことが望ましい。【００１９】
前記酸化絶縁層の露出面を覆って被覆絶縁層を形成する工程と、
前記半導体柱の下部の側面を露出させる工程と、
前記被覆絶縁層上に、前記半導体柱の露出した前記側面に接して、第１のドナーまたはアクセプタ不純物を含む配線材料層を形成する工程と、
加熱により、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物を前記半導体柱に拡散させて、前記半導体柱の下部に前記第１の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことが望ましい。【００２０】
前記被覆絶縁層は、前記酸化絶縁層より、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物に対する拡散係数が小さい、
ことが望ましい。【００２１】
前記被覆絶縁層を形成した後に、前記ゲート絶縁層と、前記ゲート導体層と、第１の材料層とを、この順番に、前記半導体柱と前記被覆絶縁層を覆って被覆する工程と、
前記半導体柱の底部の外周部に、前記第１の材料層をエッチングするエッチング素材を含んだエッチング材料層を、前記第１の材料層に接して形成する工程と、
前記エッチング素材により、前記エッチング材料層に接した前記第１の材料層をエッチングする工程と、
前記エッチング材料層を除去する工程と、
残った前記第１の材料層をマスクにして、前記ゲート導体層をエッチングする工程と、
前記第１の材料層と、前記ゲート導体層との、少なくとも片方をマスクにして、前記ゲート絶縁層をエッチングして、前記半導体柱の側面を露出させる工程と、
前記被覆絶縁層上に、前記半導体柱の露出した前記側面に接して、前記配線材料層を形成する工程と、
をさらに含み、
前記被覆絶縁層が、前記エッチング素材に対して、エッチングブロック効果を有している、
ことが望ましい。【００２２】
前記配線材料層は、第１の半導体原子と、第１の金属原子と、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物とを含む第１の合金層であり、
熱処理により、前記半導体柱内に、前記第１の合金層と繋がっており、前記半導体柱を構成する第２の半導体原子と、前記第１の金属原子と、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、平面視において、前記半導体柱内の外周部または全体を占める第２の合金層を形成する工程と、
熱処理により、前記第１の合金層と前記第２の合金層から、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物を押し出して、前記半導体柱内に前記第１の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことが望ましい。【００２３】
前記半導体柱の頂部に、第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む第３の不純物領域を形成する工程と、
前記第３の不純物領域に接して、前記第１の金属原子より合金化温度の低い第２の金属原子を堆積する工程と、
熱処理により、前記半導体柱の頂部に、前記第２の半導体原子と、前記第２の金属原子と、前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、平面視において、前記半導体柱の外周部または全体を占める第３の合金層、及び、前記第３の合金層から押し出された前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む前記第２の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことが望ましい。【００２４】
前記半導体柱の頂部の少なくとも側面を覆い、第３の半導体原子と、前記第１の金属原子より合金化温度の低い第２の金属原子と、第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む第４の合金層を形成する工程と、
熱処理により、前記半導体柱内に前記第４の合金層と繋がる、前記第２の半導体原子と、前記第２の金属原子と、前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、平面視において、前記半導体柱内の外周部または全体を占める第３の合金層、及び、前記第３の合金層から押し出された前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む前記第２の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことが望ましい。【００２５】
本発明の第２の観点に係る、柱状半導体装置は、
半導体基板上に存在し、凹み部を上下に有する酸化絶縁層と、
前記酸化絶縁層の上側の前記凹み部の上に、直接、又は、それぞれ上部に凹み部を有する１層以上の他の層を介して、形成され、前記酸化絶縁層よりも平面視における幅が狭い半導体柱と、
前記半導体柱の下部に形成された第１の不純物領域と、
前記第１の不純物領域より上方の前記半導体柱内に形成された第２の不純物領域と、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間にある前記半導体柱の部分を囲むゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を囲むゲート導体層と、
を含む、
ことを特徴とする。【００２６】
前記酸化絶縁層の上表面を覆う、被覆絶縁層と、
前記第１の不純物領域に繋がり、前記被覆絶縁層上に形成された第１のドナーまたはアクセプタ不純物を含んだ配線材料層と、
をさらに含み、
前記被覆絶縁層は、前記酸化絶縁層より、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物に対する拡散係数が小さい、
ことが望ましい。【００２７】
前記酸化絶縁層上に形成され、第１の半導体原子と、第１の金属原子と、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、且つ前記半導体柱内部の外周部または全体を占める第１の合金層と、
前記第１の合金層上に形成された前記第１の不純物領域と、
前記第２の不純物領域上に、第２の半導体原子と、前記第１の金属原子より合金化温度の低い第２の金属原子と、第２のドナーまたはアクセプタ不純物とを含む第２の合金層をさらに含む、
ことが望ましい。【００２８】
前記第２の不純物領域より上方の前記半導体柱内にあり、凹み部を上下に有する追加の酸化絶縁層をさらに含む、
ことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｂ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｃ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｄ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｅ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｆ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｇ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｈ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｉ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｊ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図１Ｋ】第１実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図２Ｂ】第２実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図２Ｃ】第２実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図２Ｄ】第２実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図２Ｅ】第２実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図２Ｆ】第２実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図３Ａ】本発明の第３実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図３Ｂ】第３実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図３Ｃ】第３実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図３Ｄ】第３実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図３Ｅ】第３実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図４Ａ】本発明の第４実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図４Ｂ】第４実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図４Ｃ】第４実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図４Ｄ】第４実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図４Ｅ】第４実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図５Ａ】本発明の第５実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図５Ｂ】第５実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図５Ｃ】第５実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図５Ｄ】第５実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図５Ｅ】第５実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図６Ａ】本発明の第６実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図６Ｂ】第６実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図６Ｃ】第６実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図７Ａ】本発明の第７実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図７Ｂ】第７実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図８Ａ】本発明の第８実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図８Ｂ】第８実施形態に係るＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法を説明するための平面図と断面構造図である。
