JP2002217408A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JP2002217408A
JP2002217408A JP2001006211A JP2001006211A JP2002217408A JP 2002217408 A JP2002217408 A JP 2002217408A JP 2001006211 A JP2001006211 A JP 2001006211A JP 2001006211 A JP2001006211 A JP 2001006211A JP 2002217408 A JP2002217408 A JP 2002217408A
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JP
Japan
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groove
drain region
region
semiconductor substrate
insulating film
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Ichiro Moriyama
一郎 森山
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately control impurity concentration at the end of a drain region in an MIS transistor with groove type gate electrode structure and to cope also with a shorter channel. SOLUTION: An element splitting area 2 is formed on a semiconductor substrate 1 to form a semiconductor region as a source area and a drain region in an element region, and then an interlayer insulation film 10 is formed on the entire surface of the substrate. An opening 11 is formed therein, and the interlayer insulation film 10 is etched through the opening 11, until the substrate 1 is exposed, and a groove 5 having a reverse-trapezoidal cross section is formed and then the semiconductor region is divided into a source region 3 and a drain region 4. After an insulation film 6 is formed on the bottom and sidewall of the groove 5, impurity ions are implanted in the direction inclining with respect to the main surface of the substrate 1, while using the interlayer insulation film 10 as a mask. Thus, a diffusion layer 9, whose impurity concentration is lower than the drain region 4, is formed integrally together with the drain region 4.

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、半導体装置およ
びその製造方法に関し、特に、いわゆる溝型ゲート電極
構造のMISトランジスタを有する半導体装置に適用し
て好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a MIS transistor having a so-called trench-type gate electrode structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】高性能のMOSトランジスタを形成する
ためには、ゲート絶縁膜の薄膜化およびゲート電極の微
細化(短ゲート長化)が必要であるが、前者について
は、超薄膜化に伴いダイレクト・トンネリングによるリ
ーク電流が増加することによるゲート絶縁膜の信頼性の
低下が、後者については、ゲート電極幅の微細化に伴い
ゲート電極の抵抗の増加を抑えるためにゲート電極の高
さを増加させる必要性によるゲート電極の段差の増加が
問題になってきている。
2. Description of the Related Art In order to form a high-performance MOS transistor, it is necessary to make a gate insulating film thinner and a gate electrode finer (shorter gate length). The decrease in the reliability of the gate insulating film due to the increase in leakage current due to direct tunneling, but for the latter, the height of the gate electrode is increased to suppress the increase in the resistance of the gate electrode as the gate electrode width is reduced. An increase in the step of the gate electrode due to the necessity to make it happen has become a problem.

【0003】これらの問題の解決策として、前者の問題
についてはゲート絶縁膜として酸化タンタル膜などの高
誘電体膜を採用すること、後者の問題についてはゲート
電極材料として低抵抗のタングステン(W)などの金属
を採用することなどが検討されている。しかしながら、
ゲート絶縁膜に高誘電体膜を適用した場合、ソース領域
およびドレイン領域の形成に必要な高温熱処理工程(例
えば、800〜1000℃)により、シリコン(Si)
基板とゲート絶縁膜との間の界面反応あるいはゲート絶
縁膜とゲート電極との間の界面反応が発生し、これが不
良をもたらす原因となる。一方、金属からなるゲート電
極(メタルゲート電極)も同様に耐熱性(400〜50
0℃)に問題があり、高温熱処理に耐えられない。これ
らの理由により、従来の製造プロセスでは、電気的特性
が良好なMOSトランジスタを得ることが困難であっ
た。
As a solution to these problems, a high dielectric film such as a tantalum oxide film is adopted as a gate insulating film for the former problem, and low-resistance tungsten (W) is used as a gate electrode material for the latter problem. The adoption of metals such as these has been studied. However,
When a high dielectric film is applied to the gate insulating film, silicon (Si) is formed by a high-temperature heat treatment step (for example, 800 to 1000 ° C.) necessary for forming a source region and a drain region.
An interface reaction between the substrate and the gate insulating film or an interface reaction between the gate insulating film and the gate electrode occurs, which causes a failure. On the other hand, the gate electrode made of metal (metal gate electrode) also has heat resistance (400 to 50).
0 ° C.) and cannot withstand high-temperature heat treatment. For these reasons, it has been difficult in the conventional manufacturing process to obtain a MOS transistor having good electrical characteristics.

【0004】その解決策の一つとして、いわゆる溝型ゲ
ート電極構造(埋め込みゲート電極構造ともいう)のM
OSトランジスタが提案されている(例えば、特開平6
−5855号公報)。図7にその構造を模式的に示す。
One of the solutions is to use a so-called trench type gate electrode structure (also called a buried gate electrode structure).
OS transistors have been proposed (see, for example,
-5855). FIG. 7 schematically shows the structure.

【0005】図7に示すように、この従来の溝型ゲート
電極構造のMOSトランジスタにおいては、p型Si基
板101に素子分離酸化膜102、n+ 型のソース領域
103およびドレイン領域104が設けられ、ソース領
域103およびドレイン領域104の間の部分にチャネ
ル幅方向に延在する長方形状の断面形状を有する溝10
5が設けられている。素子分離酸化膜102、ソース領
域103およびドレイン領域104上には層間絶縁膜1
06が設けられている。この層間絶縁膜106には溝1
05上に開口107が設けられている。溝105および
開口107の内部にはゲート絶縁膜108を介してゲー
ト電極109が埋め込まれている。層間絶縁膜106上
にはゲート電極109を覆うように層間絶縁膜110が
設けられている。層間絶縁膜106、110のうちのソ
ース領域103およびドレイン領域104上の所定部分
には開口111、112が設けられている。これらの開
口111、112の内部にはそれぞれ配線接続層11
3、114が埋め込まれており、これらの配線接続層1
13、114上にそれぞれ配線層115、116が接続
されている。
As shown in FIG. 7, in a conventional MOS transistor having a trench type gate electrode structure, an element isolation oxide film 102, an n + type source region 103 and a drain region 104 are provided on a p type Si substrate 101. , Having a rectangular cross-sectional shape extending in the channel width direction at a portion between source region 103 and drain region 104.
5 are provided. An interlayer insulating film 1 is formed on the element isolation oxide film 102, the source region 103 and the drain region 104.
06 is provided. The groove 1 is formed in the interlayer insulating film 106.
An opening 107 is provided on the opening 05. A gate electrode 109 is embedded in the trench 105 and the opening 107 via a gate insulating film 108. On the interlayer insulating film 106, an interlayer insulating film 110 is provided so as to cover the gate electrode 109. Openings 111 and 112 are provided in predetermined portions of the interlayer insulating films 106 and 110 above the source region 103 and the drain region 104. Inside these openings 111 and 112, wiring connection layers 11 are respectively provided.
3 and 114 are embedded, and these wiring connection layers 1
Wiring layers 115 and 116 are connected on 13 and 114, respectively.

