JP2005136366A - 半導体素子のトランジスタ製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体素子のトランジスタ製造方法において、半導体基板の上部に第1絶縁膜を蒸着した後にイオン注入でLDDイオン注入領域を形成する段階と、前記第1絶縁膜をパターニングした後、前記基板を蝕刻してトレンチを形成する段階と、前記トレンチが形成された基板に第2絶縁膜と導電体とを蒸着した後に平坦化してトレンチゲートを形成する段階と、前記トレンチゲートが形成された基板にフォトレジストを蒸着し、パターニングした後、前記フォトレジストをマスクとしてイオン注入し、ソース/ドレイン領域を形成する段階と、前記フォトレジストを除去し、第1絶縁膜を除去する段階とを含む。
【選択図】 図2g
Description
このようなホットキャリア効果を克服するために、大部分のトランジスタの製造工程はLDD(Lightly Doped Drain)構造を採用している。これはゲート電極を間に置き、基板内にあるソース/ドレイン領域のイオン注入濃度がゲート電極エッジ付近では低濃度であり、中心部分では高濃度であるような二層構造の接合(Graded Junction)を形成することにより、電界の急激な変化を少なくするためである。
また、トランジスタ動作時、ソースとドレインの不純物が側面に広がり、パンチスル(punch-through)効果を誘発しやすく、これを防止するためのイオン注入工程が多くなることには煩わしさがある。また、チャンネルの長さ及びその濃度調節が正確でない場合、しきい電圧を調節するには困難な問題点がある。
まず、本発明の一実施例を図2a乃至図2gに示されたトランジスタの製造方法を通して説明する。
まず、図2aはシリコン基板(101)の上部に第1絶縁膜(102)を蒸着した後に、イオン注入(103)でLDDイオン注入領域(111)を形成した図面である。
第1絶縁膜(102)はイオン注入時、緩衝膜として作用し、窒化物、タンタリウム系酸化物、チタニウム系酸化物、またはハフニウム系酸化物を利用して形成することが望ましい。LDDイオン注入領域(111)を形成するためのイオン注入エネルギは30乃至80keVが望ましい。第1絶縁膜(102)は500乃至1500Åの厚さで形成することが望ましい。
次に、図2cに示すように、基板を蝕刻し、トレンチ(105)を形成する。パターンが形成された第1フォトレジスト(104)をマスクとして第1絶縁膜(102)とシリコン基板とを蝕刻し、ゲートが形成されるトレンチ(105)を形成した後、第1フォトレジスト(104)を除去する。蝕刻は乾燥式蝕刻を利用し、乾燥式蝕刻は5乃至30゜の角度を持つ傾斜蝕刻を利用する。また、図2dに示すように、蝕刻として全面蝕刻方法で化学乾燥式蝕刻(Chemical Dry Etch ; CDE)を利用し、トレンチの下部コーナをラウンドになるように形成(205)し、今後蒸着する層の均一性を増加させることができる。トレンチは(105, 205)は100乃至1000Åの深さで蝕刻することが望ましい。
LDD領域(111)及びソース/ドレイン領域(112)は、ゲートより上に形成されているが、後続の熱処理工程によってLDD領域(111)及びソース/ドレイン領域(112)を安定化させると同時に、LDD領域(111)及びソース/ドレイン領域(112)を拡散させてチャンネルの長さを調節できる。
本発明の他の実施例を図3a乃至図3gに示すトランジスタの製造方法を通して説明する。
まず、図3aは、シリコン基板(301)にイオン注入(302)でLDDイオン注入領域(311)を形成した図である。ゲートがシリコン基板の上部に形成された既存のトランジスタは、ゲートを形成した後にこのゲートをマスクとして低濃度不純物イオン注入工程を進行し、LDDイオン注入領域を形成したが、本発明ではゲートが形成される前に低濃度不純物イオン注入工程を進行し、LDDイオン注入領域を形成する。LDDイオン注入領域を形成するためのイオン注入エネルギは10乃至80keVが望ましい。
スペーサ形成時、蝕刻にともなうゲートの損傷が激しい場合、第1絶縁膜をすべて蝕刻して除去し、スペーサ形成絶縁膜を形成して蝕刻し、スペーサを形成することができる。スペーサ形成絶縁膜は酸化膜、または窒化膜が望ましい。
本発明のさらに他の実施例を図4a乃至図4gに示すトランジスタの製造方法を通して説明する。
まず、図4aはシリコン基板(501)の上部に第1絶縁膜(502)を蒸着した後に、イオン注入(503)でLDD領域(511)を形成した図である。第1絶縁膜(502)はイオン注入時、緩衝膜として作用し、窒化膜で500乃至1500Åの厚さで蒸着することが望ましい。前記LDD領域を形成するためのイオン注入エネルギは5乃至60keVが望ましい。
次に、図4cに示すように、基板を蝕刻してトレンチ(505)を形成する。パターンが形成された第1フォトレジストをマスクとして第1絶縁膜とシリコン基板とを蝕刻してゲートが形成されるトレンチを形成した後、第1フォトレジストを除去する。トレンチは100乃至1000Åの深さで形成することが望ましい。また、蝕刻は乾燥式蝕刻を利用し、図4dに示すように、5乃至30゜の角度を持つ傾斜蝕刻後、化学乾燥式蝕刻(Chemical Dry Etch ; CDE)を利用してトレンチの下部コーナをラウンドになるように形成(605)し、今後蒸着する層の均一性を向上させることができる。
以上の通り、トレンチにより形成されたトランジスタ素子は、有効チャンネルの長さがゲートが基板上に形成されたトランジスタより長くなるので、短チャンネル効果を減少させることができる。
102 第1絶縁膜
103 イオン注入
104 第1フォトレジスト
105 トレンチ
106 第2次絶縁膜
107 伝導体
108 第2フォトレジスト
111 LDD領域
112 ソース/ドレイン領域
Claims (31)
- 半導体素子のトランジスタ製造方法において、
半導体基板の上部に第1絶縁膜を蒸着した後に、イオン注入でLDDイオン注入領域を形成する段階と;
前記第1絶縁膜をパターニングした後、前記基板を蝕刻し、トレンチを形成する段階と;
前記トレンチが形成された前記基板に第2絶縁膜と導電体とを蒸着した後に平坦化し、トレンチゲートを形成する段階と;
前記トレンチゲートが形成された前記基板にフォトレジストを蒸着し、パターニングした後、前記フォトレジストをマスクとしてイオン注入し、ソース/ドレイン領域を形成する段階と;
前記フォトレジストを除去し、前記第1絶縁膜を除去する段階と;