【図９】従来例のＳＧＴを示す模式構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態に係る、柱状半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
以下、図１Ａ〜図１Ｋを参照しながら、本発明の第１実施形態に係る、ＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿う断面構造図である。
【００３２】
図１Ａに示すように、Ｓｉ基板１上に平面視で見て共に円形の窒化Ｓｉ（Ｓｉ３Ｎ４）層とＳｉＯ２層をこの順番に積層して、これら２層からできたマスク材料層２を形成する。
【００３３】
次に、図１Ｂに示すように、マスク材料層２をマスクにしてＳｉ基板１をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によりエッチングして、Ｓｉ基板１ａ上にＳｉ柱３を形成する。
【００３４】
次に、図１Ｃに示すように、全体にＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、Ｓｉ柱３とＳｉ基板１ａとの表面を覆うように、ＳｉＯ２層、窒化Ｓｉ（Ｓｉ３Ｎ４）層、及びＳｉＯ２層をこの順番に積層する（図示せず）。そして、ＲＩＥ法を用いてこれら３層をエッチングすることにより、Ｓｉ柱３の側面を囲んだＳｉＯ２層、Ｓｉ３Ｎ４層、及びＳｉＯ２層からできたマスク材料層４を残存させる。
【００３５】
次に、図１Ｄに示すように、ＲＩＥ法によりマスク材料層２、４をマスクにしてＳｉ基板１ａをエッチングして、Ｓｉ柱３の下にＳｉ柱台部５を形成する。この場合、Ｓｉ柱台部５は、平面視において、Ｓｉ柱３を囲んで形成される。
【００３６】
次に、図１Ｅに示すように、マスク材料層２、４をマスクにしてＳｉでできた部分を選択的にその露出面から酸化することで、Ｓｉ柱３の下部の一部と、Ｓｉ柱台部５の全体と、Ｓｉ基板１ａの表面に繋がったＳｉＯ２層１０を形成する。Ｓｉ柱３の下部の中ほどは、露出面からの距離が遠く、酸化されづらいため、Ｓｉ柱３との界面になるＳｉＯ２層１０の頂部に、中心に向かって凹んだ凹み部１０ａが形成される。また、Ｓｉ柱３の直下のＳｉ基板１ａの部分も、露出面からの距離が遠く、酸化されづらいため、Ｓｉ基板１ａとの界面になるＳｉＯ２層１０の底部に、中心に向かって凹んだ凹み部１０ｂが形成される。
【００３７】
次に、図１Ｆに示すように、マスク材料層４を除去する。そして、Ｓｉ３Ｎ４層１２を、Ｓｉ柱３の外周部のＳｉＯ２層１０上に、その上表面位置がＳｉＯ２層１０の頂部付近の位置になるように形成する。そして、全体にＡＬＤ法により、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）層１３、窒化チタン（ＴｉＮ）層１４、ＳｉＯ２層１５をこの順番に積層する。そして、Ｓｉ柱３の外周部のＳｉＯ２層１５上にレジスト層１６を形成する。
【００３８】
次に、図１Ｇに示す工程では、フッ化水素ガス（以下、「ＨＦガス」と称する。）を全体に供給する。続いて、例えば１８０℃の加熱環境とすることで、ＨＦガスがレジスト層１６内に含まれた水分によって電離され、フッ化水素イオン（ＨＦ２＋）（以下、「ＨＦイオン」と称する。）が形成される。このＨＦイオンがレジスト層１６内を拡散して、レジスト層１６に接触するＳｉＯ２層１５をエッチングする（ここでのエッチングのメカニズムは非特許文献２を参照のこと。）。一方、レジスト層１６に接触していないＳｉＯ２層１５は、殆どエッチングされず、ＳｉＯ２層１５ａとして残存する。次に、レジスト層１６を除去する。さらに、ＳｉＯ２層１５ａをマスクに窒化チタン（ＴｉＮ）層１４をエッチングして、ＴｉＮ層１４ａを形成する。そして、ＳｉＯ２層１５ａ、ＴｉＮ層１４ａの少なくとも一方をマスクにして、ＨｆＯ２層１３をエッチングして、ＨｆＯ２層１３ａを形成する。エッチャントを適宜選択することで、ＳｉＯ２層１５ａとＴｉＮ層１４ａの一方または両方をエッチングすることができる。そして、露出しているＴｉＮ層１４ａの表層を酸化して酸化チタン（ＴｉＯ）層１７を形成する。こうして、図１Ｇに示す構造が得られる。
【００３９】
次に、図１Ｈに示すように、例えば、ドナー不純物を含んだニッケル・シリサイド（ＮｉＳｉ）層１９をＳｉ３Ｎ４層１２上に、Ｓｉ柱３を囲んで、形成する。そして、熱処理を行い、ドナー不純物をＮｉＳｉ層１９からＳｉ柱３内に拡散させて、Ｎ＋層２０を形成する。
【００４０】
次に、図１Ｉに示すように、Ｓｉ３Ｎ４層２１を、Ｓｉ３Ｎ４層１２上とＮｉＳｉ層１９とを覆って、その上表面位置がＳｉ柱３の高さ方向における中間になるように形成する。そして、ＳｉＯ２層１５ａの中ほどをエッチングした後、ＴｉＮ層１４ａに接続したＮｉＳｉ層２２をＳｉ３Ｎ４層２１上に形成する。
【００４１】
次に、図１Ｊに示すように、ＳｉＯ２層２４を、その上表面位置がＳｉ柱３の頂部より下方になるように形成する。そして、ＳｉＯ２層２４をマスクにして、Ｓｉ柱頂部のＳｉＯ２層１５ａ、ＴｉＮ層１４ａ、ＨｆＯ２層１３ａを除去する。そして、例えばイオン注入によりＮ＋層２５を形成する。
【００４２】
次に、図１Ｋに示すように、全体にＳｉＯ２層２７を形成する。そして、ＮｉＳｉ層１９上にコンタクトホール２８ａを形成する。同じく、Ｎ＋層２５上にコンタクトホール２８ｂを形成する。同じく、ＮｉＳｉ層２２上にコンタクトホール２８ｃを形成する。そして、コンタクトホール２８ａを介してＮｉＳｉ層１９と接続した配線金属層ＭＳを、ＳｉＯ２層２７上に形成する。同じく、コンタクトホール２８ｂを介してＮ＋層２５と接続した配線金属層ＭＤを、ＳｉＯ２層２７上に形成する。同じく、コンタクトホール２８ｃを介してＮｉＳｉ層２２と接続した配線金属層ＭＧを、ＳｉＯ２層２７上に形成する。これによって、Ｓｉ基板１ａ上にＳＧＴが形成される。
【００４３】
第１実施形態の製造方法によれば、次のような特徴が得られる。
１．第１のマスク材料層２及び第２のマスク材料層４は、共に、Ｓｉ基板１ａをエッチングする場合のエッチングマスクとしての役割と、酸化によってＳｉＯ２層１０を形成する場合の耐酸化マスクとしての役割とを持っている。これは、工程の簡略化になり、低コスト化に繋がる。
２．第１のマスク材料層２及び第２のマスク材料層４をエッチングマスクにして形成されたＳｉ柱台部５は、平面視においてＳｉ柱３の側面を囲んで形成されている。すなわち、Ｓｉ柱台部５は、リソグラフィ法におけるマスク合わせ工程を必要とせず、自己整合により形成される。これにより、低コストで、高密度のＳＧＴを用いた回路形成が形成される。
３．ＳＧＴが形成されるＳｉ柱３を支えるＳｉＯ２層１０が、平面視においてＳｉ柱３より太いため、Ｓｉ柱３は外部からの応力に対して倒れづらくなる。また、ＳｉＯ２とＳｉの応力係数の違いのせいで、Ｓｉ柱３ａとＳｉＯ２層１０との界面は比較的に脆弱であり、Ｓｉ柱３ａに、例えば洗浄などの工程により、力が加わった場合、Ｓｉ柱３ａはＳｉＯ２層１０から離断して倒れかねないが、これを、Ｓｉ柱３ａとＳｉＯ２層１０との界面に形成されている凹み部１０ａにより防止できる。同様に、凹み部１０ｂは、ＳｉＯ２層１０がＳｉ基板１ａから離断して倒れることを防止できる。これは、特に、Ｓｉ基板１ａとＳＧＴとの絶縁効果を大きくするためにＳｉＯ２層１０を高くした場合に役立つ。さらに、回路の高密度化に伴い、Ｓｉ柱３、及び、ＳｉＯ２層１０（特に、Ｓｉ柱台部５由来の部分）が細くなるにつれて、以上の３種の安定化効果の重要性も高まる。
４．図１Ｋに示すように、Ｓｉ柱３の底部全体とＳｉ基板１ａの表層とに繋がったＳｉＯ２層１０が形成される。これにより、Ｓｉ柱３に形成されたＳＧＴは、ＳｉＯ２層１０によって、Ｓｉ基板１ａと絶縁される。これはＳＯＩ基板を用いることなく、Ｓｉ基板１ａを用いて、ＳＯＩ基板を用いたのと同様な効果を得ることを示している。すなわち、従来Ｓｉ基板を用いてＳＧＴを有したＣＭＯＳ回路を形成する場合に必要なＰウエルとＮウエルを形成する必要がない。これは、高価なＳＯＩウエハを使用する必要がないこと、そして、Ｐウエル、Ｎウエルを形成する必要がないことにより、製造コストが大幅に低減できる。
【００４４】
（第２実施形態）
以下、図２Ａ〜図２Ｆを参照しながら、本発明の第２実施形態に係る、ＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿う断面構造図である。第２実施形態の製造方法は、以下に説明する相違点を除き、第１実施形態の図１Ａ〜図１Ｋに示す工程と同様である。
【００４５】
図２Ａに示すように、マスク材料層２をマスクにしてＳｉ基板１ｂをＲＩＥ法によりエッチングして、Ｓｉ基板１ｂ上にＳｉ柱３ａを形成する。但し、マスク材料層２は、エッチングマスクとして機能するのであれば耐酸化マスクとしての機能を有しない材料から構成されていてもよい。
【００４６】
次に、図２Ｂに示すように、第１実施形態のマスク材料層４と同様に、Ｓｉ柱３ａの外周側面を覆ったマスク材料層３０を形成する。但し、マスク材料層３０は、エッチングマスクとして機能するのであれば耐酸化マスクとしての機能を有しない材料から構成されていてもよい。
【００４７】
次に、図２Ｃに示すように、ＲＩＥ法によりマスク材料層２、３０をマスクにしてＳｉ基板１ｂをエッチングして、Ｓｉ柱３ａの下に、平面視においてＳｉ柱３ａの外側を囲んだＳｉ柱台部３１を形成する。そして、マスク材料層３０を除去した後に、全体にＡＬＤ法により、ＳｉＯ２層３２、Ｓｉ３Ｎ４層３３、及びＳｉＯ２層３４をこの順番に積層する。そして、レジスト層３５を、Ｓｉ柱台部３１の外周部に、その上表面位置が、Ｓｉ柱台部３１の上表面位置より低い位置になるように形成する。
【００４８】
次に、図２Ｄに示すように、図１Ｇで示したのと同様な方法を用いて、レジスト層３５に隣接するＳｉＯ２層３２、Ｓｉ３Ｎ４層３３、及びＳｉＯ２層３４の一部をエッチングする。そして、レジスト層３５を除去する。これにより、Ｓｉ柱台部３１の上部とＳｉ柱３ａとを覆ったＳｉＯ２層３２ａ、Ｓｉ３Ｎ４層３３ａ、及びＳｉＯ２層３４ａを形成する。
【００４９】
