JP2001015751A - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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JP2001015751A
JP2001015751A JP11189302A JP18930299A JP2001015751A JP 2001015751 A JP2001015751 A JP 2001015751A JP 11189302 A JP11189302 A JP 11189302A JP 18930299 A JP18930299 A JP 18930299A JP 2001015751 A JP2001015751 A JP 2001015751A
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孝之 小倉
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郁夫 藤原
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哲郎 遠藤
Fujio Masuoka
富士雄 舛岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor which is applicable to a circuit requiring symmetry and can materialize high drain breakdown strength, a satisfactory S factor, and high drive capacity at the same time. SOLUTION: This field effect transistor has an insulator region 102, which extends to the position under a drain region 104, passing under a channel region 109 from the position under a source region 103. This has semiconductor regions 110a and 110b, and 111a and 111b which have the same conductive type as the conductive type of the channel region 109, respectively, between the source region 103 and a drain region 140 and the insulator region 102. Then, the channel region 109 and the semiconductor substrate 101 ranges via the semiconductor regions 110a, 110b and 111a, 111b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電界効果トラン
ジスタおよびその製造方法に関する。より詳しくは、集
積回路の基本単位を構成するのに適した電界効果トラン
ジスタおよびその製造方法に関する。
The present invention relates to a field effect transistor and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a field effect transistor suitable for forming a basic unit of an integrated circuit and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】LS
I(大規模集積回路)の基本単位を構成するMOSFE
T(電界効果トランジスタ)では、微細化に伴いゲート
長が短くなるにつれて、Sファクタ(後述する式(4)
で定義される)が劣化する傾向があるため、この対策と
して、図22に示すようなSOI(シリコン・オン・イ
ンシュレータ)型MOSFETが提案されている。この
SOI型MOSFETは、シリコン基板801上に埋め
込み絶縁体層802を介して低不純物濃度の単結晶シリ
コンからなる活性層812(厚さt)を備え、この活性
層812上に形成されたゲート814(ゲート絶縁膜8
15およびゲート電極816を含む)と、このゲート8
14の両側の活性層内に形成されたソース領域803、
ドレイン領域804とを有している。ソース領域803
は、高濃度ソース領域805と、そこからゲート814
の端部直下まで延びるソース側LDD(ライトリ・ドー
プト・ドレイン)領域807とからなり、同様に、ドレ
イン領域804は、高濃度ドレイン領域806と、そこ
からゲート814の端部直下まで延びるドレイン側LD
D領域808とからなっている。活性層812の厚さt
は薄く、かつ不純物濃度は低く抑えられているので、動
作時には、ゲート814の電位による活性層812内へ
の空乏層の延びが埋め込み絶縁体802によって制限さ
れ、その結果、ゲート電位のうち、活性層812内へ空
乏層を延ばす成分が減少して、その分だけチャネル領域
809の反転層を形成する成分が増加する。したがっ
て、トランジスタのスイッチング特性を決めるサブスレ
ッショルド特性が向上して、Sファクタを改善できる。
同時に、平面型MOSFETと比較した場合、同じオフ
電流ではしきい値電圧を小さくできるので、高駆動能力
を実現できる。
2. Description of the Related Art LS
MOSFE that constitutes the basic unit of I (Large Scale Integrated Circuit)
In a T (field effect transistor), as the gate length becomes shorter with miniaturization, the S factor (formula (4) described later)
However, as a countermeasure, an SOI (silicon-on-insulator) MOSFET as shown in FIG. 22 has been proposed. This SOI MOSFET includes an active layer 812 (thickness t) made of single-crystal silicon having a low impurity concentration on a silicon substrate 801 via a buried insulator layer 802, and a gate 814 formed on the active layer 812. (Gate insulating film 8
15 and a gate electrode 816), and the gate 8
14, source regions 803 formed in the active layer on both sides,
And a drain region 804. Source region 803
Is a high-concentration source region 805 and a gate 814 therefrom.
Similarly, the drain region 804 includes a high-concentration drain region 806 and a drain-side LDD extending therefrom immediately below the end of the gate 814.
D region 808. The thickness t of the active layer 812
In operation, the extension of the depletion layer into the active layer 812 due to the potential of the gate 814 is limited by the buried insulator 802, and as a result, of the gate potential, The component that extends the depletion layer into the layer 812 decreases, and the component that forms the inversion layer of the channel region 809 increases accordingly. Therefore, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristics of the transistor is improved, and the S factor can be improved.
At the same time, as compared with the planar MOSFET, the threshold voltage can be reduced at the same off-state current, so that high driving capability can be realized.

【0003】しかし、このSOI型MOSFETは、チ
ャネル領域809を含む活性層812と基板801とが
埋め込み絶縁体802で分離されているため、動作時に
活性層812中で発生したホットキャリアが基板801
へ放出されない。このため、基板浮遊効果によりドレイ
ン耐圧が低下するという問題がある。
However, in this SOI type MOSFET, since the active layer 812 including the channel region 809 and the substrate 801 are separated by the buried insulator 802, hot carriers generated in the active layer 812 during operation are generated by the substrate 801.
Not released to Therefore, there is a problem that the drain withstand voltage is reduced due to the substrate floating effect.

【0004】これに対して、図24(d)に示すような
擬(Quasi)SOI型MOSFETが提案されてい
る(Nguyen et.al、IEDM92 Tec
h.Dig.、pp.341)。この擬SOI型MOS
FETでは、活性層1012のうちドレイン側部分(半
分)の下方のみに埋め込み絶縁体912が形成され、活
性層1012はソース側でエピタキシャルシリコン10
13を介してシリコン基板1001と導通している。こ
の擬SOI型MOSFETを作製する場合、典型的に
は、図24(a)に示すように、まず比抵抗15Ωcm
のP型シリコン基板1017上に、熱酸化により厚さ
0.6μmの酸化膜1035を形成し、その酸化膜10
35に図示のような基板表面1001aに達する2段の
溝1036を形成する(なお、上段の開口寸法d2は下
段の開口寸法d1の約2倍である。)。次に図24
(b)に示すように、枚葉型ランプヒートASMリアク
タを用いて、温度900℃、雰囲気圧力15torrで
選択エピタキシャル成長法により、2段の溝1036を
完全に埋め込むようにエピタキシャルシリコン層101
3を形成する。成長レートは60Å/sec程度であ
る。次に図24(c)に示すように、ウエステック(W
estech)枚葉ポリッシャである、ナルコ(Nal
co)2354を用いてシリコン研磨を行い、エピタキ
シャルシリコン層1013の表面を平坦に加工する(エ
ピタキシャルシリコン層表面1013aと酸化膜表面1
035aとを一致させる。)。エピタキシャルシリコン
層1013のうち溝1036の上段を埋めた部分が活性
層1012となる。その後、図24(d)に示すよう
に、通常のMOSFETの形成工程を用いて、ゲート絶
縁膜1015およびゲート電極1016からなるゲート
1014と、高濃度ソース領域1005およびソース側
LDD領域1007からなるソース領域1003と、高
濃度ドレイン領域1006およびドレイン側LDD領域
1008からなるドレイン領域1004とを形成する。
On the other hand, a pseudo (Quasi) SOI type MOSFET as shown in FIG. 24D has been proposed (Nguyen et. Al, IEDM92 Tec).
h. Dig. Pp. 341). This pseudo SOI type MOS
In the FET, a buried insulator 912 is formed only below the drain-side portion (half) of the active layer 1012, and the active layer 1012 is formed on the epitaxial silicon 10
13 and the silicon substrate 1001. When fabricating this pseudo SOI MOSFET, typically, first, as shown in FIG.
An oxide film 1035 having a thickness of 0.6 μm is formed on a P-type silicon substrate 1017 by thermal oxidation.
35 to form a two-step groove 1036 reaching the substrate surface 1001a as shown (It should be noted that the upper opening dimension d 2 is about twice that of the lower opening size d 1.). Next, FIG.
As shown in (b), the epitaxial silicon layer 101 is completely buried by a selective epitaxial growth method at a temperature of 900 ° C. and an atmospheric pressure of 15 torr using a single-wafer lamp heat ASM reactor.
Form 3 The growth rate is about 60 ° / sec. Next, as shown in FIG.
estech) Nalco (Nal), a sheet-fed polisher
(Co) 2354 is used to polish silicon, and the surface of the epitaxial silicon layer 1013 is processed flat (the surface of the epitaxial silicon layer 1013a and the surface of the oxide film 1).
035a. ). The portion of the epitaxial silicon layer 1013 that fills the upper stage of the trench 1036 becomes the active layer 1012. Thereafter, as shown in FIG. 24D, the gate 1014 including the gate insulating film 1015 and the gate electrode 1016 and the source including the high-concentration source region 1005 and the source-side LDD region 1007 are formed by using a normal MOSFET forming process. A region 1003 and a drain region 1004 including a high-concentration drain region 1006 and a drain-side LDD region 1008 are formed.

【0005】この擬SOI型MOSFETでは、活性層
1012とシリコン基板1001とが導通しているの
で、基板浮遊効果によりドレイン耐圧が低下するという
現象は生じない。しかし、ソース側とドレイン側とが非
対称に構成されているため、電気特性においても非対称
性が発現するという問題がある。例えば、この擬SOI
型MOSFETのゲート幅を20μm、実効チャネル長
を1.2μm、ゲート1014と埋め込み絶縁体100
2とのオーバラップ長を0.75μmとする。動作条件
としてドレイン電圧を3Vとし、ゲートオーバドライブ
の値を一定にし、しきい値電圧の差を補正するため、ゲ
ート電圧をしきい値電圧より3V大きく設定したとき、
ソースとドレインを入れ換えたときの駆動電流の差が約
1mAあった。また、ゲート電圧をしきい値電圧に等し
く設定したとき、ソースとドレインとの間の耐圧の差が
1.5V以上あった。このため、この擬SOI型MOS
FETの用途は、このような非対称性が無視できる回路
のみに限定されるという問題がある。
In this pseudo-SOI type MOSFET, since the active layer 1012 and the silicon substrate 1001 are conductive, the phenomenon that the drain withstand voltage is lowered due to the substrate floating effect does not occur. However, since the source side and the drain side are configured asymmetrically, there is a problem that asymmetry is exhibited also in electrical characteristics. For example, this pseudo SOI
Type MOSFET has a gate width of 20 μm, an effective channel length of 1.2 μm, a gate 1014 and a buried insulator 100.
The overlap length with No. 2 is set to 0.75 μm. When the drain voltage is set to 3 V as an operating condition, the gate overdrive value is fixed, and the gate voltage is set to 3 V higher than the threshold voltage in order to correct the difference in threshold voltage,
The difference between the drive currents when the source and the drain were exchanged was about 1 mA. When the gate voltage was set equal to the threshold voltage, the difference in withstand voltage between the source and the drain was 1.5 V or more. Therefore, this pseudo SOI type MOS
There is a problem that the application of the FET is limited to only a circuit in which such asymmetry can be ignored.

【0006】別のタイプのMOSFETとして、図23
に示すように、チャネル領域1109の中央部下方に埋
め込み絶縁体1140を有し、かつ対称的な構造をもつ
素子が提案されている(特開平5−206455号公
報)。このMOSFETは、シリコン基板1101上
に、断面メサ状の絶縁体領域1140と、この絶縁体領
域1140の図において左側、右側、上側を取り囲む半
導体領域1110,1111,1112と、半導体領域
1112上に設けられたゲート1114(ゲート絶縁膜
1115およびゲート電極1116を含む)と、半導体
領域1110に隣接するソース領域1103と、半導体
領域1111に隣接するドレイン領域1104を有して
いる。
As another type of MOSFET, FIG.
As shown in JP-A-5-206455, an element having a buried insulator 1140 below the center of a channel region 1109 and having a symmetric structure has been proposed. This MOSFET is provided on a silicon substrate 1101, an insulator region 1140 having a mesa cross section, semiconductor regions 1110, 1111, 1112 surrounding the left, right, and upper sides of the insulator region 1140 in the drawing, and a semiconductor region 1112. A gate region 1114 (including a gate insulating film 1115 and a gate electrode 1116), a source region 1103 adjacent to the semiconductor region 1110, and a drain region 1104 adjacent to the semiconductor region 1111.

【0007】このMOSFETでは、チャネル領域11
09を含む活性領域1112が半導体領域1110,1
111を介してシリコン基板1101と導通しているの
で、基板浮遊効果を防止できる。また、絶縁体領域11
40がチャネル領域1109の中央部に接近して形成さ
れており、ドレイン1104からの空乏層の延びを抑制
するようになっているので、DIBL(ドレイン・イン
デュースト・バリア・ロウワリング)とパンチスルーを
有効に抑制できる。したがって、ドレイン耐圧を高める
ことができる。また、ソース、ドレイン間で対称な構造
を持つので、このMOSFETは、対称性を必要とする
回路にも適用され得る。
In this MOSFET, the channel region 11
09 including the semiconductor region 1110,1
Since it is electrically connected to the silicon substrate 1101 via 111, the substrate floating effect can be prevented. Also, the insulator region 11
40 is formed close to the center of the channel region 1109 and suppresses the extension of the depletion layer from the drain 1104, so that DIBL (drain induced barrier lowering) and punch through Can be effectively suppressed. Therefore, the drain withstand voltage can be increased. Further, since the MOSFET has a symmetric structure between the source and the drain, the MOSFET can be applied to a circuit requiring symmetry.

【0008】しかし、絶縁体領域1140がチャネル方
向全域ではなく中央部に設けられているのみであるた
め、動作時に基板(またはウエル)1101、ソース1
103、ドレイン1104の少なくとも一つと、ゲート
1114との間に電位差が生じるようにしたとき、ゲー
ト1114の電位による活性領域1112内への空乏層
の延びを一部(チャネル領域中央部)しか制限できな
い。このため、Sファクタと駆動能力の望ましい向上が
得られないという問題がある。
However, since the insulator region 1140 is provided only in the central portion, not in the entire region in the channel direction, the substrate (or well) 1101 and the source 1
When a potential difference is generated between at least one of the drain 103 and the drain 1104 and the gate 1114, the extension of the depletion layer into the active region 1112 due to the potential of the gate 1114 can be limited only to a part (the center of the channel region). . For this reason, there is a problem that a desired improvement in the S factor and the driving capability cannot be obtained.

【0009】そこで、この発明の目的は、対称性を必要
とする回路にも適用でき、高いドレイン耐圧と良好なS
ファクタと高駆動能力とを同時に実現できる電界効果ト
ランジスタを提供することにある。
Therefore, the object of the present invention can be applied to a circuit requiring symmetry, and a high drain breakdown voltage and a good S
It is an object of the present invention to provide a field effect transistor capable of realizing both a factor and a high driving capability at the same time.

【0010】また、この発明の目的は、そのような電界
効果トランジスタの製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a field effect transistor.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の電界効果トランジスタは、半導体基板ま
たはウエル領域上に、互いに離間して設けられたソース
領域およびドレイン領域と、上記ソース領域とドレイン
領域との間のチャネル領域を覆うゲートを備えた電界効
果トランジスタにおいて、上記半導体基板またはウエル
領域上に、上記ソース領域の下方の位置からチャネル領
域の下方を通って上記ドレイン領域の下方の位置まで延
在する絶縁体領域を有し、上記ソース領域、ドレイン領
域と上記絶縁体領域との間に、それぞれ上記チャネル領
域の導電型と同じ導電型を持つ半導体領域を有し、上記
チャネル領域と上記半導体基板またはウエル領域とが上
記半導体領域を介して連なっていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a field effect transistor according to the present invention comprises a source region and a drain region provided separately from each other on a semiconductor substrate or a well region; A field-effect transistor having a gate covering a channel region between the drain region and a region under the channel region from a position below the source region on the semiconductor substrate or the well region. A semiconductor region having the same conductivity type as that of the channel region between the source region, the drain region, and the insulator region; The semiconductor substrate or the well region may be continuous via the semiconductor region.

【0012】この発明の電界効果トランジスタは、ソー
ス、ドレイン間で対称な構造を持つので、ソースとドレ
インとを入れ換えて動作させるような対称性を必要とす
る回路にも適用され得る。また、動作時に、ゲートの電
位によるゲートと絶縁体領域との間の領域(以下「活性
領域」という。活性領域はチャネル領域を含む。)内へ
の空乏層の延びが、チャネル方向全域にわたって絶縁体
領域によって制限されるので、ゲート電位のうち、活性
領域内へ空乏層を延ばす成分が減少して、その分だけチ
ャネル領域の反転層を形成する成分が増加する。したが
って、トランジスタのSファクタを改善でき、スイッチ
ング特性を決めるサブスレッショルド特性が向上(オフ
電流を抑制しつつ、しきい値電圧を低く抑えられる)し
て、高駆動能力を実現できる。また、上記ソース領域、
ドレイン領域と上記絶縁体領域との間に、それぞれ上記
チャネル領域の導電型と同じ導電型を持つ半導体領域を
有し、上記チャネル領域と上記半導体基板またはウエル
領域とが上記半導体領域を介して連なっているので、活
性領域と半導体基板またはウエル領域との間で電荷の移
動が可能となる。したがって、基板浮遊効果が生じるこ
とがなく、高いドレイン耐圧を実現できる。その結果、
ソース領域、ドレイン領域にその分だけ高電圧を印加で
き、高速動作が可能となる。
Since the field-effect transistor of the present invention has a symmetric structure between the source and the drain, it can be applied to a circuit that requires symmetry such that the source and the drain are switched and operated. During operation, the depletion layer extends into a region between the gate and the insulator region (hereinafter referred to as an “active region” including the channel region) due to the potential of the gate, so that the insulating region is insulated over the entire region in the channel direction. Since it is limited by the body region, the component of the gate potential that extends the depletion layer into the active region decreases, and the component that forms the inversion layer of the channel region increases accordingly. Therefore, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristics can be improved (the threshold voltage can be kept low while suppressing the off-state current), and high driving capability can be realized. In addition, the source region,
A semiconductor region having the same conductivity type as that of the channel region is provided between the drain region and the insulator region, and the channel region and the semiconductor substrate or the well region are connected via the semiconductor region. Therefore, charge can be transferred between the active region and the semiconductor substrate or the well region. Therefore, a high drain withstand voltage can be realized without the substrate floating effect. as a result,
Higher voltage can be applied to the source region and the drain region correspondingly, and high-speed operation can be performed.

【0013】なお、熱平衡状態または動作時に、ソース
領域またはドレイン領域のいずれか一方から延びる空乏
層が上記絶縁体領域に達して上記半導体領域が空乏化さ
れたり、ゲート電位の影響でゲート側から延びる空乏層
が上記絶縁体領域に達して上記活性領域が完全に空乏化
されたとしても、電荷の移動自体は可能であり、基板浮
遊効果が防止される。
In a thermal equilibrium state or during operation, a depletion layer extending from one of the source region and the drain region reaches the insulator region to deplete the semiconductor region, or extends from the gate side due to a gate potential. Even if the depletion layer reaches the insulator region and the active region is completely depleted, the movement of the charge itself is possible and the substrate floating effect is prevented.

【0014】この発明の電界効果トランジスタの製造方
法は、上記電界効果トランジスタを作製する電界効果ト
ランジスタの製造方法であって、下地シリコン基板、絶
縁体層および単結晶シリコン層をこの順に有するSOI
ウエハに対してフォトリソグラフィおよびエッチングを
行って、上記SOIウエハに上記単結晶シリコン層から
下地シリコン基板まで達する溝を所定の間隔で複数形成
して、上記絶縁体層を複数の絶縁体領域に分離する工程
と、エピタキシャル成長を行って、上記各溝内をエピタ
キシャルシリコンで埋め込む工程と、上記SOIウエハ
の表面側を研磨して、上記単結晶シリコン層の表面と上
記溝内のエピタキシャルシリコンの表面とが同一面をな
すように平坦化する工程と、上記各絶縁体層上に存在す
る単結晶シリコン層上に、ゲート絶縁膜を介してゲート
電極を形成する工程と、ゲート電極をマスクとして上記
単結晶シリコン層の表面に不純物をイオン注入するとと
もにアニールを行って、上記ゲート電極の側方からこの
ゲート電極の直下でかつ上記絶縁体層の上方の位置まで
延在するソース領域、ドレイン領域を形成する工程とを
有することを特徴とする。
A method of manufacturing a field-effect transistor according to the present invention is a method of manufacturing a field-effect transistor for manufacturing the above-mentioned field-effect transistor.
Photolithography and etching are performed on the wafer to form a plurality of grooves at predetermined intervals on the SOI wafer from the single crystal silicon layer to the base silicon substrate, and separate the insulator layer into a plurality of insulator regions. Performing the epitaxial growth, filling the trenches with epitaxial silicon, and polishing the surface side of the SOI wafer so that the surface of the single crystal silicon layer and the surface of the epitaxial silicon in the trenches are formed. Flattening so as to form the same surface, forming a gate electrode on a single crystal silicon layer present on each of the insulator layers via a gate insulating film, and using the gate electrode as a mask to form the single crystal. Impurity is ion-implanted into the surface of the silicon layer and annealing is performed. And characterized by having a step of forming a source region, a drain region extending to a position above the insulator layer.

【0015】この発明の電界効果トランジスタの製造方
法によれば、上記電界効果トランジスタが容易に作製さ
れる。しかも、活性領域(チャネル領域を含む)となる
のは、エピタキシャルシリコン層ではなく、元のSOI
ウエハの単結晶シリコン層であるから、欠陥の少ない活
性領域が設けられる。なお、活性領域をエピタキシャル
シリコンで構成すると、そのエピタキシャルシリコン中
の転位や粒界等の欠陥(エピタキシャル成長時に発生す
る)によって、電流駆動能力の低下が問題となることが
ある。
According to the method for manufacturing a field effect transistor of the present invention, the field effect transistor can be easily manufactured. Moreover, the active region (including the channel region) is not the epitaxial silicon layer but the original SOI.
Since the wafer is a single crystal silicon layer, an active region with few defects is provided. When the active region is formed of epitaxial silicon, a problem such as a dislocation or a grain boundary in the epitaxial silicon (which occurs during epitaxial growth) may cause a problem of a reduction in current driving capability.

【0016】一実施形態の電界効果トランジスタは、上
記電界効果トランジスタにおいて、上記チャネル領域下
方を通る絶縁体領域から離間し、かつ上記ソース領域、
ドレイン領域の下部に接する位置にそれぞれ第二、第三
の絶縁体領域を有することを特徴とする。
In one embodiment, the field-effect transistor is different from the field-effect transistor in that it is separated from an insulator region passing below the channel region and the source region,
The semiconductor device is characterized by having second and third insulator regions at positions contacting the lower part of the drain region.

【0017】この一実施形態の電界効果トランジスタで
は、上記チャネル領域下方を通る絶縁体領域から離間
し、かつ上記ソース領域、ドレイン領域の下部に接する
位置にそれぞれ第二、第三の絶縁体領域を有するので、
ソース領域、ドレイン領域全部が半導体領域に接してい
る場合に比して、上記ソース領域、ドレイン領域に関す
る接合容量が低下する。したがって、さらに高速動作が
可能となる。
In the field-effect transistor according to this embodiment, the second and third insulator regions are spaced apart from the insulator region passing below the channel region and are in contact with the lower portions of the source region and the drain region, respectively. Have
The junction capacitance of the source region and the drain region is lower than when the entire source region and the drain region are in contact with the semiconductor region. Therefore, higher-speed operation is possible.

【0018】一実施形態の電界効果トランジスタの製造
方法は、上記電界効果トランジスタの製造方法におい
て、上記複数の溝を形成して上記絶縁体層を複数の絶縁
体領域に分離する工程で、上記チャネル領域下方を通る
絶縁体領域と、この絶縁体領域から離間し、かつ上記ソ
ース領域、ドレイン領域の下部にそれぞれ配置されるべ
き第二、第三の絶縁体領域とを形成するように、上記溝
の間隔を設定することを特徴とする。
In one embodiment of the present invention, in the method for manufacturing a field-effect transistor, the step of forming the plurality of grooves and separating the insulator layer into a plurality of insulator regions comprises the step of: The groove is formed so as to form an insulator region passing below the region and second and third insulator regions that are separated from the insulator region and are to be arranged below the source region and the drain region, respectively. Is set.

【0019】この一実施形態の電界効果トランジスタの
製造方法によれば、いたずらに工程数を増やすことな
く、上記一実施形態の電界効果トランジスタが容易に作
製される。
According to the method of manufacturing the field effect transistor of the embodiment, the field effect transistor of the embodiment can be easily manufactured without unnecessarily increasing the number of steps.

【0020】一実施形態の電界効果トランジスタは、上
記電界効果トランジスタにおいて、上記ゲート電極の電
位に応じて、ゲート電極側から下方の絶縁体領域へ空乏
層が到達するようになっていることを特徴とする。
In one embodiment, in the field effect transistor, a depletion layer reaches the lower insulator region from the gate electrode according to the potential of the gate electrode. And

【0021】この一実施形態の電界効果トランジスタで
は、ゲート電極の電位に応じて、ゲート電極側から下方
の絶縁体領域へ空乏層が到達して空乏層の延びが制限さ
れる。したがって、ゲート電位のうち、活性領域内へ空
乏層を延ばす成分が減少して、その分だけチャネル領域
の反転層を形成する成分が増加する。この結果、トラン
ジスタのSファクタを改善でき、スイッチング特性を決
めるサブスレッショルド特性が向上して、高駆動能力を
実現できる。
In the field effect transistor of this embodiment, the depletion layer reaches the lower insulator region from the gate electrode side according to the potential of the gate electrode, and the extension of the depletion layer is limited. Therefore, the component of the gate potential that extends the depletion layer into the active region decreases, and the component that forms the inversion layer of the channel region increases accordingly. As a result, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristics that determine the switching characteristics are improved, and high driving capability can be realized.

