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JP2990231B2 - Manufacturing method of vertical channel type insulated gate field effect semiconductor device - Google Patents
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JP2990231B2 - Manufacturing method of vertical channel type insulated gate field effect semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of vertical channel type insulated gate field effect semiconductor device

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JP2990231B2
JP2990231B2 JP2195179A JP19517990A JP2990231B2 JP 2990231 B2 JP2990231 B2 JP 2990231B2 JP 2195179 A JP2195179 A JP 2195179A JP 19517990 A JP19517990 A JP 19517990A JP 2990231 B2 JP2990231 B2 JP 2990231B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、半導体集積回路、特に16M〜16Gビットレベ
ルの超高密度化された集積回路(ULSIという)の製造方
法を提供することに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit, particularly, an ultra-high-density integrated circuit (referred to as ULSI) at a 16M to 16 Gbit level.

本発明は、半導体装置、特にマイクロチャネル型を有
するMIS型(絶縁ゲイト型)電界効果半導体装置(以下
チャネル長が1μm以下の0.03〜1μmであるためμチ
ャネルMIS FETという)の作製方法を提案するにある。
The present invention proposes a method for manufacturing a semiconductor device, particularly a MIS (insulating gate) field-effect semiconductor device having a microchannel type (hereinafter referred to as a μ-channel MIS FET having a channel length of 1 μm or less and 0.03 to 1 μm). It is in.

本発明は、半導体基板の表面に凸状の領域を異方性エ
ッチングを行うことによって設け、この単結晶の凸状の
領域の側面にチャネルを形成する縦チャネル型のMIS FE
Tの製造方法に関する。
The present invention provides a vertical channel type MIS FE in which a convex region is provided on a surface of a semiconductor substrate by performing anisotropic etching, and a channel is formed on a side surface of the convex region of the single crystal.
It relates to a method for manufacturing T.

「従来技術」 従来、MIS FETまたはそれに直列に連結したキャパシ
タの構造は第1図に示される如く、フィールド絶縁物
(2)が選択的に設けられた半導体基板(1)の一表面
上に、ゲイト絶縁物(2),ゲイト電極(18)およびソ
ースまたはドレイン(14)に相対して実効的にドレイン
またはソースでありかつキャパシタの下側電極を構成す
るドレインまたはソース(21)を設け、さらにキャパシ
タ用絶縁物(22)、対抗電極(23)を設けていた。
[Prior Art] Conventionally, as shown in FIG. 1, the structure of a MIS FET or a capacitor connected in series with the MIS FET is formed on one surface of a semiconductor substrate (1) on which a field insulator (2) is selectively provided. A drain or source (21), which is effectively a drain or source and constitutes a lower electrode of the capacitor, is provided relative to the gate insulator (2), the gate electrode (18) and the source or drain (14); A capacitor insulator (22) and a counter electrode (23) were provided.

従来、MIS FETは半導体基板上面に平行に横方向にチ
ャネル形成領域を有し、ゲイト電極の両端下に対称形に
必ず一対のソース、ドレイン(14)およびドレインまた
はソース(21)を半導体基板に同一平面を構成して形成
していた。さらに1Tr/Cell(1つのMIS FETと1つのキ
ャパシタを直列に連結して1ビットを構成するメモリと
する)場合、このゲイト電極(18)はゲイト絶縁物
(2)の上のみならず、キャパシタの対抗電極(23)の
上面にまで渡って設けていた。これはゲイド電極(18)
の一端下にソースまたはドレイン(14)の一端を、ドレ
インまたはソース(21)の一端をゲイト電極のみかけ上
の他端とした自己整合性を有して設けている。そしてゲ
イト電極の他端(18″)はチャネル領域(6)より大き
く作ってマスク合わせ精度のバラツキを補償するように
したポリII(多結晶珪素の被膜を(23),(18)に使用
したプロセス)である。しかしかかる場合においても、
チャネル長を1μ以下にすることはフォトエッチングの
プロセス上の制約により不可能であり、特に(18)の段
差部における凹凸のため、チャネル長を短くすることは
パターンの段切れ等が発生し不可能であった。本発明は
この段差を逆に積極的に利用してMIS FETのゲイト電極
を設け、かつこのゲイト電極は凸状を構成するキャパシ
タの対抗電極上方にまでわたらせずに形成させているこ
とを特徴とする。
Conventionally, MIS FETs have a channel formation region in the lateral direction parallel to the upper surface of the semiconductor substrate, and a pair of source, drain (14) and drain or source (21) must be formed symmetrically under both ends of the gate electrode on the semiconductor substrate. They were formed by forming the same plane. Furthermore, in the case of 1Tr / Cell (one MIS FET and one capacitor are connected in series to form a memory that constitutes one bit), the gate electrode (18) is not only on the gate insulator (2) but also on the capacitor. Of the counter electrode (23). This is a gate electrode (18)
One end of the source or drain (14) is provided under one end of the gate electrode, and the one end of the drain or source (21) is self-aligned with the other end on the gate electrode. The other end (18 ″) of the gate electrode was made larger than the channel region (6) to use poly II (polycrystalline silicon film for (23) and (18)) to compensate for variations in mask alignment accuracy. Process), but in such cases,
It is impossible to reduce the channel length to 1 μm or less due to the restrictions on the photo-etching process. In particular, because of the unevenness in the step portion of (18), shortening the channel length is not likely to cause pattern breaks and the like. It was possible. The present invention is characterized in that the gate electrode of the MIS FET is provided by positively utilizing the step in reverse, and the gate electrode is formed without extending over the counter electrode of the capacitor forming the convex shape. I do.

「本発明の目的」 本発明は、このゲイト電極下のチャネル形成領域は縦
方向に電流が流れるようにし、そのチャネル長は0.03〜
1μmときわめて小さくするとともに、1つのMIS FET
の大きさは1μm□〜10μ□程度にまで小さくすること
により16M〜16Gビットまで作り得るULSI用の素子構造の
作製方法を提供することにある。
"Object of the present invention" The present invention is such that a current flows in a vertical direction in a channel forming region under the gate electrode, and the channel length is 0.03 to 0.03.
One MIS FET with extremely small size of 1μm
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an element structure for ULSI that can be manufactured from 16 Mbits to 16 Gbits by reducing the size to about 1 μm □ to 10 μ □.