次に、図２Ｅに示すように、ウエット酸化により、Ｓｉ３Ｎ４層３３ａで覆われていない、Ｓｉ基板１ｂ表層とＳｉ柱台部３１の底部とを酸化して、ＳｉＯ２層３６を形成する。ＳｉＯ２層３６は、Ｓｉ３Ｎ４層３３ａをマスクにして形成されるため、中心部に酸化が及びづらいので、Ｓｉ柱台部３１の上下に凹み部３６ａ、３６ｂが形成される。そして、ＳｉＯ２層３２ａ、Ｓｉ３Ｎ４層３３ａ、ＳｉＯ２層３４ａを除去する。
【００５０】
次に、そのあと、図１Ｆ〜図１Ｋと同じ工程をおこない、図２Ｆに示すように、Ｓｉ基板１ｂ上にＳＧＴを形成する。
【００５１】
第２実施形態の製造方法によれば、次のような特徴が得られる。
１．本実施形態においては、その上下に凹み部３６ａ、３６ｂを頂部に持つＳｉＯ２層３６が、Ｓｉ柱３ａより太いＳｉ柱台部３１に形成される。Ｓｉ柱３ａとＳｉＯ２層３６の界面が、太いＳｉ柱台部３１内に存在することにより、以後の工程において、Ｓｉ柱３ａがより倒れにくくできる。
２．Ｓｉ柱台部３１の底部全体とＳｉ基板１ｂの表層とに繋がったＳｉＯ２層３６が形成される。これにより、Ｓｉ柱３ａに形成されたＳＧＴはＳｉＯ２層３６によって、Ｓｉ基板１ｂと絶縁される。これは、第１実施形態と同様に、ＳＯＩ基板を用いることなく、そして、ＳＧＴを有するＣＭＯＳ回路を形成する場合に必要なＰウエルとＮウエルを形成する必要がない。これにより、製造コストが大幅に低減できる。
３．第１実施形態では、マスク材料層２、４は、エッチングマスクとしての機能と耐酸化マスクとしての機能を兼ね備えている必要があるが、本実施形態では、マスク材料層２、３０はエッチングマスクとしての機能さえ有すればよい。このため、マスク材料層２、３０、及び耐酸化マスク（本実施形態ではＳｉＯ２層３２ａ、Ｓｉ３Ｎ４層３３ａ、及びＳｉＯ２層３４ａ）の材料の選択の自由度が増す。
【００５２】
（第３実施形態）
以下、図３Ａ〜図３Ｅを参照しながら、本発明の第３実施形態に係る、ＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿う断面構造図である。第３実施形態の製造方法は、以下に説明する相違点を除き、第１実施形態の図１Ａ〜図１Ｋに示す工程と同様である。
【００５３】
図３Ａに示すように、Ｓｉ基板１（図示せず）上に平面視で見て共に円形のＳｉ３Ｎ４層２ａとＳｉＯ２層２ｂをこの順番に積層し、Ｓｉ３Ｎ４層２ａとＳｉＯ２層２ｂをマスクにしてＳｉ基板１ｂをＲＩＥ法によりエッチングして、Ｓｉ基板１ｂ上にＳｉ柱３ａを形成する。そして、全体にＡＬＤ法により、Ｓｉ柱３とＳｉ基板１ｂとの表面を覆うように、ＳｉＯ２層、Ｓｉ３Ｎ４層、及びＳｉＯ２層をこの順番に積層する（図示せず）。そして、ＲＩＥ法を用いてこれら３層をエッチングすることにより、Ｓｉ柱３ａの側面を囲んだＳｉＯ２層、窒化Ｓｉ（Ｓｉ３Ｎ４）層、及びＳｉＯ２層からできたマスク材料層３０ａを残存させる。
【００５４】
次に、図３Ｂに示すように、ＲＩＥ法によりＳｉＯ２層２ｂ、マスク材料層３０ａをマスクにしてＳｉ基板１ｂをエッチングして、Ｓｉ柱３ａの下にＳｉ柱台部３１ａを形成する。この場合、Ｓｉ柱台部３１ａは、平面視において、Ｓｉ柱３ａを囲んで形成される。ＲＩＥ法によるエッチングでは、平面視において、Ｓｉ柱３ａを囲んだマスク材料層３０ａの底部の幅Ｌｓは、ＳｉＯ２層２ｂの高さＬｈを変えることにより変えることができる。これにより所望の直径ＬｄをもつＳｉ柱台部３１ａを形成することができる。また、Ｓｉ柱台部３１ａの所望の直径Ｌｄは、マスク材料層３０ａの堆積膜厚を変えて、マスク材料層３０ａの底部の厚さＬｓを変えることによって得ることもできる。
【００５５】
次に、図３Ｃに示すように、Ｓｉ３Ｎ４層２ａ、マスク材料層３０ａをマスクにしてＳｉで出来た部分を選択的にその露出面から酸化することで、Ｓｉ柱３ａの下部の一部と、Ｓｉ柱台部３１ａの全体と、Ｓｉ基板１ｂの表面とが繋がったＳｉＯ２層３７を形成する。Ｓｉ柱３ａの下部の中ほどは、露出面からの距離が遠く、酸化されづらいため、Ｓｉ柱３ａとの界面になるＳｉＯ２層３７の頂部に、中心に向かって凹んだ凹み部３７ａが形成される。また、Ｓｉ柱３ａの直下のＳｉ基板１ｂの部分も、露出面からの距離が遠く、酸化されづらいため、Ｓｉ基板１ｂの界面になるＳｉＯ２層３７の底部に、中心に向かって凹んだ凹み部３７ｂが形成される。
【００５６】
次に、図３Ｄに示すように、ＡＬＤ法を用いて、全体にＳｉ３Ｎ４層（図示せず）を堆積する。そして、全体にＳｉＯ２層（図示せず）を堆積する。そして、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により、Ｓｉ３Ｎ４層２ａの上表面位置まで研磨して、Ｓｉ３Ｎ４層３９、ＳｉＯ２層４０を形成する。
【００５７】
次に、図３Ｅに示すように、ＳｉＯ２層４０、Ｓｉ３Ｎ４層２ａ、３９、マスク材料層３０ａを除去する。そして、図１Ｆ〜図１Ｋと同様な工程を行う。これにより、Ｓｉ基板１ｂ上にＳｉＯ２層３７により分離されたＳＧＴが形成される。
【００５８】
第３実施形態の製造方法によれば、図３Ｂに示すように、ＳｉＯ２層２ｂの高さＬｈを変えたり、マスク材料層３０ａの堆積膜厚を変えることによって、所望の直径Ｌｄを持つＳｉ柱台部３１ａを形成することができるという特徴が得られる。
【００５９】
（第４実施形態）
以下、図４Ａ〜図４Ｅを参照しながら、本発明の第４実施形態に係る、ＳＧＴを有する柱状半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態では、１つの帯状Ｓｉ柱台部の上に２個のＳＧＴを形成して、ＣＭＯＳインバータ回路を製造している。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿う断面構造図である。第４実施形態の製造方法は、以下に説明する相違点を除き、第１実施形態の図１Ａ〜図１Ｋに示す工程と同様である。
【００６０】
図４Ａに示すように、Ｓｉ基板１（図示せず）上にＳｉ３Ｎ４層２ａａとＳｉＯ２層２ａｂとをこの順番に積層し、また、Ｓｉ基板１上にＳｉ３Ｎ４層２ｂａ、ＳｉＯ２層２ｂｂをこの順番に積層し、これらの組をそれぞれマスクにして、ＲＩＥ法を用いて、隣接して立ったＳｉ柱３ａａ、３ａｂを形成する。そして、全体にＡＬＤ法により、Ｓｉ柱３ａａ、３ａｂとＳｉ基板１ｃとの表面を覆うように、ＳｉＯ２層、Ｓｉ３Ｎ４層、及びＳｉＯ２層をこの順番に積層する（図示せず）。そして、ＲＩＥ法を用いてこれら３層をエッチングすることにより、Ｓｉ柱３ａａ、３ａｂの側面を囲み、且つＳｉ柱３ａａ、３ａｂ間で繋がった、ＳｉＯ２層、Ｓｉ３Ｎ４層、及びＳｉＯ２層からできたマスク材料層３０ｂを残存させる。Ｓｉ柱３ａａ、３ａｂの間で繋がったマスク材料層３０ｂの部分は、例えば、ＳｉＯ２層２ａｂ、２ｂｂの高さ又はＳｉ柱３ａａ、３ａｂの間の間隔を適切に調節することにより、形成できる。
【００６１】
次に、図４Ｂに示すように、ＳｉＯ２層２ａｂ、２ｂｂ、マスク材料層３０ｂをマスクにして、ＲＩＥ法によりＳｉ基板１ｃをエッチングして、Ｓｉ柱台部４１を形成する。
【００６２】
次に、図４Ｃに示すように、Ｓｉ３Ｎ４層２ａａ、２ｂａ、マスク材料層３０ｂをマスクにした選択的酸化により、Ｓｉ柱３ｂａ、３ｂｂの下部の一部と、Ｓｉ柱台部４１の全体と、Ｓｉ基板１ｃの表面とが繋がった、ＳｉＯ２層４２が形成される。第１実施形態の凹み部１０ａ、１０ｂと同様に、図４Ｃの（ｃ）図に示すように、ＳｉＯ２層４２の上下に、凹み部４２ａ、４２ｂが形成される。但し、Ｘ−Ｘ’線に沿った凹み部４２ｂの幅は、凹み部１０ｂの幅よりも長い。
【００６３】
次に、図４Ｄに示すように、ＳｉＯ２層２ａｂ、２ｂｂ、Ｓｉ３Ｎ４層２ａａ、２ｂａ、３９、マスク材料層３０ｂを除去する。
【００６４】
次に、図４Ｅに示すように、図１Ｆ〜図１Ｋに示した工程と同様な工程を行って、Ｓｉ基板１ｃと、２つのＳＧＴとが、ＳｉＯ２層４２によって分離されたＣＭＯＳインバータ回路を形成する。Ｓｉ３Ｎ４層４５を、Ｓｉ柱３ｂａ、３ｂｂの外周部に、その上面位置がＳｉＯ２層４２上面位置と同じになるように形成する。そして、図１Ｇ、図１Ｈと同様な工程により、Ｓｉ柱３ｂａ、３ｂｂの外周を囲んで、ゲート絶縁ＨｆＯ２層４６ａ、４６ｂと、ゲート導体ＴｉＮ層４７ａ、４７ｂ、ＳｉＯ２層４８ａ、４８ｂを形成する。そして、Ｓｉ柱３ｂａ、３ｂｂの底部のＳｉ面を露出させる。そして、Ｓｉ柱３ｂａ、３ｂｂの底部のＳｉ面に接した、例えばアクセプタ不純物を含む配線ＮｉＳｉ層５０ａと、この配線ＮｉＳｉ層５０ａに繋がったドナー不純物を含む配線ＮｉＳｉ層５０ｂとを形成する。そして、熱処理を行い、Ｓｉ柱３ｂａの底部にＰ＋層４３ａ、Ｓｉ柱３ｂｂの底部にＮ＋層４３ｂを形成する。そして、高さ方向の上表面位置が、ゲート導体ＴｉＮ層４７ａの中間にあるＳｉ３Ｎ４層５１を、Ｓｉ柱３ｂａ、３ｂｂの外周部に形成する。そして、ＳｉＯ２層４８ａ、４８ｂの一部をエッチングした後、Ｓｉ３Ｎ４層５１上にゲート導体ＴｉＮ層４７ａ、４７ｂの外周に接した配線ＮｉＳｉ層５２を形成する。そして、高さ方向の上表面位置が、ゲート導体ＴｉＮ層４７ａ、４７ｂの頂部より下方にあるＳｉＯ２層５３を形成する。そして、Ｓｉ柱３ｂａ、３ｂｂの頂部に、例えばイオン注入によりＰ＋層５４ａ、Ｎ＋層５４ｂを形成する。そして、全体にＳｉＯ２層５６を積層する。そして、配線ＮｉＳｉ層５０ａ上にＳｉＯ２層５６上表面から繋がるコンタクトホール５７ａを、Ｐ＋層５４ａ上にＳｉＯ２層５６上表面から繋がるコンタクトホール５７ｂを、配線ＮｉＳｉ層５２上にＳｉＯ２層５６上表面から繋がるコンタクトホール５７ｃを、Ｎ＋層５４ｂ上にＳｉＯ２層５６上表面から繋がるコンタクトホール５７ｄを、それぞれ、形成する。そして、コンタクトホール５７ａを介して配線ＮｉＳｉ層５０に繋がった出力配線金属層Ｖｏｕｔと、コンタクトホール５７ｂを介してＰ＋層５４ａに繋がった電源配線金属層Ｖｄｄと、コンタクトホール５７ｃを介して配線ＮｉＳｉ層５２に繋がった入力配線金属層Ｖｉｎと、コンタクトホール５７ｄを介してＮ＋層５４ｂに繋がったグランド配線金属層Ｖｓｓと、を形成する。
【００６５】
第４実施形態の製造方法によれば、次のような特徴が得られる。
１．本実施形態においては、Ｓｉ柱台部４１は、２個のＳｉ柱３ｂａ、３ｂｂの下部にまたがって幅広に形成されているので、Ｘ−Ｘ’方向の外部からの応力に対して、倒れづらい。一方、Ｙ−Ｙ’方向の外部からの応力に対して、第１実施形態と同じＳｉＯ２層４２の上下に凹み部４２ａ、４２ｂの存在により、Ｓｉ柱３ｂａ、３ｂｂ、ＳｉＯ２層４２は倒れづらくなっている。
２．Ｓｉ柱台部４１の底部全体とＳｉ基板１ｃの表層とにまたがってＳｉＯ２層４２が形成される。これにより、Ｓｉ柱３ｂａ、３ｂｂに形成されたＳＧＴはＳｉＯ２層４２によって、Ｓｉ基板１ｃと絶縁される。これは、第１実施形態と同様に、ＳＯＩ基板を用いることなく、そして、ＳＧＴを有したＣＭＯＳ回路を形成する場合に必要なＰウエルとＮウエルを形成する必要がない。これにより、製造コストが大幅に低減できる。
【００６６】
（第５実施形態）