【0022】また、一実施形態の電界効果トランジスタ
は、上記電界効果トランジスタにおいて、上記ソース領
域、ドレイン領域は、それぞれ上記ゲートの側方に離間
して設けられた或る接合深さを持つ高濃度領域と、この
高濃度領域よりも浅い接合深さを持ち、上記高濃度領域
のゲート側端部からゲート直下の位置まで延在するLD
D領域とからなり、上記チャネル領域下方を通る絶縁体
領域の両端はそれぞれソース側LDD領域、ドレイン側
LDD領域の下方の位置で止まり、かつ上記絶縁体領域
の上面のレベルが上記各高濃度領域の接合深さよりも浅
いレベルにあることを特徴とする。
In one embodiment of the field effect transistor, the source region and the drain region are each formed of a high-concentration semiconductor having a certain junction depth provided at a side of the gate. Region and a LD having a junction depth shallower than the high-concentration region and extending from a gate-side end of the high-concentration region to a position immediately below the gate.
D region, both ends of the insulator region passing below the channel region stop at positions below the source-side LDD region and the drain-side LDD region, respectively, and the level of the upper surface of the insulator region is set to each of the high-concentration regions. Characterized by being at a level shallower than the junction depth.

【0023】この一実施形態の電界効果トランジスタで
は、チャネル領域下方を通る絶縁体領域の上面のレベル
がソース領域、ドレイン領域をなす各高濃度領域の接合
深さよりも浅いレベルにあるので、ゲート電極の電位に
応じて、ゲート電極側から下方の絶縁体領域へ空乏層が
容易に到達して空乏層の延びが強く制限される。したが
って、ゲート電位のうち、活性領域内へ空乏層を延ばす
成分がさらに減少して、その分だけチャネル領域の反転
層を形成する成分が増加する。この結果、トランジスタ
のSファクタを改善でき、スイッチング特性を決めるサ
ブスレッショルド特性がさらに向上して、高駆動能力を
実現できる。
In the field effect transistor of this embodiment, the level of the upper surface of the insulator region passing below the channel region is lower than the junction depth of each of the high-concentration regions forming the source region and the drain region. , The depletion layer easily reaches the lower insulator region from the gate electrode side, and the extension of the depletion layer is strongly restricted. Therefore, the component of the gate potential that extends the depletion layer into the active region further decreases, and the component that forms the inversion layer of the channel region increases accordingly. As a result, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristic can be further improved, and high driving capability can be realized.

【0024】また、高濃度ソース領域近傍からチャネル
領域の下方を通り、高濃度ドレイン領域の近傍まで絶縁
体領域が存在するので、ドレイン領域からの空乏層の延
びを効率よく制限できる。したがって、DIBL(ドレ
イン・インデュースト・バリア・ロウワリング)やパン
チスルーを抑制でき、さらな微細化を実行できる。
Further, since the insulator region exists from near the high-concentration source region to below the channel region and near the high-concentration drain region, the extension of the depletion layer from the drain region can be efficiently restricted. Therefore, DIBL (Drain Induced Barrier Lowering) and punch-through can be suppressed, and further miniaturization can be performed.

【0025】この発明の電界効果トランジスタの製造方
法は、表面に断面凹状の溝を有する半導体基板上に絶縁
体を全面に堆積して、上記溝を絶縁体で埋め込む工程
と、上記半導体基板の表面側を研磨して、上記半導体基
板の表面と上記溝内の絶縁体の表面とが同一面をなすよ
うに平坦化する工程と、上記半導体基板に対して上記絶
縁体の表面側部分を選択的にエッチングして、上記溝の
底部に平坦な表面を持つ絶縁体を残す工程と、エピタキ
シャル成長を行って、少なくとも上記溝内の絶縁体表面
とシリコン側壁とに沿って、略均一な厚さで断面凹状に
単結晶シリコン層を成長させる工程と、少なくとも上記
単結晶シリコン層がつくる凹部の内面に沿って、略均一
な厚さで断面凹状に不純物を含む絶縁体を堆積する工程
と、上記絶縁体を異方性エッチングして、上記断面凹状
の絶縁体の底部を除去し、残された絶縁体からなる側壁
の間の隙間に上記単結晶シリコン層を露出させる工程
と、酸化を行って、上記隙間に露出した単結晶シリコン
層の表面にゲート酸化膜を形成するとともに、上記絶縁
体側壁中の不純物をこの絶縁体側壁と接触している上記
単結晶シリコン層の内面部分に拡散させてソース領域、
ドレイン領域の少なくとも一部を形成する工程と、上記
絶縁体側壁の間の隙間を埋めるようにゲート電極を形成
する工程を有することを特徴とする。
According to the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, a step of depositing an insulator over the entire surface of a semiconductor substrate having a groove with a concave cross section on the surface and filling the groove with the insulator is provided. Polishing the side to planarize the surface of the semiconductor substrate and the surface of the insulator in the groove so as to be flush with each other; A step of leaving an insulator having a flat surface at the bottom of the groove, and performing epitaxial growth to form a cross section with a substantially uniform thickness at least along the insulator surface and the silicon sidewall in the groove. A step of growing a single-crystal silicon layer in a concave shape, a step of depositing an insulator containing impurities with a substantially uniform thickness and a concave cross-section along at least the inner surface of the concave portion formed by the single-crystal silicon layer, Different Etching to remove the bottom of the insulator having a concave cross section and exposing the single crystal silicon layer to the gap between the sidewalls made of the remaining insulator; and performing oxidation to expose the single crystal silicon layer to the gap. Forming a gate oxide film on the surface of the formed single crystal silicon layer, and diffusing impurities in the insulator side wall into the inner surface portion of the single crystal silicon layer in contact with the insulator side wall,
A step of forming at least a part of the drain region; and a step of forming a gate electrode so as to fill a gap between the insulator side walls.

【0026】この発明の電界効果トランジスタの製造方
法によれば、対称性を必要とする回路にも適用でき、高
いドレイン耐圧と良好なSファクタと高駆動能力とを同
時に実現できる電界効果トランジスタが作製される。す
なわち、この発明により作製された電界効果トランジス
タは、ソース、ドレイン間で対称な構造を持つので、ソ
ースとドレインとを入れ換えて動作させるような対称性
を必要とする回路にも適用され得る。また、動作時に、
ゲートの電位による活性領域内への空乏層の延びが、チ
ャネル方向全域にわたって絶縁体領域によって制限され
るので、ゲート電位のうち、活性領域内へ空乏層を延ば
す成分が減少して、その分だけチャネル領域の反転層を
形成する成分が増加する。したがって、トランジスタの
Sファクタを改善でき、スイッチング特性を決めるサブ
スレッショルド特性が向上して、高駆動能力を実現でき
る。また、上記単結晶シリコン層の上記内面部分のソー
ス領域、ドレイン領域と上記絶縁体領域との間に、それ
ぞれ上記単結晶シリコン層のうち不純物が拡散されてい
ない部分(半導体領域)が残り、チャネル領域と上記半
導体基板とが上記半導体領域を介して連なっているの
で、活性領域と半導体基板との間で電荷の移動が可能と
なる。したがって、基板浮遊効果が生じることがなく、
高いドレイン耐圧を実現できる。その結果、ソース領
域、ドレイン領域にその分だけ高電圧を印加でき、高速
動作が可能となる。
According to the method for manufacturing a field effect transistor of the present invention, a field effect transistor which can be applied to a circuit requiring symmetry and can simultaneously realize a high drain withstand voltage, a good S factor and a high driving capability can be manufactured. Is done. That is, since the field effect transistor manufactured according to the present invention has a symmetric structure between the source and the drain, the field effect transistor can be applied to a circuit that requires symmetry such that the source and the drain are switched and operated. Also, during operation,
Since the extension of the depletion layer into the active region due to the gate potential is limited by the insulator region over the entire channel direction, the component of the gate potential that extends the depletion layer into the active region is reduced, and the component is accordingly reduced. The components forming the inversion layer in the channel region increase. Therefore, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristic can be improved, and high driving capability can be realized. Further, a portion (semiconductor region) of the single crystal silicon layer where impurities are not diffused remains between the source region and the drain region of the inner surface portion of the single crystal silicon layer and the insulator region, and a channel Since the region and the semiconductor substrate are connected to each other via the semiconductor region, charge can be transferred between the active region and the semiconductor substrate. Therefore, the substrate floating effect does not occur,
High drain withstand voltage can be realized. As a result, a higher voltage can be applied to the source region and the drain region, and high-speed operation can be performed.

【0027】また、この発明の電界効果トランジスタの
製造方法によれば、断面凹状の溝内に絶縁体を形成する
とき、フォトリソグラフィを行うことなく、上記溝に対
して自己整合的に形成できる。また、ソース領域、ドレ
イン領域を拡散形成するとき、および、ゲートを形成す
るときも、フォトリソグラフィを行うことなく、上記溝
に対して自己整合的(単結晶シリコン層や絶縁体側壁を
介して間接的にではあるが)に形成できる。したがっ
て、上述の電界効果トランジスタを容易に作製できる。
According to the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, when an insulator is formed in a groove having a concave cross section, the insulator can be formed in a self-aligned manner without performing photolithography. Also, when the source region and the drain region are formed by diffusion and when the gate is formed, the grooves are self-aligned (indirectly via a single crystal silicon layer or an insulator side wall) without performing photolithography. (Although it is possible to form it). Therefore, the above-described field-effect transistor can be easily manufactured.

【0028】この発明の電界効果トランジスタの製造方
法は、表面に断面凹状の溝を有する半導体基板に、酸素
イオンを所定の注入エネルギで注入して、上記溝の底面
から半導体基板中に所定距離だけ入った深さレベルに上
記溝の底面と平行に延在する第一の酸素イオン注入領域
を形成するとともに、上記溝外で上記溝の下部よりも上
方の深さレベルに第二の酸素イオン注入領域を形成する
工程と、アニールを行って上記第一、第二の酸素イオン
注入領域中の酸素と半導体基板材料とを反応させて、上
記第一、第二の酸素イオン注入領域をそれぞれ第一、第
二の絶縁体領域に変化させる工程と、上記半導体基板の
表面側を研磨して、上記溝の下部を残しながら上記第二
の絶縁体領域を除去する工程と、少なくとも上記残され
た溝の内面に沿って、略均一な厚さで断面凹状に不純物
を含む絶縁体を堆積する工程と、上記絶縁体を異方性エ
ッチングして、上記断面凹状の絶縁体の底部を除去し、
残された絶縁体からなる側壁の間の隙間に上記溝の底面
を露出させる工程と、酸化を行って、上記隙間に露出し
た溝の底面にゲート酸化膜を形成するとともに、上記絶
縁体側壁中の不純物をこの絶縁体側壁と接触している上
記溝の内面部分に拡散させてソース領域、ドレイン領域
の少なくとも一部を形成する工程と、上記絶縁体側壁の
間の隙間を埋めるようにゲート電極を形成する工程を有
することを特徴とする。
According to a method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, oxygen ions are implanted into a semiconductor substrate having a groove having a concave cross section on the surface at a predetermined implantation energy, and a predetermined distance from the bottom of the groove into the semiconductor substrate. Forming a first oxygen ion implantation region extending in parallel with the bottom surface of the groove at a depth level entered, and implanting a second oxygen ion region at a depth level outside the groove and above a lower portion of the groove; Forming a region, annealing and reacting oxygen in the first and second oxygen ion implanted regions with the semiconductor substrate material to form the first and second oxygen ion implanted regions respectively in the first and second oxygen ion implanted regions; Changing the second insulator region, polishing the surface side of the semiconductor substrate, removing the second insulator region while leaving the lower portion of the groove, and at least the remaining groove Along the inside of , Depositing an insulator containing impurities in concave section with a substantially uniform thickness, anisotropically etching the insulator to remove the bottom of the concave cross section of the insulator,
Exposing the bottom surface of the groove in the gap between the sidewalls made of the remaining insulator; performing oxidation to form a gate oxide film on the bottom surface of the groove exposed in the gap; Forming a source region and a drain region at least in part by diffusing the impurities of the type described above into the inner surface of the trench in contact with the insulator side wall; and forming a gate electrode so as to fill a gap between the insulator side walls. Is formed.

【0029】この発明の電界効果トランジスタの製造方
法によれば、対称性を必要とする回路にも適用でき、高
いドレイン耐圧と良好なSファクタと高駆動能力とを同
時に実現できる電界効果トランジスタが作製される。す
なわち、この発明により作製された電界効果トランジス
タは、ソース、ドレイン間で対称な構造を持つので、ソ
ースとドレインとを入れ換えて動作させるような対称性
を必要とする回路にも適用され得る。また、動作時に、
ゲートの電位による活性領域内への空乏層の延びが、チ
ャネル方向全域にわたって絶縁体領域によって制限され
るので、ゲート電位のうち、活性領域内へ空乏層を延ば
す成分が減少して、その分だけチャネル領域の反転層を
形成する成分が増加する。したがって、トランジスタの
Sファクタを改善でき、スイッチング特性を決めるサブ
スレッショルド特性が向上して、高駆動能力を実現でき
る。また、上記溝の内面部分のソース領域、ドレイン領
域と上記絶縁体領域との間に、それぞれ半導体基板材料
のうち不純物が拡散されていない部分(半導体領域)が
残り、チャネル領域と上記絶縁体領域の下方の半導体基
板とが上記半導体領域を介して連なっているので、活性
領域と上記絶縁体領域の下方の半導体基板との間で電荷
の移動が可能となる。したがって、基板浮遊効果が生じ
ることがなく、高いドレイン耐圧を実現できる。その結
果、ソース領域、ドレイン領域にその分だけ高電圧を印
加でき、高速動作が可能となる。しかも、活性領域(チ
ャネル領域を含む)となるのは、エピタキシャルシリコ
ン層ではなく、元の半導体基板材料であるから、欠陥の
少ない活性領域が設けられる。したがって、さらに電流
駆動能力を改善できる。
According to the method for manufacturing a field effect transistor of the present invention, a field effect transistor which can be applied to a circuit requiring symmetry and which can simultaneously realize a high drain withstand voltage, a good S factor and a high driving capability is manufactured. Is done. That is, since the field effect transistor manufactured according to the present invention has a symmetric structure between the source and the drain, the field effect transistor can be applied to a circuit that requires symmetry such that the source and the drain are switched and operated. Also, during operation,
Since the extension of the depletion layer into the active region due to the gate potential is limited by the insulator region over the entire channel direction, the component of the gate potential that extends the depletion layer into the active region is reduced, and the component is accordingly reduced. The components forming the inversion layer in the channel region increase. Therefore, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristic can be improved, and high driving capability can be realized. Further, a portion (semiconductor region) of the semiconductor substrate material where impurities are not diffused remains between the source region and the drain region of the inner surface portion of the groove and the insulator region, and the channel region and the insulator region Is connected to the semiconductor substrate below the semiconductor region via the semiconductor region, so that charges can be transferred between the active region and the semiconductor substrate below the insulator region. Therefore, a high drain withstand voltage can be realized without the substrate floating effect. As a result, a higher voltage can be applied to the source region and the drain region, and high-speed operation can be performed. In addition, since the active region (including the channel region) is not the epitaxial silicon layer but the original semiconductor substrate material, an active region with few defects is provided. Therefore, the current driving capability can be further improved.

【0030】また、この発明の電界効果トランジスタの
製造方法によれば、断面凹状の溝の下方に絶縁体領域を
形成するとき、および、ソース領域、ドレイン領域を拡
散形成するとき、フォトリソグラフィを行うことなく、
上記溝に対して自己整合的に形成できる。また、ゲート
を形成するときも、フォトリソグラフィを行うことな
く、上記溝に対して自己整合的(絶縁体側壁を介して間
接的にではあるが)に形成できる。したがって、上述の
電界効果トランジスタを容易に作製できる。
According to the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, photolithography is performed when forming an insulator region below a groove having a concave cross section and when forming a source region and a drain region by diffusion. Without
The groove can be formed in a self-aligned manner. Also, when the gate is formed, the gate can be formed in a self-aligned manner (although indirectly via the insulator side wall) without performing photolithography. Therefore, the above-described field-effect transistor can be easily manufactured.

【0031】この発明の電界効果トランジスタの製造方
法は、表面に断面凹状の溝を有する半導体基板に、フォ
トリソグラフィを行って上記溝に対応する開口を有する
レジストパターンを形成する工程と、上記レジストパタ
ーンをマスクとして上記半導体基板の表面に酸素イオン
を所定の注入エネルギで注入して、上記溝の底面から半
導体基板中に所定距離だけ入った深さレベルに上記溝の
底面と平行に延在する酸素イオン注入領域を形成する工
程と、アニールを行って上記酸素イオン注入領域中の酸
素と半導体基板材料とを反応させて、上記酸素イオン注
入領域を絶縁体領域に変化させる工程と、上記レジスト
パターンを除去した後、少なくとも上記溝の内面に沿っ
て、略均一な厚さで断面凹状に不純物を含む絶縁体を堆
積する工程と、上記絶縁体を異方性エッチングして、上
記断面凹状の絶縁体の底部を除去し、残された絶縁体か
らなる側壁の間の隙間に上記溝の底面を露出させる工程
と、酸化を行って、上記隙間に露出した溝の底面にゲー
ト酸化膜を形成するとともに、上記絶縁体側壁中の不純
物をこの絶縁体側壁と接触している上記溝の内面部分に
拡散させてソース領域、ドレイン領域の少なくとも一部
を形成する工程と、上記絶縁体側壁の間の隙間を埋める
ようにゲート電極を形成する工程を有することを特徴と
する。
According to the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, a step of forming a resist pattern having an opening corresponding to the groove by performing photolithography on a semiconductor substrate having a groove having a concave cross section on the surface; Oxygen ions are implanted into the surface of the semiconductor substrate at a predetermined implantation energy using the mask as a mask, and oxygen extending parallel to the bottom surface of the groove at a depth level that is a predetermined distance from the bottom surface of the groove into the semiconductor substrate. Forming an ion-implanted region, annealing to cause oxygen in the oxygen-ion-implanted region to react with a semiconductor substrate material to change the oxygen-ion-implanted region into an insulator region, and After removing, at least along the inner surface of the groove, a step of depositing an insulator containing impurities with a substantially uniform thickness in a concave cross section, Anisotropically etching the insulator, removing the bottom of the insulator having a concave cross-section, exposing the bottom surface of the groove to the gap between the sidewalls made of the remaining insulator, and performing oxidation, A gate oxide film is formed on the bottom surface of the groove exposed in the gap, and impurities in the insulator side wall are diffused into an inner surface portion of the groove in contact with the insulator side wall to form at least a source region and a drain region. A step of forming a part and a step of forming a gate electrode so as to fill a gap between the insulator side walls.

【0032】この発明の電界効果トランジスタの製造方
法によれば、対称性を必要とする回路にも適用でき、高
いドレイン耐圧と良好なSファクタと高駆動能力とを同
時に実現できる電界効果トランジスタが作製される。す
なわち、この発明により作製された電界効果トランジス
タは、ソース、ドレイン間で対称な構造を持つので、ソ
ースとドレインとを入れ換えて動作させるような対称性
を必要とする回路にも適用され得る。また、動作時に、
ゲートの電位による活性領域内への空乏層の延びが、チ
ャネル方向全域にわたって絶縁体領域によって制限され
るので、ゲート電位のうち、活性領域内へ空乏層を延ば
す成分が減少して、その分だけチャネル領域の反転層を
形成する成分が増加する。したがって、トランジスタの
Sファクタを改善でき、スイッチング特性を決めるサブ
スレッショルド特性が向上して、高駆動能力を実現でき
る。また、上記溝の内面部分のソース領域、ドレイン領
域と上記絶縁体領域との間に、それぞれ半導体基板材料
のうち不純物が拡散されていない部分(半導体領域)が
残り、チャネル領域と上記絶縁体領域の下方の半導体基
板とが上記半導体領域を介して連なっているので、活性
領域と上記絶縁体領域の下方の半導体基板との間で電荷
の移動が可能となる。したがって、基板浮遊効果が生じ
ることがなく、高いドレイン耐圧を実現できる。その結
果、ソース領域、ドレイン領域にその分だけ高電圧を印
加でき、高速動作が可能となる。したがって、さらに電
流駆動能力を改善できる。
According to the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, a field effect transistor which can be applied to a circuit requiring symmetry and which can simultaneously realize a high drain withstand voltage, a good S factor and a high driving capability can be manufactured. Is done. That is, since the field effect transistor manufactured according to the present invention has a symmetric structure between the source and the drain, the field effect transistor can be applied to a circuit that requires symmetry such that the source and the drain are switched and operated. Also, during operation,
Since the extension of the depletion layer into the active region due to the gate potential is limited by the insulator region over the entire channel direction, the component of the gate potential that extends the depletion layer into the active region is reduced, and the component is accordingly reduced. The components forming the inversion layer in the channel region increase. Therefore, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristic can be improved, and high driving capability can be realized. Further, a portion (semiconductor region) of the semiconductor substrate material where impurities are not diffused remains between the source region and the drain region of the inner surface portion of the groove and the insulator region, and the channel region and the insulator region Is connected to the semiconductor substrate below the semiconductor region via the semiconductor region, so that charges can be transferred between the active region and the semiconductor substrate below the insulator region. Therefore, a high drain withstand voltage can be realized without the substrate floating effect. As a result, a higher voltage can be applied to the source region and the drain region, and high-speed operation can be performed. Therefore, the current driving capability can be further improved.

【0033】また、この発明の電界効果トランジスタの
製造方法によれば、断面凹状の溝の下方に絶縁体領域を
形成するとき、および、ソース領域、ドレイン領域を拡
散形成するとき、フォトリソグラフィを行うことなく、
上記溝に対して自己整合的に形成できる。また、ゲート
を形成するときも、フォトリソグラフィを行うことな
く、上記溝に対して自己整合的(絶縁体側壁を介して間
接的にではあるが)に形成できる。したがって、上述の
電界効果トランジスタを容易に作製できる。
According to the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, photolithography is performed when forming an insulator region below a groove having a concave cross section and when forming a source region and a drain region by diffusion. Without
The groove can be formed in a self-aligned manner. Also, when the gate is formed, the gate can be formed in a self-aligned manner (although indirectly via the insulator side wall) without performing photolithography. Therefore, the above-described field-effect transistor can be easily manufactured.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

【0035】(第1実施形態)図1は、一実施形態のN
MOSトランジスタを示している。このNMOSトラン
ジスタは、p型シリコン基板101上に、互いに離間し
て設けられたn型ソース領域103およびn型ドレイン
領域104と、上記ソース領域103とドレイン領域1
04との間のp型チャネル領域109を覆うゲート11
4を備えている。ソース領域103は、図においてゲー
ト114の左側方に離間して設けられた或る接合深さを
持つ高濃度ソース領域105と、この高濃度ソース領域
105よりも浅い接合深さを持ち、高濃度ソース領域1
05のゲート側端部からゲート直下の位置まで延在する
ソース側LDD領域107とからなっている。ドレイン
領域104は、ゲート114の右側方に離間して設けら
れた或る接合深さを持つ高濃度ドレイン領域106と、
この高濃度ドレイン領域106よりも浅い接合深さを持
ち、高濃度ドレイン領域106のゲート側端部からゲー
ト直下の位置まで延在するドレイン側LDD領域108
とからなっている。
(First Embodiment) FIG.
The figure shows a MOS transistor. This NMOS transistor includes an n-type source region 103 and an n-type drain region 104 provided on a p-type silicon substrate 101 at a distance from each other, and the source region 103 and the drain region 1
04 covering the p-type channel region 109 between
4 is provided. The source region 103 has a high-concentration source region 105 having a certain junction depth, which is provided on the left side of the gate 114 in the drawing and a junction depth shallower than the high-concentration source region 105. Source area 1
And a source-side LDD region 107 extending from the gate-side end portion 05 to a position immediately below the gate. The drain region 104 includes a high-concentration drain region 106 having a certain junction depth and spaced to the right of the gate 114.
A drain-side LDD region 108 having a junction depth smaller than that of the high-concentration drain region 106 and extending from a gate-side end of the high-concentration drain region 106 to a position immediately below the gate.
It consists of

【0036】上記シリコン基板101上には、ソース側
LDD領域107の下方の位置からチャネル領域109
の下方を通ってドレイン側LDD領域108の下方の位
置まで延在する埋めこみ絶縁体領域102が設けられて
いる。絶縁体領域102の上面のレベルは、高濃度ソー
ス領域105、高濃度ドレイン領域106の接合深さよ
りも浅いレベルにある。これによって、ゲート114と
絶縁体領域102との間の活性領域112(チャネル領
域を含む。)の厚さtが規定されている。
On the silicon substrate 101, a channel region 109 is formed from a position below the source side LDD region 107.
And a buried insulator region 102 extending to a position below the drain side LDD region 108 is provided. The level of the upper surface of the insulator region 102 is lower than the junction depth of the high-concentration source region 105 and the high-concentration drain region 106. This defines the thickness t of the active region 112 (including the channel region) between the gate 114 and the insulator region 102.