「発明の構成」 本発明はこのチャネル形成領域を縦方向、即ち縦チャ
ネル型とし、かつそのソース、ドレインはその後工程で
電極形成をしやすくするため、横方向に形成することに
より、非対称のMIS FETを提供することにある。即ち半
導体基板の一主面に凸状の単結晶半導体の領域を設け、
その上部はMIS FETの一方のソースまたはドレインをLDD
(不純物濃度が比較的低いドレイン即ちライト・ドープ
ド・ドレイン)として構成せしめ、さらにこの凸状領域
の側部は縦チャネル形成領域とせしめ、その半導体基板
の底部はLDD構成のドレインまたはソースとし、これら
ソースまたはドレインおよびドレインまたはソースは不
純物濃度を3×1016〜5×1018cm-3と低濃度にしてドレ
イン耐圧を向上せしめる、即ちLDDとするとともに、凸
状領域のコーナ部には矩形または三角形のゲイト電極を
設けたものである。
"Constitution of the Invention" The present invention provides an asymmetric MIS by forming this channel formation region in a vertical direction, that is, a vertical channel type, and forming a source and a drain in a horizontal direction to facilitate electrode formation in a subsequent process. It is in providing FET. That is, a convex single crystal semiconductor region is provided on one main surface of the semiconductor substrate,
The upper part is LDD for one source or drain of MIS FET.
(A drain with a relatively low impurity concentration, that is, a lightly doped drain). Further, the side of the convex region is a vertical channel forming region, and the bottom of the semiconductor substrate is a drain or a source having an LDD configuration. source or drain and the drain or source of improving the drain breakdown voltage in the impurity concentration of 3 × 10 16 ~5 × 10 18 cm -3 low concentrations, i.e. with the LDD, the corner portion of the convex region rectangular or This is provided with a triangular gate electrode.

ゲイト電極の上横部はソースまたはドレインと概略一
致し、ソースまたはドレインの端部と一致またはソース
またはドレイン側に少し大きく設けられ、かつその上に
第2の不純物領域より下側に位置して、ゲイト電極がオ
フセット構造とすることを防ぎ、かつ製造に余裕(マー
ジン)を与えている。
The upper lateral portion of the gate electrode substantially coincides with the source or the drain, is coincident with the edge of the source or the drain, or is provided slightly larger on the source or the drain side, and is located on the lower side of the second impurity region. In addition, the gate electrode is prevented from having an offset structure, and a margin is provided for manufacturing.

またソースまたはドレインおよびドレインまたはソー
スは、高不純物濃度の第2の不純物領域および第1の不
純物領域を外部の電極とオーム接触をしやすくするた
め、横面を有して設けている。
In addition, the source or the drain and the drain or the source are provided with a lateral surface so that the second impurity region and the first impurity region having a high impurity concentration are easily brought into ohmic contact with an external electrode.

このため本発明の半導体装置は、ULSIを構成させるた
めに高密度化を従来の横型MIS FETの基板に占める面積
をスケーリングにより縮めるのではなく、高さ方向に積
極的に設けることにより成就させることを目的としてい
る。
Therefore, the semiconductor device of the present invention achieves high density by forming the ULSI not by reducing the area occupied by the substrate of the conventional lateral MIS FET by scaling, but by providing it actively in the height direction. It is an object.

以下に図面に従って本発明の実施例を記す。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

『実施例1』 この実施例は第2図にその製造工程を示すが、縦チャ
ネル型のNチャネル型MIS FETを半導体基板の凸状の領
域を用いて2つを対として設けたものである。
Example 1 This example shows the manufacturing process in FIG. 2, in which two vertical channel type N-channel MISFETs are provided as a pair using a convex region of a semiconductor substrate. .

半導体基板例えばシリコン単結晶半導体(100),P型1
0〜500Ωcmを選んだ。この単結晶基板に対し、第1のフ
ォトマスクを用いて、凸状の領域(35)を形成した。
その作製にはシリコン単結晶基板の異方性エッチングを
フォトレジスト(32)をマスクとして形成すればよい。
このコーナ部は基板上面に対し90゜にきわめて鋭く縦面
に出すことが重要である。この凸部の高さは0.5〜4μ
m例えば1.5μmとした。
Semiconductor substrate such as silicon single crystal semiconductor (100), P type 1
I chose 0-500Ωcm. A convex region (35) was formed on the single crystal substrate using the first photomask.
For the fabrication, anisotropic etching of a silicon single crystal substrate may be formed using the photoresist (32) as a mask.
It is important that this corner portion is extremely sharp at 90 ° with respect to the upper surface of the substrate and protrudes vertically. The height of this projection is 0.5 ~ 4μ
m, for example, 1.5 μm.

酸化性気体に対してマスク作用のある窒化珪素(33)
を約0.1μmの厚さに形成した。この酸化性気体に対し
マスク作用のある被膜は、酸化珪素、多結晶珪素と窒化
珪素との多層膜でもよい。その後第2図(A)に示され
る如く、選択酸化法を用いるため第2のフォトマスク
()により窒化珪素を一部除去して第2図(A)を構
成させた。
Silicon nitride that has a masking action against oxidizing gas (33)
Was formed to a thickness of about 0.1 μm. The film having a masking effect on the oxidizing gas may be a multilayer film of silicon oxide, polycrystalline silicon and silicon nitride. Thereafter, as shown in FIG. 2A, the silicon nitride was partially removed by a second photomask () to use the selective oxidation method, thereby forming FIG. 2A.

そしてこの除去をした領域にチャネルカット形成用の
P型不純物をドープした後、フィールド絶縁物(3)を
0.5〜2μmの厚さに埋置させて形成した。
After doping the removed region with a P-type impurity for forming a channel cut, a field insulator (3) is
It was formed by being embedded to a thickness of 0.5 to 2 μm.