【0006】この溝型ゲート電極構造のMOSトランジ
スタの特徴は、ソース領域およびドレイン領域となるn
+ 型の半導体層を形成した後にゲート電極形成部に溝1
05を形成し、この溝105の内部にゲート絶縁膜10
8を介してゲート電極109を埋め込むという製造プロ
セスフローを用いることにある。この製造プロセスフロ
ーにおいては、ソース領域103およびドレイン領域1
04を形成した後にゲート絶縁膜108およびゲート電
極109を形成することにより、酸化タンタル膜などの
高誘電体膜をゲート絶縁膜108に適用したり、ゲート
電極109の材料としてWなどの金属を適用しても、ソ
ース領域103およびドレイン領域104の形成に必要
な高温熱処理工程による悪影響を受けないという利点が
ある。
The feature of the MOS transistor having the trench type gate electrode structure is that the MOS transistor has n and n regions serving as source and drain regions.
After forming the + type semiconductor layer, a groove 1 is formed in the gate electrode forming portion.
The gate insulating film 10 is formed inside the trench 105.
8 is used to embed the gate electrode 109 via the manufacturing process flow. In this manufacturing process flow, the source region 103 and the drain region 1
By forming the gate insulating film 108 and the gate electrode 109 after the formation of the gate insulating film 04, a high dielectric film such as a tantalum oxide film can be applied to the gate insulating film 108, or a metal such as W can be used as a material of the gate electrode 109. Even so, there is an advantage that there is no adverse effect due to the high-temperature heat treatment step required for forming the source region 103 and the drain region 104.

【0007】一方、高性能のMOSトランジスタを形成
するためには、ドレインエンジニアリングが重要であ
る。ドレインエンジニアリングとは、例えば、イオン注
入技術によりドレイン領域端の不純物濃度を制御するこ
とによって、トランジスタの信頼性を維持しながら性能
を向上させる技術である。
On the other hand, in order to form a high-performance MOS transistor, drain engineering is important. The drain engineering is a technique for improving the performance while maintaining the reliability of the transistor by controlling the impurity concentration at the end of the drain region by, for example, an ion implantation technique.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の溝型ゲート電極構造のMOSトランジスタにおい
ては、ゲート電極の形成前にソース領域およびドレイン
領域を形成するため、ドレイン領域端の不純物濃度を微
妙に制御することが困難である。また、MOSトランジ
スタをより高性能化するためにはさらに短チャネル化し
ていく必要があるが、そのためにはゲート長を短くする
ために溝105の底面の幅を狭くしていくことになるこ
とから、ドレインエンジニアリングが困難になるととも
に、溝105の内部にゲート電極材料を埋め込むことが
困難になってくる。
However, in the above-mentioned conventional MOS transistor having the trench type gate electrode structure, since the source region and the drain region are formed before the gate electrode is formed, the impurity concentration at the end of the drain region may be delicate. It is difficult to control. Further, it is necessary to further shorten the channel in order to further improve the performance of the MOS transistor. However, in order to shorten the gate length, the width of the bottom surface of the trench 105 must be reduced. In addition, it becomes difficult to perform drain engineering, and it becomes difficult to bury a gate electrode material in the trench 105.

【0009】したがって、この発明が解決しようとする
課題は、溝型ゲート電極構造のMISトランジスタのド
レイン領域端の不純物濃度を高精度に制御することがで
きるとともに、短チャネル化にも十分に対応することが
できる半導体装置およびその製造方法を提供することに
ある。
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to control the impurity concentration at the end of the drain region of a MIS transistor having a trench-type gate electrode structure with high accuracy, and to sufficiently cope with a short channel. And a method of manufacturing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の第1の発明は、半導体基板に設けられた
溝にゲート絶縁膜を介してゲート電極が埋め込まれ、こ
のゲート電極の両側の部分における半導体基板にソース
領域およびドレイン領域が溝より浅く設けられた溝型ゲ
ート電極構造のMISトランジスタを有する半導体装置
であって、溝が逆台形状の断面形状を有し、少なくと
も、溝のドレイン領域側の側壁の下部に隣接する部分に
おける半導体基板にドレイン領域と同一導電型でドレイ
ン領域より低不純物濃度の拡散層がドレイン領域と一体
に設けられていることを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, a gate electrode is buried in a groove provided in a semiconductor substrate via a gate insulating film. A semiconductor device having a MIS transistor having a groove-type gate electrode structure in which a source region and a drain region are provided in a semiconductor substrate on both sides in a shallower depth than a groove, wherein the groove has an inverted trapezoidal cross-sectional shape. A diffusion layer having the same conductivity type as the drain region and a lower impurity concentration than the drain region is provided integrally with the drain region on the semiconductor substrate in a portion adjacent to the lower portion of the side wall on the drain region side. .

【0011】この発明の第2の発明は、半導体基板に素
子分離領域を形成する工程と、素子分離領域に囲まれた
素子領域にソース領域およびドレイン領域となる半導体
領域を形成する工程と、半導体領域を覆うように層間絶
縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の所定部分に開口を
形成する工程と、開口の部分に半導体基板に達する逆台
形状の断面形状を有する溝を形成するとともに、溝によ
り半導体領域を分割してソース領域およびドレイン領域
を形成する工程と、少なくとも溝の底面にゲート絶縁膜
を形成する工程と、半導体基板の主面に対して傾斜した
方向から不純物をイオン注入することにより、少なくと
も、溝のドレイン領域側の側壁の下部に隣接する部分に
おける半導体基板にドレイン領域と同一導電型でドレイ
ン領域より低不純物濃度の拡散層をドレイン領域と一体
に形成する工程と、溝の内部にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極を埋め込む工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造方法である。
According to a second aspect of the present invention, a step of forming an element isolation region in a semiconductor substrate, a step of forming a semiconductor region serving as a source region and a drain region in an element region surrounded by the element isolation region, A step of forming an interlayer insulating film so as to cover the region, a step of forming an opening in a predetermined portion of the interlayer insulating film, and forming a groove having an inverted trapezoidal cross section reaching the semiconductor substrate in the opening, Forming a source region and a drain region by dividing the semiconductor region by the groove, forming a gate insulating film at least on the bottom surface of the groove, and ion-implanting impurities from a direction inclined with respect to the main surface of the semiconductor substrate Accordingly, at least the portion of the semiconductor substrate adjacent to the lower portion of the side wall of the trench on the drain region side has the same conductivity type as the drain region and a lower impurity than the drain region Forming a diffusion layer of the concentration integrally with the drain region, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by a step of embedding the gate electrode through a gate insulating film in the trench.