【0037】ソース側LDD領域107,高濃度ソース
領域105と絶縁体領域102の左上コーナ部との間に
p型の半導体領域110a,110bが存在し、ドレイ
ン側LDD領域108,高濃度ドレイン領域106と絶
縁体領域102の右上コーナ部との間にp型の半導体領
域111a,111bが存在している。この結果、チャ
ネル領域109とシリコン基板101とがそれらと同じ
導電型の半導体領域110a,110bおよび111
a,111bを介して連なっている。
There are p-type semiconductor regions 110a and 110b between the source-side LDD region 107, the high-concentration source region 105 and the upper left corner of the insulator region 102, and the drain-side LDD region 108 and the high-concentration drain region 106 There are p-type semiconductor regions 111a and 111b between the semiconductor region and the upper right corner of the insulator region 102. As a result, the channel region 109 and the silicon substrate 101 have the same conductivity type as the semiconductor regions 110a, 110b, and 111.
a, 111b.

【0038】このトランジスタのディメンジョンは次の
通りに設定されている。まず、ゲート114長は2μm
程度である。なお、このような「程度」という表現は、
設定誤差の範囲を示している(以下同様。)。また、ゲ
ート酸化膜115の厚さは100Å程度、活性層112
の厚さtは510Å程度、埋め込み絶縁体領域102の
厚さは1μm程度、埋め込み絶縁体領域とソース/ドレ
イン領域との間の半導体領域110a,110bおよび
111a,111bの幅dは500Å程度である。高濃
度ソース/ドレイン領域105、106の接合深さは1
100Å程度、その不純物濃度は3×1020cm-3
度、LDD領域107、108の接合深さは360Å程
度、その不純物濃度6×1019cm-3程度である。チャ
ネル領域109の不純物濃度は3×1017cm-3程度に
設定されている。
The dimensions of this transistor are set as follows. First, the length of the gate 114 is 2 μm
It is about. The expression "degree"
The range of the setting error is shown (the same applies hereinafter). Further, the thickness of the gate oxide film 115 is about 100
Is about 510 °, the thickness of the buried insulator region 102 is about 1 μm, and the width d of the semiconductor regions 110a, 110b and 111a, 111b between the buried insulator region and the source / drain region is about 500 °. . The junction depth of the high concentration source / drain regions 105 and 106 is 1
The impurity concentration is about 100 °, the impurity concentration is about 3 × 10 20 cm −3 , the junction depth of the LDD regions 107 and 108 is about 360 °, and the impurity concentration is about 6 × 10 19 cm −3 . The impurity concentration of the channel region 109 is set to about 3 × 10 17 cm −3 .

【0039】この実施形態のトランジスタでは、半導体
領域110a,110bおよび111a,111bのお
陰でチャネル領域109とシリコン基板101とが絶縁
されることがなく、少なくとも一方の半導体領域を通し
て、チャネル領域109からホットキャリアを効率良く
シリコン基板101に放出することができる。ディメン
ジョンにおいては、ドレイン耐圧は8V以上あり、高い
ドレイン耐圧を得ることができる。なお、同じディメン
ジョンのSOI型MOSFETでは、活性層112中で
発生したホットキャリアが基板に放出されず活性層内に
蓄積されるため、ドレイン耐圧は4V程度しかない。よ
って、本実施形態のトランジスタでは、ドレイン耐圧を
4V程度改善できたことになる。
In the transistor of this embodiment, the channel region 109 and the silicon substrate 101 are not insulated by the semiconductor regions 110a, 110b and 111a, 111b. Carriers can be efficiently released to the silicon substrate 101. In the dimension, the drain withstand voltage is 8 V or more, and a high drain withstand voltage can be obtained. In an SOI MOSFET having the same dimensions, hot carriers generated in the active layer 112 are accumulated in the active layer without being released to the substrate. Therefore, the drain withstand voltage is only about 4 V. Therefore, in the transistor of this embodiment, the drain withstand voltage can be improved by about 4 V.

【0040】また、この実施形態のトランジスタは、擬
SOI型MOSFETとは異なり、左右対称な構造を持
つので、電気的にも対称性が保証される。よって、パス
トランジスタ回路の様に、ソースとドレインを入れ換え
て動作するような対称性を必要とする回路にも、良好に
適用できる。
Further, since the transistor of this embodiment has a symmetrical structure unlike the pseudo SOI type MOSFET, the symmetry is guaranteed electrically. Therefore, the present invention can be favorably applied to a circuit that requires symmetry, such as a pass transistor circuit, which operates by exchanging a source and a drain.

【0041】さらに、活性層112に存在する空乏層
は、チャネル領域109に反転層が形成され始めた時に
は、最大空乏層幅Wmaxに達しており、そのWmax
は次式(1)のように定義される。
Further, the depletion layer existing in active layer 112 reaches the maximum depletion layer width Wmax when the inversion layer starts to be formed in channel region 109, and the maximum depletion layer width Wmax is reached.
Is defined as in the following equation (1).

【0042】[0042]

【数1】 ここで、εSは半導体の比誘電率(Siの場合11.
9)、ε0は真空の誘電率(8.85×10-14F/c
m)である。kはボルツマン定数(1.38×10- 23
J/K)、Tは絶対温度、niは真性キャリヤ密度(T
=300K,Siの場合1.45×1010cm-3)、q
は素電荷(1.60×10-19C)、Naはチャネル不
純物濃度である。
(Equation 1) Here, ε S is the relative dielectric constant of the semiconductor (11.
9), ε 0 is the dielectric constant of vacuum (8.85 × 10 −14 F / c)
m). k is Boltzmann's constant (1.38 × 10 - 23
J / K), T is absolute temperature, ni is intrinsic carrier density (T
= 300K, Si 1.45 × 10 10 cm -3 ), q
Is the elementary charge (1.60 × 10 −19 C), and Na is the channel impurity concentration.

【0043】絶対温度Tとして300K、チャネル不純
物濃度Naとして本実施形態におけるチャネル領域10
9の不純物濃度3×1017cm-3を用いると、(1)式
より、最大空乏層幅Wmaxは約620Åになる。活性
層112の厚さが510Å程度であるから、この実施形
態のトランジスタは、動作時に、活性層112が完全に
空乏化している。したがって、ゲート電位のうち、活性
層112内の空乏層を延ばす成分が減少し、その分だけ
チャネル領域109の反転層を形成する成分が増加す
る。この結果、完全空乏型のデバイス特性が得られ、S
ファクタを向上でき、高駆動能力を達成できる。
The absolute temperature T is 300 K, and the channel impurity concentration Na is
When an impurity concentration of 3 × 10 17 cm −3 of 9 is used, the maximum depletion layer width Wmax is about 620 ° from the equation (1). Since the thickness of the active layer 112 is about 510 °, in the transistor of this embodiment, the active layer 112 is completely depleted during operation. Therefore, the component of the gate potential that extends the depletion layer in active layer 112 decreases, and the component that forms the inversion layer of channel region 109 increases accordingly. As a result, fully depleted device characteristics are obtained, and S
Factor can be improved, and high driving capability can be achieved.

【0044】また、完全空乏化するためには、最大空乏
層幅Wmaxが510Å以下にならないように、チャネ
ル不純物濃度Naを設定する必要がある。本実施形態の
ディメンジョンならば、チャネル不純物濃度Naは4.
5×1017cm-3以下でなければならない。また、活性
層112の厚さを変えた場合は、チャネル不純物濃度N
aは、式(1)における最大空乏層幅Wmaxが活性層
112の厚さ以下にならない範囲で設定すれば、活性層
を完全空乏化することができ、Sファクタを向上でき、
高駆動能力を達成できる。
For complete depletion, it is necessary to set the channel impurity concentration Na so that the maximum depletion layer width Wmax does not fall below 510 °. In the case of the dimension of the present embodiment, the channel impurity concentration Na is 3.
It should be less than 5 × 10 17 cm −3 . When the thickness of the active layer 112 is changed, the channel impurity concentration N
If a is set so that the maximum depletion layer width Wmax in the equation (1) does not become less than the thickness of the active layer 112, the active layer can be completely depleted, and the S factor can be improved.
High drive capability can be achieved.

【0045】本実施形態に示したディメンジョンにおい
ては、Sファクタは61mV/dec.を達成してい
る。本実施形態のディメンジョンと同様のディメンジョ
ンの平面MOSFETにおいては、Sファクタは、92
mV/dec.である。また、本実施形態のディメンジ
ョンと同様のディメンジョンで、完全空乏型SOI型M
OSFETにおいては、Sファクタは61mV/de
c.である。つまり、本実施形態のトランジスタは、平
面MOSFETに比べて、Sファクタが31mV/de
c.も向上しており、また、完全空乏型SOI型MOS
FETと同じSファクタを達成している。これは、完全
空乏型SOI型MOSFET同様、ソース、および、基
板またはウエル、および、ドレインの内のひとつ以上と
ゲートとの間に電位差が生じるようにした場合、活性層
が完全空乏化して、完全空乏型のデバイス特性を得るこ
とができることを示している。
In the dimension shown in this embodiment, the S factor is 61 mV / dec. Has been achieved. In a planar MOSFET having a dimension similar to that of the present embodiment, the S factor is 92
mV / dec. It is. Also, with the same dimensions as those of the present embodiment, the fully depleted SOI type M
In OSFET, the S factor is 61 mV / de.
c. It is. That is, the transistor of the present embodiment has an S factor of 31 mV / de as compared with the planar MOSFET.
c. And fully depleted SOI MOS
It achieves the same S factor as FET. This is because, similarly to a fully depleted SOI MOSFET, when a potential difference is generated between one or more of the source and the substrate or the well and the drain and the gate, the active layer is completely depleted and the complete depletion occurs. This shows that depletion-type device characteristics can be obtained.

【0046】ただし、活性層112全域が空乏化してい
ない場合でも、ソース、および、基板またはウエル、お
よび、ドレインの内のひとつ以上とゲートとの間に電位
差が生じるようにした場合、もしくは、電位を全く与え
てない場合のどちらかの場合に、活性層112に存在
し、かつ、ゲートの電位の影響を受ける空乏層が、埋め
込み絶縁体102に到達することにより、活性層112
内の空乏層の延びが制限される。それによって、Sファ
クタ向上や、駆動能力の向上が達成される。
However, even when the entire region of the active layer 112 is not depleted, when a potential difference is generated between one or more of the source, the substrate or the well, and the drain and the gate, or In either case, the depletion layer existing in the active layer 112 and affected by the potential of the gate reaches the buried insulator 102, and the active layer 112
The extension of the depletion layer inside is limited. Thereby, the S factor and the driving capability are improved.

【0047】さらに、高濃度ソース領域105と高濃度
ドレイン領域106の間に埋め込み絶縁体領域102が
存在するので、ドレイン領域104からの空乏層の延び
を効率よく制限できる。それは、DIBLやパンチスル
ーの抑制に効果が有る。この結果、さらなる微細化を容
易に実行できる。
Further, since the buried insulator region 102 exists between the high-concentration source region 105 and the high-concentration drain region 106, the extension of the depletion layer from the drain region 104 can be efficiently restricted. It is effective in suppressing DIBL and punch-through. As a result, further miniaturization can be easily performed.

【0048】また、ゲート電圧の制御とは無関係にソー
ス側の空乏層とドレイン側の空乏層が近づくことによっ
て、パンチスルー電流が流れることがある。このよう
な、ゲート電圧では、制御できない電流を少なく抑える
ためには、チャネルのより深い部分での空乏層の延びを
抑制することが効果的である。よって、本実施形態のよ
うに埋め込み絶縁体102の下面が高濃度ソース領域1
05および高濃度ドレイン領域106の下面より下にな
るように形成することによって、パンチスルーを抑制す
ることができ、さらなる微細化を容易に実行できる。
In addition, a punch-through current may flow when the depletion layer on the source side and the depletion layer on the drain side approach each other regardless of the control of the gate voltage. In order to reduce the current that cannot be controlled with such a gate voltage, it is effective to suppress the extension of the depletion layer in a deeper portion of the channel. Therefore, as in the present embodiment, the lower surface of the buried insulator 102 is
By forming it below the lower surface of the semiconductor region 05 and the high-concentration drain region 106, punch-through can be suppressed, and further miniaturization can be easily performed.

【0049】また、活性層112の厚さが、高濃度ソー
ス領域105および高濃度ドレイン領域106の接合深
さより大きい場合であっても、チャネルのより深い部分
での空乏層の延びを抑制するように埋め込み絶縁体を形
成する構造であれば、パンチスルーを抑制することがで
き、さらなる微細化を容易にすることが可能となる。
Further, even when the thickness of the active layer 112 is larger than the junction depth of the high-concentration source region 105 and the high-concentration drain region 106, the extension of the depletion layer in the deeper portion of the channel is suppressed. A structure in which a buried insulator is formed can suppress punch-through and facilitate further miniaturization.

【0050】ソース領域103、および、ドレイン領域
104から延びる空乏層は、静電容量を持ち、トランジ
スタのオン/オフの際に、寄生容量となってトランジス
タの高速動作を妨げる。しかし、空乏層が埋め込み絶縁
体に接する場合は、トータルの静電容量は空乏層容量と
埋め込み絶縁体容量との直列の容量となる。したがっ
て、寄生容量を低減できる。ソース領域103およびド
レイン領域104から延びる空乏層の幅WSDは、次式
(2)のように定義される。
The depletion layer extending from the source region 103 and the drain region 104 has a capacitance and becomes a parasitic capacitance when the transistor is turned on / off, preventing the high speed operation of the transistor. However, when the depletion layer is in contact with the buried insulator, the total capacitance is a series capacitance of the depletion layer capacitance and the buried insulator capacitance. Therefore, the parasitic capacitance can be reduced. The width W SD of the depletion layer extending from the source region 103 and the drain region 104 is defined as in the following equation (2).

【0051】[0051]

【数2】 ここで、ビルトインポテンシャルVbは、(Equation 2) Here, the built-in potential Vb is

【0052】[0052]

【数3】 で定義される。また、εSは半導体の比誘電率(Siの
場合11.9)、ε0は真空の誘電率(8.85×10
-14F/cm)である。kはボルツマン定数(1.38
×10-23J/K)、Tは絶対温度、qは素電荷(1.
60×10-19C)である。また、niは真性キャリヤ
密度、Naはp型の半導体領域110、111の濃度、
Ndはソース/ドレイン領域103、104の濃度、V
はソース電極およびドレイン電極に印可される電圧であ
る。
(Equation 3) Is defined by Ε S is the relative dielectric constant of the semiconductor (11.9 in the case of Si), and ε 0 is the dielectric constant of vacuum (8.85 × 10
-14 F / cm). k is Boltzmann's constant (1.38
× 10 -23 J / K), T is absolute temperature, q is elementary charge (1.
60 × 10 −19 C). Also, ni is the intrinsic carrier density, Na is the concentration of the p-type semiconductor regions 110 and 111,
Nd is the concentration of the source / drain regions 103 and 104;
Is a voltage applied to the source electrode and the drain electrode.

【0053】式(2)、(3)に本実施形態のディメン
ジョンを代入すると、基板電位に対してソース電極およ
びドレイン電極に電圧を印可していないときの空乏層幅
SDは、高濃度ソース/ドレイン領域105、106の
接合部分で680Å程度であり、LDD領域107、1
08の接合部分で660Å程度である。
By substituting the dimensions of the present embodiment into the equations (2) and (3), the depletion layer width W SD when no voltage is applied to the source electrode and the drain electrode with respect to the substrate potential is equal to the high-concentration source. Is approximately 680 ° at the junction of the drain / drain regions 105 and 106 and the LDD regions 107 and 1
08 is about 660 ° at the junction.

【0054】また、本実施形態のディメンジョンによる
と、ソースおよびドレイン領域103、104と埋め込
み絶縁体102との間隔は次の通りである。すなわち、
高濃度ソース領域105、高濃度ドレイン領域106と
埋め込み絶縁体102との間の横方向の間隔、言いかえ
れば半導体領域110b、111bの横寸法は、最短部
で270Å程度であり、ほとんど600Å以下である。
また、ソース側LDD領域107、ドレイン側LDD領
域108と埋め込み絶縁体102との間の縦方向の間
隔、言いかえれば半導体領域110a、111aの縦寸
法は150Å程度である。
According to the dimensions of the present embodiment, the distance between the source and drain regions 103 and 104 and the buried insulator 102 is as follows. That is,
The horizontal distance between the high-concentration source region 105, the high-concentration drain region 106 and the buried insulator 102, that is, the lateral dimension of the semiconductor regions 110b and 111b is about 270 ° at the shortest part, and is almost 600 ° or less. is there.
The vertical distance between the source-side LDD region 107, the drain-side LDD region 108, and the buried insulator 102, in other words, the vertical dimension of the semiconductor regions 110a and 111a is about 150 °.

【0055】よって、ソースおよびドレイン領域10
3、104と埋め込み絶縁体102との間に延びる空乏
層は、大部分が埋め込み絶縁体102に接しているた
め、接している部分においては、大幅な寄生容量の低減
ができ、トランジスタの高速動作が可能になる。
Therefore, source and drain regions 10
Most of the depletion layer extending between the third and the 104 and the buried insulator 102 is in contact with the buried insulator 102, so that the parasitic capacitance can be greatly reduced in the contact portion, and the high-speed operation of the transistor Becomes possible.

【0056】また、寄生容量の低減を図るためには、ソ
ース領域103およびドレイン領域104から延びる空
乏層が埋め込み絶縁体102に接している必要があり、
そのためには、p型の半導体領域110a、110b、
111a、111bの濃度は、2×1018cm-3以下で
なければならない。
In order to reduce the parasitic capacitance, a depletion layer extending from the source region 103 and the drain region 104 needs to be in contact with the buried insulator 102.
For that purpose, the p-type semiconductor regions 110a, 110b,
The concentration of 111a and 111b must be 2 × 10 18 cm −3 or less.

【0057】また、埋め込み絶縁体102の位置と、p
型の半導体領域110a、110b、111a、111
bの濃度と、ソース/ドレイン領域103、104の濃
度は、式(2)、(3)のWSDとNa、Ndの関係式よ
り、ソース領域103およびドレイン領域104と埋め
込み絶縁体102の間隔が空乏層幅WSD以上にならない
範囲内で自由に設定できる。その範囲内であれば、寄生
容量が低減され、トランジスタの高速動作が可能にな
る。
The position of the buried insulator 102 and p
Semiconductor regions 110a, 110b, 111a, 111
The concentration of b and the concentration of source / drain regions 103 and 104 are determined by the relationship between W SD and Na and Nd in equations (2) and (3). Can be set freely within a range that does not exceed the depletion layer width W SD . Within this range, the parasitic capacitance is reduced, and the transistor can operate at high speed.

【0058】本実施形態においてはゲート長を2μmに
設定しているが、ゲート長を0.4μmまで短チャネル
化しても、Sファクタは65.9mV/dec.であ
り、短チャネル化による、Sファクタの劣化は抑えられ
ている。また、ゲート長が0.4μmの場合のしきい値
電圧とゲート長が2μmの場合のしきい値電圧との差Δ
Vthは0.03Vに抑えられている。このように、ゲ
ート長が2μmから0.4μmの間では、短チャネル効
果によるトランジスタ特性の劣化は低く抑えられてい
る。したがって、短チャネル化を容易に実行できる。さ
らに、ゲート長をデザインルールに則って短くすること
によって、半導体素子の高集積化が達成できる。
In this embodiment, the gate length is set to 2 μm. However, even if the gate length is shortened to 0.4 μm, the S factor is 65.9 mV / dec. Therefore, the deterioration of the S factor due to the short channel is suppressed. The difference Δ between the threshold voltage when the gate length is 0.4 μm and the threshold voltage when the gate length is 2 μm
Vth is suppressed to 0.03V. As described above, when the gate length is between 2 μm and 0.4 μm, the deterioration of the transistor characteristics due to the short channel effect is suppressed low. Therefore, the channel can be easily shortened. Further, by reducing the gate length in accordance with the design rules, high integration of the semiconductor element can be achieved.

【0059】また、本実施形態においては、ゲート酸化
膜115の厚さ、活性層112の厚さを、それぞれ10
0Å、510Åに設定しているが、Sファクタを向上さ
せるために以下のように変更することも可能である。
In the present embodiment, the thickness of the gate oxide film 115 and the thickness of the active layer 112 are each set to 10
Although they are set to 0 ° and 510 °, they can be changed as follows to improve the S factor.

【0060】Sファクタは、次式(4)で定義される。The S factor is defined by the following equation (4).

【0061】[0061]

【数4】 ここで、kはボルツマン定数(1.38×10-23J/
K)、Tは絶対温度、qは素電荷(1.60×10-19
C)である。また、Cdはゲート電位により制御される
活性層の空乏層容量であり、Coxはゲート酸化膜容量
である。式(4)から、Sファクタを下げるためには、
Coxを大きくすることと、Cdを小さくすることが有
効であることが分かる。
(Equation 4) Here, k is Boltzmann's constant (1.38 × 10 −23 J /
K), T is absolute temperature, q is elementary charge (1.60 × 10 −19)
C). Cd is the capacitance of the depletion layer of the active layer controlled by the gate potential, and Cox is the capacitance of the gate oxide film. From equation (4), to lower the S factor:
It can be seen that it is effective to increase Cox and decrease Cd.

【0062】実際には、ゲート酸化膜115の厚さは、
トンネル電流が流れない程度である、約30〜50Å程
度まで薄くすることが可能である。ゲート酸化膜115
の厚さを上述の100Åから実際上の下限である30〜
50Å程度に変更すると、Coxが大きくなり、式
(4)に基づいてSファクタが向上し、トランジスタの
高速動作が可能となる。
In practice, the thickness of the gate oxide film 115 is
It is possible to reduce the thickness to about 30 to 50 °, at which the tunnel current does not flow. Gate oxide film 115
From the above-mentioned 100 ° to a practical lower limit of 30 to
When the angle is changed to about 50 °, Cox increases, the S factor is improved based on the equation (4), and high-speed operation of the transistor becomes possible.

【0063】また、活性層112の厚さを上述の510
Åからより薄く変更すると、Cdは小さくなり、式
(4)に基づいてSファクタが向上し、トランジスタの
高速動作が可能となる。
Further, the thickness of the active layer 112 is set to 510
When 薄 く is changed to a smaller value, Cd becomes smaller, the S factor is improved based on the equation (4), and the transistor can operate at high speed.

【0064】なお、チャネル領域の導電型を半導体基板
101の導電型と異なるタイプにしたい場合は、図2に
示すように、半導体基板上に直接トランジスタを形成す
るのではなく、基板101の導電型とは異なる導電型の
不純物領域(通常「ウエル領域」と呼ばれる。)129
を形成し、そのウエル領域129上にトランジスタを形
成する。それにより、半導体基板101の導電型がN
型、P型のいずれであっても、所望のチャネルタイプの
トランジスタを作製することができる。
When the conductivity type of the channel region is desired to be different from the conductivity type of the semiconductor substrate 101, a transistor is not formed directly on the semiconductor substrate as shown in FIG. Region 129 (usually referred to as “well region”) of a conductivity type different from
Is formed, and a transistor is formed on the well region 129. As a result, the conductivity type of the semiconductor substrate 101 becomes N
Regardless of the type or the P type, a transistor of a desired channel type can be manufactured.

【0065】また、図3に示すように、チャネル領域1
09下方を通る埋め込み絶縁体102とともに、高濃度
ソース領域105および高濃度ドレイン領域106の下
部に第二、第三の埋め込み絶縁体102′、102′を
形成していても構わない。それにより、高濃度ソース領
域105および高濃度ドレイン領域106の接合容量が
大幅に減少して、トランジスタの動作速度および消費電
力の向上が可能となる。なお、埋め込み絶縁体102と
第二、第三の埋め込み絶縁体102′、102′とは、
同時に形成しても良いし、別の工程で時期を変えて形成
しても良い。
Further, as shown in FIG.
The second and third buried insulators 102 ′ and 102 ′ may be formed below the high-concentration source region 105 and the high-concentration drain region 106 together with the buried insulator 102 passing below the portion 09. Thus, the junction capacitance between the high-concentration source region 105 and the high-concentration drain region 106 is significantly reduced, so that the operation speed and power consumption of the transistor can be improved. The buried insulator 102 and the second and third buried insulators 102 ′, 102 ′
They may be formed at the same time, or may be formed in different steps at different times.

【0066】また、図4に示すように、図2に示した構
造と図3に示した構造とを組み合わせても良い。それに
より、半導体基板101の導電型がN型、P型のいずれ
であっても、所望のチャネルタイプのトランジスタを作
製できるとともに、高濃度ソース領域105および高濃
度ドレイン領域106の接合容量が大幅に減少して、ト
ランジスタの動作速度および消費電力の向上が可能とな
る。
Further, as shown in FIG. 4, the structure shown in FIG. 2 may be combined with the structure shown in FIG. Accordingly, a transistor of a desired channel type can be manufactured regardless of whether the conductivity type of the semiconductor substrate 101 is N-type or P-type, and the junction capacitance of the high-concentration source region 105 and the high-concentration drain region 106 is significantly increased. As a result, the operation speed and power consumption of the transistor can be improved.