第2図(B)に示す如く、この窒化珪素膜(33)を除
去して凸状領域(35)を有する半導体基板(1)上にゲ
イト絶縁膜を構成するための被膜(2)を形成した。垂
直方向より3×1016〜5×1018cm-3と比較的低濃度であ
ってかつ3000Å〜1μm、例えば5000Åの深さにAsまた
はリンをイオン注入法によりドープし、半導体基板
(1)の表面の底部および凸状の領域(35)の上部にN
型のドレインまたはソース(5),(5′)およびソー
スまたはドレイン(4)をLDD(ライト・ドープ・ドレ
イン)として構成させるためのものである。
As shown in FIG. 2B, the silicon nitride film (33) is removed to form a film (2) for forming a gate insulating film on the semiconductor substrate (1) having the convex region (35). did. A semiconductor substrate (1) doped with As or phosphorus by ion implantation to a relatively low concentration of 3 × 10 16 to 5 × 10 18 cm -3 from the vertical direction and to a depth of 3000 to 1 μm, for example 5000 °; N at the bottom of the surface and at the top of the convex area (35)
This is for configuring the drain or source (5), (5 ') and the source or drain (4) of the mold as LDD (lightly doped drain).

チャネル形成領域(6),(6′)を凸状の領域の側
面に形成し、そこでのスレッシュホールト電圧の制御の
ため横または斜め方向からのイオン注入(38),(3
8′)をホウ素によりドープした。
Channel forming regions (6) and (6 ') are formed on the side surfaces of the convex region, and ion implantation (38) and (3) are performed in lateral or oblique directions to control the threshold voltage there.
8 ') was doped with boron.

これらのイオン注入により単に基板のみならず絶縁膜
(33)を損傷を受けるため、これら全体をアニールして
半導体基板(1),凸状の領域(35)を単結晶化した。
Since not only the substrate but also the insulating film (33) is damaged by these ion implantations, the whole is annealed to monocrystallize the semiconductor substrate (1) and the convex region (35).

この酸化珪素膜(2)を除去して他の絶縁膜、例えば
他の酸化珪素、窒化珪素、酸化タンタルまたはこれらの
複合膜を100〜500Åの厚さに形成しゲイト絶縁膜(2)
としてもよい。
The silicon oxide film (2) is removed and another insulating film, for example, another silicon oxide, silicon nitride, tantalum oxide or a composite film thereof is formed to a thickness of 100 to 500 mm to form a gate insulating film (2).
It may be.

次に第2図(C)に示す如く、このゲイト絶縁膜
(2)にソースまたはドレインとするための窓を第3の
フォトマスク()により形成した。その絶縁膜の表面
を十分清浄にした後、該基板上に減圧気相法(LPCVD
法)により一導電型の不純物、例えばN型の不純物(リ
ン)が1〜10×1020cm-3の濃度にドープされたシリコン
半導体被膜(7)を0.5〜2.5μmの厚さにゲイト電極お
よびその他のリードを構成するために形成した。この不
純物のドープは成膜と同時ではなく、次の異方性エッチ
ングをしてゲイトとなる部分(8),(8′)を残存さ
せる工程と、この被膜(7)に行った後に拡散法により
ドープしてもよい。
Next, as shown in FIG. 2 (C), a window for forming a source or a drain was formed in the gate insulating film (2) using a third photomask (). After sufficiently cleaning the surface of the insulating film, a low pressure gas phase method (LPCVD
A silicon semiconductor film (7) doped with an impurity of one conductivity type, for example, an N-type impurity (phosphorus) to a concentration of 1 to 10 × 10 20 cm −3 by a gate electrode to a thickness of 0.5 to 2.5 μm. And other leads were formed. This doping of impurities is not performed simultaneously with the film formation, but is performed by the following anisotropic etching to leave portions (8) and (8 ') serving as gates, and a diffusion method after the film (7) is formed. May be doped.

この被膜(7)は不純物がドープされた珪素ではな
く、金属または金属間化合物であってもよい。さらにP+
またはN+型の半導体と金属または金属化合物特にMo,Wま
たはその珪素物(MoSi2,WSi2)との多層膜であってもよ
い。
This coating (7) may be a metal or an intermetallic compound instead of silicon doped with impurities. Plus P +
Alternatively, it may be a multilayer film of an N + type semiconductor and a metal or a metal compound, particularly Mo, W or a silicon compound thereof (MoSi 2 , WSi 2 ).

この被膜(7)をWSi2,MoSi2等と珪素とタングステ
ン、モリブデンの化合物または混合物とする場合には、
それらの被膜をLPCVD、電子ビーム蒸着又は反応性スパ
ッタ法にて、0.3〜1.5μm特に0.5〜0.7μm形成すれば
よい。
When this coating (7) is made of a compound or a mixture of WSi 2 , MoSi 2 , silicon, tungsten and molybdenum,
These films may be formed by LPCVD, electron beam evaporation, or reactive sputtering to form 0.3 to 1.5 μm, particularly 0.5 to 0.7 μm.

かくして第2図(C)を得た。 Thus, FIG. 2 (C) was obtained.

次に第2図(D)に示される如く、この上面に被膜の
一部として残置させる領域上にフォトレジスト(例えば
OMR−83東京応化製)()で選択的にコーティング
し、その後に異方性エッチングを行った。このエッチン
グに関して、従来より用いられた溶液を用いる等方性エ
ッチング方法ではなく、サイドエッチおよびテーパエッ
チのきわめて少ないまたはまったくない異方性エッチン
グ方法を用いることが重要である。具体的には2.45GHz
を用いたマイクロ波によって、エッチング用反応性気
体、例えばフッ化窒素(NF3),弗化炭素(CF4)を化学
的に活性化し、さらにその真空度を0.1〜0.001torr特に
0.005〜0.01torrの真空度の雰囲気でプラズマ化したフ
ッ素シャワーを基板の上面より垂直方向に流し、かつ基
板にバイアスを加え、低温エッチングとしてサイドエッ
チを皆無にすべく努めた。
Next, as shown in FIG. 2 (D), a photoresist (for example,
OMR-83 (manufactured by Tokyo Ohka) (), followed by anisotropic etching. For this etching, it is important to use an anisotropic etching method with very little or no side etch and taper etch, instead of an isotropic etching method using a conventionally used solution. Specifically 2.45GHz
A reactive gas for etching, for example, nitrogen fluoride (NF 3 ) or carbon fluoride (CF 4 ) is chemically activated by microwaves using, and the degree of vacuum is further reduced to 0.1 to 0.001 torr.
A fluorine shower, which was made into a plasma in an atmosphere having a vacuum degree of 0.005 to 0.01 torr, was caused to flow vertically from the upper surface of the substrate, and a bias was applied to the substrate.