【0012】この発明において、半導体基板の主面と溝
の側壁とがなす角度は、一般的には89〜75度、好適
には88〜80度に選ばれる。典型的には、例えば、ソ
ース領域およびドレイン領域を覆うように設けられる層
間絶縁膜の厚さは100〜300nm、ソース領域およ
びドレイン領域の深さは100〜800nm、ソース領
域およびドレイン領域と溝との深さの差は10〜50n
mである。また、溝の底面の幅と半導体基板の主面への
溝の側壁の投影幅との比は、好適にはほぼ2、具体的に
は、例えば2±0.2:1、より好適には2±0.1:
1に選ばれる。溝の底面の幅はチャネル長に相当し、必
要に応じて選ばれるが、例えば10〜50nmである。
溝のドレイン領域側の側壁の下部に隣接する部分におけ
る半導体基板にドレイン領域より低不純物濃度の拡散層
を形成するための不純物のイオン注入は、典型的には、
半導体基板の主面に対して89〜84度傾斜した方向か
ら行う。
In the present invention, the angle formed between the main surface of the semiconductor substrate and the side wall of the groove is generally selected from 89 to 75 degrees, preferably from 88 to 80 degrees. Typically, for example, the thickness of the interlayer insulating film provided so as to cover the source region and the drain region is 100 to 300 nm, the depth of the source region and the drain region is 100 to 800 nm, and the source region, the drain region, and the trench are formed. Depth difference is 10-50n
m. Further, the ratio of the width of the bottom surface of the groove to the projection width of the side wall of the groove on the main surface of the semiconductor substrate is preferably approximately 2, specifically, for example, 2 ± 0.2: 1, and more preferably. 2 ± 0.1:
Selected as 1. The width of the bottom surface of the groove corresponds to the channel length and is selected as needed, but is, for example, 10 to 50 nm.
Ion implantation of impurities for forming a diffusion layer having a lower impurity concentration than the drain region in the semiconductor substrate in a portion adjacent to the lower portion of the side wall on the drain region side of the trench is typically performed.
This is performed from a direction inclined by 89 to 84 degrees with respect to the main surface of the semiconductor substrate.

【0013】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、ソース領域およびドレイン領域の間に設けられた溝
が逆台形状の断面形状を有することにより、この溝の側
壁が半導体基板の主面となす角度およびこの溝形成後に
行う不純物のイオン注入の角度の設定により、溝の側壁
の下部のドレイン領域端にのみ任意の濃度に不純物を精
度よく注入することができる。また、溝の底面の幅でチ
ャネル長を決定することができる。さらに、溝は下部か
ら上部に向かって広がった形状であるので、短チャネル
化しても、言い換えれば、溝の底面の幅を狭くしても、
ゲート電極材料による埋め込みを容易に行うことができ
る。また、溝の内部へのゲート電極材料の埋め込み量を
十分に多くすることができるので、ゲート電極の抵抗を
低く抑えることができる。
According to the present invention constructed as described above, the groove provided between the source region and the drain region has an inverted trapezoidal cross section, so that the side wall of the groove is formed on the main surface of the semiconductor substrate. And the angle of the impurity ion implantation performed after the formation of the groove, the impurity can be accurately implanted to an arbitrary concentration only at the end of the drain region below the side wall of the groove. Further, the channel length can be determined by the width of the bottom surface of the groove. Furthermore, since the groove has a shape extending from the lower part to the upper part, even if the channel is shortened, in other words, even if the width of the bottom surface of the groove is reduced,
Embedding with a gate electrode material can be easily performed. In addition, since the amount of the gate electrode material embedded in the trench can be sufficiently increased, the resistance of the gate electrode can be suppressed low.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全
図において、同一または対応する部分には同一の符号を
付す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.

【0015】図1はこの発明の一実施形態による半導体
装置を示す。図1に示すように、この半導体装置におい
ては、例えばp型Si基板のようなp型半導体基板1上
に例えばSiO2 膜からなる素子分離酸化膜2が選択的
に設けられ、素子分離が行われている。p型半導体基板
1にはp型不純物として例えばホウ素(B)が1×10
11cm-3の濃度にドープされている。ここで、p型半導
体基板1には、半導体基板に形成されたpウエルも含ま
れるものとする。素子分離酸化膜2の厚さは例えば30
0nmである。この素子分離酸化膜2に囲まれた素子領
域に例えばn+型のソース領域3およびドレイン領域4
が設けられている。これらのソース領域3およびドレイ
ン領域4の深さ(厚さ)は例えば300nmである。こ
れらのソース領域3およびドレイン領域4には、n型不
純物として例えばリン(P)が5×1015cm-3の濃度
にドープされている。
FIG. 1 shows a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in this semiconductor device, an element isolation oxide film 2 made of, for example, an SiO 2 film is selectively provided on a p-type semiconductor substrate 1 such as a p-type Si substrate. Have been done. The p-type semiconductor substrate 1 contains 1 × 10 boron (B) as a p-type impurity, for example.
Doped at a concentration of 11 cm -3 . Here, the p-type semiconductor substrate 1 includes a p-well formed on the semiconductor substrate. The thickness of the element isolation oxide film 2 is, for example, 30
0 nm. For example, an n + -type source region 3 and a drain region 4 are formed in an element region surrounded by the element isolation oxide film 2.
Is provided. The depth (thickness) of these source region 3 and drain region 4 is, for example, 300 nm. These source region 3 and drain region 4 are doped with, for example, phosphorus (P) as an n-type impurity at a concentration of 5 × 10 15 cm −3 .