【0067】また、図5に示すように、同一の半導体基
板101上に、図3、図4に示した構造を集積化しても
良い。これにより、高濃度ソース領域105および高濃
度ドレイン領域106の接合容量が大幅に減少し、トラ
ンジスタの動作速度および消費電力の向上した集積回路
の作製が可能となる。この場合は、各トランジスタにお
ける埋め込み絶縁体102を、同時に形成することが望
ましい。そうすることにより、同時に形成しないときに
比べて工程の簡略化ができる。
As shown in FIG. 5, the structure shown in FIGS. 3 and 4 may be integrated on the same semiconductor substrate 101. Accordingly, the junction capacitance of the high-concentration source region 105 and the high-concentration drain region 106 is significantly reduced, and an integrated circuit with improved operation speed and power consumption of a transistor can be manufactured. In this case, it is desirable to form the buried insulator 102 in each transistor at the same time. By doing so, the process can be simplified as compared with the case where they are not formed at the same time.

【0068】このように、本発明の電界効果トランジス
タは、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形すること
が可能である。
As described above, the field effect transistor of the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

【0069】図6〜図10を参照して、上記電界効果ト
ランジスタの製造方法を工程ごとにを順を追って説明す
る。なお、図4に例示したトランジスタと実質的に同じ
物を作製するものとする。
Referring to FIGS. 6 to 10, a method of manufacturing the field effect transistor will be described step by step. Note that a transistor which is substantially the same as the transistor illustrated in FIGS.

【0070】まず、図6(a)に示すように、下地のN
型シリコン基板717上に、絶縁体層としての埋め込み
酸化膜719と、単結晶シリコン層730とを有するS
OIウエハを用意する。単結晶シリコン層730の厚さ
は780Å程度、埋め込み酸化膜719の厚さは1μm
程度とする。このSOIウエハに対してドライ酸化を行
って、単結晶シリコン層730の表面に厚さ200Å程
度の注入保護酸化膜727を形成する。次に、図6
(b)に示すように、ウエル注入を行って、P型のウエ
ル注入領域729を形成する。このウエル注入では、ホ
ウ素イオンを注入エネルギ150keV程度、注入量1
×101 5cm-2程度で注入し、チャネリング防止のため
7度程度の注入角で回転注入かステップ注入を行う。次
に、注入保護膜727を除去した後、拡散炉を使用して
温度1200℃、時間800分のN2アニール処理を行
って、ウエル注入領域729内のホウ素イオンを活性化
する。これによって、P型のウエル領域729(簡単の
ため、活性化前と同じ符号で表す。)を形成することが
できた。
First, as shown in FIG.
Having a buried oxide film 719 as an insulator layer and a single-crystal silicon layer 730 on a silicon substrate 717
An OI wafer is prepared. Single crystal silicon layer 730 has a thickness of about 780 °, and buried oxide film 719 has a thickness of 1 μm.
Degree. By performing dry oxidation on the SOI wafer, an injection protection oxide film 727 having a thickness of about 200 ° is formed on the surface of the single crystal silicon layer 730. Next, FIG.
As shown in (b), a well implantation is performed to form a P-type well implantation region 729. In this well implantation, boron ions are implanted at an implantation energy of about 150
× injected with 10 1 5 cm approximately -2 performs rotational implantation or step implanted at angle of about 7 degrees for preventing channeling. Next, after removing the implantation protection film 727, boron ions in the well implantation region 729 are activated by performing N 2 annealing treatment at a temperature of 1200 ° C. for 800 minutes using a diffusion furnace. As a result, a P-type well region 729 (for simplicity, represented by the same reference numeral as before activation) could be formed.

【0071】もちろん、下地がP型シリコン基板である
ようなSOIウエハを用いた場合は、ウエル領域729
を形成する必要はない。
Of course, when an SOI wafer whose base is a P-type silicon substrate is used, the well region 729 is used.
Need not be formed.

【0072】次に、図6(c)に示すように、フォトリ
ソグラフィを行って、埋め込み酸化膜719を複数の絶
縁体領域に分離するためのレジストパターン725を設
ける。そして、レジスト725をマスクとして異方性の
シリコンエッチングを行い、レジストパターンに応じた
溝733を形成して、単結晶シリコン層730を複数の
領域に分離する。
Next, as shown in FIG. 6C, photolithography is performed to provide a resist pattern 725 for separating the buried oxide film 719 into a plurality of insulator regions. Then, anisotropic silicon etching is performed using the resist 725 as a mask, a groove 733 is formed in accordance with the resist pattern, and the single crystal silicon layer 730 is separated into a plurality of regions.

【0073】なお、後の工程において、単結晶シリコン
層730からなる活性層712中にチャネル領域を形成
するようになる。トランジスタ特性を決定する上で重要
なチャネル領域を元のSOIウエハの単結晶シリコン層
内に形成するので、チャネル領域をエピタキシャルシリ
コン層で形成する擬SOI型MOSFETの場合に問題
となる、成長時の粒界等の欠陥による電流駆動能力の低
下を回避することができる。
In a later step, a channel region is formed in active layer 712 formed of single crystal silicon layer 730. Since a channel region important for determining transistor characteristics is formed in the single-crystal silicon layer of the original SOI wafer, a problem occurs in a pseudo-SOI MOSFET in which the channel region is formed of an epitaxial silicon layer. It is possible to avoid a decrease in current driving capability due to defects such as grain boundaries.

【0074】次に、図7(d)に示すように、さらにレ
ジスト725をマスクとして異方性の酸化膜エッチング
を行い、シリコン基板717(ウエル領域729)に達
するまで溝733を深く形成して、埋め込み酸化膜71
9を複数の領域に分離する。
Next, as shown in FIG. 7D, anisotropic oxide film etching is further performed using the resist 725 as a mask, and a groove 733 is formed deeply until the silicon substrate 717 (well region 729) is reached. , Buried oxide film 71
9 into a plurality of regions.

【0075】なお、後の工程で、この溝733に、チャ
ネル領域と同導電型の半導体領域を形成することによ
り、チャネル領域とシリコン基板またはウエル領域との
間でその半導体領域を介して電荷の移動が可能となる。
また、後の工程で、この溝733にエピタキシャルシリ
コンを成長させる。そのため、この溝733が、エピタ
キシャルシリコンで埋め込まれるように充分アスペクト
比を小さくするため、溝733の幅を或る程度確保する
必要がある。この例では、溝733の幅を2μm程度と
する。しかし、横方向成長の抑えられた選択エピタキシ
ャル成長法を用いた場合は、溝733の幅を2μm以下
とすることが可能である。
By forming a semiconductor region of the same conductivity type as that of the channel region in this groove 733 in a later step, charges are transferred between the channel region and the silicon substrate or the well region via the semiconductor region. Movement becomes possible.
In a later step, epitaxial silicon is grown in the groove 733. Therefore, in order to reduce the aspect ratio sufficiently so that the trench 733 is filled with epitaxial silicon, it is necessary to secure a certain width of the trench 733. In this example, the width of the groove 733 is about 2 μm. However, when the selective epitaxial growth method in which the lateral growth is suppressed is used, the width of the groove 733 can be set to 2 μm or less.

【0076】次に、図7(e)に示すように、選択エピ
タキシャル成長法により、この上にホウ素を含有した単
結晶シリコン層(エピタキシャルシリコン層)713を
厚さ1.5μm程度成長させる。これにより、各溝73
3内をエピタキシャルシリコンで埋め込む。ここでは、
エピタキシャルシリコン層713の不純物濃度は、ウエ
ル領域729の不純物濃度と同じく、4×1015cm-3
程度とする。この際、埋め込み酸化膜719の両側面で
はエピタキシャル成長は生じない。よって、基板シリコ
ン717から成長するエピタキシャルシリコンと埋め込
み酸化膜719との間に、ファセットが生じる場合が有
る。また、同様に、単結晶シリコン層730から成長す
るエピタキシャルシリコンと埋め込み酸化膜719との
間にも、ファセットが生じる場合がある。それによっ
て、選択エピタキシャル成長後、埋め込み酸化膜719
の両側面とエピタキシャルシリコン層713との間に隙
間が生じるようになる。しかし、その隙間は、埋め込み
酸化膜719と同様に絶縁体として働くため、埋め込み
酸化膜の働きを妨げるものではない。また、ソース/ド
レイン領域や、チャネル領域に隙間が到達するほど大き
い形状の隙間ができる恐れはない。したがって、目的と
する電界効果トランジスタを作製するにあたって、障害
にはならない。
Next, as shown in FIG. 7E, a single crystal silicon layer (epitaxial silicon layer) 713 containing boron is grown thereon by a selective epitaxial growth method to a thickness of about 1.5 μm. Thereby, each groove 73
3 is filled with epitaxial silicon. here,
The impurity concentration of the epitaxial silicon layer 713 is 4 × 10 15 cm −3 , similarly to the impurity concentration of the well region 729.
Degree. At this time, epitaxial growth does not occur on both sides of the buried oxide film 719. Therefore, a facet may be generated between the epitaxial silicon grown from the substrate silicon 717 and the buried oxide film 719. Similarly, a facet may be generated between epitaxial silicon grown from the single crystal silicon layer 730 and the buried oxide film 719. Thereby, after the selective epitaxial growth, the buried oxide film 719 is formed.
A gap is formed between both side surfaces of the substrate and the epitaxial silicon layer 713. However, since the gap functions as an insulator similarly to the buried oxide film 719, it does not hinder the function of the buried oxide film. Further, there is no possibility that a gap having a shape large enough to reach the source / drain region or the channel region is formed. Therefore, there is no hindrance in manufacturing a target field-effect transistor.

【0077】次に、図7(f)に示すように、CMP
(ケミカル・メカニカル・ポリッシング)を行って、エ
ピタキシャルシリコン層713の表面を平坦に加工す
る。この際、エピタキシャルシリコン層713を最上部
の表面から1.5μm程度研磨して、単結晶シリコン層
730の表面が露出した時点で、研磨を終了する。これ
により、単結晶シリコン層730の表面とエピタキシャ
ルシリコン層713とが同一面をなし、連続した単結晶
シリコン層730とエピタキシャルシリコン層713と
の中に、酸化膜719が埋め込まれた状態にする。この
埋め込み酸化膜719よりも上方の単結晶シリコン層7
30が、チャネル領域を含む活性層712となる。
Next, as shown in FIG.
(Chemical mechanical polishing) is performed to flatten the surface of the epitaxial silicon layer 713. At this time, the epitaxial silicon layer 713 is polished by about 1.5 μm from the uppermost surface, and the polishing is terminated when the surface of the single crystal silicon layer 730 is exposed. Accordingly, the surface of single crystal silicon layer 730 and epitaxial silicon layer 713 are on the same plane, and oxide film 719 is embedded in continuous single crystal silicon layer 730 and epitaxial silicon layer 713. Single crystal silicon layer 7 above buried oxide film 719
30 becomes the active layer 712 including the channel region.

【0078】次に、図8(g)に示すように、活性層7
12の表面に、窒化膜形成の際の下地として必要になる
酸化膜735を厚さ100〜300Å程度形成し、続い
て、LPCVD法により、LOCOS形成の際の耐酸化
膜として用いる窒化膜736を厚さ1500Å程度、均
一に堆積する。この窒化膜736の厚さは、LOCOS
を形成する際に問題となるバーズビークを抑える観点か
らは厚くする必要があるが、LOCOS酸化の際にシリ
コン基板に発生する結晶欠陥を少なくする観点からは薄
くする必要がある。結局、双方のトレードオフを考慮し
て、この窒化膜736の厚さは500〜3000Å程度
の範囲で、最適な厚さを選択すると良い。次に、フォト
リソグラフィを行って、LOCOSを形成すべき領域が
レジストの開口部となるようにレジスト(図示せず)を
設け、そのレジストをマスクとして、異方性の窒化膜エ
ッチングを行って、LOCOSを形成すべき領域が開口
部となるように窒化膜736をパターン加工する。次
に、上記レジストを除去した後、図8(h)に示すよう
に、ウエット酸化を行って、厚さ1500〜6000Å
程度のLOCOS酸化膜737を形成する。その後、耐
酸化用窒化膜736および酸化膜735を完全に除去す
る。次に、ドライ酸化を行って、厚さ100Å程度の注
入保護酸化膜727を形成する。
Next, as shown in FIG.
An oxide film 735, which is required as a base for forming a nitride film, is formed on the surface of the substrate 12 to a thickness of about 100 to 300 °. It is deposited uniformly with a thickness of about 1500 °. The thickness of this nitride film 736 is LOCOS
Although it is necessary to increase the thickness from the viewpoint of suppressing bird's beak which is a problem when forming the oxide film, it is necessary to reduce the thickness from the viewpoint of reducing crystal defects generated in the silicon substrate during LOCOS oxidation. After all, considering the tradeoff between the two, it is preferable to select the optimum thickness of the nitride film 736 in the range of about 500 to 3000 °. Next, by performing photolithography, a resist (not shown) is provided so that a region where a LOCOS is to be formed becomes an opening of the resist, and anisotropic nitride film etching is performed using the resist as a mask. The nitride film 736 is patterned so that the region where the LOCOS is to be formed is an opening. Next, after the resist is removed, as shown in FIG.
LOCOS oxide film 737 is formed. After that, the oxidation-resistant nitride film 736 and the oxide film 735 are completely removed. Next, dry oxidation is performed to form an injection protection oxide film 727 having a thickness of about 100 °.

【0079】次に、チャネル注入(チャネル領域のしき
い値電圧設定のためのイオン注入)を行って、P型のチ
ャネル注入領域739(図8(h)中にのみ示す)を形
成する。このチャネル注入では、ホウ素イオンを注入エ
ネルギ15keV程度、注入量1×101 2cm-2程度で
注入し、チャネリング防止のため7度程度の注入角で回
転注入かステップ注入を行う。
Next, channel implantation (ion implantation for setting the threshold voltage of the channel region) is performed to form a P-type channel implantation region 739 (shown only in FIG. 8H). This channel injection, about the implantation energy 15keV boron ions, implantation of 1 × was injected at 10 1 2 cm about -2, for rotating injection or step implanted at angle of about 7 degrees for preventing channeling.

【0080】次に、注入保護膜727を除去した後、図
8(i)に示すように、厚さ100Å程度のゲート酸化
膜738を形成する。なお、既に述べたように、ゲート
酸化膜115の厚さを上述の100Åから実際上の下限
である30〜50Å程度に変更すると、Coxが大きく
なり、式(4)に基づいてSファクタが向上し、トラン
ジスタの高速動作が可能となる。
Next, after removing the injection protection film 727, a gate oxide film 738 having a thickness of about 100 ° is formed as shown in FIG. As described above, when the thickness of the gate oxide film 115 is changed from the above-mentioned 100 ° to a practical lower limit of about 30 to 50 °, Cox increases, and the S factor increases based on the equation (4). Thus, high-speed operation of the transistor is enabled.

【0081】次に、図9(j)に示すように、ゲート酸
化膜738上に、LPCVD法により、不純物を含むポ
リシリコンを厚さ1000〜6000Å程度、均一に堆
積させる。フォトリソグラフィを行って、ゲート電極を
形成すべき領域にパターニングレジスト(図示せず)を
形成する。本実施形態においては、パターニングレジス
ト幅は、2μm程度とする。次に図9(k)に示すよう
に、上記レジストをマスクとして、開口部のみ異方性ポ
リシリコンエッチングを行ったのち、そのレジストを除
去する。これによって、ゲート酸化膜738上に、ゲー
ト電極716が形成された。次に図9(l)に示すよう
に、ゲート電極716をマスクとしてイオン注入を行っ
て、活性層712のうちゲート電極の両側に相当する部
分に、N型のLDD領域707、708を形成する。こ
のイオン注入では、ヒ素イオンを注入エネルギ5keV
程度、注入量2×1014cm-2程度で注入し、チャネリ
ング防止のため7度程度の注入角で回転注入かステップ
注入を行う。
Next, as shown in FIG. 9J, polysilicon containing impurities is uniformly deposited on the gate oxide film 738 by LPCVD so as to have a thickness of about 1000 to 6000 °. Photolithography is performed to form a patterning resist (not shown) in a region where a gate electrode is to be formed. In the present embodiment, the width of the patterning resist is about 2 μm. Next, as shown in FIG. 9K, anisotropic polysilicon etching is performed only on the opening using the resist as a mask, and then the resist is removed. Thus, a gate electrode 716 was formed on the gate oxide film 738. Next, as shown in FIG. 9L, ion implantation is performed using the gate electrode 716 as a mask to form N-type LDD regions 707 and 708 in portions of the active layer 712 corresponding to both sides of the gate electrode. . In this ion implantation, arsenic ions are implanted at an implantation energy of 5 keV.
About 2 × 10 14 cm −2 , and rotation or step implantation is performed at an implantation angle of about 7 ° to prevent channeling.

【0082】次に、LPCVD法により、酸化膜を全面
に厚さ1400Å程度、均一に堆積させ、図10(m)
に示すように、異方性のエッチングを行って、ゲート電
極716の両側に上記酸化膜の一部からなる側壁酸化膜
734を形成する。次に、図10(n)に示すように、
ゲート電極716および側壁酸化膜734をマスクとし
てイオン注入を行って、活性層712のうちゲート電極
716の側方に相当する領域に、N型の高濃度ソース/
ドレイン領域707、708を形成する。コのイオン注
入では、ヒ素イオンを注入エネルギ40keV程度、注
入量5×1015cm-2程度注入し、チャネリング防止の
ため7度程度の注入角で回転注入かステップ注入を行
う。次に、温度800℃、時間10分程度の活性化アニ
ールを行って、高濃度ソース/ドレイン領域707、7
08を活性化する。
Next, an oxide film is uniformly deposited on the entire surface to a thickness of about 1400 ° by the LPCVD method.
As shown in (1), anisotropic etching is performed to form a sidewall oxide film 734 composed of a part of the oxide film on both sides of the gate electrode 716. Next, as shown in FIG.
Ion implantation is performed using the gate electrode 716 and the sidewall oxide film 734 as a mask, and an N-type high-concentration source / source is formed in a region of the active layer 712 corresponding to the side of the gate electrode 716.
Drain regions 707 and 708 are formed. In the ion implantation of arsenic, arsenic ions are implanted at an implantation energy of about 40 keV and an implantation amount of about 5 × 10 15 cm −2 , and rotation implantation or step implantation is performed at an implantation angle of about 7 ° to prevent channeling. Next, activation annealing is performed at a temperature of 800 ° C. for a time period of about 10 minutes to form high-concentration source / drain regions 707 and 7.
08 is activated.

【0083】ここで、高濃度ソース領域707および高
濃度ドレイン領域708の注入エネルギは40keV程
度、注入量は5×1015cm-2程度としたが、知られて
いるように、ソース領域およびドレイン領域の不純物濃
度は、薄いほど接合容量を小さくできる。また、接合深
さが浅いほど、パンチスルーを抑えることができる。よ
って、それらを考慮した、注入エネルギおよび注入量の
変更は可能である。
Here, the implantation energy of the high-concentration source region 707 and the high-concentration drain region 708 was about 40 keV, and the implantation amount was about 5 × 10 15 cm −2. The junction capacitance can be made smaller as the impurity concentration of the region becomes thinner. Also, punch-through can be suppressed as the junction depth becomes shallower. Therefore, it is possible to change the implantation energy and the implantation amount in consideration of these.

【0084】このようにトランジスタを作製した場合、
活性層712のうち高濃度ソース領域707と高濃度ド
レイン領域708の間にある部分がチャネル領域709
となる。すなわち、トランジスタ特性を決定する上で重
要なチャネル領域709は、結晶性がよいSOIウエハ
の単結晶シリコン層730で形成される。この結果、チ
ャネル領域をエピタキシャルシリコン層で形成する擬S
OI型MOSFETの場合に問題となる、成長時の粒界
等の欠陥による、電流駆動能力の低下を回避することが
できる。
When the transistor is manufactured as described above,
A portion of the active layer 712 between the high-concentration source region 707 and the high-concentration drain region 708 is a channel region 709.
Becomes That is, a channel region 709 important for determining transistor characteristics is formed using a single crystal silicon layer 730 of an SOI wafer having good crystallinity. As a result, pseudo S in which the channel region is formed by the epitaxial silicon layer
It is possible to avoid a decrease in current driving capability due to defects such as grain boundaries during growth, which is a problem in the case of the OI type MOSFET.

【0085】なお、この後、周知の層間膜形成工程およ
び配線形成工程を行って、電界効果トランジスタを完成
させる。
After that, the well-known interlayer film forming step and wiring forming step are performed to complete the field effect transistor.

【0086】(第2実施形態)図11〜図14を参照し
て、別の実施形態の電界効果トランジスタの製造方法を
説明する。
(Second Embodiment) A method of manufacturing a field effect transistor according to another embodiment will be described with reference to FIGS.

【0087】まず、図11(a)に示すように、フォト
リソグラフィを行って、P型シリコン基板217の表面
217aに、溝形成用の開口部を有するレジスト(図示
せず)を設け、そのレジストをマスクとして異方性シリ
コンエッチングを行って、シリコン基板217に断面凹
状の溝223を形成する。なお、エッチング後に上記レ
ジストを除去する。ここで、断面凹状の溝223の幅
は、目標とするゲート長よりも0.34μm程度大きく
設定しておく。本実施形態においては、目標ゲート長を
0.40μm程度とするので、溝223の幅を0.74
μm程度とする。また、溝223の深さは、1.15μ
m程度とする。
First, as shown in FIG. 11A, a resist (not shown) having an opening for forming a groove is provided on the surface 217a of the P-type silicon substrate 217 by photolithography. Is used as a mask to form an anisotropic silicon etching to form a groove 223 having a concave cross section in the silicon substrate 217. After the etching, the resist is removed. Here, the width of the groove 223 having a concave cross section is set to be larger than the target gate length by about 0.34 μm. In the present embodiment, since the target gate length is about 0.40 μm, the width of the groove 223 is set to 0.74 μm.
It is about μm. The depth of the groove 223 is 1.15 μm.
m.

【0088】この断面凹状の溝223のお陰で、後の工
程の、埋め込み酸化膜形成工程、LDD領域形成工程、
チャネル領域形成工程、ゲート電極形成工程、および、
ソース/ドレイン領域形成工程をすべて自己整合的に行
うことができる。それによって、厳密な位置合わせを必
要とするフォトリソグラフィ工程を省略することがで
き、工程を簡略化できる。ただし、後で述べるようにL
DD領域形成工程、および、ソース/ドレイン領域形成
工程においては、ソース側とドレイン側の拡散領域が接
続されないようにするために、フォトリソグラフィを行
う必要がある。
Thanks to the groove 223 having a concave cross section, a buried oxide film forming step, an LDD region forming step,
A channel region forming step, a gate electrode forming step, and
All the source / drain region forming steps can be performed in a self-aligned manner. Thus, a photolithography process requiring strict alignment can be omitted, and the process can be simplified. However, as described later, L
In the DD region forming step and the source / drain region forming step, it is necessary to perform photolithography so as not to connect the diffusion regions on the source side and the drain side.

【0089】次に、図11(b)に示すように、被覆性
のよいLPCVD法により、シリコン基板217上に、
埋め込み絶縁体の材料となる酸化膜219を全面に均一
に堆積する。最終的には膜厚1.5μm程度堆積するま
で成長時間をかけて、溝223を酸化膜219で完全に
埋め込む。埋め込み絶縁体の材料として、ここでは、酸
化膜を例に挙げて説明するが、窒化膜や酸窒化膜等のよ
うな空乏層の延びを制限できる物質であれば良い。次
に、図11(c)に示すように、CMPを行って、酸化
膜219の表面を平坦に加工する。この場合、酸化膜2
19を最上部の表面から1.5μm程度研摩して、シリ
コン基板表面217aが露出した時点で、研摩を終了す
る。続いて、図11(d)に示すように、シリコン基板
に対して酸化膜を選択的に異方性エッチングして、酸化
膜219の表面部分を1500Å程度分だけ除去する。
これにより、溝223の底部223bに、平坦な表面を
持つ酸化膜219が厚さ1μm程度残された状態にす
る。
Next, as shown in FIG. 11B, the silicon substrate 217 is
An oxide film 219 serving as a buried insulator material is uniformly deposited on the entire surface. Finally, the trench 223 is completely filled with the oxide film 219 by taking a growth time until a film thickness of about 1.5 μm is deposited. Here, an oxide film will be described as an example of the material of the buried insulator, but any material that can restrict the extension of the depletion layer, such as a nitride film or an oxynitride film, may be used. Next, as shown in FIG. 11C, the surface of the oxide film 219 is flattened by performing CMP. In this case, the oxide film 2
19 is polished by about 1.5 μm from the uppermost surface, and the polishing is finished when the silicon substrate surface 217a is exposed. Subsequently, as shown in FIG. 11D, the oxide film is selectively anisotropically etched with respect to the silicon substrate to remove the surface portion of the oxide film 219 by about 1500 °.
Thus, an oxide film 219 having a flat surface is left at a thickness of about 1 μm on the bottom 223b of the groove 223.