以下、図５Ａ〜図５Ｅを参照しながら、本発明の第５実施形態に係る、２階建てＳＧＴを有するＣＭＯＳインバータ回路の製造方法について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿う断面構造図である。第５実施形態の製造方法は、以下に説明する相違点を除き、第１実施形態の図１Ａ〜図１Ｋに示す工程と同様である。
【００６７】
図５Ａに示すように、マスク材料層２ｃ（構成自体は第１実施形態のマスク材料層２と同様）をマスクにしてＲＩＥ法を用いて形成したＳｉ柱３ｃと、Ｓｉ基板１ｅの全体とを覆って、ＡＬＤ法により、ＳｉＯ２層（図示せず）、Ｓｉ３Ｎ４層（図示せず）、ＳｉＯ２層（図示せず）を形成する。そして、Ｓｉ柱３ｃの底部とＳｉ基板１ｅ上表面とのＳｉ面が露出するように、ＳｉＯ２層、Ｓｉ３Ｎ４層、ＳｉＯ２層を除去して、ＳｉＯ２層７３、Ｓｉ３Ｎ４層７４、ＳｉＯ２層７５を形成する。そして、ＳｉＯ２層７３、Ｓｉ３Ｎ４層７４、ＳｉＯ２層７５をマスクにして、Ｓｉ柱３ｃの底部と、これに繋がったＳｉ基板１ｅの上表面とを選択的に酸化して、ＳｉＯ２層７２を形成する。これにより、Ｓｉ柱３ｃ下のＳｉＯ２層７２の上下に凹み部７２ａ、７２ｂが形成される。
【００６８】
次に、図５Ｂに示すように、Ｓｉ３Ｎ４層７６をＳｉ柱３ｃの外周部に形成する。そして、ＳｉＯ２層７２上のＳｉ柱３ｃの底部のＳｉ面が露出するように、ＳｉＯ２層７３、Ｓｉ３Ｎ４層７４、ＳｉＯ２層７５を除去して、ＳｉＯ２層７３ａ、Ｓｉ３Ｎ４層７４ａ、ＳｉＯ２層７５ａを形成する。そして、露出したＳｉ柱３ｃのＳｉ面に接し、Ｓｉ柱３ｃを囲んで水平方向に延びたドナー不純物を含んだＷＳｉ層７７を形成する。そして、熱処理を行い、ＷＳｉ層内のドナー不純物をＳｉ柱３ｃ内に拡散させて、Ｎ＋層７８を形成する。
【００６９】
次に、図５Ｃに示すように、Ｓｉ柱３ｃの外周部に、その上表面位置が、ＷＳｉ層７７上表面位置より上になるように、ＳｉＯ２層８０を形成する。そして、Ｓｉ柱３ｃの外周部に、その上表面位置が、Ｓｉ柱３ｃの中間になるように、Ｓｉ３Ｎ４層８１を形成する。そして、レジスト層（図示せず）を形成し、図１Ｇで示したのと同様にして、レジスト層でのＨＦイオン拡散法を用いて、Ｓｉ柱３ｃの一部の外周部のＳｉ面を露出させる。これにより、ＳｉＯ２層７３ａ、Ｓｉ３Ｎ４層７４ａ、ＳｉＯ２層７５ａが分割されて、下部にＳｉＯ２層７３ｂ、Ｓｉ３Ｎ４層７４ｂ、ＳｉＯ２層７５ｂが形成され、上部にＳｉＯ２層７３ｃ、Ｓｉ３Ｎ４層７４ｃ、ＳｉＯ２層７５ｃが形成される。そして、ＳｉＯ２層７３ａ、７３ｂ、Ｓｉ３Ｎ４層７４ａ、７４ｂ、８１、ＳｉＯ２層７５ａ、７５ｂをマスクにして、Ｓｉ面が露出した部分のＳｉ柱３ｃを、平面視において、中心部まで選択的に酸化して、ＳｉＯ２層８２を形成する。この選択酸化により、ＳｉＯ２層８２の上下に、中心に向かって形成された凹み部８２ａ、８２ｂが形成される。そして、Ｓｉ柱３ｃ外周部のＳｉ３Ｎ４層８１と、ＳｉＯ２層７３ａ、７３ｂ、Ｓｉ３Ｎ４層７４ａ、７４ｂ、ＳｉＯ２層７５ａ、７５ｂとを除去する。
【００７０】
次に、図５Ｄに示すように、Ｓｉ柱３ｃの全体を覆い、且つこれに繋がり、ＳｉＯ２層８０上に伸延したＨｆＯ２層（図示せず）、ＴｉＮ層（図示せず）、ＳｉＯ２層（図示せず）を形成する。そして、Ｓｉ柱３ｃの外周部に、その上表面の位置が、ＳｉＯ２層８２より下になるように形成したＳｉ３Ｎ４層８７を形成する。そして、高さ方向において、ＳｉＯ２層８２を挟んでいるＨｆＯ２層、ＴｉＮ層、及びＳｉＯ２層の一部をエッチングして、Ｓｉ柱３ｃのＳｉ面を露出させる。このエッチングにより、Ｓｉ柱３ｃの下部にＨｆＯ２層８３ａ、ＴｉＮ層８４ａ、ＳｉＯ２層８５ａを形成し、上部にＨｆＯ２層８３ｂ、ＴｉＮ層８４ｂ、ＳｉＯ２層８５ｂを形成する。そして、露出しているＴｉＮ層８４ａ、８４ｂの表面を酸化してＴｉＯ層８９ａ、８９ｂを形成する。そして、Ｓｉ柱３ｃの外周部のＳｉ３Ｎ４層８７上に、下方から上方に順番に、Ｓｉ柱３ｃの露出したＳｉ面に接したドナー不純物を含んだＮｉＳｉ層９２と、ＳｉＯ２層８２に接したＳｉＯ２層９３と、Ｓｉ柱３ｃの露出したＳｉ面に接したアクセプタ不純物を含んだＮｉＳｉ層９４とを形成する。そして、熱処理を行い、ＮｉＳｉ層９２、９４からＳｉ柱３ｃにドナー、そしてアクセプタ不純物を拡散させて、Ｓｉ柱３ｃ内にＮ＋層９６と、Ｐ＋層９７を形成する。
【００７１】
次に、図５Ｅに示すように、Ｓｉ柱３ｃの外周部にあって、且つ高さ方向の上表面位置がＴｉＮ層８４ｂの中間にあるＳｉ３Ｎ４層９８を形成する。そして、Ｓｉ３Ｎ４層９８上に、ＴｉＮ層８４ｂと接したＮｉＳｉ層１００を形成する。そして、Ｓｉ柱３ｃの外周部に、その高さ方向の上表面位置が、Ｓｉ柱３ｃの頂部より下方にあるＳｉＯ２層１０１を形成する。そして、ＳｉＯ２層１０１より上方のＨｆＯ２層８３ｂ、ＴｉＮ層８４ｂ、ＳｉＯ２層８５ｂ、マスク材料層２ｃを除去する。そして、イオン注入法を用いて、Ｓｉ柱３ｃの頂部にＰ＋層１０３を形成する。そして、全体にＳｉＯ２層１０４を積層する。そして、ＳｉＯ２層１０４の上表面からＷＳｉ層７７上表面に繋がったコンタクトホール１０５ａと、ＳｉＯ２層１０４の上表面からＰ＋層１０３上表面に繋がったコンタクトホール１０５ｂと、ＳｉＯ２層１０４の上表面からＴｉＮ層８４ａ上表面とに繋がり、そしてＮｉＳｉ層１００に接したコンタクトホール１０５ｃと、ＳｉＯ２層１０４の上表面からＮｉＳｉ層９２上表面とに繋がり、そしてＮｉＳｉ層９４に接したコンタクトホール１０５ｄと、を形成する。そして、コンタクトホール１０５ａを介してＷＳｉ層７７に繋がったグランド配線金属層ＶＳＳと、コンタクトホール１０５ｂを介してＰ＋層１０３に繋がった電源配線金属層ＶＤＤと、コンタクトホール１０５ｃを介してＴｉＮ層８４ａ、ＮｉＳｉ層１００に繋がった入力配線金属層ＶＩＮと、コンタクトホール１０５ｄを介してＮｉＳｉ層９２、９４に繋がった出力配線金属層ＶＯＵＴと、を形成する。これにより、Ｓｉ基板１ｅと下部ＳＧＴがＳｉＯ２層７２により分離され、上下のＳＧＴがＳｉＯ２層８２により分離された２階建てＳＧＴがＳｉ柱３ｃに形成される。
【００７２】
第５実施形態の製造方法によれば、次のような特徴が得られる。
１．Ｓｉ柱３ｃの底部に存在する、上下に凹み部７２ａ、７２ｂを有するＳｉＯ２層７２は、第１実施形態と同様に、Ｓｉ柱３ａの形成以後における工程においてのＳｉ柱３ａの倒れを防止すると共に、Ｎウエル、またはＰウエル形成工程を不要とすることによる低コスト化が可能となる。
２．上下ＳＧＴの中間にあるＳｉＯ２層８２は、上下に凹み部８２ａ、８２ｂを有するので、以後の工程におけるＳｉ柱３ｃの倒れを防止することができる。
【００７３】
（第６実施形態）
以下、図６Ａ〜図６Ｃを参照しながら、本発明の第６実施形態に係る、ＳＧＴの製造方法について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿う断面構造図である。第６実施形態の製造方法は、以下に説明する相違点を除き、第１実施形態の図１Ａ〜図１Ｋに示す工程と同様である。
【００７４】
図１Ａ〜図１Ｄと同様な工程を行う。但し、マスク材料層２、４は、エッチングマスクとして機能するのであれば耐酸化マスクとしての機能を有しない材料から構成されていてもよい。そして、図６Ａに示すように、全体にＳｉＯ２層、窒化Ｓｉ（Ｓｉ３Ｎ４）層、ＳｉＯ２層よりなるマスク材料層１０６を堆積させる。マスク材料層１０６ａは、耐酸化マスクとして機能するのであればエッチングマスクとしての機能を有しない材料から構成されていてもよい。そして、上表面位置がＳｉ柱台部５の上表面位置より低いレジスト層１０７をＳｉ柱台部５の外周部に形成する。
【００７５】
次に、図６Ｂに示すように、図１Ｇ、図２Ｄで示した同様な方法を用いて、レジスト層１０７に接したマスク材料層１０６をエッチングして、下端がＳｉ柱台部５の上部にあるマスク材料層１０６ａを形成する。
【００７６】
次に、図６Ｃに示すように、マスク材料層１０６ａを耐酸化マスクにして、Ｓｉ柱台部５の底部と、Ｓｉ柱台部５の外周部のＳｉ基板１ａの上表面とを酸化して、ＳｉＯ２層１０７を形成する。平面視において、Ｓｉ柱３下のＳｉＯ２層１０７の上下に凹み部１０７ａ、１０７ｂが形成される。そして、マスク材料層１０６ａを除去する。その後、図１Ｅ〜図１Ｋと同様な工程を行うことによって、図２Ｆに示したのと同様に、Ｓｉ基板１ａ上にＳＧＴを形成する。
【００７７】
第６実施形態の製造方法によれば、次のような特徴が得られる。
１．本実施形態においては、上下に凹み部１０７ａ、１０７ｂを持つＳｉＯ２層１０７が、Ｓｉ柱３より太いＳｉ柱台部５に形成される。Ｓｉ柱３とＳｉＯ２層１０７の界面が、太いＳｉ柱台部５内に存在することにより、以後の工程において、Ｓｉ柱３をより倒れにくくできる。
２．Ｓｉ柱台部５の底部全体とＳｉ基板１ａの表層とにまたがってＳｉＯ２層１０７が形成される。これにより、形成されたＳＧＴはＳｉＯ２層１０７によって、Ｓｉ基板１ａと絶縁される。これは、第１実施形態と同様に、ＳＯＩ基板を用いることなく、そして、ＳＧＴを有するＣＭＯＳ回路を形成する場合に必要なＰウエルとＮウエルを形成する必要がない。これにより、製造コストが大幅に低減できる。
３．第１実施形態では、マスク材料層２、４は、エッチングマスクとしての機能と耐酸化マスクとしての機能を兼ね備えている必要があるが、本実施形態では、マスク材料層２、４はエッチングマスクとしての機能さえ有すればよい。このため、マスク材料層２、４、１０６ａの材料の選択の自由度が増す。
【００７８】
（第７実施形態）
以下、図７Ａ、図７Ｂを参照しながら、本発明の第７実施形態に係る、ＳＧＴの製造方法について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿う断面構造図である。第７実施形態の製造方法は、以下に説明する相違点を除き、第１実施形態の図１Ａ〜図１Ｋに示す工程と同様である。
【００７９】
図７Ａに示すように、第１実施形態の図１Ｇで示した工程において、Ｓｉ３Ｎ４層１２ａをＳｉＯ２層１０の露出面全体を覆うように形成する。Ｓｉ３Ｎ４層１２ａと、ＨｆＯ２層１３ａ、ＴｉＮ層１４ａ、ＳｉＯ２層１５ａとは、図１Ｆ、図１Ｇに示した方法により形成される。この工程において、ＨＦイオンをレジスト層１６内に拡散させて、レジスト層１６に接触するＳｉＯ２層１５をエッチングして除去した。
【００８０】
次に、図７Ｂに示すように、ドナー不純物を含んだＮｉＳｉ層１９ａを、Ｓｉ柱３を囲んで形成する。この場合、Ｎｉ層（図示せず）を、ドナー不純物を含んだポリＳｉ層（図示せず）の上または下で、平面視においてＳｉＯ２層１５ａの外周部に形成し、その後に熱処理を行い、ポリＳｉ層のシリサイド化を行い、内部側面をＳｉ柱３の側面に突き出し接触させてＮｉＳｉ層１９ａａを形成する。そして、熱処理を行って、ＮｉＳｉ層１９ａ内のドナー不純物をＳｉ柱３内に拡散させてＮ＋層２０ａａを形成する。この場合、Ｓｉ柱３の外周部のＳｉＯ２層１０の露出面全体が、ＳｉＯ２層１０よりドナー不純物の拡散係数の低いＳｉ３Ｎ４層１２ａにより覆われることにより、ＮｉＳｉ層１９ａ内のドナー不純物のＳｉ３Ｎ４層１２ａへの拡散が抑えられて、Ｓｉ柱３内に高濃度のＮ＋層２０ａａが形成される。この場合、Ｓｉ３Ｎ４層１２ａは、ＨＦイオンを含んだレジスト層１６からのエッチングブロック層としての役割と、ＮｉＳｉ層１９ａａからドナー不純物拡散を防止するバリヤ絶縁層としての役割を持つ。以後、図１Ｉ〜図１Ｋの工程を行うことにより、Ｓｉ基板１ａ上に、ＳｉＯ２層１０により分離されたＳＧＴが形成される。