【0016】ソース領域3およびドレイン領域4の間に
は、逆台形状の断面形状を有する溝5がチャネル幅方向
に延在している。この溝5の底面および側壁にはゲート
絶縁膜6が設けられている。このゲート絶縁膜6として
は、例えば酸化タンタル膜が用いられる。酸化タンタル
は酸化シリコンに比べて誘電率が大きいので、この酸化
タンタル膜は、酸化シリコン膜換算で例えば3nmにな
るように厚さを設定する。ゲート絶縁膜6を介して溝5
の内部に例えばWからなるゲート電極7が埋め込まれて
いる。ここで、このWからなるゲート電極7は、ゲート
絶縁膜6として用いられる酸化タンタル膜と反応せず、
しかも、Wのシート抵抗は1Ω/□であり、ゲート電極
材料として通常用いられる多結晶Siの典型的なシート
抵抗50Ω/□に比べてはるかに小さいため、ゲート抵
抗を十分に小さくすることができる。溝5の両側壁の下
部のゲート絶縁膜6に隣接する部分におけるp型半導体
基板1に、ソース領域3およびドレイン領域4より低不
純物濃度の例えばn- 型の低不純物濃度層8、9が設け
られている。これらの低不純物濃度層8、9には、n型
不純物として例えばヒ素(As)がドープされている。
これらの低不純物濃度層8、9はそれぞれソース領域3
およびドレイン領域4と一体になっており、これらのソ
ース領域3およびドレイン領域4の一部を構成してい
る。この場合、MOSトランジスタのチャネル長は、溝
5の半導体基板1の主面と平行な底面の幅に等しい。こ
の溝5の底面の幅、すなわちチャネル長は必要に応じて
決定されるが、例えば10〜50nmに設定することが
できる。
A groove 5 having an inverted trapezoidal cross section extends between the source region 3 and the drain region 4 in the channel width direction. A gate insulating film 6 is provided on the bottom and side walls of the groove 5. As the gate insulating film 6, for example, a tantalum oxide film is used. Since tantalum oxide has a higher dielectric constant than silicon oxide, the thickness of this tantalum oxide film is set to, for example, 3 nm in terms of a silicon oxide film. Groove 5 via gate insulating film 6
, A gate electrode 7 made of, for example, W is buried. Here, the gate electrode 7 made of W does not react with the tantalum oxide film used as the gate insulating film 6,
In addition, the sheet resistance of W is 1 Ω / □, which is much smaller than the typical sheet resistance of 50 Ω / □ of polycrystalline Si usually used as a gate electrode material, so that the gate resistance can be sufficiently reduced. . On the p-type semiconductor substrate 1 in a portion adjacent to the gate insulating film 6 below both side walls of the trench 5, for example, n -type low impurity concentration layers 8 and 9 having a lower impurity concentration than the source region 3 and the drain region 4 are provided. Have been. These low impurity concentration layers 8 and 9 are doped with, for example, arsenic (As) as an n-type impurity.
These low impurity concentration layers 8 and 9 correspond to the source region 3 respectively.
And a part of the source region 3 and the drain region 4. In this case, the channel length of the MOS transistor is equal to the width of the bottom of groove 5 parallel to the main surface of semiconductor substrate 1. The width of the bottom surface of the groove 5, that is, the channel length is determined as necessary, but can be set to, for example, 10 to 50 nm.

【0017】素子分離酸化膜2、ソース領域3およびド
レイン領域4上には例えばSiO2膜のような層間絶縁
膜10が設けられている。この層間絶縁膜10のうちの
溝5の上の部分には開口11が設けられており、この開
口11内にゲート電極7の上部が埋め込まれている。層
間絶縁膜10上には例えばSiO2 膜のような層間絶縁
膜12がゲート電極7を覆うように設けられている。こ
の層間絶縁膜12および層間絶縁膜10のうちのソース
領域3およびドレイン領域4上の所定部分にはそれぞれ
開口13、14が設けられている。これらの開口13、
14内には例えばWからなる配線接続層15、16がそ
れぞれ埋め込まれ、これらの配線接続層14、15上に
それぞれ、例えば銅(Cu)を含むアルミニウム(A
l)配線17、18が接続されている。
On the element isolation oxide film 2, the source region 3 and the drain region 4, an interlayer insulating film 10 such as a SiO 2 film is provided. An opening 11 is provided in a portion of the interlayer insulating film 10 above the groove 5, and an upper portion of the gate electrode 7 is buried in the opening 11. An interlayer insulating film 12 such as a SiO 2 film is provided on the interlayer insulating film 10 so as to cover the gate electrode 7. Openings 13 and 14 are provided in predetermined portions of the interlayer insulating film 12 and the interlayer insulating film 10 above the source region 3 and the drain region 4, respectively. These openings 13,
Wiring connection layers 15 and 16 made of, for example, W are buried in the wirings 14, and aluminum (A) containing copper (Cu), for example, is
l) Wirings 17 and 18 are connected.

【0018】次に、上述のように構成された半導体装置
の製造方法について説明する。図2〜図6はこの製造方
法を示す。まず、図2Aに示すように、p型半導体基板
1の全面に例えば化学気相成長(CVD)法により例え
ばSiO2 膜のような素子分離酸化膜2を形成する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device configured as described above will be described. 2 to 6 show this manufacturing method. First, as shown in FIG. 2A, an element isolation oxide film 2 such as a SiO 2 film is formed on the entire surface of a p-type semiconductor substrate 1 by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method.

【0019】次に、図2Bに示すように、素子分離酸化
膜2のうちのMOSトランジスタの素子領域に対応する
部分をエッチング除去し、素子分離領域にのみこの素子
分離酸化膜2を残す。具体的には、例えば、素子分離酸
化膜2上にリソグラフィーにより、素子領域に対応する
部分が開口した所定形状のレジストパターン(図示せ
ず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとし
て素子分離酸化膜2をエッチングする。次に、基板全面
に例えばCVD法により例えばPが5×1015cm-3
濃度にドープされたn+ 型非晶質Si膜19を形成す
る。このn+ 型非晶質Si膜19の厚さは例えば600
nmとする。
Next, as shown in FIG. 2B, a portion of the device isolation oxide film 2 corresponding to the device region of the MOS transistor is removed by etching, and the device isolation oxide film 2 is left only in the device isolation region. Specifically, for example, after forming a resist pattern (not shown) having a predetermined shape with an opening corresponding to the element region on the element isolation oxide film 2 by lithography, the element isolation oxide film is used as a mask. The film 2 is etched. Next, an n + -type amorphous Si film 19 doped with, for example, P at a concentration of 5 × 10 15 cm −3 is formed on the entire surface of the substrate by, for example, a CVD method. The thickness of the n + type amorphous Si film 19 is, for example, 600
nm.

【0020】次に、n+ 型非晶質Si膜19を例えば化
学的機械的研磨(CMP)法により素子分離酸化膜2が
露出するまで研磨することにより、図2Cに示すよう
に、素子分離酸化膜2に囲まれた素子領域にのみこのn
+ 型非晶質Si膜19を残す。次に、図3Aに示すよう
に、基板全面に例えばCVD法により例えばSiO2
のような層間絶縁膜10を形成し、さらにこの層間絶縁
膜10上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパ
ターン20を形成した後、このレジストパターン20を
マスクとして層間絶縁膜10をエッチングすることによ
り開口11を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, the n + type amorphous Si film 19 is polished by, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) method until the element isolation oxide film 2 is exposed. This n is applied only to the element region surrounded by oxide film 2.
The + type amorphous Si film 19 is left. Next, as shown in FIG. 3A, an interlayer insulating film 10 such as an SiO 2 film is formed on the entire surface of the substrate by, for example, a CVD method, and a resist pattern 20 having a predetermined shape is formed on the interlayer insulating film 10 by lithography. After that, the opening 11 is formed by etching the interlayer insulating film 10 using the resist pattern 20 as a mask.