【0090】このようにして埋め込み酸化膜219を、
溝223に対して自己整合的に完全に左右対称な構造に
形成することができる。さらに、厳密な位置合わせを必
要とするフォトソグラフィ工程を必要としないため、工
程を簡略化できる。また、溝223の形状は、残されて
いるため、後の工程のLDD領域形成工程、チャネル領
域形成工程、ゲート電極形成工程、および、ソース/ド
レイン領域形成工程をすべて自己整合的に形成すること
ができる。また、それによって、当該各工程において、
フォトリソグラフィ工程を省略できるため、工程を簡略
化できる。ただし、後で述べるようにLDD領域形成工
程、および、ソース/ドレイン領域形成工程において
は、ソース側とドレイン側の拡散領域が接続されないよ
うにするために、フォトリソグラフィを行う必要があ
る。
Thus, the buried oxide film 219 is
A completely symmetrical structure can be formed in a self-aligned manner with respect to the groove 223. Further, since a photolithography process requiring strict alignment is not required, the process can be simplified. In addition, since the shape of the groove 223 is left, the LDD region forming step, the channel region forming step, the gate electrode forming step, and the source / drain region forming step, which will be described later, are all formed in a self-aligned manner. Can be. In addition, thereby, in each of the steps,
Since the photolithography process can be omitted, the process can be simplified. However, as described later, in the LDD region forming step and the source / drain region forming step, it is necessary to perform photolithography in order to prevent the diffusion regions on the source and drain sides from being connected.

【0091】次に、図12(e)〜(f)に示すよう
に、シリコン基板217の表面217a、溝内のシリコ
ン側壁223aおよび埋め込み酸化膜219の表面21
9aに沿って、厚さ700Å程度の均一な厚さで単結晶
シリコン層213を設ける。
Next, as shown in FIGS. 12E to 12F, the surface 217a of the silicon substrate 217, the silicon sidewall 223a in the trench, and the surface 21 of the buried oxide film 219 are formed.
A single-crystal silicon layer 213 having a uniform thickness of about 700 ° is provided along 9a.

【0092】詳しくは、まず、図12(e)に示すよう
に、エピタキシャル成長法により、シリコン基板217
の表面217aと溝内のシリコン側壁223aとに単結
晶シリコン層241を成長させるとともに、溝内の埋め
込み酸化膜220表面に非晶質シリコン層242を成長
させる。各層の厚さはそれぞれ10〜100Å程度とす
る。次に、レーザや電子ビームをレンズによりビーム径
を1〜100μm程度に集束して、図示の単結晶シリコ
ン層241の外側から非晶質シリコン層242内へ、つ
まりトランジスタ形成領域外からトランジスタ形成領域
内へスキャンする。これにより、単結晶シリコン層24
1から横方向に結晶化を進めて、非晶質シリコン層24
2を単結晶シリコン化させる。
More specifically, first, as shown in FIG. 12E, a silicon substrate 217 is formed by an epitaxial growth method.
The single crystal silicon layer 241 is grown on the surface 217a of the trench and the silicon sidewall 223a in the trench, and the amorphous silicon layer 242 is grown on the surface of the buried oxide film 220 in the trench. Each layer has a thickness of about 10 to 100 °. Next, a laser or an electron beam is focused by a lens to a beam diameter of about 1 to 100 μm to enter the amorphous silicon layer 242 from the outside of the illustrated single crystal silicon layer 241, that is, from outside the transistor formation area to the transistor formation area. Scan inside. Thereby, the single crystal silicon layer 24
The crystallization proceeds in the lateral direction from 1 to form the amorphous silicon layer 24.
2 is converted into single crystal silicon.

【0093】なお、電子ビームを使用する場合は、レン
ズとして、電位を与えた複数のコンデンサ状の導体板の
組み合わせを用いても良い。さらに、レーザや電子ビー
ムをアパーチャにより任意のビーム形状にして、非晶質
シリコン層242にパルス照射することにより、単結晶
シリコン化させても良い。さらに、効果的に非晶質シリ
コン層を単結晶化するために、レンズかアパーチャの少
なくともひとつ以上の組み合わせを使用しても良い。そ
の際、非晶質シリコン層に対するスキャン照射かパルス
照射を必要に応じて選択してもよい。
When an electron beam is used, a combination of a plurality of capacitor-like conductive plates to which a potential is applied may be used as a lens. Further, the amorphous silicon layer 242 may be formed into single crystal silicon by irradiating the amorphous silicon layer 242 with a pulse by using a laser or an electron beam in an arbitrary beam shape with an aperture. Further, in order to effectively single-crystallize the amorphous silicon layer, a combination of at least one of a lens and an aperture may be used. At that time, scan irradiation or pulse irradiation to the amorphous silicon layer may be selected as necessary.

【0094】次に、図12(f)に示すように、エピタ
キシャル成長法により、形成された単結晶シリコン層よ
り、単結晶エピタキシャルシリコンを厚さ400〜49
0Å程度成長させる。
Next, as shown in FIG. 12 (f), a single-crystal epitaxial silicon is formed to a thickness of 400 to 49 from the single-crystal silicon layer formed by epitaxial growth.
Grow about 0 °.

【0095】このようにして、シリコン基板217の表
面217a、溝内のシリコン側壁223aおよび埋め込
み酸化膜219の表面219aに沿って、厚さ700Å
程度の均一な厚さで単結晶シリコン層213が形成され
る。単結晶シリコン層213のうち溝223内の部分
は、溝223の形状を反映して断面凹状に形成される。
この結果、活性層となる単結晶シリコン層213によっ
て、溝223の下部に酸化膜219が埋め込まれる。
As described above, along the surface 217a of the silicon substrate 217, the silicon side wall 223a in the groove and the surface 219a of the buried oxide film 219, the thickness of 700
A single-crystal silicon layer 213 is formed with a uniform thickness. The portion of the single crystal silicon layer 213 inside the groove 223 is formed to have a concave cross section reflecting the shape of the groove 223.
As a result, the oxide film 219 is buried under the groove 223 by the single crystal silicon layer 213 serving as an active layer.

【0096】次に、図12(g)に示すように、通常の
素子分離LOCOS形成工程により、溝223の両側に
相当するシリコン基板217の表面217aにLOCO
S(局所酸化膜)237を形成する。
Next, as shown in FIG. 12 (g), the LOCOS is formed on the surface 217a of the silicon substrate 217 corresponding to both sides of the groove 223 by a normal element isolation LOCOS forming step.
An S (local oxide film) 237 is formed.

【0097】次に、図13(h)に示すように、LPC
VD法により、単結晶シリコン層213の凹部213
a,213bおよび平坦面213c上に、不純物を含む
酸化膜218を厚さ1000Å程度、均一に堆積させ
る。不純物含有酸化膜218のうち単結晶シリコン層2
13の凹部213a,213b内に堆積した部分は、そ
の凹部の形状を反映して断面凹状に形成される。ここで
は、不純物含有酸化膜218として、リンが1×1020
cm- 3程度ドープされたPSGを用いる。次に、図13
(i)に示すように、異方性エッチングを行って、不純
物含有酸化膜218のうち単結晶シリコン層213の凹
部底面213bおよび平坦面213c上の部分を除去す
る。これにより、単結晶シリコン層213の凹部側面2
13a,213aに、残された不純物含有酸化膜からな
る側壁218,218(簡単のため、元の酸化膜と同じ
符号で表す)を形成する。この側壁218,218の間
の隙間は、元の溝より幅の狭くなった新たな溝224を
構成する。側壁218の厚さは堆積させた膜厚とほぼ等
しくなることから、この新しい溝224の幅は、CVD
膜厚により精度良く制御される。後の工程で、この新し
い溝224を埋めるようにゲート電極を形成する際、新
しい溝224の下端の幅がゲート長となる。なお、一般
にゲート電極を形成する場合、フォトリソグラフィ工程
の最小加工線幅の物理的限界によって、最小ゲート長が
規定される。しかし、本実施形態によれば、新しい溝2
24の幅と深さのアスペクト比を最適化することによっ
て、フォトリソグラフィ工程の最小加工線幅の物理的限
界以下のゲート長の形成が可能となる。
Next, as shown in FIG.
The recess 213 of the single crystal silicon layer 213 is formed by the VD method.
An oxide film 218 containing impurities is uniformly deposited to a thickness of about 1000 ° on a, 213b and flat surface 213c. Single-crystal silicon layer 2 of impurity-containing oxide film 218
The portions deposited in the 13 recesses 213a and 213b are formed to have a concave cross section reflecting the shape of the recess. Here, as the impurity-containing oxide film 218, 1 × 10 20 phosphorus is used.
cm - 3 about using doped PSG. Next, FIG.
As shown in (i), anisotropic etching is performed to remove portions of the impurity-containing oxide film 218 on the concave bottom surface 213b and the flat surface 213c of the single crystal silicon layer 213. Thereby, the concave side surface 2 of the single crystal silicon layer 213 is formed.
Side walls 218 and 218 (represented by the same reference numerals as the original oxide film for simplicity) are formed on the remaining oxide films 13a and 213a. The gap between the side walls 218, 218 constitutes a new groove 224 having a smaller width than the original groove. Since the thickness of the side wall 218 is substantially equal to the thickness of the deposited film, the width of the new groove 224 is
It is accurately controlled by the film thickness. When a gate electrode is formed so as to fill the new groove 224 in a later step, the width of the lower end of the new groove 224 becomes the gate length. In general, when a gate electrode is formed, a minimum gate length is defined by a physical limit of a minimum processing line width in a photolithography process. However, according to the present embodiment, the new groove 2
By optimizing the width / depth aspect ratio of 24, a gate length below the physical limit of the minimum processing line width of the photolithography process can be formed.

【0098】さて、この実施形態では、側壁218,2
18中の不純物をこの側壁と接触している単結晶シリコ
ン層213の内面部分に拡散して、LDD領域を形成す
ることを予定している。その場合、ソース側とドレイン
側のLDD領域の接続を、パターン上で回避する必要が
ある。図20(a)にこの段階での平面パターンを示す
(図11〜図14は図20(a)におけるA−A線断面
に相当する。Lはゲート長である。)。図20(a)か
ら分かるように、ソース側とドレイン側のLDD領域の
接続を回避する必要があるのは、側壁218が、チャネ
ルを挟んで矩形の枠状につながっているからである。そ
こで、図20(b)に示すように、フォトリソグラフィ
を行って、チャネルの幅方向両端部226を除いて素子
領域(LOCOSパターン237aで囲まれている)の
主要部を覆うように矩形のレジスト225を設ける。そ
して、図20(c)に示すように、レジスト225をマ
スクとして異方性エッチングを行って、不純物含有酸化
膜218の両端部を除去する。そうすることにより、側
壁218からの固層拡散によりLDD領域を形成した
際、ソース側とドレイン側のLDD領域が接続されるの
を防止できる。
In this embodiment, the side walls 218, 2
It is planned that impurities in 18 will be diffused into the inner surface portion of single crystal silicon layer 213 in contact with the side wall to form an LDD region. In that case, it is necessary to avoid the connection between the LDD regions on the source side and the drain side on the pattern. FIG. 20A shows a plane pattern at this stage (FIGS. 11 to 14 correspond to a cross section taken along line AA in FIG. 20A, and L is a gate length). As can be seen from FIG. 20A, it is necessary to avoid connection between the LDD regions on the source side and the drain side because the side walls 218 are connected in a rectangular frame shape with the channel interposed therebetween. Therefore, as shown in FIG. 20B, photolithography is performed to cover a main part of the element region (enclosed by the LOCOS pattern 237a) except for both ends 226 in the width direction of the channel. 225 are provided. Then, as shown in FIG. 20C, anisotropic etching is performed using the resist 225 as a mask to remove both end portions of the impurity-containing oxide film 218. By doing so, when the LDD region is formed by solid layer diffusion from the side wall 218, it is possible to prevent the source side and the drain side LDD regions from being connected.

【0099】また、トランジスタ動作時に、チャネル領
域に反転層を形成した際、チャネル幅方向両端部226
で、そこに延在するゲート電極によってゲート酸化膜を
介して反転層が形成されることにより、2段階のしきい
ち電圧が起こる可能性が有る。それを避けるため、チャ
ネル幅方向両端部226に、チャネル領域の濃度より高
濃度のイオン注入を45度程度の注入角で回転注入かス
テップ注入を行って注入する。ここでは、ホウ素イオン
を注入エネルギ15keV程度、注入量1×101 4〜5
×101 5cm-2程度で注入し、45度程度の注入角で回
転注入かステップ注入を行う。その後、レジスト225
を除去する。
When an inversion layer is formed in the channel region during the operation of the transistor, both ends 226 in the channel width direction are formed.
The inversion layer is formed by the gate electrode extending therethrough via the gate oxide film, so that a two-stage threshold voltage may occur. In order to avoid this, ion implantation at a higher concentration than the concentration in the channel region is performed by rotation or step implantation at an implantation angle of about 45 degrees into both ends 226 in the channel width direction. Here, the implantation energy 15keV about boron ion implantation amount 1 × 10 1 4 ~5
× injected with 10 1 5 cm approximately -2 performs rotational implantation or step implanted at angle of about 45 degrees. After that, the resist 225
Is removed.

【0100】次に、図13(j)に示すように、ウエッ
ト酸化を温度800℃、時間21分程度行って、溝22
4の底部に露出した単結晶シリコン層213の凹部底面
213b、平坦面213cに、チャネル注入保護膜の働
きをする酸化膜227を厚さ100Å程度形成する。そ
の際、側壁酸化膜218に含まれる不純物がこの側壁酸
化膜218と接触している単結晶シリコン層213の内
面部分に拡散して、LDD領域207、208が形成さ
れる。ただし、この後にもLDD領域を拡散させる工程
があるため、この工程でLDD領域の接合深さが決定さ
れるものではない。
Next, as shown in FIG. 13 (j), wet oxidation is performed at a temperature of 800 ° C. for about 21 minutes to form a groove 22
On the bottom surface 213b and the flat surface 213c of the concave portion of the single crystal silicon layer 213 exposed at the bottom of the substrate 4, an oxide film 227 serving as a channel injection protection film is formed with a thickness of about 100 °. At this time, impurities contained in sidewall oxide film 218 diffuse into the inner surface of single crystal silicon layer 213 in contact with sidewall oxide film 218, and LDD regions 207 and 208 are formed. However, since there is a step of diffusing the LDD region after this, the junction depth of the LDD region is not determined in this step.

【0101】次に、図14(k)に示すように、チャネ
ル注入を行って、単結晶シリコン層213のうち側壁2
18の間に相当する部分に、P型のチャネル領域209
を形成する。このチャネル注入では、ホウ素イオンを注
入エネルギ15keV程度、注入量1×1012cm-2
度で注入し、チャネリング防止のため7度程度の注入角
で回転注入かステップ注入を行う。その後、注入保護膜
227を除去する。
Next, as shown in FIG. 14 (k), channel implantation is performed to remove the side wall 2 of the single crystal silicon layer 213.
18, a P-type channel region 209
To form In this channel implantation, boron ions are implanted at an implantation energy of about 15 keV and an implantation amount of about 1 × 10 12 cm −2 , and rotation implantation or step implantation is performed at an implantation angle of about 7 degrees to prevent channeling. After that, the injection protection film 227 is removed.

【0102】次に、ウエット酸化を温度800℃、時間
21分程度行って、チャネル領域209上に厚さ100
Å程度のゲート酸化膜215を形成する。その際、側壁
酸化膜218に含まれる不純物が拡散することにより、
LDD領域207、208の接合深さが深くなる。ただ
し、この後にもLDD領域を拡散させる工程があるた
め、この工程でLDD領域の接合深さが決定されるもの
ではない。
Next, wet oxidation is performed at a temperature of 800 ° C. for a time period of about 21 minutes, and a thickness of 100
A gate oxide film 215 of about Å is formed. At this time, the impurity contained in the sidewall oxide film 218 diffuses,
The junction depth between the LDD regions 207 and 208 is increased. However, since there is a step of diffusing the LDD region after this, the junction depth of the LDD region is not determined in this step.

【0103】次に、LPCVD法により、この上に不純
物を含むポリシリコンを均一性良く成長させて、側壁絶
縁体218の間の溝224をポリシリコン228で埋め
込むとともに、ほぼ平坦な表面が得られるようにポリシ
リコン228を厚さ2000〜6000Å程度堆積す
る。次に、図14(l)に示すように、酸化膜に対して
選択比の高い異方性エッチングを行って、ポリシリコン
228を全面エッチングして、溝224内にそのポリシ
リコンの一部をゲート電極216として残す。その際、
ゲート酸化膜形成時に形成されたエピタキシャルシリコ
ン層平坦面213c上の酸化膜215′(図14(k)
参照)が露出し、さらに、ポリシリコン228とソース
/ドレイン領域が不純物含有酸化膜218により隔てら
れることにより、完全に絶縁されるようになるまでオー
バエッチをかける。ただし、ソース/ドレイン領域上の
酸化膜215′が一部でも除去され、ソース/ドレイン
領域のシリコン表面をエッチングすると、表面の荒れが
生じて、コンタクト抵抗が上昇することがある。このた
め、オーバエッチの際は、より酸化膜と選択比の高い異
方性エッチングに切り替えるなどの工夫が必要である。
Next, polysilicon containing impurities is grown thereon with good uniformity by the LPCVD method, and the trench 224 between the side wall insulators 218 is filled with polysilicon 228, and a substantially flat surface is obtained. Polysilicon 228 is deposited to a thickness of about 2000-6000 °. Next, as shown in FIG. 14 (l), anisotropic etching with a high selectivity is performed on the oxide film to etch the entire surface of the polysilicon 228, and a portion of the polysilicon is placed in the groove 224. The gate electrode 216 is left. that time,
Oxide film 215 'on epitaxial silicon layer flat surface 213c formed at the time of gate oxide film formation (FIG. 14 (k)
Is exposed, and the polysilicon 228 and the source / drain region are separated by the impurity-containing oxide film 218, so that overetching is performed until the polysilicon 228 is completely insulated. However, if the oxide film 215 'on the source / drain region is partially removed and the silicon surface of the source / drain region is etched, the surface may be roughened and the contact resistance may increase. For this reason, in the case of over-etching, it is necessary to switch to anisotropic etching having a higher selectivity to the oxide film.

【0104】このようにして、ゲート電極216を溝2
24に対して自己整合的に形成することができる。それ
によって、厳密な位置合わせを必要とする、フォトリソ
グラフィ工程を省略することができ、工程を簡略化でき
る。
In this way, the gate electrode 216 is
24 can be formed in a self-aligned manner. Thus, a photolithography step requiring strict alignment can be omitted, and the step can be simplified.

【0105】次に、図21(d)に示すこの段階の平面
パターンに対して、図21(e)に示すように、フォト
リソグラフィを行って、高濃度ソース/ドレイン領域形
成のための注入保護用レジスト231を形成する。この
レジスト231のパターンは、既述のLDD領域形成工
程で不純物含有酸化膜218をエッチングした時に使用
したパターン225(図20(b)参照)よりも内側に
開口部(幅W)を有するものとする。その後、図14
(m)に示すように、イオン注入を行って、N型高濃度
ソース/ドレイン領域205、206を形成する。この
イオン注入では、ヒ素イオンを注入エネルギー40ke
V程度、注入量5×1015cm-2程度で注入し、チャネ
リング防止のため7度程度の注入角で回転注入かステッ
プ注入を行う。次に、高濃度ソース/ドレイン領域20
5、206を活性化するために、活性化アニールを温度
800℃、時間10分程度行う。その際、側壁酸化膜2
18に含まれる不純物が拡散することにより、LDD領
域207、208の接合深さが深くなる。この後は、拡
散工程がないため、この工程でLDD領域の接合深さが
決定される。本実施形態では、LDD領域207、20
8の最終的な接合深さは、側壁酸化膜218との接触面
から300Å程度になる。このようにして、シリコン基
板217の表面に最初に形成した溝223(図11
(a)参照)の形状に基づいて、単結晶シリコン層21
3と側壁酸化膜218とを介して自己整合的に、完全に
左右対称にLDD領域207、208を形成することが
できる。
Next, as shown in FIG. 21E, the planar pattern at this stage shown in FIG. 21D is subjected to photolithography to perform injection protection for forming high-concentration source / drain regions. A resist 231 is formed. The pattern of the resist 231 has an opening (width W) inside the pattern 225 (see FIG. 20B) used when the impurity-containing oxide film 218 is etched in the above-described LDD region forming step. I do. Then, FIG.
As shown in (m), ion implantation is performed to form N-type high-concentration source / drain regions 205 and 206. In this ion implantation, arsenic ions are implanted at an implantation energy of 40 ke.
Injection is performed at an injection angle of about V and about 5 × 10 15 cm −2 , and rotation injection or step injection is performed at an injection angle of about 7 ° to prevent channeling. Next, the high concentration source / drain regions 20
In order to activate 5, 206, activation annealing is performed at a temperature of 800 ° C. for about 10 minutes. At this time, the sidewall oxide film 2
The diffusion depth of the impurities contained in 18 increases the junction depth of LDD regions 207 and 208. After that, since there is no diffusion step, the junction depth of the LDD region is determined in this step. In the present embodiment, the LDD regions 207 and 20
8 has a final junction depth of about 300 ° from the contact surface with the sidewall oxide film 218. Thus, the groove 223 (FIG. 11) formed first on the surface of the silicon substrate 217 is formed.
Based on the shape of (a), the single-crystal silicon layer 21 is formed.
The LDD regions 207 and 208 can be formed in a self-aligned manner and completely symmetrically via the side walls 3 and the sidewall oxide film 218.

【0106】なお、この後、周知の層間膜形成工程およ
び配線形成工程を行って、電界効果トランジスタを完成
させる。
After that, the well-known interlayer film forming step and wiring forming step are performed to complete the field effect transistor.

【0107】以上のように、埋め込み酸化膜形成工程、
LDD領域形成工程、チャネル領域形成工程、ゲート電
極形成工程、および、ソース/ドレイン領域形成工程を
すべて溝223に対して自己整合的に行うことができ、
ソース/ドレイン方向に完全に左右対称な電界効果トラ
ンジスタを作製することができる。
As described above, the buried oxide film forming step
The LDD region forming step, the channel region forming step, the gate electrode forming step, and the source / drain region forming step can all be performed in a self-aligned manner with respect to the groove 223.
A field effect transistor completely symmetrical in the source / drain direction can be manufactured.

【0108】作製された電界効果トランジスタは、ソー
ス203、ドレイン204間で対称な構造を持つので、
ソース203とドレイン204とを入れ換えて動作させ
るような対称性を必要とする回路にも適用され得る。ま
た、動作時に、ゲート216の電位による活性領域20
9、213内への空乏層の延びが、チャネル方向全域に
わたって絶縁体領域219によって制限されるので、ゲ
ート電位のうち、活性領域209、213内へ空乏層を
延ばす成分が減少して、その分だけチャネル領域209
の反転層を形成する成分が増加する。したがって、トラ
ンジスタのSファクタを改善でき、スイッチング特性を
決めるサブスレッショルド特性が向上して、高駆動能力
を実現できる。また、ソース側LDD領域207、ドレ
イン側LDD領域208と絶縁体領域219との間に、
それぞれ単結晶シリコン層213のうち不純物が拡散さ
れていない部分(半導体領域)が残り、チャネル領域2
09とシリコン基板217とが上記半導体領域を介して
連なっているので、活性領域209、213とシリコン
基板217との間で電荷の移動が可能となる。したがっ
て、基板浮遊効果が生じることがなく、高いドレイン耐
圧を実現できる。その結果、ソース領域203、ドレイ
ン領域204にその分だけ高電圧を印加でき、高速動作
が可能となる。
The manufactured field-effect transistor has a symmetric structure between the source 203 and the drain 204.
The present invention can also be applied to a circuit requiring symmetry such that the source 203 and the drain 204 are interchanged and operated. Also, during operation, the active region 20 due to the potential of the gate 216
Since the extension of the depletion layer into the active regions 209 and 213 is reduced by the insulator region 219 throughout the channel direction, the component of the gate potential that extends the depletion layer into the active regions 209 and 213 decreases. Only channel region 209
The components that form the inversion layer increase. Therefore, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristic can be improved, and high driving capability can be realized. Further, between the source side LDD region 207 and the drain side LDD region 208 and the insulator region 219,
A portion (semiconductor region) of the single crystal silicon layer 213 where impurities are not diffused remains, and the channel region 2
Since the semiconductor substrate 09 and the silicon substrate 217 are connected to each other via the semiconductor region, charges can be transferred between the active regions 209 and 213 and the silicon substrate 217. Therefore, a high drain withstand voltage can be realized without the substrate floating effect. As a result, a higher voltage can be applied to the source region 203 and the drain region 204 correspondingly, and high-speed operation can be performed.