【００８１】
第７実施形態の製造方法によれば、次のような特徴が得られる。
１． 第１実施形態の図１Ｈでは、ＳｉＯ２層１０の頂部は、Ｓｉ３Ｎ４層１２により覆われておらず、ＮｉＳｉ層１９と接触している。この状態で、熱処理を行うと、ＮｉＳｉ層１９内のドナー不純物は、Ｓｉ柱３内に拡散すると同時に、Ｓｉ柱内よりは少ないが、ＳｉＯ２層１０内にも拡散する。このＳｉＯ２層１０のドナー不純物のＮｉＳｉ層１９からの吸出し効果により、Ｎ＋層２０におけるドナー不純物濃度が低下する。これにより、ＳＧＴのソースまたはドレインの直列抵抗の増大となり、ＳＧＴのトランジスタ特性の低下となる。これに対して、本実施形態では、Ｓｉ３Ｎ４層１２ａはＳｉＯ２層１０の露出面全体を覆うように形成されており、ＳｉＯ２層１０はＮｉＳｉ層１９ａａとは接触していない。Ｓｉ３Ｎ４層１２ａは、ＳｉＯ２層１０によるＮｉＳｉ層１９ａからのドナー不純物の吸出し効果に対してバリヤ層として機能する。これにより、Ｎ＋層２０ａａにおけるドナー不純物濃度の低下が防止される。これにより、ＳＧＴのソースまたはドレインの直列抵抗の増大による、ＳＧＴのトランジスタ特性の低下が防止される。
２．Ｓｉ３Ｎ４層１２ａは、バリヤ層としての役割に加えて、ＨＦイオンを含んだレジスト層１６からのエッチングブロック層としての役割を果たす。ＳＧＴのトランジスタ特性の低下が防止されるとともに、Ｎ＋層２０ａａに接続する配線導体層であるＮｉＳｉ層１９ａａを容易に形成することができる。
【００８２】
（第８実施形態）
以下、図８Ａ、図８Ｂを参照しながら、本発明の第８実施形態に係る、ＳＧＴの製造方法について説明する。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う断面構造図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿う断面構造図である。第８実施形態の製造方法は、以下に説明する相違点を除き、第１実施形態の図１Ａ〜図１Ｋに示す工程と同様である。
【００８３】
図８Ａに示すように、第１実施形態の図１Ｊで示した工程において、Ｎ＋層２５を形成する前に、Ｓｉ柱３の外周部のＳｉＯ２層２４上と、ＨｆＯ２層１３ａ、ＴｉＮ層１４ａ、ＳｉＯ２層１５ａの上端部上に、ＳｉＯ２層２４ａを形成する。
【００８４】
次に、図８Ｂに示すように、第１実施形態の図１Ｋで示した工程において、コンタクトホール２８ａ、２８ｂ、２８ｃを形成した後に、これらの底部及びＳｉＯ２層２７上に、例えばＮｉ層（図示せず）を蒸着する。そして、熱処理を行い、Ｓｉ柱３の底部にＮｉＳｉ層１９からＳｉ柱３の内部にシリサイド化を拡大してＳｉ柱３内部にＮｉＳｉ層２０ｂと、ＮｉＳｉ層２０ｂから押し出されたドナー不純物によるＮ＋層２０ａを形成する。同じく、コンタクトホール２８ｂの底部に形成されたＮｉ層とＳｉ柱３の頂部のＳｉとのシリサイド化を拡大して、Ｓｉ柱３の頂部にＮｉＳｉ層２５ｂと、ＮｉＳｉ層２５ｂから押し出されたドナー不純物によるＮ＋層２５ａを形成する。そして、ＳｉＯ２層２７上のＮｉ層を除去する。その後、第１実施形態と同様に、配線金属層ＭＳ、ＭＤ、ＭＧを形成する。なお、平面視において、Ｓｉ柱３の全体がシリサイド化されて、ＮｉＳｉ層２０ｂ、２５ｂが形成されている。
【００８５】
なお、ＮｉＳｉ層１９に換えて、シリサイド化温度がＮｉＳｉより高い材料層、例えばタングステンシリサイド（ＷＳｉ）層を用いて、ＮｉＳｉ層２５ｂ形成までの工程における熱処理により、過大にシリサイド化がＳｉ柱３内に拡大しないようにしてもよい。
【００８６】
第８実施形態の製造方法によれば、次のような特徴が得られる。
図８Ｂに示すように、最終工程において、Ｓｉ柱３の底部とＳｉＯ２層１０との間にＮｉＳｉ層２０ｂが形成される。通常、応力係数の異なる層同士が積層されると剥がれが生じやすくなるが、本実施形態では、Ｓｉ柱３とＮｉＳｉ層２０ｂとの間、及び、ＮｉＳｉ層２０ｂとＳｉＯ２層１０との間は、凹部で接続されているので、剥がれが生じづらい。また、下部のＮｉＳｉ層１９の代わりに、上部のＮｉＳｉ層２５ｂよりシリサイド化温度の高い材料層（例えば、ＷＳｉ層）を用いることにより、Ｓｉ柱３の剥がれの原因となるシリサイド化が、Ｓｉ柱３が支持要素、例えば、Ｓｉ３Ｎ４層２１、ＳｉＯ２層２４に囲まれた状態で行うことができる。これにより、製造時に剥がれが生じる可能性をより低くすることができる。なお、本実施形態の供する構造及びそれに対応する製造方法は、他の実施形態にも適用できる。
【００８７】
なお、第１、第２、第３、第６、第７、及び第８実施形態は、単体ＳＧＴを例として、説明した。第４、第５実施形態は、ＳＧＴを用いたＣＭＯＳインバータ回路を例にして説明した。しかし、これら実施形態で示した構成を、単体ＳＧＴやＣＭＯＳインバータ回路の代わりに、ＳＧＴを用いた他の回路形成に適用することができる。
【００８８】
また、第１の実施形態では、第１のマスク材料層２として、Ｓｉ３Ｎ４層とＳｉＯ２層とから構成された２層構造を例に説明したが、Ｓｉ３Ｎ４層とＳｉ基板の間に薄いＳｉＯ２層を設けた構造であってもよい。また、第１のマスク材料層２は、Ｓｉ基板１をエッチングするエッチングマスクとしての役割と、酸化によりＳｉＯ２層１０を形成する場合の耐酸化マスクとしての役割を持つものであれば、単層または複数の、ほかの材料層よりなるものであってもよい。そして、このことは本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【００８９】
また、第１の実施形態では、第２のマスク材料層４として、ＳｉＯ２層と、Ｓｉ３Ｎ４層と、ＳｉＯ２層とから構成された３層構造を例に説明したが、第２のマスク材料層４は、Ｓｉ基板１ａをエッチングするエッチングマスクとする役割と、酸化によりＳｉＯ２層１０を形成する場合の耐酸化マスクとしての役割を持つものであれば、単層または複数の、ほかの材料層よりなるものであってもよい。そして、このことは本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【００９０】
また、第１実施形態では、図１Ｆに示す工程において、マスク材料層４を全て除去するが、この代わりに、マスク材料層４を構成するＳｉＯ２層をＳｉ柱３の側面に残存させ、このＳｉＯ２層を、Ｓｉ３Ｎ４層１２形成時にＳｉ柱３表面の汚染からの保護膜として用いてもよい。また、Ｓｉ３Ｎ４層１２形成前に、例えばＡＬＤ法により、ＳｉＯ２層またはＨＦイオンによりエッチングされない薄い絶縁材料層を全体に被覆して、Ｓｉ３Ｎ４層１２形成後に除去する方法により、Ｓｉ３Ｎ４層１２形成時のＳｉ柱３表面の汚染を防止してもよい。そして、このことは本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【００９１】
また、第１実施形態では、図１Ｇに示す工程において、ＨＦガスを全体に供給し、加熱などによりＨＦイオンを形成し、このＨＦイオンをレジスト層１６内に拡散させて、レジスト層１６に接触するＳｉＯ２層１５をエッチングした。しかし、この方法でなくとも、Ｓｉ柱３の底部のＳｉ面を露出する方法であれば、他の方法を用いてもよい。また、レジスト層１２にＨＦガスを供給するのでなく、最初にＨＦイオンを含ませたレジスト層１６または他の材料層を用いて、Ｓｉ柱３の底部のＳｉ面を露出させてもよい。そして、このことは本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【００９２】
また、第２実施形態では、マスク材料層として、ＳｉＯ２層３２ａと、Ｓｉ３Ｎ４層３３ａと、ＳｉＯ２層３４ａとから構成された３層構造を例に説明したが、酸化によりＳｉＯ２層３６を形成する場合の耐酸化マスクとしての役割を持つものであれば、単層または複数の、ほかの材料層よりなるものであってもよい。
【００９３】
また、図１Ｇにおいては、ＳｉＯ２層１５ａ、ＴｉＮ層１４ａの少なくとも一方をマスクにして、ＨｆＯ２層１３をエッチングして、ＨｆＯ２層１３ａを形成し、そして、露出しているＴｉＮ層１４ａの表層を酸化して酸化チタン（ＴｉＯ）層１７を形成した。このＴｉＯ層１７の形成は、ＨｆＯ２層１３ａのエッチング前に行っても良い。また、他の方法で、ＴｉＯ層１７端面に絶縁層を形成してもよい。そして、このことは本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【００９４】
また、第２実施形態では、ＳｉＯ２層３２ａと、Ｓｉ３Ｎ４層３３ａと、ＳｉＯ２層３４ａといった耐酸化マスクを形成する前に、マスク材料層４を除去したが、これに代えて又はこれに加えて、マスク材料層２を除去してもよい。
【００９５】
また、第３実施形態では、平面視において、ＳｉＯ２層２ｂの高さＬｈを変えて、Ｓｉ柱３ａを囲んだＳｉ柱台部３１ａの所望の直径Ｌｄを得たが、Ｓｉ３Ｎ４層２ａの高さ、またはＳｉ３Ｎ４層２ａとＳｉＯ２層２ｂとの両方の高さを変えて、Ｓｉ柱台部３１ａの所望の直径Ｌｄを得てもよい。
【００９６】
また、第３実施形態の説明では、図３Ｄに示したように、ＳｉＯ２層２ｂを除去する手段として、全体にＳｉ３Ｎ４層（図示せず）とＳｉＯ２層（図示せず）を堆積し、その後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により、Ｓｉ３Ｎ４層２ａの上表面位置まで研磨して、Ｓｉ３Ｎ４層３９、ＳｉＯ２層４０を形成した。このＳｉＯ２層２ｂを除去する方法は、ＳｉＯ２層２ｂを除去できるものであれば、ほかの方法であってもよい。また、ＳｉＯ２層２ｂの高さＬｈが、Ｓｉ柱３ａの転倒などの問題がない場合は、ＳｉＯ２層２ｂを除去する必要はない。この場合、第１実施形態と同じ工程を用いて、所望のＳｉ柱台部の直径Ｌｄを得ることができる。
【００９７】
また、第６実施形態では、図６Ａに示すように、全体にＳｉＯ２層、Ｓｉ３Ｎ４層、ＳｉＯ２層よりなるマスク材料層１０６を堆積させたが、マスク材料層１０６は、酸化によりＳｉＯ２層１０７を形成する場合の耐酸化マスクとしての役割を持つもものであれば、単層または複数の、ほかの材料層よりなるものであってもよい。
【００９８】
また、第２及び第６実施形態は、ＳｉＯ２層３６、１０７の上に、Ｓｉ柱台部３１、５の頂部を残存させているのが、特徴である。これについては、ＣＭＯＳインバータ回路を含めて、他の回路形成についても適用できることは言うまでもない。
【００９９】
また、第１実施形態では、第１のマスク材料層２は、平面視において、円形である場合について説明したが、矩形または楕円であってもよい。そして、このことは本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【０１００】