【0021】次に、レジストパターン20を除去した
後、図3Bに示すように、層間絶縁膜10をマスクとし
て、n+ 型非晶質Si膜19およびその直下の部分のp
型半導体基板1をエッチングする。このとき、n+ 型非
晶質Si膜19の主面と所定角度をなすテーパが付くよ
うにエッチングすることにより、逆台形状の断面形状を
有する溝5を形成することができる。この溝5によって
+ 型非晶質Si膜19が二つに分割され、その一方が
ソース領域3、他方がドレイン領域4となる。
Next, after the resist pattern 20 is removed, as shown in FIG. 3B, the n + -type amorphous Si film 19 and the p
The mold semiconductor substrate 1 is etched. At this time, by performing etching so as to form a taper at a predetermined angle with the main surface of the n + -type amorphous Si film 19, the groove 5 having an inverted trapezoidal cross-sectional shape can be formed. The trench 5 divides the n + type amorphous Si film 19 into two, one of which becomes the source region 3 and the other becomes the drain region 4.

【0022】次に、図3Cに示すように、例えば反応性
スパッタリング法により酸化タンタル膜からなるゲート
絶縁膜6を形成する。ここで、この反応性スパッタリン
グにおいては、タンタルのターゲットをアルゴン(A
r)と酸素(O2 )との混合ガス雰囲気中でスパッタ
し、基板上に酸化タンタルを堆積させる。このとき、基
板がプラズマの雰囲気にさらされるため、基板にダメー
ジが入りやすい。そこで、このダメージによる問題を解
消するため、酸化タンタル膜からなるゲート絶縁膜6の
形成後に、酸素雰囲気中で熱処理を行い、このゲート絶
縁膜6とp型半導体基板1、ソース領域3およびドレイ
ン領域4との界面に薄いSiO2 膜(図示せず)を形成
する。
Next, as shown in FIG. 3C, a gate insulating film 6 made of a tantalum oxide film is formed by, for example, a reactive sputtering method. Here, in this reactive sputtering, the target of tantalum is argon (A
r) Sputtering is performed in a mixed gas atmosphere of oxygen (O 2 ) and tantalum oxide is deposited on the substrate. At this time, since the substrate is exposed to the plasma atmosphere, the substrate is easily damaged. Therefore, in order to solve the problem caused by this damage, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere after forming the gate insulating film 6 made of a tantalum oxide film, and the gate insulating film 6, the p-type semiconductor substrate 1, the source region 3, and the drain region are formed. Then, a thin SiO 2 film (not shown) is formed at the interface with the substrate 4.

【0023】次に、図4Aに示すように、層間絶縁膜1
0をマスクとして、チャネル幅方向に対して垂直な面内
において、p型半導体基板1の主面に対して所定角度傾
斜したA方向およびB方向から例えばAsのようなn型
不純物をイオン注入することにより、溝5の両側壁の下
部のゲート絶縁膜6に隣接する部分におけるp型半導体
基板1にのみn- 型の低不純物濃度層8、9をそれぞれ
ソース領域3およびドレイン領域4と一体に形成する。
Next, as shown in FIG. 4A, the interlayer insulating film 1 is formed.
By using 0 as a mask, an n-type impurity such as As is ion-implanted from a direction A and a direction B inclined at a predetermined angle with respect to the main surface of the p-type semiconductor substrate 1 in a plane perpendicular to the channel width direction. Thereby, n -type low impurity concentration layers 8 and 9 are formed integrally with source region 3 and drain region 4 only in p-type semiconductor substrate 1 in portions adjacent to gate insulating film 6 below both side walls of trench 5. Form.

【0024】ここで、溝5の両側壁の下部のゲート絶縁
膜6に隣接する部分におけるp型半導体基板1にのみ低
不純物濃度層8、9を形成するために必要とされる条件
について考察する。図5はイオン注入を行う前の溝5の
近傍の部分を拡大して示したものであり、ゲート絶縁膜
6の図示は省略している。図5において、D1 は層間絶
縁膜10の厚さ、D2 はソース領域3およびドレイン領
域4の深さ(厚さ)、D3 はソース領域3およびドレイ
ン領域4と溝5との深さの差、Lは溝5の底面の幅でチ
ャネル長に等しく、X1 は溝5の最上部の開口幅で層間
絶縁膜10の開口11の幅に等しく、X2 はp型半導体
基板1への溝5の側壁の投影幅、θ1 は溝5の側壁とp
型半導体基板1の主面とのなす角度、θ2 は溝5の両側
壁の下部のゲート絶縁膜6に隣接する部分におけるp型
半導体基板1にのみ低不純物濃度層8、9を形成するた
めに必要なイオン注入の角度を示す。これらのパラメー
タの間には下記の式が成立する。
Here, conditions required for forming the low impurity concentration layers 8 and 9 only on the p-type semiconductor substrate 1 in a portion adjacent to the gate insulating film 6 below the side walls of the trench 5 will be considered. . FIG. 5 is an enlarged view of a portion near the groove 5 before ion implantation, and the illustration of the gate insulating film 6 is omitted. In FIG. 5, D 1 is the thickness of the interlayer insulating film 10, D 2 is the source region 3 and the depth of the drain region 4 (thickness), D 3 is the depth of the source region 3 and drain region 4 and the groove 5 difference, L is equal to the channel length by the width of the bottom surface of the groove 5, X 1 is equal to the width of the opening 11 of the interlayer insulating film 10 at the top of the opening width of the groove 5, X 2 is the p-type semiconductor substrate 1 Is the projected width of the side wall of the groove 5 and θ 1 is
The angle θ 2 between the main surface of the semiconductor substrate 1 and θ 2 is set so that the low impurity concentration layers 8 and 9 are formed only on the p-type semiconductor substrate 1 in portions adjacent to the gate insulating film 6 below the side walls of the groove 5. Shows the angle of ion implantation necessary for the above. The following equation holds between these parameters.

【0025】 L=X1 −2X2 (1) θ1 =arctan[(D2 +D3 )/X2 ] (2) θ2 =arctan[(D1 +D2 +D3 )/(L+X2 )] (3)L = X 1 −2X 2 (1) θ 1 = arctan [(D 2 + D 3 ) / X 2 ] (2) θ 2 = arctan [(D 1 + D 2 + D 3 ) / (L + X 2 )] (3)

【0026】この場合、例えば、D1 、D2 、D3 、X
1 をまず決定し、(1)式より所望のLが得られるよう
にX2 を決定し、(2)式よりθ1 を決定し、(3)式
よりθ2 を決定する。
In this case, for example, D 1 , D 2 , D 3 , X
1 is determined first, X 2 is determined so as to obtain a desired L from equation (1), θ 1 is determined from equation (2), and θ 2 is determined from equation (3).