【0109】また、作製された電界効果トランジスタ
は、ゲート214が溝内に埋め込まれた、いわゆるグル
ーブ構造となり、ソース/ドレイン領域がゲート電極2
16の左右に側壁絶縁体218を介して存在している。
一般に、このようなグルーブ構造の電界効果トランジス
タでは、ゲート電極とソース/ドレイン領域間の寄生容
量が問題となっている。しかし、本実施形態では、側壁
絶縁体218の幅が0.1μmあるため、ゲート電極と
ソース/ドレイン領域との間の寄生容量を十分に低減す
ることができる。それにより、トランジスタの高速動作
が可能となる。
The manufactured field-effect transistor has a so-called groove structure in which the gate 214 is buried in the groove, and the source / drain region has the gate electrode 2.
16 are present on the left and right sides of the substrate 16 via a side wall insulator 218.
Generally, in such a field effect transistor having a groove structure, there is a problem of parasitic capacitance between a gate electrode and a source / drain region. However, in this embodiment, since the width of the side wall insulator 218 is 0.1 μm, the parasitic capacitance between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced. Thus, high-speed operation of the transistor can be performed.

【0110】(第3実施形態)上記第2実施形態の製造
方法では、ゲート長が短い場合、ゲート電極とメタル
(配線)とをコンタクトホールを介して接続する際に、
コンタクトホールとゲート電極との目合わせ(位置合わ
せ)余裕が非常に小さくなる。このため、メタルコンタ
クト形成時にゲート電極とコンタクトホールとの目合わ
せがずれることによって、メタルとゲート電極との接続
面積の低下が起こり、その結果、コンタクト抵抗が高く
なるおそれがある。その問題を回避するため、ゲート電
極を、トランジスタの形成されていないシリコン表面ま
で引き出し、大型の引き出し電極を作ることが有用であ
る。本実施形態では、図15を参照して、そのような製
造方法を説明する。なお、図15では、図14中の構成
要素と対応する要素を100だけ増加した符号で表して
いる。
(Third Embodiment) In the manufacturing method of the second embodiment, when the gate length is short, when connecting the gate electrode and the metal (wiring) via the contact hole,
A margin for alignment (alignment) between the contact hole and the gate electrode becomes very small. For this reason, misalignment between the gate electrode and the contact hole during the formation of the metal contact causes a reduction in the connection area between the metal and the gate electrode, and as a result, the contact resistance may be increased. In order to avoid the problem, it is useful to extend the gate electrode to the silicon surface where the transistor is not formed, and to form a large-sized extraction electrode. In the present embodiment, such a manufacturing method will be described with reference to FIG. In FIG. 15, elements corresponding to the elements in FIG. 14 are represented by reference numerals increased by 100.

【0111】まず、第2実施形態と同様に、図14
(k)に示したポリシリコンのCVD成長工程まで行
う。次に、図15(a)に示すように、フォトリソグラ
フィを行って、ポリシンコン328の表面で溝224に
対応する領域に、ゲート電極形成のためのパターニング
レジスト325を設ける。その際、後の工程でゲート電
極がソース/ドレイン領域と短絡しないように位置合わ
せを注意しながら、ゲート電極を溝324内からトラン
ジスタの形成されていないシリコン表面まで引き出すた
めのパターンと、大型引き出し電極パターンとを同時に
パターニングする。次に、図15(b)に示すように、
レジスト325をマスクとして異方性ポリシリコンエッ
チングを行って、断面略T字形のゲート電極316を形
成する。この後、レジスト325を除去する。こうし
て、大型引き出し電極パターンにより、コンタクトホー
ルと、ゲート電極の目合わせ余裕を大きくとることがで
きるので、コンタクト抵抗の高い半導体装置になるおそ
れを回避できる。この後、第2実施形態と同様に、ゲー
ト電極316の側方にN型高濃度ソース/ドレイン領域
305、306を形成する。さらに、周知の層間膜形成
工程および配線形成工程を行って、電界効果トランジス
タを完成させる。
First, as in the second embodiment, FIG.
The process is performed up to the polysilicon CVD growth process shown in FIG. Next, as shown in FIG. 15A, photolithography is performed to provide a patterning resist 325 for forming a gate electrode in a region corresponding to the groove 224 on the surface of the polysilicon 328. At this time, while paying attention to the alignment so that the gate electrode does not short-circuit with the source / drain regions in a later step, a pattern for extracting the gate electrode from the inside of the groove 324 to the silicon surface where the transistor is not formed, and a large extraction The electrode pattern is simultaneously patterned. Next, as shown in FIG.
Anisotropic polysilicon etching is performed using the resist 325 as a mask to form a gate electrode 316 having a substantially T-shaped cross section. After that, the resist 325 is removed. In this manner, the large extraction electrode pattern allows a large margin for alignment between the contact hole and the gate electrode, and thus avoids the possibility of a semiconductor device having a high contact resistance. Thereafter, similarly to the second embodiment, N-type high-concentration source / drain regions 305 and 306 are formed on the sides of the gate electrode 316. Further, a well-known interlayer film forming step and a wiring forming step are performed to complete the field effect transistor.

【0112】この第3実施形態によれば、第2実施形態
と同様に、埋め込み酸化膜形成工程、LDD領域形成工
程、チャネル領域形成工程、ゲート電極形成工程、およ
び、ソース/ドレイン領域形成工程をすべて溝324に
対して自己整合的に行うことができ、ソース/ドレイン
方向に完全に左右対称な電界効果トランジスタを作製す
ることができる。
According to the third embodiment, the buried oxide film forming step, the LDD region forming step, the channel region forming step, the gate electrode forming step, and the source / drain region forming step are performed in the same manner as in the second embodiment. All can be performed in a self-aligned manner with respect to the groove 324, and a field effect transistor completely symmetric in the source / drain direction can be manufactured.

【0113】作製された電界効果トランジスタは、第2
実施形態と同様に、ソース303、ドレイン304間で
対称な構造を持つので、ソース303とドレイン304
とを入れ換えて動作させるような対称性を必要とする回
路にも適用され得る。また、動作時に、ゲート316の
電位による活性領域309、313内への空乏層の延び
が、チャネル方向全域にわたって絶縁体領域319によ
って制限されるので、ゲート電位のうち、活性領域30
9、313内へ空乏層を延ばす成分が減少して、その分
だけチャネル領域309の反転層を形成する成分が増加
する。したがって、トランジスタのSファクタを改善で
き、スイッチング特性を決めるサブスレッショルド特性
が向上して、高駆動能力を実現できる。また、単結晶シ
リコン層313の内面部分のソース側LDD領域30
7、ドレイン側LDD領域308と絶縁体領域319と
の間に、それぞれ単結晶シリコン層313のうち不純物
が拡散されていない部分(半導体領域)が残り、チャネ
ル領域309とシリコン基板317とが上記半導体領域
を介して連なっているので、活性領域309、313と
シリコン基板317との間で電荷の移動が可能となる。
したがって、基板浮遊効果が生じることがなく、高いド
レイン耐圧を実現できる。その結果、ソース領域30
3、ドレイン領域304にその分だけ高電圧を印加で
き、高速動作が可能となる。
The manufactured field-effect transistor is the second type.
As in the embodiment, since the source 303 and the drain 304 have a symmetric structure, the source 303 and the drain 304
Can be applied to a circuit that requires symmetry to operate by replacing In operation, the extension of the depletion layer into active regions 309 and 313 due to the potential of gate 316 is limited by insulator region 319 over the entire region in the channel direction.
The components that extend the depletion layer into 9, 313 decrease, and the components that form the inversion layer of the channel region 309 increase accordingly. Therefore, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristic can be improved, and high driving capability can be realized. The source-side LDD region 30 in the inner surface of the single crystal silicon layer 313
7. Between the drain side LDD region 308 and the insulator region 319, a portion (semiconductor region) of the single crystal silicon layer 313 where impurities are not diffused remains, and the channel region 309 and the silicon substrate 317 Since the connection is established through the regions, the charge can be transferred between the active regions 309 and 313 and the silicon substrate 317.
Therefore, a high drain withstand voltage can be realized without the substrate floating effect. As a result, the source region 30
3. A high voltage can be applied to the drain region 304 correspondingly, and high-speed operation can be performed.

【0114】(第4実施形態)図16〜図17参照し
て、別の実施形態の電界効果トランジスタの製造方法を
工程ごとにを順を追って説明する。
(Fourth Embodiment) A method of manufacturing a field-effect transistor according to another embodiment will be described step by step with reference to FIGS.

【0115】まず、図16(a)に示すように、フォト
リソグラフィを行って、P型シリコン基板417の表面
417aに、溝形成用の開口部を有するレジスト(図示
せず)を設け、そのレジストをマスクとして異方性シリ
コンエッチングを行って、シリコン基板417に断面凹
状の溝423を形成する。なお、エッチング後に上記レ
ジストを除去する。ここで、断面凹状の溝423の幅
は、目標とするゲート長よりも0.20μm程度大きく
設定しておく。本実施形態においては、目標ゲート長を
0.40μm程度とするので、溝223の幅を0.60
μm程度とする。また、溝223の深さは、1.23μ
m程度とする。
First, as shown in FIG. 16A, a resist (not shown) having an opening for forming a groove is provided on the surface 417a of the P-type silicon substrate 417 by photolithography. Anisotropic silicon etching is performed using as a mask to form a groove 423 having a concave cross section in the silicon substrate 417. After the etching, the resist is removed. Here, the width of the groove 423 having a concave cross section is set to be larger than the target gate length by about 0.20 μm. In the present embodiment, since the target gate length is set to about 0.40 μm, the width of the groove 223 is set to 0.60 μm.
It is about μm. The depth of the groove 223 is 1.23 μm.
m.

【0116】次に、このシリコン基板417上に、酸素
イオンを注入エネルギ180keV程度、注入量3〜
4.5×1017cm-2程度注入する。これにより、溝4
23の底面からシリコン基板中に所定距離だけ入った深
さレベルにその溝底面と平行に延在する第一の酸素イオ
ン注入領域419を形成するとともに、溝423外で溝
下部よりも上方の深さレベルに第二の酸素イオン注入領
域422を形成する。ここで、酸素イオンの注入量を、
これまでのSIMOX(セパレーション・バイ・インプ
ランティド・オキシゲン)ウエハにおいて実用化されて
いた、1.2×1018cm-2以上の注入量より低い注入
量に設定しているので、転移などの欠陥が多数発生する
という問題を回避することができる。次に、温度130
0℃程度の高温アニールを行って、結晶性を回復させる
とともに上記第一、第二の酸素イオン注入領域419、
422中の酸素とシリコン基板材料とを反応させて、上
記第一、第二の酸素イオン注入領域をそれぞれ第一、第
二の絶縁体領域(簡単のため、注入領域と同じ符号で表
す)419、422に変化させる。この第一の絶縁体領
域(埋め込み酸化膜)419上のシリコン基板材料が活
性層412となる。この後、活性層412の厚さを更に
薄くするために、温度800〜1000℃程度、時間2
0〜70分程度のウエット酸化を行い、続いて、表面酸
化膜を全面除去する。これにより、活性層412の厚さ
tを700Å程度、埋め込み絶縁体419の厚さを1μ
m程度とする。なお、上記ウエット酸化の代わりに、結
晶性回復のための高温アニールと同時にドライまたはウ
エットのいずれかの方法で酸素原子を炉内に導入して、
シリコン表面を酸化しても良い。
Next, on this silicon substrate 417, oxygen ions are implanted at an energy of about 180
Implant about 4.5 × 10 17 cm −2 . Thereby, the groove 4
A first oxygen ion implanted region 419 extending parallel to the bottom surface of the groove is formed at a depth level that is a predetermined distance from the bottom surface of the silicon substrate into the silicon substrate. A second oxygen ion implantation region 422 is formed at the level. Here, the injection amount of oxygen ions is
Since the implantation dose is set to be lower than 1.2 × 10 18 cm −2 or more, which has been practically used in conventional SIMOX (separation by implanted oxygen) wafers, dislocations, etc. Can be avoided. Next, the temperature 130
A high-temperature anneal of about 0 ° C. is performed to restore crystallinity, and the first and second oxygen ion implanted regions 419,
By reacting the oxygen in 422 with the silicon substrate material, the first and second oxygen ion implanted regions are respectively a first and a second insulator region (for simplicity, denoted by the same reference numerals as the implanted regions) 419 , 422. The silicon substrate material on the first insulator region (buried oxide film) 419 becomes the active layer 412. Thereafter, in order to further reduce the thickness of the active layer 412, the temperature is set to about 800 to 1000 ° C. for 2 hours.
The wet oxidation is performed for about 0 to 70 minutes, and then the surface oxide film is entirely removed. As a result, the thickness t of the active layer 412 is set to about 700 ° and the thickness of the buried insulator 419 is set to 1 μm.
m. In addition, instead of the above wet oxidation, oxygen atoms are introduced into the furnace by either dry or wet simultaneously with high temperature annealing for crystallinity recovery,
The silicon surface may be oxidized.

【0117】次に、図16(b)に示すように、シリコ
ン基板417の表面側を研摩して、溝423の下部を残
しながら、溝523外の領域に存在するシリコン基板材
料421および第二の絶縁体領域422を除去する。
Next, as shown in FIG. 16B, the surface side of the silicon substrate 417 is polished to leave the lower portion of the groove 423 and the silicon substrate material 421 and the second material existing in the region outside the groove 523. The insulator region 422 is removed.

【0118】このようにして、シリコン基板417の溝
423に対して自己整合的に、溝423の下方に溝底面
と平行に延在する埋め込み絶縁体419を完全に左右対
称に形成することができる。また、この溝423のお陰
で、後の工程の、LDD領域形成工程、チャネル領域形
成工程、ゲート電極形成工程、および、ソース/ドレイ
ン領域形成工程をすべて自己整合的に形成することがで
きる。また、それによって、当該各工程において、フォ
トリソグラフィ工程を省略できるため、工程を簡略化で
きる。ただし、後で述べるようにLDD領域形成工程、
および、ソース/ドレイン領域形成工程においては、ソ
ース側とドレイン側の拡散領域が接続されないようにす
るために、フォトリソグラフィを行う必要がある。
In this way, the embedded insulator 419 extending below the groove 423 in parallel with the groove bottom can be formed completely symmetrically with the groove 423 of the silicon substrate 417 in a self-aligned manner. . Further, thanks to the groove 423, the LDD region forming step, the channel region forming step, the gate electrode forming step, and the source / drain region forming step can be formed in a self-alignment manner. In addition, the photolithography step can be omitted in each of the steps, so that the steps can be simplified. However, as described later, an LDD region forming step,
In the source / drain region forming step, it is necessary to perform photolithography in order to prevent connection between the source and drain diffusion regions.

【0119】次に、通常の素子分離LOCOS形成工程
により、溝423の両側に相当するシリコン基板417
の表面にLOCOS437を形成する。
Next, the silicon substrate 417 corresponding to both sides of the groove 423 is formed by a normal element isolation LOCOS forming process.
LOCOS 437 is formed on the surface of.

【0120】次に、LPCVD法により、溝423の底
面、側面および溝423外の平坦面417a上に、不純
物を含む酸化膜(ここでは、リンが1×1020cm- 3
度ドープされたPSGを用いる。)を厚さ1000Å程
度、均一に堆積させる。その不純物含有酸化膜のうち溝
423内に堆積した部分は、その凹部の形状を反映して
断面凹状に形成される。次に、図16(c)に示すよう
に、異方性エッチングを行って、その不純物含有酸化膜
のうち溝423の底面423bおよび溝外の平坦面41
7a上の部分を除去する。これにより、溝423の側面
413a,413aに、残された不純物含有酸化膜から
なる側壁418,418を形成する。この側壁418,
418の間の隙間は、元の溝より幅の狭くなった新たな
溝424を構成する。側壁418の厚さは堆積させた膜
厚とほぼ等しくなるので、この新しい溝424の幅は、
CVD膜厚により精度良く制御される。後の工程で、こ
の新しい溝424を埋めるようにゲート電極を形成する
際、新しい溝424の下端の幅がゲート長となる。な
お、一般にゲート電極を形成する場合、フォトリソグラ
フィ工程の最小加工線幅の物理的限界によって、最小ゲ
ート長が規定される。しかし、本実施形態によれば、新
しい溝424の幅と深さのアスペクト比を最適化するこ
とによって、フォトリソグラフィ工程の最小加工線幅の
物理的限界以下のゲート長の形成が可能となる。
[0120] Then, by the LPCVD method, the bottom surface of the groove 423, on the side surface and the groove 423 outside of the flat surface 417a, the oxide film (here, containing an impurity, phosphorus 1 × 10 20 cm - was approximately 3 doped PSG Is uniformly deposited to a thickness of about 1000 °. The portion of the impurity-containing oxide film deposited in the groove 423 is formed to have a concave cross section reflecting the shape of the concave portion. Next, as shown in FIG. 16C, anisotropic etching is performed to remove the bottom surface 423b of the groove 423 and the flat surface 41 outside the groove in the impurity-containing oxide film.
The part on 7a is removed. As a result, the side walls 418, 418 made of the remaining impurity-containing oxide film are formed on the side surfaces 413a, 413a of the groove 423. This side wall 418,
The gap between 418 constitutes a new groove 424 that is narrower than the original groove. Since the thickness of the sidewalls 418 is approximately equal to the thickness of the deposited film, the width of the new groove 424 is
It is accurately controlled by the CVD film thickness. When a gate electrode is formed so as to fill the new groove 424 in a later step, the width of the lower end of the new groove 424 becomes the gate length. In general, when a gate electrode is formed, a minimum gate length is defined by a physical limit of a minimum processing line width in a photolithography process. However, according to the present embodiment, by optimizing the aspect ratio of the width and the depth of the new groove 424, it is possible to form a gate length smaller than the physical limit of the minimum processing line width in the photolithography process.

【0121】次に、第2実施形態で述べたのと同様に、
ソース側とドレイン側のLDD領域の接続を回避すべ
く、平面パターン(図20参照)において矩形の枠状に
つながっている側壁418のうち、チャネル幅方向両端
部に相当する部分を除去する。また、チャネル領域反転
層を形成した際、チャネル幅方向両端部226で、そこ
に延在するゲート電極によってゲート酸化膜を介して反
転層が形成されるのを回避するため、チャネル幅方向両
端部に、チャネル領域の濃度より高濃度のイオン注入を
行う。
Next, as described in the second embodiment,
In order to avoid connection between the LDD regions on the source side and the drain side, portions corresponding to both ends in the channel width direction of the side walls 418 connected in a rectangular frame shape in the plane pattern (see FIG. 20) are removed. In addition, when the channel region inversion layer is formed, at both ends in the channel width direction 226, in order to avoid formation of the inversion layer via the gate oxide film by the gate electrode extending there, both ends in the channel width direction are formed. Next, ion implantation at a higher concentration than the concentration in the channel region is performed.

【0122】次に、図17(d)に示すように、ウエッ
ト酸化を温度800℃、時間21分程度行って、溝42
4の底部に露出した底面413b、平坦面417aに、
チャネル注入保護膜の働きをする酸化膜427を厚さ1
00Å程度形成する。その際、側壁酸化膜418に含ま
れる不純物がこの側壁酸化膜418と接触している溝の
内面部分423b,423aに拡散して、LDD領域4
07、408が形成される。ただし、この後にもLDD
領域を拡散させる工程があるため、この工程でLDD領
域の接合深さが決定されるものではない。
Next, as shown in FIG. 17D, wet oxidation is performed at a temperature of 800 ° C. for a time of about 21 minutes to form a groove 42.
The bottom surface 413b and the flat surface 417a exposed at the bottom of
The oxide film 427 serving as a channel injection protection film is formed to a thickness of 1
It is formed about 00 °. At this time, impurities contained in side wall oxide film 418 diffuse into inner surface portions 423b and 423a of the groove in contact with side wall oxide film 418, and LDD region 4
07 and 408 are formed. However, after this, LDD
Since there is a step of diffusing the region, the junction depth of the LDD region is not determined in this step.

【0123】次に、チャネル注入を行って、活性層41
2のうち側壁418の間に相当する部分に、P型のチャ
ネル領域409を形成する。このチャネル注入では、ホ
ウ素イオンを注入エネルギ15keV程度、注入量1×
1012cm-2程度で注入し、チャネリング防止のため7
度程度の注入角で回転注入かステップ注入を行う。その
後、注入保護膜427を除去する。
Next, channel injection is performed to form the active layer 41.
A P-type channel region 409 is formed in a portion corresponding to a portion between the side walls 418 of the two. In this channel implantation, boron ions are implanted at an implantation energy of about 15 keV and an implantation amount of 1 ×
Inject at about 10 12 cm -2 and 7 to prevent channeling
Rotational injection or step injection is performed at an injection angle of about degrees. After that, the injection protection film 427 is removed.

【0124】次に、図17(e)に示すように、ウエッ
ト酸化を温度800℃、時間21分程度行って、チャネ
ル領域409上に厚さ100Å程度のゲート酸化膜41
5を形成する。その際、側壁酸化膜418に含まれる不
純物が拡散することにより、LDD領域407、408
の接合深さが深くなる。ただし、この後にもLDD領域
を拡散させる工程があるため、この工程でLDD領域の
接合深さが決定されるものではない。
Next, as shown in FIG. 17E, wet oxidation is performed at a temperature of 800.degree. C. for a time of about 21 minutes to form a gate oxide film 41 having a thickness of about 100.degree.
5 is formed. At this time, the impurities contained in the sidewall oxide film 418 are diffused, so that the LDD regions 407 and 408 are diffused.
Becomes deeper. However, since there is a step of diffusing the LDD region after this, the junction depth of the LDD region is not determined in this step.

【0125】次に、LPCVD法により、この上に不純
物を含むポリシリコン(図示せず)を均一性良く成長さ
せて、側壁絶縁体418の間の溝424をポリシリコン
で埋め込むとともに、ほぼ平坦な表面が得られるように
ポリシリコンを厚さ2000〜6000Å程度堆積す
る。次に、酸化膜に対して選択比の高い異方性エッチン
グを行って、そのポリシリコンを全面エッチングして、
溝424内にそのポリシリコンの一部をゲート電極41
6として残す。その際、ポリシリコンとソース/ドレイ
ン領域が不純物含有酸化膜418により隔てられること
により、完全に絶縁されるようになるまでオーバエッチ
をかける。ただし、ソース/ドレイン領域のシリコン表
面をエッチングすると、表面の荒れが生じて、コンタク
ト抵抗が上昇することがある。このため、オーバエッチ
の際は、より酸化膜と選択比の高い異方性エッチングに
切り替えるなどの工夫が必要である。
Next, polysilicon (not shown) containing impurities is grown thereon with good uniformity by the LPCVD method, and the trenches 424 between the side wall insulators 418 are filled with polysilicon and substantially flat. Polysilicon is deposited to a thickness of about 2000-6000 ° so as to obtain a surface. Next, anisotropic etching with a high selectivity is performed on the oxide film, and the polysilicon is entirely etched.
A portion of the polysilicon is placed in the trench 424 to form the gate electrode 41.
Leave as 6. At this time, since the polysilicon and the source / drain regions are separated by the impurity-containing oxide film 418, over-etching is performed until the polysilicon is completely insulated. However, when the silicon surface of the source / drain region is etched, the surface may be roughened and the contact resistance may be increased. For this reason, in the case of over-etching, it is necessary to switch to anisotropic etching having a higher selectivity to the oxide film.

【0126】このようにして、ゲート電極416を溝4
24に対して自己整合的に形成することができる。それ
によって、厳密な位置合わせを必要とする、フォトリソ
グラフィ工程を省略することができ、工程を簡略化でき
る。
In this way, the gate electrode 416 is
24 can be formed in a self-aligned manner. Thus, a photolithography step requiring strict alignment can be omitted, and the step can be simplified.

【0127】次に、第2実施形態と同様に、フォトリソ
グラフィを行って、高濃度ソース/ドレイン領域形成の
ための注入保護用レジストを形成する(図21(e)参
照)。その後、イオン注入を行って、N型高濃度ソース
/ドレイン領域405、406を形成する。このイオン
注入では、ヒ素イオンを注入エネルギー40keV程
度、注入量5×1015cm-2程度で注入し、チャネリン
グ防止のため7度程度の注入角で回転注入かステップ注
入を行う。次に、高濃度ソース/ドレイン領域405、
406を活性化するために、活性化アニールを温度80
0℃、時間10分程度行う。その際、側壁酸化膜418
に含まれる不純物が拡散することにより、LDD領域4
07、408の接合深さが深くなる。この後は、拡散工
程がないため、この工程でLDD領域の接合深さが決定
される。本実施形態では、LDD領域407、408の
最終的な接合深さは、側壁酸化膜418との接触面から
300Å程度になる。このようにして、シリコン基板4
17の表面に最初に形成した溝423(図16(a)参
照)の形状に基づいて、側壁酸化膜418を介して自己
整合的に、完全に左右対称にLDD領域407、408
を形成することができる。
Next, as in the second embodiment, photolithography is performed to form an injection protection resist for forming high-concentration source / drain regions (see FIG. 21E). After that, ion implantation is performed to form N-type high-concentration source / drain regions 405 and 406. In this ion implantation, arsenic ions are implanted at an implantation energy of about 40 keV and an implantation amount of about 5 × 10 15 cm −2 , and rotational implantation or step implantation is performed at an implantation angle of about 7 ° to prevent channeling. Next, the high concentration source / drain regions 405,
To activate 406, an activation anneal at temperature 80
Perform at 0 ° C. for about 10 minutes. At this time, the sidewall oxide film 418
The impurities contained in the LDD region 4
07 and 408 become deeper. After that, since there is no diffusion step, the junction depth of the LDD region is determined in this step. In this embodiment, the final junction depth of the LDD regions 407 and 408 is about 300 ° from the contact surface with the sidewall oxide film 418. Thus, the silicon substrate 4
Based on the shape of the groove 423 (see FIG. 16A) first formed on the surface of the semiconductor device 17, the LDD regions 407 and 408 are completely left-right symmetrically self-aligned via the sidewall oxide film 418.
Can be formed.