その結果、被膜(7)のうちフォトレジストの形成さ
れていない平面部が完全に除去される時、凸状の領域
(3)のコーナ部である側面部の被膜(8),(8′)
は、側周辺に縦型の矩形またはほぼ三角形状のゲイト電
極(18),(18′)として残存させることができた。さ
らにドレインまたはソース用の第1の不純物領域(第2
図(D)の(15),(15′)に対応)コンタクト(11)
とそのリード(12)は、この実施例ではN+型にて電極リ
ードとして残存させることができた。ゲイト電極(1
8),(18′)は凸状の領域(35)の上面に渡って存在
しておらず、その巾もフォトリソグラフィーで決められ
る巾ではなく、被膜(7)の側面の厚さと異方性エッチ
ングの程度とにより決めることができる。
As a result, when the plane portion where the photoresist is not formed in the coating (7) is completely removed, the coatings (8) and (8 ') on the side portions which are the corners of the convex region (3).
Could be left around the side as vertical rectangular or substantially triangular gate electrodes (18), (18 '). Further, a first impurity region for drain or source (second impurity region)
(Corresponding to (15) and (15 ') in Figure (D)) Contact (11)
In this example, the lead (12) could be left as an electrode lead of the N + type in this example. Gate electrode (1
8) and (18 ') do not exist over the upper surface of the convex region (35), and the width is not the width determined by photolithography. It can be determined according to the degree of etching.

この矩形または三角形状のゲイト電極の上端部(48)
はソースまたはドレインの端部(44)と概略一致、即ち
同一程度または上方に位置し、かつ後工程で形成される
第2の不純物領域(14)の端部(45)より外れて位置す
ることが好ましい。この(44)と(45)との巾が製造に
おける余裕(マージン)としてきわめて重要である。
Upper end (48) of this rectangular or triangular gate electrode
Is substantially coincident with the end (44) of the source or drain, that is, is located at the same level or above, and is located away from the end (45) of the second impurity region (14) formed in a later step. Is preferred. The width between (44) and (45) is extremely important as a margin in manufacturing.

MIS FETとしてのチャネル長は、ソースまたはドレイ
ン(4)の端部(44)と凸状領域(35)の高さの差で決
めることができる。このゲイト電極(18),(18′)の
高さに対する余裕としてLDDのソース、ドレイン(4)
を有しており、異方性エッチを多少しくぎても、ゲイト
電極がオフセット状態にならないという特徴を有する。
この矩形またはほぼ三角形状のゲイト電極(18),(1
8′)は、その下端での巾が0.05〜1.5μm代表的には0.
2〜1.0μmを有し、さらにチャネル形成領域(6),
(6′)の側方向でこの領域を覆ってその高さを0.2〜
2.5μm代表的には0.3〜0.8μmとしている。特にこの
高さは、被膜(5)の膜厚とプラズマエッチングによる
そのエッチング時間、強度の関数であるが、電子ビーム
露光のような高度の技術を用いることなく、チャネル長
として0.05〜1.0μmのごく短チャネル(以下マイクロ
チャネルという)にして設けることができた。
The channel length of the MISFET can be determined by the difference in height between the end (44) of the source or drain (4) and the convex region (35). As a margin for the height of the gate electrodes (18) and (18 '), the LDD source and drain (4)
And the gate electrode is not offset even if the anisotropic etch is somewhat broken.
This rectangular or substantially triangular gate electrode (18), (1
8 ') has a width at the lower end of 0.05 to 1.5 μm, typically 0.
A channel forming region (6),
Cover this area in the side direction of (6 ') and set the height to 0.2 to
2.5 μm, typically 0.3 to 0.8 μm. In particular, this height is a function of the film thickness of the film (5) and its etching time and intensity by plasma etching. A very short channel (hereinafter referred to as a microchannel) could be provided.

第2図(D)において、矩形またはほぼ三角形状のゲ
イト電極(18),(18′)は、下端部の巾が0.1〜1μ
mという細さであるが、その層は設計の必要に応じてフ
ィールド絶縁物上にリードとして延在させて、そのリー
ドの巾を1〜10μmと巾広に設け、同一基板に設けられ
た他のMIS FETの電極リードと連結したり、または他の
キャパシタ、抵抗等と電気的に連結してもよいことはい
うまでもない。
In FIG. 2 (D), rectangular or substantially triangular gate electrodes (18) and (18 ') have a lower end portion having a width of 0.1 to 1 .mu.m.
m, but the layer is extended as a lead on the field insulator as required for design, and the width of the lead is provided as wide as 1 to 10 μm. It is needless to say that it may be connected to the electrode lead of the MISFET or to another capacitor, resistor or the like.

次に第2図(D)に示される如く、イオン注入法によ
りソースまたはドレイン(4)およびドレインまたはソ
ース(5),(5′)よりも高精度であって、オームコ
ンタクトを電極で行わしめるため、N型の不純物である
砒素を30〜150KeVの加速電圧にて注入し、1×1019〜1
×1021cm-3程度の不純物濃度で第1の不純物領域(1
5),(15′)をその端部(47)を矩形または三角形状
のゲイト電極(18),(18′)の下端部(46)の位置と
概略一致させて、基板底部に形成させた。加えて凸状の
領域(35)上部のN型のドレインまたはソース(4)の
上部にも、同時に第2の不純物領域(14)として何らの
フォトマスクを用いることなく、また凸状の形状の垂直
方向からのイオン注入の加速電圧のみで精密に制御しつ
つ形成し、これを他の電極とオーム接触させやすくし
た。
Next, as shown in FIG. 2 (D), the ohmic contact is made at the electrode with higher precision than the source or drain (4) and the drain or source (5), (5 ') by ion implantation. Therefore, arsenic, which is an N-type impurity, is implanted at an accelerating voltage of 30 to 150 KeV, and 1 × 10 19 to 1
The first impurity region (1 × 10 21 cm −3)
5) and (15 ') were formed on the bottom of the substrate so that their ends (47) were approximately aligned with the positions of the lower ends (46) of the rectangular or triangular gate electrodes (18) and (18'). . In addition, the upper portion of the N-type drain or source (4) above the convex region (35) is also used as the second impurity region (14) without using any photomask, and the convex shape (35) is also used. It was formed while being precisely controlled only by the acceleration voltage of ion implantation from the vertical direction, and this was easily brought into ohmic contact with another electrode.