【0027】D1 、D2 は、溝5の形成を容易に行い、
かつ溝5の内部へのゲート電極7の埋め込みを容易に行
うためには小さい方が望ましいが、D2 については、あ
まり小さくしすぎるとソース領域3およびドレイン領域
4の抵抗が高くなりすぎてしまい、D1 については、あ
まり小さくしすぎると電気的絶縁を十分に行うことがで
きないので、これらの観点から、好適には、D1 は10
0〜300nm、D2は100〜800nmとする。ま
た、D3 については、低不純物濃度層9によるドレイン
領域4の端部の電界緩和を有効に行うためなどの理由に
より、好適には10〜50nmとする。
D 1 and D 2 facilitate the formation of the groove 5,
In order to easily embed the gate electrode 7 in the trench 5, it is desirable that the gate electrode 7 is small. However, if D 2 is too small, the resistance of the source region 3 and the drain region 4 becomes too high. , D 1 is too small, electrical insulation cannot be performed sufficiently. Therefore, from these viewpoints, D 1 is preferably 10
From 0 to 300 nm, D 2 is the 100 to 800 nm. D 3 is preferably set to 10 to 50 nm for the purpose of effectively reducing the electric field at the end of the drain region 4 by the low impurity concentration layer 9.

【0028】X2 とLとの関係については、好適には
L:X2 ≒2:1とする。この場合、(1)式、(2)
式および(3)式は下記の(4)式、(5)式および
(6)式のようになる。 L=(1/2)X1 (4) θ1 =arctan[2(D2 +D3 )/L] (5) θ2 =arctan[2(D1 +D2 +D3 )/3L] (6)
The relationship between X 2 and L is preferably L: X 2 ≒ 2: 1. In this case, equation (1), (2)
The equation and the equation (3) are as shown in the following equations (4), (5) and (6). L = (1/2) X 1 (4) θ 1 = arctan [2 (D 2 + D 3 ) / L] (5) θ 2 = arctan [2 (D 1 + D 2 + D 3 ) / 3L] (6)

【0029】次に、溝5の側壁の傾斜角度およびイオン
注入の角度の最適条件について考察する。基本的には、
溝5の側壁の傾斜角度はその頂点での電界の集中に影響
を及ぼすので、電界を緩和するにはこの傾斜角度は大き
いほうが望ましい。一方、溝5の加工およびゲート電極
7による溝5の埋め込みを容易に行う観点からは、ソー
ス領域3およびドレイン領域4の厚さならびに層間絶縁
膜10の厚さは薄いほうが望ましい。しかしながら、こ
れらのうち、特に、ソース領域3およびドレイン領域4
の厚さは、それらの抵抗を一定値以下に抑える必要性か
ら、薄膜化には限界がある。
Next, the optimum conditions of the inclination angle of the side wall of the groove 5 and the ion implantation angle will be considered. Basically,
Since the inclination angle of the side wall of the groove 5 affects the concentration of the electric field at the vertex, it is desirable that the inclination angle be large in order to reduce the electric field. On the other hand, the thickness of the source region 3 and the drain region 4 and the thickness of the interlayer insulating film 10 are desirably smaller from the viewpoint of easily processing the groove 5 and filling the groove 5 with the gate electrode 7. However, among these, in particular, the source region 3 and the drain region 4
However, there is a limit to the thickness of the thin film because it is necessary to keep their resistance below a certain value.

【0030】上記条件の範囲において、各パラメータの
最適値は、チャネル長Lを10〜50nmとする場合、
例えば下記のとおりである。 D1 =200nm D2 =200nm D3 =20nm X2 ≒(1/2)L=5〜25nm θ1 =88〜80度 θ2 =89〜84度
Within the above range of conditions, the optimum value of each parameter is as follows when the channel length L is 10 to 50 nm.
For example, it is as follows. D 1 = 200 nm D 2 = 200 nm D 3 = 20 nm X 2 ≒ (1/2) L = 5 to 25 nm θ 1 = 88 to 80 degrees θ 2 = 89 to 84 degrees

【0031】そこで、上記のイオン注入は、具体的に
は、例えばθ2 =89〜84度で図5のA方向およびB
方向から計2回行うことにより、溝5の両側壁の下部の
ゲート絶縁膜6に隣接する部分におけるp型半導体基板
1にのみ低不純物濃度層8、9をそれぞれソース領域3
およびドレイン領域4と一体に形成する。この2回のイ
オン注入の条件は、例えば、n型不純物としてAsを用
い、エネルギーを15keV、ドーズ量を1×1015
-2とする。
Therefore, the above-described ion implantation is performed, specifically, at θ 2 = 89-84 degrees, for example, in the directions A and B in FIG.
By performing the process twice in total from the direction, the low impurity concentration layers 8 and 9 are respectively formed only in the p-type semiconductor substrate 1 in a portion adjacent to the gate insulating film 6 below the both side walls of the trench 5.
And the drain region 4. The conditions for the two ion implantations are, for example, that As is used as an n-type impurity, the energy is 15 keV, and the dose is 1 × 10 15 c.
m -2 .

【0032】次に、図4Bに示すように、基板全面に例
えばCVD法によりゲート電極材料としてW膜21を形
成する。このW膜21の厚さは例えば600nmとす
る。次に、図4Cに示すように、W膜21を例えばCM
P法により層間絶縁膜10が露出するまで研磨すること
により、層間絶縁膜10上の不要な部分のW膜21を除
去する。これによって、溝5および層間絶縁膜10の開
口11の内部に埋め込まれたWからなるゲート電極7が
形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, a W film 21 is formed as a gate electrode material on the entire surface of the substrate by, for example, a CVD method. The thickness of the W film 21 is, for example, 600 nm. Next, as shown in FIG. 4C, the W film 21 is
Unnecessary portions of the W film 21 on the interlayer insulating film 10 are removed by polishing by the P method until the interlayer insulating film 10 is exposed. As a result, a gate electrode 7 made of W embedded in the trench 5 and the opening 11 of the interlayer insulating film 10 is formed.

【0033】次に、図6Aに示すように、基板全面に例
えばCVD法により例えばSiO2膜のような層間絶縁
膜12を形成した後、この層間絶縁膜12および層間絶
縁膜10のうちのソース領域3およびドレイン領域4上
の所定部分をエッチング除去して開口13、14を形成
する。
Next, as shown in FIG. 6A, after an interlayer insulating film 12 such as an SiO 2 film is formed on the entire surface of the substrate by, eg, CVD, the source of the interlayer insulating film 12 and the interlayer insulating film 10 is formed. Openings 13 and 14 are formed by etching away predetermined portions on the region 3 and the drain region 4.

【0034】次に、基板全面に例えばCVD法によりW
膜を開口13、14が十分に埋まる厚さに形成した後、
このW膜を例えばCMP法により層間絶縁膜12が露出
するまで研磨する。これによって、図6Bに示すよう
に、開口13、14に埋め込まれたWからなる配線接続
層15、16が形成される。
Next, W is formed on the entire surface of the substrate by, for example, the CVD method.
After forming the film to a thickness enough to fill the openings 13 and 14,
The W film is polished by, eg, CMP until the interlayer insulating film 12 is exposed. As a result, as shown in FIG. 6B, wiring connection layers 15 and 16 made of W embedded in the openings 13 and 14 are formed.