【0128】なお、この後、周知の層間膜形成工程およ
び配線形成工程を行って、電界効果トランジスタを完成
させる。
After that, the well-known interlayer film forming step and wiring forming step are performed to complete the field effect transistor.

【0129】以上のように、埋め込み酸化膜形成工程、
LDD領域形成工程、チャネル領域形成工程、ゲート電
極形成工程、および、ソース/ドレイン領域形成工程を
すべて溝423に対して自己整合的に行うことができ、
ソース/ドレイン方向に完全に左右対称な電界効果トラ
ンジスタを作製することができる。
As described above, the buried oxide film forming step
The LDD region forming step, the channel region forming step, the gate electrode forming step, and the source / drain region forming step can all be performed in a self-aligned manner with respect to the groove 423.
A field effect transistor completely symmetrical in the source / drain direction can be manufactured.

【0130】作製された電界効果トランジスタは、ソー
ス403、ドレイン404間で対称な構造を持つので、
ソース403とドレイン404とを入れ換えて動作させ
るような対称性を必要とする回路にも適用され得る。ま
た、動作時に、ゲート416の電位による活性領域40
9、412内への空乏層の延びが、チャネル方向全域に
わたって絶縁体領域419によって制限されるので、ゲ
ート電位のうち、活性領域409、412内へ空乏層を
延ばす成分が減少して、その分だけチャネル領域409
の反転層を形成する成分が増加する。したがって、トラ
ンジスタのSファクタを改善でき、スイッチング特性を
決めるサブスレッショルド特性が向上して、高駆動能力
を実現できる。また、ソース側LDD領域407、ドレ
イン側LDD領域408と絶縁体領域419との間に、
それぞれ活性層412のうち不純物が拡散されていない
部分(半導体領域)が残り、チャネル領域409とシリ
コン基板417とが上記半導体領域を介して連なってい
るので、活性領域409、412とシリコン基板417
との間で電荷の移動が可能となる。したがって、基板浮
遊効果が生じることがなく、高いドレイン耐圧を実現で
きる。その結果、ソース領域403、ドレイン領域40
4にその分だけ高電圧を印加でき、高速動作が可能とな
る。
Since the manufactured field-effect transistor has a symmetric structure between the source 403 and the drain 404,
The present invention can also be applied to a circuit that requires symmetry such that the source 403 and the drain 404 are interchanged and operated. Also, during operation, the active region 40 due to the potential of the gate 416
9 and 412, the extension of the depletion layer in the channel direction is limited by the insulator region 419, so that the component of the gate potential that extends the depletion layer into the active regions 409 and 412 is reduced. Only channel region 409
The components that form the inversion layer increase. Therefore, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristic can be improved, and high driving capability can be realized. Further, between the source side LDD region 407 and the drain side LDD region 408 and the insulator region 419,
A portion (semiconductor region) of the active layer 412 where impurities are not diffused remains, and the channel region 409 and the silicon substrate 417 are connected via the semiconductor region.
And the transfer of electric charge becomes possible. Therefore, a high drain withstand voltage can be realized without the substrate floating effect. As a result, the source region 403 and the drain region 40
4, a higher voltage can be applied by that much, and high-speed operation is possible.

【0131】また、作製された電界効果トランジスタ
は、ゲート414が溝内に埋め込まれた、いわゆるグル
ーブ構造となり、ソース/ドレイン領域がゲート電極4
16の左右に側壁絶縁体418を介して存在している。
一般に、このようなグルーブ構造の電界効果トランジス
タでは、ゲート電極とソース/ドレイン領域間の寄生容
量が問題となっている。しかし、本実施形態では、側壁
絶縁体418の幅が0.1μmあるため、ゲート電極と
ソース/ドレイン領域との間の寄生容量を十分に低減す
ることができる。それにより、トランジスタの高速動作
が可能となる。
The manufactured field-effect transistor has a so-called groove structure in which the gate 414 is buried in the groove, and the source / drain region has the gate electrode 4.
16 are present on the left and right sides of the substrate 16 via side wall insulators 418.
Generally, in such a field effect transistor having a groove structure, there is a problem of parasitic capacitance between a gate electrode and a source / drain region. However, in this embodiment, since the width of the sidewall insulator 418 is 0.1 μm, the parasitic capacitance between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced. Thus, high-speed operation of the transistor can be performed.

【0132】しかも、エピタキシャルシリコン層ではな
く、元のシリコン基板材料で活性領域409、412を
構成しているので、欠陥の少ない活性領域409、41
2が設けられる。したがって、さらに電流駆動能力を改
善できる。
In addition, since the active regions 409 and 412 are made of the original silicon substrate material instead of the epitaxial silicon layer, the active regions 409 and 41 with few defects are formed.
2 are provided. Therefore, the current driving capability can be further improved.

【0133】(第5実施形態)図18〜図19参照し
て、別の実施形態の電界効果トランジスタの製造方法を
工程ごとにを順を追って説明する。
(Fifth Embodiment) A method for manufacturing a field effect transistor according to another embodiment will be described step by step with reference to FIGS.

【0134】まず、図18(a)に示すように、フォト
リソグラフィを行って、P型シリコン基板517の表面
517aに、溝形成用の開口部を有するレジスト525
を設け、そのレジスト525をマスクとして異方性シリ
コンエッチングを行って、シリコン基板517に断面凹
状の溝523を形成する。なお、エッチング後に、次の
酸素イオン注入工程のために上記レジスト525を残し
ておく。ここで、断面凹状の溝523の幅は、目標とす
るゲート長よりも0.20μm程度大きく設定してお
く。本実施形態においては、目標ゲート長を0.40μ
m程度とするので、溝223の幅を0.60μm程度と
する。また、溝223の深さは、0.15μm程度とす
る。
First, as shown in FIG. 18A, photolithography is performed to form a resist 525 having an opening for forming a groove on the surface 517a of the P-type silicon substrate 517.
Is formed, and anisotropic silicon etching is performed using the resist 525 as a mask to form a groove 523 having a concave cross section in the silicon substrate 517. After the etching, the resist 525 is left for the next oxygen ion implantation step. Here, the width of the groove 523 having a concave cross section is set to be larger than the target gate length by about 0.20 μm. In this embodiment, the target gate length is set to 0.40 μm.
m, the width of the groove 223 is set to about 0.60 μm. Further, the depth of the groove 223 is set to about 0.15 μm.

【0135】次に、図18(b)に示すように、上記レ
ジスト525をマスクとして、このシリコン基板517
上に、酸素イオンを注入エネルギ180keV程度、注
入量3〜4.5×1017cm-2程度注入する。これによ
り、溝523の底面からシリコン基板中に所定距離だけ
入った深さレベルにその溝底面と平行に延在する酸素イ
オン注入領域519を形成する。ここで、酸素イオンの
注入量を、これまでのSIMOX(セパレーション・バ
イ・インプランティド・オキシゲン)ウエハにおいて実
用化されていた、1.2×1018cm-2以上の注入量よ
り低い注入量に設定しているので、転移などの欠陥が多
数発生するという問題を回避することができる。次に、
図18(c)に示すように、レジスト525を除去した
後、温度1300℃程度の高温アニールを行って、結晶
性を回復させるとともに上記酸素イオン注入領域519
中の酸素とシリコン基板材料とを反応させて、上記酸素
イオン注入領域をそれぞれ絶縁体領域(簡単のため、注
入領域と同じ符号で表す)519に変化させる。この絶
縁体領域(埋め込み酸化膜)519上のシリコン基板材
料が活性層512となる。この後、活性層512の厚さ
を更に薄くするために、温度800〜1000℃程度、
時間20〜70分程度のウエット酸化を行い、続いて、
表面酸化膜を全面除去する。これにより、活性層512
の厚さtを780Å程度、埋め込み絶縁体519の厚さ
を1μm程度とする。なお、上記ウエット酸化の代わり
に、結晶性回復のための高温アニールと同時にドライま
たはウエットのいずれかの方法で酸素原子を炉内に導入
して、シリコン表面を酸化しても良い。
Next, as shown in FIG. 18B, the silicon substrate 517 is formed using the resist 525 as a mask.
Above, oxygen ions are implanted at an implantation energy of about 180 keV and an implantation amount of about 3 to 4.5 × 10 17 cm −2 . As a result, an oxygen ion implanted region 519 extending parallel to the bottom surface of the groove is formed at a depth level that is within the silicon substrate by a predetermined distance from the bottom surface of the groove 523. Here, the implantation amount of oxygen ions is lower than the implantation amount of 1.2 × 10 18 cm −2 or more which has been practically used in the conventional SIMOX (separation by implanted oxygen) wafer. Since the amount is set to be small, the problem that many defects such as dislocations occur can be avoided. next,
As shown in FIG. 18C, after the resist 525 is removed, high-temperature annealing at a temperature of about 1300 ° C. is performed to recover the crystallinity and the oxygen ion implanted region 519.
By reacting the oxygen inside and the silicon substrate material, each of the oxygen ion implanted regions is changed to an insulator region (for the sake of simplicity, represented by the same reference numeral as the implanted region) 519. The silicon substrate material on the insulator region (buried oxide film) 519 becomes the active layer 512. Thereafter, in order to further reduce the thickness of the active layer 512, a temperature of about 800 to 1000 ° C.
Wet oxidation is performed for about 20 to 70 minutes,
The surface oxide film is entirely removed. Thereby, the active layer 512
And the thickness of the buried insulator 519 is about 1 μm. Instead of the wet oxidation, oxygen atoms may be introduced into the furnace by a dry or wet method at the same time as high-temperature annealing for recovering crystallinity to oxidize the silicon surface.

【0136】なお、第4実施形態では、酸素イオン注入
工程でレジストを用いず、注入後に研磨を行って、溝外
の領域に存在するシリコン基板材料および第二の絶縁体
領域を除去したため、シリコン基板表面の荒れがおこ
り、後の工程において、ソース/ドレインとメタルコン
タクトの接触不良が発生するおそれがある。また、研磨
によるダストが、溝の底面に付着し、ゲート酸化膜形成
の際に、異常酸化が起こる原因になる恐れがある。しか
し、本実施形態では、研磨を用いずに埋め込み絶縁体を
形成するため、良好なソース/ドレインとメタルのコン
タクトを形成でき、また、良好なゲート酸化膜を形成で
きる。
In the fourth embodiment, the resist is not used in the oxygen ion implantation step, and polishing is performed after the implantation to remove the silicon substrate material and the second insulator region existing in the region outside the groove. Roughness of the substrate surface may occur, and in a later step, contact failure between the source / drain and the metal contact may occur. In addition, dust due to polishing may adhere to the bottom surface of the groove and cause abnormal oxidation when forming a gate oxide film. However, in this embodiment, since the buried insulator is formed without using polishing, a good contact between the source / drain and the metal can be formed, and a good gate oxide film can be formed.

【0137】このようにして、シリコン基板517の溝
523に対して自己整合的に、溝523の下方に溝底面
と平行に延在する埋め込み絶縁体519を完全に左右対
称に形成することができる。また、この溝523のお陰
で、後の工程の、LDD領域形成工程、チャネル領域形
成工程、ゲート電極形成工程、および、ソース/ドレイ
ン領域形成工程をすべて自己整合的に形成することがで
きる。また、それによって、当該各工程において、フォ
トリソグラフィ工程を省略できるため、工程を簡略化で
きる。ただし、後で述べるようにLDD領域形成工程、
および、ソース/ドレイン領域形成工程においては、ソ
ース側とドレイン側の拡散領域が接続されないようにす
るために、フォトリソグラフィを行う必要がある。
In this manner, the embedded insulator 519 extending below the groove 523 and parallel to the groove bottom can be formed completely symmetrically with the groove 523 of the silicon substrate 517 in a self-aligned manner. . Further, thanks to the groove 523, the LDD region forming step, the channel region forming step, the gate electrode forming step, and the source / drain region forming step can be formed in a self-alignment manner. In addition, the photolithography step can be omitted in each of the steps, so that the steps can be simplified. However, as described later, an LDD region forming step,
In the source / drain region forming step, it is necessary to perform photolithography in order to prevent connection between the source and drain diffusion regions.

【0138】次に、通常の素子分離LOCOS形成工程
により、溝523の両側に相当するシリコン基板517
の表面にLOCOS537を形成する。
Next, the silicon substrate 517 corresponding to both sides of the groove 523 is formed by a normal element isolation LOCOS forming process.
LOCOS537 is formed on the surface of.

【0139】次に、LPCVD法により、溝523の底
面、側面および溝523外の平坦面517a上に、不純
物を含む酸化膜(ここでは、リンが1×1020cm- 3
度ドープされたPSGを用いる。)を厚さ1000Å程
度、均一に堆積させる。その不純物含有酸化膜のうち溝
523内に堆積した部分は、その凹部の形状を反映して
断面凹状に形成される。次に、図19(d)に示すよう
に、異方性エッチングを行って、その不純物含有酸化膜
のうち溝523の底面523bおよび溝外の平坦面51
7a上の部分を除去する。これにより、溝523の側面
513a,513aに、残された不純物含有酸化膜から
なる側壁518,518を形成する。この側壁518,
518の間の隙間は、元の溝より幅の狭くなった新たな
溝524を構成する。側壁518の厚さは堆積させた膜
厚とほぼ等しくなるので、この新しい溝524の幅は、
CVD膜厚により精度良く制御される。後の工程で、こ
の新しい溝524を埋めるようにゲート電極を形成する
際、新しい溝524の下端の幅がゲート長となる。な
お、一般にゲート電極を形成する場合、フォトリソグラ
フィ工程の最小加工線幅の物理的限界によって、最小ゲ
ート長が規定される。しかし、本実施形態によれば、新
しい溝524の幅と深さのアスペクト比を最適化するこ
とによって、フォトリソグラフィ工程の最小加工線幅の
物理的限界以下のゲート長の形成が可能となる。
[0139] Then, by the LPCVD method, the bottom surface of the groove 523, on the side surface and the groove 523 outside of the flat surface 517a, the oxide film (here, containing an impurity, phosphorus 1 × 10 20 cm - was approximately 3 doped PSG Is uniformly deposited to a thickness of about 1000 °. The portion of the impurity-containing oxide film deposited in the groove 523 has a concave cross section reflecting the shape of the concave portion. Next, as shown in FIG. 19D, anisotropic etching is performed to remove the bottom surface 523b of the groove 523 and the flat surface 51 outside the groove in the impurity-containing oxide film.
The part on 7a is removed. Thus, the side walls 518, 518 of the remaining impurity-containing oxide film are formed on the side surfaces 513a, 513a of the groove 523. This side wall 518,
The gap between 518 constitutes a new groove 524 that is narrower than the original groove. Since the thickness of the side wall 518 is approximately equal to the thickness of the deposited film, the width of the new groove 524 is
It is accurately controlled by the CVD film thickness. When a gate electrode is formed so as to fill the new groove 524 in a later step, the width of the lower end of the new groove 524 becomes the gate length. In general, when a gate electrode is formed, a minimum gate length is defined by a physical limit of a minimum processing line width in a photolithography process. However, according to the present embodiment, by optimizing the aspect ratio of the width and the depth of the new groove 524, it is possible to form a gate length smaller than the physical limit of the minimum processing line width in the photolithography process.

【0140】次に、第2実施形態で述べたのと同様に、
ソース側とドレイン側のLDD領域の接続を回避すべ
く、平面パターン(図20参照)において矩形の枠状に
つながっている側壁518のうち、チャネル幅方向両端
部に相当する部分を除去する。また、チャネル領域反転
層を形成した際、チャネル幅方向両端部226で、そこ
に延在するゲート電極によってゲート酸化膜を介して反
転層が形成されるのを回避するため、チャネル幅方向両
端部に、チャネル領域の濃度より高濃度のイオン注入を
行う。
Next, as described in the second embodiment,
In order to avoid connection between the LDD regions on the source side and the drain side, portions corresponding to both ends in the channel width direction of the side wall 518 connected in a rectangular frame shape in the plane pattern (see FIG. 20) are removed. In addition, when the channel region inversion layer is formed, at both ends in the channel width direction 226, in order to avoid formation of the inversion layer via the gate oxide film by the gate electrode extending there, both ends in the channel width direction are formed. Next, ion implantation at a higher concentration than the concentration in the channel region is performed.

【0141】次に、図19(e)に示すように、ウエッ
ト酸化を温度800℃、時間21分程度行って、溝52
4の底部に露出した底面513b、平坦面517aに、
チャネル注入保護膜の働きをする酸化膜527を厚さ1
00Å程度形成する。その際、側壁酸化膜518に含ま
れる不純物がこの側壁酸化膜518と接触している溝の
内面部分523b,523aに拡散して、LDD領域5
07、508が形成される。ただし、この後にもLDD
領域を拡散させる工程があるため、この工程でLDD領
域の接合深さが決定されるものではない。
Next, as shown in FIG. 19E, wet oxidation is performed at a temperature of 800.degree.
The bottom surface 513b and the flat surface 517a exposed at the bottom of
An oxide film 527 serving as a channel injection protection film is formed to a thickness of 1
It is formed about 00 °. At this time, impurities contained in side wall oxide film 518 diffuse into inner surface portions 523b and 523a of the groove in contact with side wall oxide film 518, and LDD region 5
07 and 508 are formed. However, after this, LDD
Since there is a step of diffusing the region, the junction depth of the LDD region is not determined in this step.

【0142】次に、チャネル注入を行って、活性層51
2のうち側壁518の間に相当する部分に、P型のチャ
ネル領域509を形成する。このチャネル注入では、ホ
ウ素イオンを注入エネルギ15keV程度、注入量1×
1012cm-2程度で注入し、チャネリング防止のため7
度程度の注入角で回転注入かステップ注入を行う。その
後、注入保護膜527を除去する。
Next, channel implantation is performed to form the active layer 51.
A P-type channel region 509 is formed in a portion corresponding to between the side walls 518 of 2. In this channel implantation, boron ions are implanted at an implantation energy of about 15 keV and an implantation amount of 1 ×
Inject at about 10 12 cm -2 and 7 to prevent channeling
Rotational injection or step injection is performed at an injection angle of about degrees. After that, the injection protection film 527 is removed.

【0143】次に、図19(f)に示すように、ウエッ
ト酸化を温度800℃、時間21分程度行って、チャネ
ル領域509上に厚さ100Å程度のゲート酸化膜51
5を形成する。その際、側壁酸化膜518に含まれる不
純物が拡散することにより、LDD領域507、508
の接合深さが深くなる。ただし、この後にもLDD領域
を拡散させる工程があるため、この工程でLDD領域の
接合深さが決定されるものではない。なお、既に述べた
ように、本実施形態では、研磨を用いずに埋め込み絶縁
体を形成しているため、良好なゲート酸化膜を形成でき
る。
Next, as shown in FIG. 19 (f), wet oxidation is performed at a temperature of 800 ° C. for a time of about 21 minutes to form a gate oxide film 51 having a thickness of about 100 ° on the channel region 509.
5 is formed. At this time, the impurities contained in the side wall oxide film 518 are diffused, so that the LDD regions 507 and 508 are diffused.
Becomes deeper. However, since there is a step of diffusing the LDD region after this, the junction depth of the LDD region is not determined in this step. As described above, in this embodiment, since the buried insulator is formed without using polishing, a favorable gate oxide film can be formed.

【0144】次に、LPCVD法により、この上に不純
物を含むポリシリコン(図示せず)を均一性良く成長さ
せて、側壁絶縁体518の間の溝524をポリシリコン
で埋め込むとともに、ほぼ平坦な表面が得られるように
ポリシリコンを厚さ2000〜6000Å程度堆積す
る。次に、酸化膜に対して選択比の高い異方性エッチン
グを行って、そのポリシリコンを全面エッチングして、
溝524内にそのポリシリコンの一部をゲート電極51
6として残す。その際、ポリシリコンとソース/ドレイ
ン領域が不純物含有酸化膜518により隔てられること
により、完全に絶縁されるようになるまでオーバエッチ
をかける。ただし、ソース/ドレイン領域のシリコン表
面をエッチングすると、表面の荒れが生じて、コンタク
ト抵抗が上昇することがある。このため、オーバエッチ
の際は、より酸化膜と選択比の高い異方性エッチングに
切り替えるなどの工夫が必要である。
Next, polysilicon (not shown) containing impurities is grown thereon with a uniform thickness by the LPCVD method, and the trench 524 between the side wall insulators 518 is filled with the polysilicon and substantially flat. Polysilicon is deposited to a thickness of about 2000-6000 ° so as to obtain a surface. Next, anisotropic etching with a high selectivity is performed on the oxide film, and the polysilicon is entirely etched.
A part of the polysilicon is placed in the trench 524 by the gate electrode 51.
Leave as 6. At this time, since the polysilicon and the source / drain regions are separated by the impurity-containing oxide film 518, over-etching is performed until the polysilicon is completely insulated. However, when the silicon surface of the source / drain region is etched, the surface may be roughened and the contact resistance may be increased. For this reason, in the case of over-etching, it is necessary to switch to anisotropic etching having a higher selectivity to the oxide film.

【0145】このようにして、ゲート電極516を溝5
24に対して自己整合的に形成することができる。それ
によって、厳密な位置合わせを必要とする、フォトリソ
グラフィ工程を省略することができ、工程を簡略化でき
る。
In this way, the gate electrode 516 is
24 can be formed in a self-aligned manner. Thus, a photolithography step requiring strict alignment can be omitted, and the step can be simplified.

【0146】次に、第2実施形態と同様に、フォトリソ
グラフィを行って、高濃度ソース/ドレイン領域形成の
ための注入保護用レジストを形成する(図21(e)参
照)。その後、イオン注入を行って、N型高濃度ソース
/ドレイン領域505、506を形成する。このイオン
注入では、ヒ素イオンを注入エネルギー40keV程
度、注入量5×1015cm-2程度で注入し、チャネリン
グ防止のため7度程度の注入角で回転注入かステップ注
入を行う。次に、高濃度ソース/ドレイン領域505、
506を活性化するために、活性化アニールを温度80
0℃、時間10分程度行う。その際、側壁酸化膜518
に含まれる不純物が拡散することにより、LDD領域5
07、508の接合深さが深くなる。この後は、拡散工
程がないため、この工程でLDD領域の接合深さが決定
される。本実施形態では、LDD領域507、508の
最終的な接合深さは、側壁酸化膜518との接触面から
300Å程度になる。このようにして、シリコン基板5
17の表面に最初に形成した溝523(図18(a)参
照)の形状に基づいて、側壁酸化膜518を介して自己
整合的に、完全に左右対称にLDD領域507、508
を形成することができる。
Next, as in the second embodiment, photolithography is performed to form an injection protection resist for forming high-concentration source / drain regions (see FIG. 21E). Thereafter, ion implantation is performed to form N-type high-concentration source / drain regions 505 and 506. In this ion implantation, arsenic ions are implanted at an implantation energy of about 40 keV and an implantation amount of about 5 × 10 15 cm −2 , and rotational implantation or step implantation is performed at an implantation angle of about 7 ° to prevent channeling. Next, a high concentration source / drain region 505,
To activate 506, the activation anneal is performed at a temperature of 80.
Perform at 0 ° C. for about 10 minutes. At this time, the side wall oxide film 518
Is diffused, so that the LDD region 5
07 and 508 are deepened. After that, since there is no diffusion step, the junction depth of the LDD region is determined in this step. In this embodiment, the final junction depth of the LDD regions 507 and 508 is about 300 ° from the contact surface with the sidewall oxide film 518. Thus, the silicon substrate 5
Based on the shape of the first groove 523 (see FIG. 18A) formed on the surface of the semiconductor device 17, the LDD regions 507 and 508 are completely aligned bilaterally in a self-aligned manner via the sidewall oxide film 518.
Can be formed.

【0147】なお、この後、周知の層間膜形成工程およ
び配線形成工程を行って、電界効果トランジスタを完成
させる。
After that, the well-known interlayer film forming step and wiring forming step are performed to complete the field effect transistor.

【0148】以上のように、埋め込み酸化膜形成工程、
LDD領域形成工程、チャネル領域形成工程、ゲート電
極形成工程、および、ソース/ドレイン領域形成工程を
すべて溝523に対して自己整合的に行うことができ、
ソース/ドレイン方向に完全に左右対称な電界効果トラ
ンジスタを作製することができる。
As described above, the buried oxide film forming step
The LDD region forming step, the channel region forming step, the gate electrode forming step, and the source / drain region forming step can all be performed in a self-aligned manner with respect to the trench 523.
A field effect transistor completely symmetrical in the source / drain direction can be manufactured.