すると、この第1および第2の不純物領域(15),
(15′)および(14)は、イオン注入後の熱処理による
再拡散によりチャネル長がバラツクことをLDD用のソー
スまたはドレイン(4)およびドレインまたはソース
(5),(5′)の存在により防ぐことができる。特に
第1の不純物領域(15),(15′)の横方向への拡散
は、ゲイト電極(18),(18′)の下端部(46)の巾が
余裕(マージン)としてセルファライン的に有せしめる
ことができる。
Then, the first and second impurity regions (15),
(15 ') and (14) prevent the channel length from being varied by the re-diffusion due to the heat treatment after the ion implantation by the presence of the LDD source or drain (4) and the drain or source (5), (5'). be able to. In particular, the diffusion of the first impurity regions (15) and (15 ') in the lateral direction is performed in such a manner that the width of the lower end (46) of the gate electrodes (18) and (18') is set as a margin (self margin). You can have it.

また、電極リード(11),(12)とドレインまたはソ
ース(15)として作用する第1の不純物領域とを連結
し、また他の第1の不純物領域(15′)と他の電極リー
ド(19)とをオーム接触させるため、電極(13)下には
それより高濃度不純物領域(15),(15′)を有し、こ
れらにドレインまたはソース(14)用のコンタクトを形
成させている。
Further, the electrode leads (11) and (12) are connected to a first impurity region acting as a drain or a source (15), and the other first impurity region (15 ') is connected to another electrode lead (19). In order to make ohmic contact with the electrode (13), there are provided higher concentration impurity regions (15) and (15 ') under the electrode (13), and a drain or source (14) contact is formed in these regions.

かくして縦チャネル型であり、ソース、ドレインはLD
D構造としつつ、凸状領域の上方および基板底面と横表
面を外部とのコンタクト用にし、かつ縦チャネル型のい
わゆる縦横型のMIS FETとすることができた。そのた
め、ソース、ドレインに対する電極(コンタクト)の形
成がしやすくなって、かつチャネル長を0.1〜1μmと
小さく、精密にその長さをLDD構造を用いることにより
制御製造が可能となった。
Thus, it is a vertical channel type, and the source and drain are LD
While having the D structure, the upper side of the convex region and the bottom surface and the lateral surface of the substrate were used for contact with the outside, and a vertical channel type so-called vertical / horizontal MISFET was able to be obtained. Therefore, it is easy to form an electrode (contact) for the source and the drain, and the channel length is as small as 0.1 to 1 μm, and the length can be controlled and manufactured precisely by using the LDD structure.

以上の実施例より明らかなごとく、本発明は、縦型の
矩形またはほぼ三角形状のゲイン電極(18),(18′)
を凸状の領域に隣接して機械強度を大としつつもチャネ
ル形成領域(16),(16′)に隣接するソース(4),
ドレイン(5),(5′)はLDDとした縦チャネル型MIS
FETを得ることができた。
As is apparent from the above embodiments, the present invention provides a vertical rectangular or substantially triangular gain electrode (18), (18 ').
The source (4) adjacent to the channel forming regions (16), (16 ') while increasing the mechanical strength adjacent to the convex region,
Drain (5), (5 ') LDD vertical channel type MIS
FET was obtained.

さらにこのゲイト電極(18),(18′)の厚さが大き
いため、ジオメトリカルには強度的に弱くなり、またUL
SIでの固有の欠点の凹凸が激しくなりやすいため、それ
を電気的には絶縁膜(17)にてアイソレイションにし、
さらに力学的には凸状の領域によりかからせることによ
り補強させることができたことを特徴としている。
Further, since the thickness of the gate electrodes (18) and (18 ') is large, the strength is geometrically weak, and the
Since the irregularities of the inherent defect in SI tend to be severe, it is electrically isolated with an insulating film (17),
Further, it is characterized in that it can be reinforced mechanically by bending over the convex region.

第2図(D)において明らかなごとく、ソースまたは
ドレイン(4),ドレインまたはソース(5),
(5′)をチャネル形成領域(6),(6′)にて離間
し、このチャネル形成領域の側面のゲイト絶縁膜(2)
の側面にゲイト電極(18),(18′)を作ることによ
り、精密に制御されたチャネル長を有し、かつトランジ
スタの基板全体をしめた面積を小さくする縦横型マイク
ロチャネル(μチャネル)型のMIS FETを作ることがで
きる。
As apparent from FIG. 2 (D), the source or drain (4), the drain or source (5),
(5 ') is separated at the channel formation regions (6) and (6'), and the gate insulating film (2) on the side surface of the channel formation region
By forming gate electrodes (18) and (18 ') on the side surfaces of the transistor, the vertical and horizontal micro-channel (μ channel) type has a precisely controlled channel length and reduces the area of the entire transistor substrate. MIS FET can be made.

さらにこのリード(19),(12)に直角方向のリード
を層間絶縁物をPIQ等のポリイミド系の絶縁物で形成し
た後、その上面の金属をフォトリソグラフィーにより選
択除去をして多層配線を形成させることができる。
Furthermore, after forming a lead in the direction perpendicular to these leads (19) and (12) with a polyimide-based insulator such as PIQ, the metal on the upper surface is selectively removed by photolithography to form a multilayer wiring. Can be done.

第2図(E)は第2図(D)の縦断面図のMIS FET(1
0),(10′)をその番号を対応させ記号化したMOS FET
を記したものである。
FIG. 2E is a vertical sectional view of the MIS FET (1) shown in FIG. 2D.
MOS FETs that symbolize (0) and (10 ') with the corresponding numbers
It is written.

本発明の実施例は、導電型は基板をP-型、チャネル領
域(6),(6′)をP型、ソースまたはドレイン
(4),ドレインまたはソース(5),(5′)をN型
低濃度領域とし、さらに(14),(15),(15′)をN+
型の高濃度領域とした。また、ゲイト電極(18),(1
8′)は凸状の領域のそれぞれの側面を利用した一対を
構成したいわゆる2つのμMIS FETである。
In the embodiment of the present invention, the conductivity type is P-type for the substrate, P - type for the channel regions (6) and (6 '), N-type for the source or drain (4), and the drain or source (5) and (5'). (14), (15), and (15 ') are N +
The high-concentration region of the mold. In addition, the gate electrodes (18), (1
8 ′) are so-called two μMIS FETs that form a pair using each side surface of the convex region.