を含むことを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記第1絶縁膜を除去する段階以後に熱処理段階をさらに含むことを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記第1絶縁膜は前記LDD及びソース/ドレイン領域を形成するためのイオン注入時、前記基板に対する緩衝膜であることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記第1絶縁膜は窒化物、タンタリウム系酸化物、チタニウム系酸化物及びハフニウム系酸化物のうち、いずれか一つであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記導電体はタングステン系、チタニウム系及びタンタリウム系金属化合物のうち、いずれか一つであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記LDDイオン注入領域を形成するためのイオン注入エネルギは30乃至80keVであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記ソース/ドレイン領域を形成するためのイオン注入のエネルギは5乃至60keVであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記トレンチを形成するための蝕刻は乾燥式蝕刻で、5乃至30゜の角度を持つ傾斜蝕刻であることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記トレンチを形成するための蝕刻は全面蝕刻方法で、化学乾燥式蝕刻を利用することを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項9に記載の製造方法において、
前記化学乾燥式蝕刻でトレンチの下部コーナをラウンドになるように形成することを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記平坦化は前記第1絶縁膜を蝕刻整地層として利用するCMP工程であることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記第1絶縁膜は燐酸溶液を利用した湿式蝕刻で除去することを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 半導体素子のトランジスタ製造方法において、
基板にイオン注入し、LDD領域を形成する段階と;
前記基板に第1絶縁膜を形成する段階と;
前記第1絶縁膜をパターンニングした後、前記基板を蝕刻し、トレンチを形成する段階と;
前記トレンチが形成された前記基板に第2絶縁膜と導電体とを全面蒸着した後、平坦化してトレンチゲートを形成する段階と;
前記第1絶縁膜を蝕刻してスペーサを形成する段階と;
前記スペーサ及び前記ゲートをイオン注入マスクとして、前記基板にイオン注入してソース/ドレイン領域を形成する段階と;
を含むことを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法において、
前記ソース/ドレイン領域を形成する段階以後に熱処理段階をさらに含むことを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法において、
前記第1絶縁膜は酸化膜、または窒化膜であることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法において、
前記導電体はポリシリコン、タングステン系金属化合物、チタニウム系金属化合物及びタンタリウム系金属化合物のうち、いずれか一つであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法において、
前記LDDイオン注入領域を形成するためのイオン注入エネルギは10乃至80keVであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法において、
前記ソース/ドレイン領域を形成するためのイオン注入のエネルギは10乃至100keVであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法において、
前記トレンチを形成するための蝕刻は乾燥式蝕刻であることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法において、
前記トレンチを形成するための蝕刻は傾斜蝕刻を利用した乾燥式蝕刻と化学乾燥式蝕刻とを利用することを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項20に記載の製造方法において、
前記化学乾燥式蝕刻はトレンチの下部コーナをラウンドになるように形成することを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項20に記載の製造方法において、
前記化学乾燥式蝕刻はCF4/02、またはCHF3/02を利用することを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項13に記載の製造方法において、
前記平坦化は前記第1絶縁膜を蝕刻整地層として利用するCMP工程であることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 半導体素子のトランジスタ製造方法において、
シリコン基板の上部に第1絶縁膜を蒸着した後にイオン注入工程によりLDD領域を形成する段階と;
前記第1絶縁膜をパターンニングした後、前記基板を蝕刻してトレンチを形成する段階と;
前記トレンチが形成された前記基板に第2絶縁膜と第1導電体とを蒸着した後に平坦化してトレンチゲートを形成する段階と;
前記トレンチゲートが形成された基板上に第2導電体を蒸着し、前記第2導電体及び前記第1絶縁膜をパターンニングする段階と;
前記第2導電体をマスクとしてイオン注入し、ソース/ドレイン領域を形成する段階と;
を含むことを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項24に記載の製造方法において、
前記第1絶縁膜は前記LDD領域を形成するためのイオン注入時、前記基板に対する緩衝膜であることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項24に記載の製造方法において、
前記第1絶縁膜は窒化膜であることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項24に記載の製造方法において、
前記第1導電体はポリシリコンで、前記第2導電体はタングステン系、チタニウム系及びタンタリウム系金属化合物のうち、いずれか一つであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項24に記載の製造方法において、
前記LDD領域を形成するためのイオン注入エネルギは5乃至60keVであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項24に記載の製造方法において、
前記ソース/ドレイン領域を形成するためのイオン注入のエネルギは30乃至80keVであることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項24に記載の製造方法において、
前記平坦化工程はCMP工程であることを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。 - 請求項24に記載の製造方法において、
前記CMP工程時、前記第1絶縁膜を蝕刻整地層として利用することを特徴とする半導体素子のトランジスタ製造方法。
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