【0149】作製された電界効果トランジスタは、ソー
ス503、ドレイン504間で対称な構造を持つので、
ソース503とドレイン504とを入れ換えて動作させ
るような対称性を必要とする回路にも適用され得る。ま
た、動作時に、ゲート516の電位による活性領域50
9、512内への空乏層の延びが、チャネル方向全域に
わたって絶縁体領域519によって制限されるので、ゲ
ート電位のうち、活性領域509、512内へ空乏層を
延ばす成分が減少して、その分だけチャネル領域509
の反転層を形成する成分が増加する。したがって、トラ
ンジスタのSファクタを改善でき、スイッチング特性を
決めるサブスレッショルド特性が向上して、高駆動能力
を実現できる。また、ソース側LDD領域507、ドレ
イン側LDD領域508と絶縁体領域519との間に、
それぞれ活性層512のうち不純物が拡散されていない
部分(半導体領域)が残り、チャネル領域509とシリ
コン基板517とが上記半導体領域を介して連なってい
るので、活性領域509、512とシリコン基板517
との間で電荷の移動が可能となる。したがって、基板浮
遊効果が生じることがなく、高いドレイン耐圧を実現で
きる。その結果、ソース領域503、ドレイン領域50
4にその分だけ高電圧を印加でき、高速動作が可能とな
る。
The manufactured field-effect transistor has a symmetric structure between the source 503 and the drain 504.
The present invention can be applied to a circuit that requires symmetry such that the source 503 and the drain 504 are interchanged and operated. Also, during operation, the active region 50 due to the potential of the gate 516
Since the extension of the depletion layer into the active regions 509 and 512 is limited by the insulator region 519 throughout the channel direction, the component of the gate potential that extends the depletion layer into the active regions 509 and 512 is reduced. Only channel region 509
The components that form the inversion layer increase. Therefore, the S factor of the transistor can be improved, the sub-threshold characteristic that determines the switching characteristic can be improved, and high driving capability can be realized. Further, between the source side LDD region 507 and the drain side LDD region 508 and the insulator region 519,
Since a portion (semiconductor region) of the active layer 512 where impurities are not diffused remains, and the channel region 509 and the silicon substrate 517 are connected via the semiconductor region, the active regions 509 and 512 and the silicon substrate 517 are connected.
And the transfer of electric charge becomes possible. Therefore, a high drain withstand voltage can be realized without the substrate floating effect. As a result, the source region 503 and the drain region 50
4, a higher voltage can be applied by that much, and high-speed operation is possible.

【0150】また、作製された電界効果トランジスタ
は、ゲート514が溝内に埋め込まれた、いわゆるグル
ーブ構造となり、ソース/ドレイン領域がゲート電極5
16の左右に側壁絶縁体518を介して存在している。
一般に、このようなグルーブ構造の電界効果トランジス
タでは、ゲート電極とソース/ドレイン領域間の寄生容
量が問題となっている。しかし、本実施形態では、側壁
絶縁体518の幅が0.1μmあるため、ゲート電極と
ソース/ドレイン領域との間の寄生容量を十分に低減す
ることができる。それにより、トランジスタの高速動作
が可能となる。
The manufactured field-effect transistor has a so-called groove structure in which the gate 514 is embedded in the groove, and the source / drain region has the gate electrode 5.
16 are provided on the left and right sides of the substrate 16 via a side wall insulator 518.
Generally, in such a field effect transistor having a groove structure, there is a problem of parasitic capacitance between a gate electrode and a source / drain region. However, in this embodiment, since the width of the sidewall insulator 518 is 0.1 μm, the parasitic capacitance between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced. Thus, high-speed operation of the transistor can be performed.

【0151】しかも、エピタキシャルシリコン層ではな
く、元のシリコン基板材料で活性領域509、512を
構成しているので、欠陥の少ない活性領域509、51
2が設けられる。したがって、さらに電流駆動能力を改
善できる。
Moreover, since the active regions 509 and 512 are made of the original silicon substrate material instead of the epitaxial silicon layer, the active regions 509 and 51 having few defects are formed.
2 are provided. Therefore, the current driving capability can be further improved.

【0152】なお、以上の実施の形態では、主としてN
MOSトランジスタの場合について説明したが、当然な
がらこれに限られるものではない。この発明は、PMO
SトランジスタやCMOSトランジスタについても同様
に適用できる。
In the above embodiment, mainly N
Although the case of the MOS transistor has been described, it is needless to say that the present invention is not limited to this. The present invention provides a PMO
The same applies to S transistors and CMOS transistors.

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

【図1】 この発明の一実施形態の電界効果トランジス
タの断面構造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a field-effect transistor according to one embodiment of the present invention.

【図2】 図1の電界効果トランジスタの変形例を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a modification of the field-effect transistor of FIG.

【図3】 図1の電界効果トランジスタの変形例を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a modification of the field-effect transistor of FIG.

【図4】 図1の電界効果トランジスタの変形例を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a modification of the field-effect transistor of FIG.

【図5】 図3と図4の電界効果トランジスタを同一基
板上に設けた例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example in which the field effect transistors of FIGS. 3 and 4 are provided on the same substrate.

【図6】 この発明の一実施形態の電界効果トランジス
タの製造方法を示す工程図である。
FIG. 6 is a process chart showing a method for manufacturing a field-effect transistor according to one embodiment of the present invention.

【図7】 上記電界効果トランジスタの製造方法を示す
工程図である。
FIG. 7 is a process chart showing a method for manufacturing the field effect transistor.

【図8】 上記電界効果トランジスタの製造方法を示す
工程図である。
FIG. 8 is a process chart showing a method for manufacturing the field effect transistor.

【図9】 上記電界効果トランジスタの製造方法を示す
工程図である。
FIG. 9 is a process chart showing a method for manufacturing the field effect transistor.

【図10】 上記電界効果トランジスタの製造方法を示
す工程図である。
FIG. 10 is a process chart showing a method for manufacturing the field-effect transistor.

【図11】 この発明の別の実施形態の電界効果トラン
ジスタの製造方法を示す工程図である。
FIG. 11 is a process chart showing a method for manufacturing a field-effect transistor according to another embodiment of the present invention.

【図12】 上記電界効果トランジスタの製造方法を示
す工程図である。
FIG. 12 is a process chart showing a method for manufacturing the field effect transistor.

【図13】 上記電界効果トランジスタの製造方法を示
す工程図である。
FIG. 13 is a process chart showing a method for manufacturing the field effect transistor.

【図14】 上記電界効果トランジスタの製造方法を示
す工程図である。
FIG. 14 is a process chart showing a method for manufacturing the field-effect transistor.

【図15】 この発明の別の実施形態の電界効果トラン
ジスタの製造方法を示す工程図である。
FIG. 15 is a process chart showing a method for manufacturing a field-effect transistor according to another embodiment of the present invention.

【図16】 この発明の別の実施形態の電界効果トラン
ジスタの製造方法を示す工程図である。
FIG. 16 is a process chart showing a method for manufacturing a field-effect transistor according to another embodiment of the present invention.

【図17】 上記電界効果トランジスタの製造方法を示
す工程図である。
FIG. 17 is a process chart illustrating a method for manufacturing the field effect transistor.

【図18】 この発明の別の実施形態の電界効果トラン
ジスタの製造方法を示す工程図である。
FIG. 18 is a process chart showing a method for manufacturing a field-effect transistor according to another embodiment of the present invention.

【図19】 上記電界効果トランジスタの製造方法を示
す工程図である。
FIG. 19 is a process chart showing a method for manufacturing the field effect transistor.

【図20】 この発明の実施形態の製造方法におけるチ
ャネル幅方向両端部のパターン処理を説明する図であ
る。
FIG. 20 is a diagram illustrating pattern processing at both ends in the channel width direction in the manufacturing method according to the embodiment of the present invention.

【図21】 この発明の実施形態の製造方法におけるソ
ース/ドレイン注入前のパターン処理を説明する図であ
る。
FIG. 21 is a diagram illustrating pattern processing before source / drain implantation in a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

【図22】 従来のSOI型MOSFETの断面構造を
示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional SOI type MOSFET.

【図23】 チャネル領域中央部下方に絶縁体領域を有
する従来のMOSFETの断面構造を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional MOSFET having an insulator region below the center of a channel region.

【図24】 従来の擬SOI型MOSFETの製造方法
を示す工程図である。
FIG. 24 is a process chart showing a method for manufacturing a conventional pseudo SOI MOSFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、217、317、417、517、717 シ
リコン基板 102、219、319、419、519、719 埋
め込み酸化膜 103、203、303、403、503、703 ソ
ース領域 104、204、304、404、504、704 ド
レイン領域 105、205、305、405、505、705 高
濃度ソース領域 106、206、306、406、506、706 高
濃度ドレイン領域 107、207、307、407、507、707 ソ
ース側LDD領域 108、208、308、408、508、708 ド
レイン側LDD領域 109、209、309、409、509、709 チ
ャネル領域 112、412、512、712 活性層 213、313 エピタキシャルシリコン層 114、214、414、514 ゲート 115、215、315、415、515、738 ゲ
ート絶縁膜 116、216、316、416、516、716 ゲ
ート電極
101, 217, 317, 417, 517, 717 Silicon substrate 102, 219, 319, 419, 519, 719 Buried oxide film 103, 203, 303, 403, 503, 703 Source region 104, 204, 304, 404, 504, 704 Drain regions 105, 205, 305, 405, 505, 705 High-concentration source regions 106, 206, 306, 406, 506, 706 High-concentration drain regions 107, 207, 307, 407, 507, 707 Source-side LDD regions 108, 208, 308, 408, 508, 708 Drain side LDD regions 109, 209, 309, 409, 509, 709 Channel regions 112, 412, 512, 712 Active layers 213, 313 Epitaxial silicon layers 114, 214, 414, 514 Over preparative 115,215,315,415,515,738 gate insulating film 116,216,316,416,516,716 gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 孝之 東京都港区芝2−31−19 通信・放送機構 内 (72)発明者 藤原 郁夫 東京都港区芝2−31−19 通信・放送機構 内 (72)発明者 遠藤 哲郎 東京都港区芝2−31−19 通信・放送機構 内 (72)発明者 舛岡 富士雄 東京都港区芝2−31−19 通信・放送機構 内 Fターム(参考) 5F040 DA00 DA01 DA18 DA21 DB03 DC01 EB12 EC07 EC20 EF02 EK05 EM01 EM02 EM03 FC00 FC06 FC11 FC15 FC21 FC28 5F110 AA13 CC02 DD01 GG02 GG12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takayuki Ogura 2-31-19 Shiba, Minato-ku, Tokyo Inside (72) Inventor Ikuo Fujiwara 2-31-19 Shiba, Minato-ku, Tokyo Communication and Broadcasting Organization (72) Inventor Tetsuro Endo 2-31-19 Shiba, Minato-ku, Tokyo Communication and Broadcasting Corporation Inside (72) Inventor Fujio Masuka 2-31-19 Shiba, Minato-ku, Tokyo Communication and Broadcasting Corporation F-term (reference) 5F040 DA00 DA01 DA18 DA21 DB03 DC01 EB12 EC07 EC20 EF02 EK05 EM01 EM02 EM03 FC00 FC06 FC11 FC15 FC21 FC28 5F110 AA13 CC02 DD01 GG02 GG12

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板またはウエル領域上に、互い
に離間して設けられたソース領域およびドレイン領域
と、上記ソース領域とドレイン領域との間のチャネル領
域を覆うゲートを備えた電界効果トランジスタにおい
て、 上記半導体基板またはウエル領域上に、上記ソース領域
の下方の位置からチャネル領域の下方を通って上記ドレ
イン領域の下方の位置まで延在する絶縁体領域を有し、 上記ソース領域、ドレイン領域と上記絶縁体領域との間
に、それぞれ上記チャネル領域の導電型と同じ導電型を
持つ半導体領域を有し、 上記チャネル領域と上記半導体基板またはウエル領域と
が上記半導体領域を介して連なっていることを特徴とす
る電界効果トランジスタ。
1. A field effect transistor comprising: a source region and a drain region provided separately from each other on a semiconductor substrate or a well region; and a gate covering a channel region between the source region and the drain region. An insulating region extending from a position below the source region to a position below the drain region from below the source region to below the drain region, on the semiconductor substrate or the well region; A semiconductor region having the same conductivity type as that of the channel region is provided between the insulator region and the channel region, and the channel region and the semiconductor substrate or the well region are connected via the semiconductor region. Characteristic field effect transistor.
【請求項2】 請求項1に記載の電界効果トランジスタ
において、 上記チャネル領域下方を通る絶縁体領域から離間し、か
つ上記ソース領域、ドレイン領域の下部に接する位置に
それぞれ第二、第三の絶縁体領域を有することを特徴と
する電界効果トランジスタ。
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second and third insulating layers are located at positions separated from an insulator region passing below the channel region and in contact with lower portions of the source region and the drain region, respectively. A field-effect transistor having a body region.
【請求項3】 請求項1または2に記載の電界効果トラ
ンジスタにおいて、 上記ゲート電極の電位に応じて、ゲート電極側から下方
の絶縁体領域へ空乏層が到達するようになっていること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
3. The field effect transistor according to claim 1, wherein a depletion layer reaches a lower insulator region from the gate electrode side according to a potential of the gate electrode. Field-effect transistor.
【請求項4】 請求項1、2または3に記載の電界効果
トランジスタにおいて、 上記ソース領域、ドレイン領域は、それぞれ上記ゲート
の側方に離間して設けられた或る接合深さを持つ高濃度
領域と、この高濃度領域よりも浅い接合深さを持ち、上
記高濃度領域のゲート側端部からゲート直下の位置まで
延在するLDD領域とからなり、 上記チャネル領域下方を通る絶縁体領域の両端はそれぞ
れソース側LDD領域、ドレイン側LDD領域の下方の
位置で止まり、かつ上記絶縁体領域の上面のレベルが上
記各高濃度領域の接合深さよりも浅いレベルにあること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
4. The high-concentration field-effect transistor according to claim 1, wherein said source region and said drain region have a certain junction depth and are provided at respective sides of said gate. And an LDD region having a junction depth shallower than the high-concentration region and extending from a gate-side end of the high-concentration region to a position immediately below the gate. An electric field effect wherein both ends are stopped below the source side LDD region and the drain side LDD region, respectively, and the level of the upper surface of the insulator region is at a level shallower than the junction depth of each of the high concentration regions. Transistor.
【請求項5】 請求項1に記載の電界効果トランジスタ
を作製する電界効果トランジスタの製造方法であって、 下地シリコン基板、絶縁体層および単結晶シリコン層を
この順に有するSOIウエハに対してフォトリソグラフ
ィおよびエッチングを行って、上記SOIウエハに上記
単結晶シリコン層から下地シリコン基板まで達する溝を
所定の間隔で複数形成して、上記絶縁体層を複数の絶縁
体領域に分離する工程と、 エピタキシャル成長を行って、上記各溝内をエピタキシ
ャルシリコンで埋め込む工程と、 上記SOIウエハの表面側を研磨して、上記単結晶シリ
コン層の表面と上記溝内のエピタキシャルシリコンの表
面とが同一面をなすように平坦化する工程と、 上記各絶縁体層上に存在する単結晶シリコン層上に、ゲ
ート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、 ゲート電極をマスクとして上記単結晶シリコン層の表面
に不純物をイオン注入するとともにアニールを行って、
上記ゲート電極の側方からこのゲート電極の直下でかつ
上記絶縁体層の上方の位置まで延在するソース領域、ド
レイン領域を形成する工程とを有することを特徴とする
電界効果トランジスタの製造方法。
5. A method for manufacturing a field-effect transistor according to claim 1, wherein the SOI wafer has a base silicon substrate, an insulator layer, and a single-crystal silicon layer in this order. Forming a plurality of grooves at predetermined intervals from the single crystal silicon layer to the base silicon substrate in the SOI wafer at predetermined intervals to separate the insulator layer into a plurality of insulator regions; Performing a step of filling each groove with epitaxial silicon, and polishing the surface of the SOI wafer so that the surface of the single-crystal silicon layer and the surface of epitaxial silicon in the groove are flush with each other. Flattening step, on the single crystal silicon layer present on each of the insulator layers, via a gate insulating film Forming a over gate electrode, the impurities on the surface of the monocrystalline silicon layer using the gate electrode as a mask annealed with ion implantation,
Forming a source region and a drain region extending from a side of the gate electrode to a position directly below the gate electrode and above the insulator layer.
【請求項6】 請求項5に記載の電界効果トランジスタ
の製造方法において、 上記複数の溝を形成して上記絶縁体層を複数の絶縁体領
域に分離する工程で、上記チャネル領域下方を通る絶縁
体領域と、この絶縁体領域から離間し、かつ上記ソース
領域、ドレイン領域の下部にそれぞれ配置されるべき第
二、第三の絶縁体領域とを形成するように、上記溝の間
隔を設定することを特徴とする電界効果トランジスタの
製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein in the step of forming the plurality of grooves and separating the insulator layer into a plurality of insulator regions, the insulating layer passes below the channel region. The distance between the grooves is set so as to form a body region and second and third insulator regions that are separated from the insulator region and that are to be disposed below the source region and the drain region, respectively. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising:
【請求項7】 表面に断面凹状の溝を有する半導体基板
上に絶縁体を全面に堆積して、上記溝を絶縁体で埋め込
む工程と、 上記半導体基板の表面側を研磨して、上記半導体基板の
表面と上記溝内の絶縁体の表面とが同一面をなすように
平坦化する工程と、 上記半導体基板に対して上記絶縁体の表面側部分を選択
的にエッチングして、上記溝の底部に平坦な表面を持つ
絶縁体を残す工程と、 エピタキシャル成長を行って、少なくとも上記溝内の絶
縁体表面とシリコン側壁とに沿って、略均一な厚さで断
面凹状に単結晶シリコン層を成長させる工程と、 少なくとも上記単結晶シリコン層がつくる凹部の内面に
沿って、略均一な厚さで断面凹状に不純物を含む絶縁体
を堆積する工程と、 上記絶縁体を異方性エッチングして、上記断面凹状の絶
縁体の底部を除去し、残された絶縁体からなる側壁の間
の隙間に上記単結晶シリコン層を露出させる工程と、 酸化を行って、上記隙間に露出した単結晶シリコン層の
表面にゲート酸化膜を形成するとともに、上記絶縁体側
壁中の不純物をこの絶縁体側壁と接触している上記単結
晶シリコン層の内面部分に拡散させてソース領域、ドレ
イン領域の少なくとも一部を形成する工程と、 上記絶縁体側壁の間の隙間を埋めるようにゲート電極を
形成する工程を有することを特徴とする電界効果トラン
ジスタの製造方法。
7. A step of depositing an insulator over the entire surface of a semiconductor substrate having a groove with a concave cross section on the surface and embedding the groove with an insulator; and polishing the front surface of the semiconductor substrate to form the semiconductor substrate. Flattening the surface of the insulator so as to be flush with the surface of the insulator in the groove; and selectively etching the surface side portion of the insulator with respect to the semiconductor substrate to form a bottom portion of the groove. A step of leaving an insulator having a flat surface, and performing epitaxial growth to grow a single-crystal silicon layer having a substantially uniform thickness and a concave cross section at least along the insulator surface and the silicon sidewall in the groove. A step of depositing an insulator containing impurities in a substantially uniform thickness in a concave cross section along at least the inner surface of the recess formed by the single crystal silicon layer; and anisotropically etching the insulator, Insulator with concave cross section Removing the bottom and exposing the single crystal silicon layer in the gap between the remaining insulator side walls; and performing oxidation to form a gate oxide film on the surface of the single crystal silicon layer exposed in the gap. Forming at least a part of a source region and a drain region by diffusing an impurity in the insulator side wall into an inner surface portion of the single crystal silicon layer in contact with the insulator side wall; A method for manufacturing a field effect transistor, comprising a step of forming a gate electrode so as to fill a gap between body side walls.
【請求項8】 表面に断面凹状の溝を有する半導体基板
に、酸素イオンを所定の注入エネルギで注入して、上記
溝の底面から半導体基板中に所定距離だけ入った深さレ
ベルに上記溝の底面と平行に延在する第一の酸素イオン
注入領域を形成するとともに、上記溝外で上記溝の下部
よりも上方の深さレベルに第二の酸素イオン注入領域を
形成する工程と、 アニールを行って上記第一、第二の酸素イオン注入領域
中の酸素と半導体基板材料とを反応させて、上記第一、
第二の酸素イオン注入領域をそれぞれ第一、第二の絶縁
体領域に変化させる工程と、 上記半導体基板の表面側を研磨して、上記溝の下部を残
しながら上記第二の絶縁体領域を除去する工程と、 少なくとも上記残された溝の内面に沿って、略均一な厚
さで断面凹状に不純物を含む絶縁体を堆積する工程と、 上記絶縁体を異方性エッチングして、上記断面凹状の絶
縁体の底部を除去し、残された絶縁体からなる側壁の間
の隙間に上記溝の底面を露出させる工程と、 酸化を行って、上記隙間に露出した溝の底面にゲート酸
化膜を形成するとともに、上記絶縁体側壁中の不純物を
この絶縁体側壁と接触している上記溝の内面部分に拡散
させてソース領域、ドレイン領域の少なくとも一部を形
成する工程と、 上記絶縁体側壁の間の隙間を埋めるようにゲート電極を
形成する工程を有することを特徴とする電界効果トラン
ジスタの製造方法。
8. A semiconductor substrate having a groove having a concave cross section on its surface is implanted with oxygen ions at a predetermined implantation energy, and the depth of the groove is reduced to a depth level which is a predetermined distance from the bottom of the groove into the semiconductor substrate. Forming a first oxygen ion implanted region extending parallel to the bottom surface, and forming a second oxygen ion implanted region at a depth level outside the groove and above a lower portion of the groove; Perform the first, the oxygen in the second oxygen ion implantation region and react with the semiconductor substrate material, the first,
A step of changing each of the second oxygen ion implanted regions into a first and a second insulator region, and polishing the surface side of the semiconductor substrate to remove the second insulator region while leaving a lower portion of the groove. Removing; depositing an insulator containing impurities in a concave cross section with a substantially uniform thickness along at least the inner surface of the remaining groove; anisotropically etching the insulator to form the cross section Removing the bottom of the concave insulator and exposing the bottom surface of the groove in the gap between the remaining insulator side walls; and performing oxidation to form a gate oxide film on the bottom surface of the groove exposed in the gap. Forming a source region and a drain region by diffusing an impurity in the insulator side wall into an inner surface portion of the groove in contact with the insulator side wall; To fill the gap between Method of manufacturing a field effect transistor comprising a step of forming a gate electrode.
【請求項9】 表面に断面凹状の溝を有する半導体基板
に、フォトリソグラフィを行って上記溝に対応する開口
を有するレジストパターンを形成する工程と、 上記レジストパターンをマスクとして上記半導体基板の
表面に酸素イオンを所定の注入エネルギで注入して、上
記溝の底面から半導体基板中に所定距離だけ入った深さ
レベルに上記溝の底面と平行に延在する酸素イオン注入
領域を形成する工程と、 アニールを行って上記酸素イオン注入領域中の酸素と半
導体基板材料とを反応させて、上記酸素イオン注入領域
を絶縁体領域に変化させる工程と、 上記レジストパターンを除去した後、少なくとも上記溝
の内面に沿って、略均一な厚さで断面凹状に不純物を含
む絶縁体を堆積する工程と、 上記絶縁体を異方性エッチングして、上記断面凹状の絶
縁体の底部を除去し、残された絶縁体からなる側壁の間
の隙間に上記溝の底面を露出させる工程と、 酸化を行って、上記隙間に露出した溝の底面にゲート酸
化膜を形成するとともに、上記絶縁体側壁中の不純物を
この絶縁体側壁と接触している上記溝の内面部分に拡散
させてソース領域、ドレイン領域の少なくとも一部を形
成する工程と、 上記絶縁体側壁の間の隙間を埋めるようにゲート電極を
形成する工程を有することを特徴とする電界効果トラン
ジスタの製造方法。
9. A step of forming a resist pattern having an opening corresponding to the groove by performing photolithography on a semiconductor substrate having a groove having a concave cross section on the surface; and forming a resist pattern on the surface of the semiconductor substrate using the resist pattern as a mask. Implanting oxygen ions at a predetermined implantation energy to form an oxygen ion implanted region extending in parallel with the bottom surface of the groove at a depth level that enters the semiconductor substrate by a predetermined distance from the bottom surface of the groove; Annealing to react oxygen in the oxygen ion implanted region with the semiconductor substrate material to change the oxygen ion implanted region into an insulator region; and, after removing the resist pattern, at least the inner surface of the groove. A step of depositing an insulator containing impurities in a concave shape with a substantially uniform thickness along the line, and anisotropically etching the insulator to form the cross section. Removing the bottom of the insulator in the shape of a groove and exposing the bottom surface of the groove in the gap between the sidewalls made of the remaining insulator; and performing oxidation to form a gate oxide film on the bottom surface of the groove exposed in the gap. Forming a source region and a drain region by diffusing an impurity in the insulator side wall into an inner surface portion of the groove in contact with the insulator side wall; Forming a gate electrode so as to fill a gap therebetween.
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