また、チャネル形成領域にP型、第1のMIS FET(1
0)をロード、第2のMIS FET(10′)をドライバとして
その出力を(14)より取り出すインバータ構造としても
よい。その時ロード(10)はディプレッション型のMIS
FETとし、ドライバ(10′)はエンヘンスメント型とし
てもよい。
Also, a P-type first MIS FET (1
0), and the output may be taken out from (14) using the second MIS FET (10 ') as a driver. At that time, the load (10) is a depression type MIS
An FET may be used, and the driver (10 ') may be an enhancement type.

第1図は基板に2つのMIS FETを形成させたものであ
るが、フィールド絶縁物により離間した他部に他のMIS
FETを同一基板に設けて、複数個のMIS FETを作るいわゆ
るLSI,VLSIにすることは本発明はさらに助長させること
ができる。
FIG. 1 shows two MIS FETs formed on a substrate, and another MIS FET is formed on another part separated by a field insulator.
The present invention can further promote the so-called LSI and VLSI in which FETs are provided on the same substrate to form a plurality of MIS FETs.

『実施例2』 第3図(A)は本発明を応用した他の実施例である。Embodiment 2 FIG. 3 (A) shows another embodiment to which the present invention is applied.

第3図(A)は実施例1を用いて2つのMIS FET(1
0),(10′)と2つのキャパシタとをそれぞれ直列に
接合させ、1Tr/Cellを2つ対にして設けたものである。
即ち、凸状の領域(35)にはチャネル形成領域(6),
(6′)を有し、その上部にソースまたはドレイン
(4),高濃度の第2の不純物領域(14)を有する。ま
たその半導体基板(1)の底部の周辺部にはフィールド
絶縁物(3)を設けて、第1の不純物領域(15),(1
5′)とその外側にドレインまたはソース(5),
(5′),ゲイト電極(18),(18′),ゲイト絶縁膜
(2),(2)′として2つのMIS FET(10),(1
0′)を構成した。このオーム接触をさせるN+の第1の
領域(15),(15′)に連結(13),(13′)してキャ
パシタ(20),(20′)の下側電極(21),(21′),
誘電体(22),(22′),さらにその上に上側電極(2
3),(23′)を設け、これによりキャパシタ(20),
(20′)とした。
FIG. 3A shows two MIS FETs (1
0), (10 ') and two capacitors are respectively connected in series, and two 1Tr / Cells are provided.
That is, the channel-forming region (6),
(6 '), on which a source or drain (4) and a high-concentration second impurity region (14) are provided. In addition, a field insulator (3) is provided on the periphery of the bottom of the semiconductor substrate (1) to provide the first impurity regions (15), (1).
5 ') and a drain or source (5) outside thereof,
(5 '), two MIS FETs (10), (1) as gate electrodes (18), (18'), and gate insulating films (2), (2) '.
0 ′). The lower electrodes (21), (20) and (20) of the capacitors (20) and (20 ') are connected (13) and (13') to the first regions (15) and (15 ') of N + to make ohmic contact. twenty one'),
Dielectrics (22), (22 ') and the upper electrode (2
3) and (23 ') are provided.
(20 ').

第3図(A)において、(14)はビット線であり、
(18),(18′)をワード線として1Tr/Cellを2個対を
なす構造とするメモリシステムの一部である。かかる構
造とすると、凸状の領域(35)を2つのMIS FET(1
0),(10′)用に共通させることができ、又誘電体(2
2),(22′)はゲイト絶縁膜とは異なる高い誘電率の
材料、例えば酸化タンタル、酸化チタン、窒化珪素、チ
タン酸バリウムまたはこれらの多層膜等を使用すること
ができるスタックト型メモリセルの特徴を有するこの実
施例においては、ゲイト電極(18),(18′)の外周辺
がその酸化物の層間絶縁物(17)により絶縁されている
が、その厚さは0.1〜1.0μmであり、第1の不純物領域
(15),(15′)とキャパシタ(20),(20′)の下側
電極(21),(21′)との連結はタングステンの選択成
長(13),(13′)による電極(コンタクト)を形成し
た。このため下側電極(21),(21′)はタングステン
シリサイドとした。
In FIG. 3 (A), (14) is a bit line,
(18) and (18 ') are part of a memory system having a structure in which two 1Tr / Cells are paired with word lines. With such a structure, the convex region (35) is divided into two MIS FETs (1
0), (10 '), and dielectric (2
2) and (22 ') are stacked memory cells that can use a material having a high dielectric constant different from the gate insulating film, such as tantalum oxide, titanium oxide, silicon nitride, barium titanate, or a multilayer film of these materials. In this embodiment having characteristics, the outer periphery of the gate electrodes (18) and (18 ') is insulated by the oxide interlayer insulator (17), and the thickness is 0.1 to 1.0 μm. The connection between the first impurity regions (15) and (15 ') and the lower electrodes (21) and (21') of the capacitors (20) and (20 ') is made by selective growth of tungsten (13) and (13). ′) To form electrodes (contacts). Therefore, the lower electrodes (21) and (21 ') are made of tungsten silicide.

かくの如く本発明のMIS FETを用いた場合、第1の不
純物領域に連結してコンタクトを十分な面積の余裕を持
ちつつ得ることができる。即ち、電極用の穴あけをで
行う際のマスク合わせ精度中で第1の不純物領域(1
5),(15′)を作ればよい。そしてこのコンタクト形
成用領域とは無関係にかつMIS FETの基板上からみた大
きさを大きくするこさとなく、チャネル長を精密に実施
例1に示した如くに作ることができた。
As described above, when the MISFET of the present invention is used, a contact can be obtained while being connected to the first impurity region with a sufficient area. That is, the first impurity region (1
5), (15 ') can be made. The channel length could be made precisely as shown in Example 1 irrespective of the contact formation region and without increasing the size of the MIS FET as viewed from above the substrate.

ポリイミド等の層間絶縁物を形成し、その上面に第3
の導電体配線(9)を形成してもよい。
An interlayer insulator such as polyimide is formed, and a third
May be formed.