また、第４実施形態では、Ｓｉ柱台部４１上に２個のＳｉ柱３ｂａ、３ｂｂが配列された例について説明したが、Ｓｉ柱台部４１上に３個以上のＳｉ柱を配列することも可能である。また、Ｓｉ柱が一直線状に配列された場合だけでなく、Ｌ型、Ｔ型などの形状に配列された場合にも、Ｓｉ柱台部４１上に複数個のＳｉ柱を配列することが可能である。そして、これは、本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【０１０１】
また、第１実施形態では、Ｎ＋層２０を図１Ｉで示した段階で形成したが、このＮ＋層２０はＳＧＴ回路の製造工程が終了するまでに形成されればよい。また、Ｎ＋層２０はＳｉ柱３の外周側面に形成されているが、平面視において、断面全体が占めてもよい。そして、これは、本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【０１０２】
また、縦型ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ回路では、半導体柱をチャネルにして、この半導体柱を囲んだトンネル酸化層、電荷蓄積層、層間絶縁層、制御導体層よりなるメモリセルが複数段、垂直方向に形成されている。これらメモリセルの両端の半導体柱には、ソースに対応するソース線不純物層と、ドレインに対応するビット線不純物層がある。また、１つのメモリセルに対して、その両側のメモリセルの一方がソースならば、他方がドレインの役割を行う。このように、縦型ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ回路はＳＧＴ回路の１つである。従って、本発明はＮＡＮＤ型フラッシュメモリ回路に対しても適用することができる。
【０１０３】
また、半導体柱の底部に信号電荷読み出し用の不純物領域があり、この読み出し不純物領域に接し、上部の半導体柱をチャネルにして、チャネル半導体柱を囲んでゲート絶縁層とゲート導体層があり、チャネルの上方に接して半導体柱に感光領域があり、この感光領域の外周部に信号電荷蓄積部となる不純物領域を有したＳＧＴ撮像装置（例えば特許文献２を参照）に対しても本発明は適用できる。
【０１０４】
また、第１実施形態では、Ｓｉ柱３に１個のＳＧＴを形成し、第５実施形態では、Ｓｉ柱３ｃに２個のＳＧＴを形成したが、３個以上を形成する回路形成においても、本発明を適用できる。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【０１０５】
また、第１実施形態では、Ｓｉ３Ｎ４層１２、２１の単体材料層を用いて説明したが、複合材料層、例えば、下部にＳｉＯ２層、上部にＳｉ３Ｎ４層を有する複合材料層を用いてもよい。また、Ｓｉ３Ｎ４層１２、２１に換えて、ＨＦイオンの拡散係数が小さい絶縁材料層を用いてもよい。また、ＮｉＳｉ層１９、２２の形成は、第１実施形態の説明において用いたＨＦイオンエッチング法でなくても、他の方法によってもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【０１０６】
また、第７実施形態において、ＮｉＳｉ層１９ａａはドナー不純物を含んでいるが、代わりに、ＮｉＳｉ層１９ａａはアクセプタ不純物を含んでもよい。さらに、第７実施形態において、ＮｉＳｉ層１９ａａから拡散する不純物からＳｉＯ２層１０を保護するためのバリヤ層として、ＳｉＯ２層１０の露出面を覆うＳｉ３Ｎ４層１２ａを用いたが、Ｓｉ３Ｎ４層１２ａに替えて、ＳｉＯ２層１０と比べてＮｉＳｉ層１９ａａに含まれる不純物の拡散係数が小さい他の材料層を用いてもよい。さらに、ＳｉＯ２層１０上に、下部にドナー不純物を含むＮ＋層を有するＳｉ柱３に加えて、下部にこの不純物とは異なる不純物を含む層（例えば、Ｐ＋層）を有するＳｉ柱を形成する場合、ＮｉＳｉ層１９ａａに加えてその異なる不純物（例えば、アクセプタ不純物）を含むＮｉＳｉ層を形成する必要があるが、単一のバリヤ層で両方のＮｉＳｉ層から拡散する不純物からＳｉＯ２層１０を保護することができる。この場合、バリヤ層は、両方の不純物の拡散係数が共にＳｉＯ２層１０よりも小さい材料層であることが好ましい。同様に、ＳｉＯ２層１０上に複数のＳｉ柱を形成する場合は、それらのＳｉ柱の下部に形成された不純物層に含まれる不純物の拡散係数が全てＳｉＯ２層１０よりも小さい材料層を共通バリヤ層として用いることもできる。また、Ｓｉ柱３に替えて、他の半導体柱を用いた場合は、ＳｉＯ２層１０に替えて、他の絶縁層、例えば、この半導体の酸化絶縁層を形成することが好ましい。この場合、バリヤ層は、この絶縁層と比べてＮｉＳｉ層１９ａａに含まれる不純物の拡散係数が小さい材料層であればよい。また、このバリヤ層は配線材料層（第７実施形態におけるＮｉＳｉ層１９ａａ）と酸化絶縁層（第７実施形態におけるＳｉＯ２層１０）の間に形成されておけば、第７実施形態と同じ効果を得ることができる。これらのことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様である。
【０１０７】
また、第７実施形態において、Ｎｉ層（図示せず）を、ドナー不純物を含んだポリＳｉ層（図示せず）の上または下で、平面視において、ＳｉＯ２層１５ａの外周部に形成し、その後に熱処理を行い、ポリＳｉ層のシリサイド化を行い、内部側面をＳｉ柱３の側面に突き出し接触させてＮｉＳｉ層１９ａａを形成した。このＮｉＳｉ層の形成法は、本発明に係るその他の実施形態においても同様に適応できる。
【０１０８】
また、第７実施形態において、Ｓｉ３Ｎ４層１２ａは、ＮｉＳｉ層１９ａａからのＳｉＯ２層１０への不純物拡散のバリヤ層としての役割と、レジスト層１６に含まれたＨＦイオンのエッチングに対するエッチングブロック層としての役割を持っている。Ｓｉ３Ｎ４層１２ａに換えて、ＳｉＯ２層１０への不純物拡散のバリヤ層としての役割と、レジスト層１６に含まれたＨＦイオンのエッチングに対するエッチングブロック層としての役割を持っている他の材料層を用いてもよい。また、ＨＦイオンを用いたもの以外のエッチング法を採用する場合、ＳｉＯ２層１５ａ及びＳｉ３Ｎ４層１２ａに代えてそれぞれ当該エッチング法に対応した材料層を用いることが好ましい。これらのことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様に適応できる。
【０１０９】
また、上記各実施形態では、半導体柱におけるチャネル、ソース、ドレインなどの半導体領域としてＳｉ（シリコン）を用いた例について説明した。しかしこれに限られず、本発明の技術思想は、ＳｉＧｅのようにＳｉを含んだ半導体材料、またはＳｉ以外の半導体材料を、一部または全体に用いた、柱状半導体装置にも適用可能である。
【０１１０】
また、第１実施形態では、ゲート導電層がＴｉＮ層１４ａからなる形態とした。しかしこれに限られず、ゲート導電層は、他の金属材料からなる形態でもよい。また、ゲート導電層は、金属層と例えばポリＳｉ層などからなる多層構造からなる形態でもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様に適用可能である。
【０１１１】
また、第１実施形態では、ＴｉＮゲート導体層の形成をゲート・ファースト工程により形成したが、ゲート・ラスト工程により形成してもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様に適用可能である。
【０１１２】
また、第１実施形態では、ソース、またはドレインとなるＮ＋層２０、２１を同じドナー不純物を含んだ不純物層から構成されたＳＧＴについて説明したが、一方がＮ＋層であれば、他方がＰ＋層よりなるトンネル効果ＳＧＴであってもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様に適用可能である。
【０１１３】
また、第５実施形態では、Ｓｉ柱３ｃの上下に形成されたＳＧＴのゲート導体層がＴｉＮ層８４ａ、８４ｂと同じ材料層で形成した例で説明したが、Ｎチャネル型とＰチャネル型において、異なる材料よりなるゲート導電層を用いてもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても適用可能である。
【０１１４】
また、第８実施形態では、Ｓｉ柱の上下に形成した合金層であるＮｉＳｉ層２０ｂ、２５ｂ、Ｎ＋層２０ａ、２５ａは、半導体原子と、金属原子と、ドナーまたはアクセプタ不純物を含んだ、他の合金層であってもよい。そして、上下の合金層に含まれた半導体原子と、金属原子と、ドナーまたはアクセプタ不純物は上下の合金層の間で異なる組み合わせであってもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様に適用可能である。
【０１１５】
また、第８実施形態では、コンタクトホール２８ｂをＳｉ柱３の上表面上に設けたが、Ｓｉ柱３の頂部を囲み、ＳｉＯ２層２４ａ上に底部を持つ形状に加工し、その後に露出したＳｉ柱３の頂部を、Ｎｉ層を被覆して、熱処理を行って、ＮｉＳｉ層２５ｂとＮ＋層２５ａを形成してもよい。この場合、ＳｉＯ２層２４ａに換えて、ＳｉＯ２層２７内のコンタクトホール２８ｂの形成において、エッチングブロック効果の大きい、例えばＳｉ３Ｎ４層が好ましい。また、同様なエッチングブロック効果のある材料層であれば、他の材料層を用いてもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様に適用可能である。
【０１１６】
また、第８実施形態では、ＮｉＳｉ層２５ｂ、Ｎ＋層２５ａの形成を、平面視において外周がＳｉ柱３を囲みＳｉ柱３よりも幅広であるコンタクトホール２８ｂをＳｉＯ２層２４ａ上に形成し、Ｓｉ柱３の頂部の少なくとも側面を覆って、コンタクトホール内に、ドナー不純物を含んだＮｉＳｉ層を形成し、加熱して、Ｓｉ柱３の頂部にＮｉＳｉ層２５ｂを形成すると共に、ＮｉＳｉ層２５ｂから押し出されたドナー不純物拡散によりＮ＋層２５ａを形成することにより行ってもよい。さらに、ドナー不純物を含むＮｉＳｉ層の代わりに、ドナーまたはアクセプタ不純物と、金属原子と、半導体柱を構成する半導体原子とは異なる半導体原子を含む合金層を用いてもよい。この場合、ＮｉＳｉ層２５ｂの代わりに、当該金属原子と、半導体柱を構成する半導体原子とを含む合金層が形成される。なお、この合金層は、半導体柱を構成する半導体原子とは異なる前述の半導体原子を含んでもよい。以上のことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様に適用可能である。
【０１１７】
また、第８実施形態では、ＮｉＳｉ層２０ｂ、Ｎ＋層２０ａを形成するために、ドナー不純物を含むＮｉＳｉ層１９を用いたが、この代わりに、ドナーまたはアクセプタ不純物を含む金属層、又は、ドナーまたはアクセプタ不純物と金属を含み半導体原子を実質的に含まない材料層を用いることもできる。これは、ＮｉＳｉ層２５ｂ、Ｎ＋層２５ａを上述のようにドナー不純物を含むＮｉＳｉ層を用いて形成する場合にも適用できる。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても同様に適用可能である。