【0035】次に、基板全面に例えばスパッタリング法
により例えばCuを含むAl膜を形成した後、このCu
を含むAl膜をエッチングにより所定形状にパターニン
グして配線層17、18を形成する。以上により、目的
とする半導体装置が製造される。
Next, an Al film containing, for example, Cu is formed on the entire surface of the substrate by, for example, a sputtering method.
Is patterned into a predetermined shape by etching to form wiring layers 17 and 18. Thus, the intended semiconductor device is manufactured.

【0036】この一実施形態によれば、次のような種々
の利点を得ることができる。すなわち、溝5の側壁の傾
斜角度および低不純物濃度層8、9を形成するためのイ
オン注入の角度を最適な角度に設定することにより、溝
5の側壁下部のドレイン領域4の端部にのみn型不純物
を高精度でイオン注入して低不純物濃度層9を形成する
ことができ、微妙なドレインエンジニアリングが可能に
なる。また、溝5がテーパ形状であることにより、実質
的に、溝5の上部開口幅をある程度大きくしても、超短
チャネル化を図ることができ、溝5の加工のマージンあ
るいはゲート電極材料による溝5の埋め込みのマージン
を十分に大きくとることが可能である。さらに、溝5へ
のゲート電極材料の埋め込み量を多くすることができる
ので、短チャネル化してもゲート電極7の抵抗を十分に
低く抑えることができる。
According to this embodiment, the following various advantages can be obtained. That is, by setting the angle of inclination of the side wall of the groove 5 and the angle of ion implantation for forming the low impurity concentration layers 8 and 9 to the optimum angle, only the end of the drain region 4 below the side wall of the groove 5 is formed. The low impurity concentration layer 9 can be formed by ion-implanting n-type impurities with high precision, and delicate drain engineering becomes possible. Further, since the groove 5 has a tapered shape, even if the upper opening width of the groove 5 is substantially increased to a certain extent, an ultra-short channel can be achieved. It is possible to make the margin for filling the groove 5 sufficiently large. Further, since the amount of the gate electrode material embedded in the groove 5 can be increased, the resistance of the gate electrode 7 can be sufficiently suppressed even if the channel is shortened.

【0037】この一実施形態による半導体装置は、MO
SLSI、CMOSLSI、バイポーラ−CMOSLS
Iなど、MOSトランジスタを用いる各種の半導体装置
に適用することができ、半導体メモリ、論理LSIな
ど、各種の用途に用いることができる。
The semiconductor device according to this embodiment has an MO
SLSI, CMOS LSI, Bipolar-CMOSLS
It can be applied to various semiconductor devices using MOS transistors such as I, and can be used for various applications such as semiconductor memories and logic LSIs.

【0038】以上、この発明の一実施形態について具体
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。
As described above, one embodiment of the present invention has been specifically described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. .

【0039】例えば、上述の一実施形態において挙げた
数値、構造、形状、プロセスなどはあくまでも例にすぎ
ず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、形状、
プロセスなどを用いてもよい。
For example, the numerical values, structures, shapes, processes, and the like mentioned in the above-described embodiment are merely examples, and different numerical values, structures, shapes, and the like may be used as necessary.
A process or the like may be used.

【0040】また、上述の一実施形態においては、p型
半導体基板1にnチャネルのMOSトランジスタを形成
する場合について説明したが、この発明は、n型半導体
基板にpチャネルMOSトランジスタを形成する場合は
もちろん、相補型MOSトランジスタを形成する場合に
も適用することが可能である。
In the above-described embodiment, the case where the n-channel MOS transistor is formed on the p-type semiconductor substrate 1 has been described. However, the present invention relates to the case where the p-channel MOS transistor is formed on the n-type semiconductor substrate. Of course, the present invention can be applied to a case where a complementary MOS transistor is formed.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ソース領域およびドレイン領域の間にゲート電極を
埋め込むための逆台形状の断面形状を有する溝を設け、
少なくとも、溝のドレイン領域側の側壁の下部に隣接す
る部分における半導体基板にドレイン領域と同一導電型
でドレイン領域より低不純物濃度の拡散層をドレイン領
域と一体に設けることにより、ドレイン領域端の不純物
濃度を高精度で制御することができ、微妙なドレインエ
ンジニアリングが可能になるとともに、短チャネル化に
も十分に対応することができる。
As described above, according to the present invention, an inverted trapezoidal groove for embedding a gate electrode is provided between a source region and a drain region.
At least a diffusion layer having the same conductivity type as the drain region and a lower impurity concentration than the drain region is provided integrally with the drain region on the semiconductor substrate in a portion adjacent to a lower portion of the side wall of the trench on the drain region side, so that the impurity at the end of the drain region is provided. The concentration can be controlled with high precision, and delicate drain engineering can be performed. In addition, it is possible to sufficiently cope with a short channel.

【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による半導体装置の要部
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の一実施形態による半導体装置の製造
方法を説明するための断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図3】この発明の一実施形態による半導体装置の製造
方法を説明するための断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図4】この発明の一実施形態による半導体装置の製造
方法を説明するための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図5】この発明の一実施形態による半導体装置の製造
方法を説明するための略線図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図6】この発明の一実施形態による半導体装置の製造
方法を説明するための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図7】従来の溝型ゲート電極構造のMOSトランジス
タを示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional MOS transistor having a trench-type gate electrode structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・p型半導体基板、2・・・素子分離酸化膜、3
・・・ソース領域、4・・・ドレイン領域、5・・・
溝、6・・・ゲート絶縁膜、7・・・ゲート電極、8、
9・・・低不純物濃度層、10、12・・・層間絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... p-type semiconductor substrate, 2 ... element isolation oxide film, 3
... Source region, 4 ... Drain region, 5 ...
Groove, 6 gate insulating film, 7 gate electrode, 8,
9 ... low impurity concentration layer, 10, 12 ... interlayer insulating film