そしてセルの面積をきわめて小さく高密度に形成する
ことができた。この実施例に示されていない製造工程は
実施例1を用いた。
The cell area was extremely small and could be formed at a high density. Example 1 was used for manufacturing steps not shown in this example.

『実施例3』 この実施例は第3図(B)にその縦断面図が示されて
いる。
Embodiment 3 FIG. 3B is a longitudinal sectional view of this embodiment.

図面より明らかなごとく、半導体基板表面上に凸状に
短結晶の半導体(35)を半導体基板表面に設け、その側
周辺と基板底部とのコーナ部にゲイト絶縁膜(2),
(2′)を設け、さらにゲイト電極(18),(18′)を
一対をなして形成している。低不純物濃度のLDD濃度の
ドレインまたはソース(5),(5′),ソースまたは
ドレイン(4)をチャネル長(6),(6′)を精密に
制御するために設けている。この珪素の如きゲイト電極
の一部をマスクとして高濃度の第1の不純物領域(1
5),(15′)をセルファラインで設け、かつ凸状領域
の上部にも同時に第2の高不純物濃度の領域(14)をイ
オン注入法により設けた。こうしてμチャネルMIS FET
(10),(10′)を2ケ対をなす構造に設けた。
As is apparent from the drawing, a short crystal semiconductor (35) is provided on the surface of the semiconductor substrate in a convex shape on the surface of the semiconductor substrate, and a gate insulating film (2),
(2 ') is provided, and gate electrodes (18) and (18') are formed as a pair. A drain or source (5), (5 ') and a source or drain (4) with a low impurity concentration LDD concentration are provided for precisely controlling channel lengths (6), (6'). Using a part of the gate electrode such as silicon as a mask, the first impurity region (1
5) and (15 ') are provided by self-alignment, and a second high-impurity-concentration region (14) is also provided by ion implantation above the convex region. Thus, μ channel MIS FET
(10) and (10 ') are provided in a paired structure.

次にこの第1の不純物領域(15),(15′)に設けら
れているコンタクト開口(9),(9′)が実施例1と
同様に設けられているため、これにより誘電体の下側電
極(20),(20′)を、例えばドープドシリコンを0.1
〜1μmの厚さに形成させて設けた。この上面にスパッ
タ法により酸化タンタル膜(22),(22′)を100〜500
Åの厚さに形成した。この後この面上に対抗電極(2
3),(23′))を金属または半導体により設け、これ
をフォトエッチングした後、キャパシタ(20),(2
0′)とした。
Next, the contact openings (9) and (9 ') provided in the first impurity regions (15) and (15') are provided in the same manner as in the first embodiment. The side electrodes (20) and (20 ') are, for example, doped silicon
It was formed so as to have a thickness of about 1 μm. A tantalum oxide film (22), (22 ') is sputtered on this upper surface by 100-500.
Å was formed. After this, a counter electrode (2
3), (23 ')) are provided by metal or semiconductor, and after photo-etching, the capacitors (20), (2')
0 ').

かくしてキャパシタ(20),(20′)のその上側の電
極(23),(23′)と誘電体(22),(22′)および下
側の電極(21),(21′)をスタックト型メモリセルと
して作ることができた。加えて、このキャパシタをフィ
ールド絶縁膜(3)上または凸状領域(35)およびゲイ
ト電極(18),(18′)上にわたって設けることがで
き、セル面積の高密度化をはかることができた。第2の
不純物領域(14)にコンタクトを介して多層配線(24)
を層間絶縁膜(17)上にワード線として設け、ゲイト電
極(18),(18′)をビット線として用いることによっ
て、セルファライン的に縦チャネル型、ソース、ドレイ
ン横配列型のMIS FETを対をなして形成したことは、小
型化、高密度化と信頼性の向上にきわめて有効であっ
た。
Thus, the upper electrodes (23) and (23 ') of the capacitors (20) and (20') and the dielectrics (22) and (22 ') and the lower electrodes (21) and (21') are stacked. It could be made as a memory cell. In addition, this capacitor can be provided over the field insulating film (3) or over the convex region (35) and the gate electrodes (18) and (18 '), and the cell area can be increased in density. . Multi-layer wiring (24) through contact to second impurity region (14)
Is provided as a word line on the interlayer insulating film (17), and the gate electrodes (18) and (18 ') are used as bit lines, thereby forming a vertical channel type, a source / drain horizontal MISFET in a self-aligned manner. Forming in pairs was extremely effective in reducing the size, increasing the density, and improving the reliability.

この実施例においても、実施例2と同様に、誘電体の
材料に酸化タンタル等の高誘電率の材料を使用でき、ま
たビット線を領域(24)、ワード線をゲイト電極(1
8),(18′)と一対をなす1Tr/cellのメモリシステム
の一部として構成させることができた。
In this embodiment, as in the second embodiment, a high dielectric constant material such as tantalum oxide can be used as the dielectric material, and the bit line is the region (24), and the word line is the gate electrode (1).
8), (18 ') and a pair of 1Tr / cell memory systems.

またこれらはNチャネルMIS FETを集積化したもので
あるから、凸状領域を同一基板に複数個有しており、そ
の一部をPチャネルMIS FETとして相補形(コンプリメ
ンタリ型)集積回路とすることは有効である。
In addition, since these are integrated N-channel MIS FETs, a plurality of convex regions are provided on the same substrate, and a part thereof is used as a P-channel MIS FET to form a complementary (complementary) integrated circuit. Is valid.

本発明において、ゲイト絶縁膜中に電気的にフローテ
ィングの電極を設け、フローティングゲイト型不揮発性
メモリを構成させてもよい。
In the present invention, an electrically floating electrode may be provided in the gate insulating film to form a floating gate nonvolatile memory.

以上の3つの実施例において、第1の領域を構成する
材料また縦型の矩形またはほぼ三角形状のゲイト電極
(18)を構成する材料は、P+またはN+型の導電型を有す
る不純物をドープした基板と同一主成分と材料例えば珪
素を中心として記した。
In the above three embodiments, the material forming the first region and the material forming the vertical rectangular or substantially triangular gate electrode (18) are made of impurities having a P + or N + conductivity type. The same main components and materials as the doped substrate, such as silicon, are mainly described.