【０１１８】
また、第１実施形態ではＳｉ柱３の上下にＮ＋層２０、２１が形成されるが、他の不純物層を形成することもできる。さらに、第１実施形態では、Ｎ＋層２０の形成を、図１Ｈに示すように、例えば、ドナー不純物を含んだニッケル・シリサイド（ＮｉＳｉ）層１９をＳｉ３Ｎ４層１２上に、Ｓｉ柱３を囲んで、形成した後に、熱処理を行い、ドナー不純物をＮｉＳｉ層１９からＳｉ柱３内に拡散させて、行なった。不純物を含む基体はＮｉＳｉ層に限られるものではない。また、このＮ＋層２０の形成を、ドナー不純物を含んだポリＳｉ層の上または下にＮｉ層を形成し、その後に熱処理を行ってシリサイド化する過程で、ドナー不純物をＮｉＳｉ層１９からＳｉ柱３内に拡散させる材料層であればよい。Ｎｉ層の代わりに他の金属層（Ｃｏ、Ｗなど）を用いてもよい。また周知の他の方法でＳｉ柱３の下部に不純物層を形成してもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても適用可能である。
【０１１９】
また、第１実施形態では、マスク材料層４はＳｉ柱３の側面に形成した例で説明したが、マスク材料層２の側面、または上面に残存させてもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても適用可能である。
【０１２０】
また、第１実施形態では、凹み部上に直接Ｓｉ柱３が形成されているが、両者の間に、それぞれが上部に凹み部を有し下部に凸部を有する１つ以上の別の層が介在していてもよい。このことは、本発明に係るその他の実施形態においても適用可能である。
【０１２１】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明の一実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。上記実施例及び変形例は任意に組み合わせることができる。さらに、必要に応じて上記実施形態の構成要件の一部を除いても本発明の技術思想の範囲内となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明に係る、柱状半導体装置の製造方法によれば、高集積度で、低コストの半導体装置が得られる。
【符号の説明】
【０１２３】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｅ  Ｓｉ基板
２、２ｃ、４、３０、３０ａ、３０ｂ、３９、１０６、１０６ａ  マスク材料層
３、３ａ、３ｂａ、３ｂｂ、３ａａ、３ａｂ、３ｃ  Ｓｉ柱
５、３１、３１ａ、４１  Ｓｉ柱台部
２ｂ、２ａｂ、２ｂｂ、２ｃ、１０、１５、１５ａ、２４、２４ａ、２７、３２、３２ａ、３４、３４ａ、３６、３７、４０、４２、４８ａ、４８ｂ、５３、５６、７２、７３、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７５、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、８０、８２、８５ａ、８５ｂ、９３、１０１、１０４、１０７  ＳｉＯ２層
１０ａ、１０ｂ、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ、４２ａ、４２ｂ、７２ａ、７２ｂ、８２ａ、８２ｂ、１０７ａ、１０７ｂ  凹み部
２ａ、２ａａ、２ｂａ、１２、１２ａ、２１、３３、３３ａ、３９、４５、５１、７４、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７６、８１、８７、９８  Ｓｉ３Ｎ４層
１３、１３ａ、４６ａ、４６ｂ、８３ａ、８３ｂ  ＨｆＯ２層
１４、１４ａ、４７ａ、４７ｂ、８４ａ、８４ｂ  ＴｉＮ層
１６、３５、１０７  レジスト層
１７、８９ａ、８９ｂ  ＴｉＯ層
１９、１９ａ、１９ａａ、２０ｂ、２２、２５ｂ、５０、５０ａ、５０ｂ、５２、９２、９４、１００  ＮｉＳｉ層
２０、２０ａ、２０ａａ、２１、２５、２５ａ、４３ｂ、５４ｂ、７８、９６  Ｎ＋層
４３ａ、５４ａ、９７、１０３  Ｐ＋層
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、  コンタクトホール
７７  ＷＳｉ層
ＭＳ  ソース配線金属層
ＭＤ  ドレイン配線金属層
ＭＧ  ゲート配線金属層
Ｖｏｕｔ、ＶＯＵＴ  出力配線金属層
Ｖｄｄ、ＶＤＤ  電源配線金属層
Ｖｉｎ、ＶＩＮ  入力配線金属層
Ｖｓｓ、ＶＳＳ  グランド配線金属層
【図１Ａ】
2018033981.tif 000003
【図１Ｂ】
2018033981.tif 000004
【図１Ｃ】
2018033981.tif 000005
【図１Ｄ】
2018033981.tif 000006
【図１Ｅ】
2018033981.tif 000007
【図１Ｆ】
2018033981.tif 000008
【図１Ｇ】
2018033981.tif 000009
【図１Ｈ】
2018033981.tif 000010
【図１Ｉ】
2018033981.tif 000011
【図１Ｊ】
2018033981.tif 000012
【図１Ｋ】
2018033981.tif 000013
【図２Ａ】
2018033981.tif 000014
【図２Ｂ】
2018033981.tif 000015
【図２Ｃ】
2018033981.tif 000016
【図２Ｄ】
2018033981.tif 000017
【図２Ｅ】
2018033981.tif 000018
【図２Ｆ】
2018033981.tif 000019
【図３Ａ】
2018033981.tif 000020
【図３Ｂ】
2018033981.tif 000021
【図３Ｃ】
2018033981.tif 000022
【図３Ｄ】
2018033981.tif 000023
【図３Ｅ】
2018033981.tif 000024
【図４Ａ】
2018033981.tif 000025
【図４Ｂ】
2018033981.tif 000026
【図４Ｃ】
2018033981.tif 000027
【図４Ｄ】
2018033981.tif 000028
【図４Ｅ】
2018033981.tif 000029
【図５Ａ】
2018033981.tif 000030
【図５Ｂ】
2018033981.tif 000031
【図５Ｃ】
2018033981.tif 000032
【図５Ｄ】
2018033981.tif 000033
【図５Ｅ】
2018033981.tif 000034
【図６Ａ】
2018033981.tif 000035
【図６Ｂ】
2018033981.tif 000036
【図６Ｃ】
2018033981.tif 000037
【図７Ａ】
2018033981.tif 000038
【図７Ｂ】
2018033981.tif 000039
【図８Ａ】
2018033981.tif 000040
【図８Ｂ】
2018033981.tif 000041
【図９】
2018033981.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月26日(2017.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体柱と、前記半導体柱の下部内と上部内に形成された第１及び第２の不純物領域と、前記第１及び第２の不純物領域の間の前記半導体柱を囲んで形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層を囲んで形成されたゲート導体層とを含む柱状半導体を備える柱状半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に、半導体柱台部と、前記半導体柱台部上に存在し、且つ平面視において前記半導体柱台部の内側にある前記半導体柱と、前記半導体柱の頂部と側面とを囲む耐酸化マスク材料層とを含む構造を提供する半導体柱構造提供工程と、
前記耐酸化マスク材料層を耐酸化マスクにして、前記半導体柱台部の全体または底部と、前記半導体柱台部の外周部の前記半導体基板の表層部とを酸化して、平面視において、前記半導体柱内に凹み部を上下に有する酸化絶縁層を形成する酸化工程と、
を含み、
前記酸化絶縁層は、平面視において、前記半導体柱台部の全体が酸化されて、形成されている、
ことを特徴とする柱状半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体柱構造提供工程は、
前記半導体基板上に第１のマスク材料層を形成する第１マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、前記半導体柱を形成する半導体柱形成工程と、
前記半導体柱の側面を囲む第２のマスク材料層を形成する第２マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層と前記第２のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、前記半導体柱の下に前記半導体柱台部を形成する半導体柱台部形成工程と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体柱構造提供工程において、
前記第１のマスク材料層及び前記第２のマスク材料層は、それぞれ、独立して、エッチングマスク及び耐酸化マスクとして機能する材料から構成された一層、又は、最外部に該一層を含む複数の層として形成され、
前記耐酸化マスク材料層は、前記第１のマスク材料層と前記第２のマスク材料層から構成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体柱構造提供工程は、前記第１のマスク材料層及び前記第２のマスク材料層の少なくとも一方を介して又はどちらも介さず前記半導体柱を囲み、且つ前記半導体柱台部の上部側面を囲んで前記耐酸化マスク材料層を形成する第３マスク材料層形成工程、をさらに備え、
前記酸化工程において、上端の位置が前記半導体柱台部の上表面より下となるように前記酸化絶縁層が形成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体柱構造提供工程は、前記第１のマスク材料層を除去する工程、及び／又は、前記第２のマスク材料層を除去する工程をさらに備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３マスク材料層形成工程において、前記耐酸化マスク材料層は、前記第１のマスク材料層及び前記第２のマスク材料層を介して前記半導体柱を囲み、且つ前記半導体柱台部の上部側面を囲んで形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体柱台部形成工程で平面視において所定の幅を有する前記半導体柱台部が形成されるよう、前記半導体柱の底部側面を囲んだ前記第２のマスク材料層を所定の厚さに形成する、