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板に設けられた溝にゲート絶縁
膜を介してゲート電極が埋め込まれ、このゲート電極の
両側の部分における上記半導体基板にソース領域および
ドレイン領域が上記溝より浅く設けられた溝型ゲート電
極構造のMISトランジスタを有する半導体装置であっ
て、 上記溝が逆台形状の断面形状を有し、 少なくとも、上記溝の上記ドレイン領域側の側壁の下部
に隣接する部分における上記半導体基板に上記ドレイン
領域と同一導電型で上記ドレイン領域より低不純物濃度
の拡散層が上記ドレイン領域と一体に設けられているこ
とを特徴とする半導体装置。
1. A gate electrode is buried in a groove provided in a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a source region and a drain region are provided in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode so as to be shallower than the groove. A semiconductor device having a MIS transistor having a groove-type gate electrode structure, wherein the groove has an inverted trapezoidal cross-sectional shape, and at least a portion of the semiconductor substrate adjacent to a lower portion of a side wall on the drain region side of the groove. A diffusion layer having the same conductivity type as the drain region and having a lower impurity concentration than the drain region is provided integrally with the drain region.
【請求項2】 上記半導体基板の主面と上記溝の側壁と
がなす角度が89〜75度であることを特徴とする請求
項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an angle formed between a main surface of said semiconductor substrate and a side wall of said groove is 89 to 75 degrees.
【請求項3】 上記半導体基板の主面と上記溝の側壁と
がなす角度が88〜80度であることを特徴とする請求
項1記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein an angle formed between a main surface of said semiconductor substrate and a side wall of said groove is 88 to 80 degrees.
【請求項4】 上記溝に対応する部分に上記溝の最上部
と同一形状の開口を有する層間絶縁膜が上記ソース領域
および上記ドレイン領域を覆うように設けられているこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
4. An interlayer insulating film having an opening having the same shape as the uppermost portion of the groove at a portion corresponding to the groove, and provided so as to cover the source region and the drain region. 2. The semiconductor device according to 1.
【請求項5】 上記層間絶縁膜の厚さが100〜300
nm、上記ソース領域および上記ドレイン領域の深さが
100〜800nm、上記ソース領域および上記ドレイ
ン領域と上記溝との深さの差が10〜50nmであるこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
5. The interlayer insulating film having a thickness of 100 to 300.
2. The semiconductor according to claim 1, wherein the depth of the source region and the drain region is 100 to 800 nm, and the difference between the depth of the source region and the drain region and the groove is 10 to 50 nm. apparatus.
【請求項6】 上記溝の底面の幅と上記半導体基板の主
面への上記溝の側壁の投影幅との比が2±0.2:1で
あることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio of a width of a bottom surface of the groove to a projection width of a side wall of the groove on a main surface of the semiconductor substrate is 2 ± 0.2: 1. Semiconductor device.
【請求項7】 上記溝の底面の幅と上記半導体基板の主
面への上記溝の側壁の投影幅との比が2±0.1:1で
あることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio of a width of a bottom surface of the groove to a projection width of a side wall of the groove on a main surface of the semiconductor substrate is 2 ± 0.1: 1. Semiconductor device.
【請求項8】 上記溝の底面の幅が10〜50nmであ
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein a width of a bottom surface of said groove is 10 to 50 nm.
【請求項9】 半導体基板に素子分離領域を形成する工
程と、 上記素子分離領域に囲まれた素子領域にソース領域およ
びドレイン領域となる半導体領域を形成する工程と、 上記半導体領域を覆うように層間絶縁膜を形成する工程
と、 上記層間絶縁膜の所定部分に開口を形成する工程と、 上記開口の部分に上記半導体基板に達する逆台形状の断
面形状を有する溝を形成するとともに、上記溝により上
記半導体領域を分割してソース領域およびドレイン領域
を形成する工程と、 少なくとも上記溝の底面にゲート絶縁膜を形成する工程
と、 上記半導体基板の主面に対して傾斜した方向から不純物
をイオン注入することにより、少なくとも、上記溝の上
記ドレイン領域側の側壁の下部に隣接する部分における
上記半導体基板に上記ドレイン領域と同一導電型で上記
ドレイン領域より低不純物濃度の拡散層を上記ドレイン
領域と一体に形成する工程と、 上記溝の内部に上記ゲート絶縁膜を介してゲート電極を
埋め込む工程とを有することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
9. A step of forming an element isolation region in a semiconductor substrate, a step of forming a semiconductor region serving as a source region and a drain region in an element region surrounded by the element isolation region, and a step of covering the semiconductor region. Forming an interlayer insulating film; forming an opening in a predetermined portion of the interlayer insulating film; forming a groove having an inverted trapezoidal cross-sectional shape reaching the semiconductor substrate in the opening portion; Forming a source region and a drain region by dividing the semiconductor region, forming a gate insulating film at least on the bottom surface of the trench, and ion-implanting impurities from a direction inclined with respect to the main surface of the semiconductor substrate. By implanting, at least a portion of the semiconductor substrate at a portion adjacent to a lower portion of the lower portion of the side wall of the trench on the drain region side has the same shape as the drain region. Forming a diffusion layer of one conductivity type with a lower impurity concentration than the drain region integrally with the drain region; and burying a gate electrode inside the groove via the gate insulating film. Semiconductor device manufacturing method.
【請求項10】 上記半導体基板の主面と上記溝の側壁
とがなす角度が89〜75度であることを特徴とする請
求項9記載の半導体装置の製造方法。
10. The method according to claim 9, wherein the angle formed between the main surface of the semiconductor substrate and the side wall of the groove is 89 to 75 degrees.
【請求項11】 上記半導体基板の主面と上記溝の側壁
とがなす角度が88〜80度であることを特徴とする請
求項9記載の半導体装置の製造方法。
11. The method according to claim 9, wherein the angle formed between the main surface of the semiconductor substrate and the side wall of the groove is 88 to 80 degrees.
【請求項12】 上記層間絶縁膜の厚さが100〜30
0nm、上記ソース領域および上記ドレイン領域の深さ
が100〜800nm、上記ソース領域および上記ドレ
イン領域と上記溝との深さの差が10〜50nmである
ことを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方
法。
12. The interlayer insulating film has a thickness of 100 to 30.
10. The semiconductor according to claim 9, wherein a depth of the source region and the drain region is 100 to 800 nm, and a depth difference between the source region and the drain region and the groove is 10 to 50 nm. Device manufacturing method.
【請求項13】 上記溝の底面の幅と上記半導体基板の
主面への上記溝の側壁の投影幅との比が2±0.2:1
であることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製
造方法。
13. A ratio of a width of a bottom surface of the groove to a projection width of a side wall of the groove onto a main surface of the semiconductor substrate is 2 ± 0.2: 1.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein:
【請求項14】 上記溝の底面の幅と上記半導体基板の
主面への上記溝の側壁の投影幅との比が2±0.1:1
であることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製
造方法。
14. A ratio of a width of a bottom surface of the groove to a width of projection of a side wall of the groove onto a main surface of the semiconductor substrate is 2 ± 0.1: 1.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein:
【請求項15】 上記溝の底面の幅が10〜50nmで
あることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造
方法。
15. The method according to claim 9, wherein a width of a bottom surface of the groove is 10 to 50 nm.
【請求項16】 上記半導体基板の主面に対して89〜
84度傾斜した方向から不純物をイオン注入するように
したことを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造
方法。
16. A semiconductor device comprising:
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein impurities are ion-implanted from a direction inclined by 84 degrees.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100843712B1 (en) 2007-02-26 2008-07-04 삼성전자주식회사 Transistors having gate pattern suitable for self-aligning channel impurity diffusion region in active region and methods of forming the same

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