しかしそれらは珪素とMo,Wとの混合物または化合物
(MoSi2,WSi2)であってもよく、また真性、P+型または
N+型の半導体を多層構造にしても、また珪素の如き半導
体とMo,W,白金またはその化合物との多層構造を有せし
めてもよいことはいうまでもない。
However, they may also be mixtures or compounds of silicon and Mo, W (MoSi 2 , WSi 2 ), and may be intrinsic, P + or
It goes without saying that the N + type semiconductor may have a multilayer structure, or may have a multilayer structure of a semiconductor such as silicon and Mo, W, platinum or a compound thereof.

本発明においては、半導体基板は単結晶珪素を主とし
て記した。しかしGaAs,InP等の化合物半導体であって
も、また多結晶、アモルファス、セミアモルファス半導
体であってもよいことはいうまでもない。
In the present invention, the semiconductor substrate is mainly described with single crystal silicon. However, it goes without saying that it may be a compound semiconductor such as GaAs or InP or a polycrystalline, amorphous or semi-amorphous semiconductor.

またチャネル形成領域は表面拡散を用いるMIS FETで
はなくうめこみチャネル型としてもよい。また多数キャ
リアを用いる方法てあってもよい。これらはゲイト絶縁
膜下のチャネル部の構造の制御方法に基づく。
Further, the channel forming region may be a buried channel type instead of the MIS FET using surface diffusion. Alternatively, a method using a majority carrier may be used. These are based on a method of controlling the structure of the channel portion below the gate insulating film.

「効果」 以上の実施例より明らかな如く、本発明は従来の一対
の構造を有するソース、ドレインをゲイト電極により互
いに離間して横方向に配線した構造ではなく、ソースま
たはドレインは外部とのコンタクトがしやすく、上面が
基板上と同じ一平面を有し、かつチャネル縦型を有せし
めることによりマイクロチャネルとした。そしてかかる
マイクロチャネルであっても、そのチャネル長は精密制
御ができ得るよう、それらにLDDとしてのソースおよび
ドレインを形成し、イオン注入の濃度で制御した特徴を
有する。そして、ゲイト電極は凸状の第1の領域にその
側部がよりかかるようにして力学的に補強をした構造を
有して高信頼性化に努めた。チャネル形成領域のスレッ
シュホールド電圧は、斜めまたは横方向より半導体上部
にホウ素等の不純物をドープして設けられた構造を有
し、その構造的な特徴、さらに0.1〜1μmのチャネル
長により周波数応答速度が1〜10GHzを有する極短チャ
ネル(μチャネル)MIS FETを電子ビーム露光等の技術
を絶対必要条件として用いることなしに実施せしめると
いう大きな特徴を有する。
[Effects] As is clear from the above embodiments, the present invention is not a conventional structure in which a source and a drain having a pair of structures are separated from each other by a gate electrode and wired in the horizontal direction. The upper surface has the same plane as that of the substrate, and the channel has a vertical shape to form a microchannel. Even in such a microchannel, a source and a drain as an LDD are formed in the microchannel so that the channel length can be precisely controlled, and the channel length is controlled by ion implantation concentration. The gate electrode has a structure that is mechanically reinforced so that a side portion thereof is more entangled with the convex first region, and efforts have been made to improve reliability. The threshold voltage of the channel forming region has a structure in which an impurity such as boron is doped in the upper part of the semiconductor obliquely or laterally, and the frequency response speed depends on its structural characteristics and the channel length of 0.1 to 1 μm. It has a great feature that an extremely short channel (μ channel) MISFET having 1 to 10 GHz can be implemented without using a technique such as electron beam exposure as an absolute requirement.

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

第1図は従来より知られたMIS FETの縦断面図を示す。 第2図は本発明の実施例の製造工程及び構造を示すため
の縦断面図である。 第3図は1Tr/Cellのメモリを一対をなして設けた本発明
の他の実施例の縦断面図である。 1……半導体基板 2……凸状の領域 3……フィールド絶縁物 5,5′……ドレインまたはソース 4……ソースまたはドレイン 15,15′……第1の不純物領域 14……第2の不純物領域 18,18′……ゲイト電極 10,10′……絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ(MIS F
ET) 20,20′……キャパシタ 〜……フォトマスクによるパターニング処理
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a conventionally known MIS FET. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process and a structure of the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the present invention in which 1Tr / Cell memories are provided in a pair. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate 2 ... Convex area | region 3 ... Field insulator 5, 5 '... Drain or source 4 ... Source or drain 15, 15' ... 1st impurity region 14 ... 2nd Impurity region 18, 18 'Gate electrode 10, 10' Insulated gate field effect transistor (MIS F
ET) 20,20 '…… Capacitor …… Pattern processing by photomask

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一導電型の半導体基板に凸状の領域を形成
する工程と、 前記半導体基板の底部及び前記凸状の領域の上部に不純
物を添加することによって低濃度不純物領域を形成する
工程と、 前記凸状の領域の側面にゲイト絶縁膜を形成する工程
と、 ゲイト電極を構成するための被膜を形成する工程と、 該被膜を異方性エッチングして、前記凸状の領域のコー
ナ部に矩形または三角形の形状を有し、上端部が前記凸
状の領域の上部に位置する低濃度不純物領域の下端部に
概略一致するゲイト電極を形成する工程と、 前記ゲイト電極をマスクとして前記半導体基板に不純物
を添加することにより、前記半導体基板の底部及び前記
凸状の領域の上部に高濃度不純物領域を形成する工程と
を有することを特徴とする縦チャネル型絶縁ゲイト型電
界効果半導体装置の作製方法。
A step of forming a convex region in a semiconductor substrate of one conductivity type; and a step of forming a low-concentration impurity region by adding an impurity to a bottom portion of the semiconductor substrate and an upper portion of the convex region. Forming a gate insulating film on the side surface of the convex region; forming a film for forming a gate electrode; anisotropically etching the film to form a corner of the convex region; A step of forming a gate electrode having a rectangular or triangular shape in the portion, and an upper end portion substantially matching a lower end portion of the low-concentration impurity region located above the convex region; and using the gate electrode as a mask, Forming a high-concentration impurity region at the bottom of the semiconductor substrate and above the convex region by adding an impurity to the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device results.
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