ことを特徴とする請求項２に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体柱構造提供工程において、
共通の前記半導体柱台部上に複数の前記半導体柱が形成され、
前記耐酸化マスク材料層は、前記半導体柱全ての頂部と側面とを囲んで形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体柱構造提供工程は、
前記半導体基板上に複数の第１のマスク材料層を形成する第１マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、複数の前記半導体柱を形成する半導体柱形成工程と、
前記半導体柱全ての側面を囲み、且つ隣接する前記半導体柱同士の間にまたがって第２のマスク材料層を形成する第２マスク材料層形成工程と、
前記第１のマスク材料層と前記第２のマスク材料層をエッチングマスクにして、前記半導体基板をエッチングして、複数の前記半導体柱の下に共通の前記半導体柱台部を形成する半導体柱台部形成工程と、
を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記耐酸化マスク材料層の一部を高さ方向に所定の幅を持った帯の形状に除去して、前記半導体柱の側面を露出させる工程と、
残存する前記耐酸化マスク材料層を耐酸化マスクにして、前記半導体柱をその露出面から酸化して、前記半導体柱内に凹み部を上下に有する追加の酸化絶縁層を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記酸化絶縁層の露出面を覆って被覆絶縁層を形成する工程と、
前記半導体柱の下部の側面を露出させる工程と、
前記被覆絶縁層上に、前記半導体柱の露出した前記側面に接して、第１のドナーまたはアクセプタ不純物を含む配線材料層を形成する工程と、
加熱により、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物を前記半導体柱に拡散させて、前記半導体柱の下部に前記第１の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記被覆絶縁層は、前記酸化絶縁層より、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物に対する拡散係数が小さい、
ことを特徴とする請求項１１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記被覆絶縁層を形成した後に、前記ゲート絶縁層と、前記ゲート導体層と、第１の材料層とを、この順番に、前記半導体柱と前記被覆絶縁層を覆って被覆する工程と、
前記半導体柱の底部の外周部に、前記第１の材料層をエッチングするエッチング素材を含んだエッチング材料層を、前記第１の材料層に接して形成する工程と、
前記エッチング素材により、前記エッチング材料層に接した前記第１の材料層をエッチングする工程と、
前記エッチング材料層を除去する工程と、
残った前記第１の材料層をマスクにして、前記ゲート導体層をエッチングする工程と、
前記第１の材料層と、前記ゲート導体層との、少なくとも片方をマスクにして、前記ゲート絶縁層をエッチングして、前記半導体柱の側面を露出させる工程と、
前記被覆絶縁層上に、前記半導体柱の露出した前記側面に接して、前記配線材料層を形成する工程と、
をさらに含み、
前記被覆絶縁層が、前記エッチング素材に対して、エッチングブロック効果を有している、
ことを特徴とする請求項１２に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記配線材料層は、第１の半導体原子と、第１の金属原子と、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物とを含む第１の合金層であり、
熱処理により、前記半導体柱内に、前記第１の合金層と繋がっており、前記半導体柱を構成する第２の半導体原子と、前記第１の金属原子と、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、平面視において、前記半導体柱内の外周部または全体を占める第２の合金層を形成する工程と、
熱処理により、前記第１の合金層と前記第２の合金層から、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物を押し出して、前記半導体柱内に前記第１の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体柱の頂部に、第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む第３の不純物領域を形成する工程と、
前記第３の不純物領域に接して、前記第１の金属原子より合金化温度の低い第２の金属原子を堆積する工程と、
熱処理により、前記半導体柱の頂部に、前記第２の半導体原子と、前記第２の金属原子と、前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、平面視において、前記半導体柱の外周部または全体を占める第３の合金層、及び、前記第３の合金層から押し出された前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む前記第２の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体柱の頂部の少なくとも側面を覆い、第３の半導体原子と、前記第１の金属原子より合金化温度の低い第２の金属原子と、第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む第４の合金層を形成する工程と、
熱処理により、前記半導体柱内に前記第４の合金層と繋がる、前記第２の半導体原子と、前記第２の金属原子と、前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、平面視において、前記半導体柱内の外周部または全体を占める第３の合金層、及び、前記第３の合金層から押し出された前記第２のドナーまたはアクセプタ不純物を含む前記第２の不純物領域を形成する工程と、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載の柱状半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
半導体基板上に存在し、凹み部を上下に有する酸化絶縁層と、
前記酸化絶縁層の上側の前記凹み部の上に、それぞれ上部に凹み部を有する１層以上の他の層を介して、形成され、前記酸化絶縁層よりも平面視における幅が狭い半導体柱と、
前記半導体柱の下部に形成された第１の不純物領域と、
前記第１の不純物領域より上方の前記半導体柱内に形成された第２の不純物領域と、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間にある前記半導体柱の部分を囲むゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を囲むゲート導体層と、
を含む、
ことを特徴とする柱状半導体装置。
【請求項１８】
半導体基板上に存在し、凹み部を上下に有する酸化絶縁層と、
前記酸化絶縁層の上側の前記凹み部の上に、直接、又は、それぞれ上部に凹み部を有する１層以上の他の層を介して、形成され、前記酸化絶縁層よりも平面視における幅が狭い半導体柱と、
前記半導体柱の下部に形成された第１の不純物領域と、
前記第１の不純物領域より上方の前記半導体柱内に形成された第２の不純物領域と、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間にある前記半導体柱の部分を囲むゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を囲むゲート導体層と、
前記酸化絶縁層の上表面を覆う、被覆絶縁層と、
前記第１の不純物領域に繋がり、前記被覆絶縁層上に形成された第１のドナーまたはアクセプタ不純物を含んだ配線材料層と、
を含み、
前記被覆絶縁層は、前記酸化絶縁層より、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物に対する拡散係数が小さい、
ことを特徴とする柱状半導体装置。
【請求項１９】
前記酸化絶縁層上に形成され、第１の半導体原子と、第１の金属原子と、前記第１のドナーまたはアクセプタ不純物とを含み、且つ前記半導体柱内部の外周部または全体を占める第１の合金層と、
前記第１の合金層上に形成された前記第１の不純物領域と、
前記第２の不純物領域上に、第２の半導体原子と、前記第１の金属原子より合金化温度の低い第２の金属原子と、第２のドナーまたはアクセプタ不純物とを含む第２の合金層をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１８に記載の柱状半導体装置。
【請求項２０】
半導体基板上に存在し、凹み部を上下に有する酸化絶縁層と、
前記酸化絶縁層の上側の前記凹み部の上に、直接、又は、それぞれ上部に凹み部を有する１層以上の他の層を介して、形成され、前記酸化絶縁層よりも平面視における幅が狭い半導体柱と、
前記半導体柱の下部に形成された第１の不純物領域と、
前記第１の不純物領域より上方の前記半導体柱内に形成された第２の不純物領域と、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間にある前記半導体柱の部分を囲むゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を囲むゲート導体層と、
前記第２の不純物領域より上方の前記半導体柱内にあり、凹み部を上下に有する追加の酸化絶縁層と、
を含む、
ことを特徴とする柱状半導体装置。
【請求項２１】
半導体基板上に存在する半導体柱台部であって、凹み部を上下に有する酸化絶縁層と、前記酸化絶縁層の上側の前記凹み部の上に形成されている半導体層とを備える半導体柱台部と、
前記半導体層上に前記半導体層と一体に形成され、前記半導体層よりも平面視における幅が狭い半導体柱と、
前記半導体柱の下部に形成された第１の不純物領域と、
前記第１の不純物領域より上方の前記半導体柱内に形成された第２の不純物領域と、
前記第１の不純物領域と前記第２の不純物領域との間にある前記半導体柱の部分を囲むゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を囲むゲート導体層と、
を含む、
ことを特徴とする柱状半導体装置。
【国際調査報告】
2018033981.tif 000043
2018033981.tif 000044
2018033981.tif 000045
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