JP2519284B2 - 埋め込みゲ―ト型mosfetの製造方法 - Google Patents

埋め込みゲ―ト型mosfetの製造方法

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JP2519284B2 JP63016891A JP1689188A JP2519284B2 JP 2519284 B2 JP2519284 B2 JP 2519284B2 JP 63016891 A JP63016891 A JP 63016891A JP 1689188 A JP1689188 A JP 1689188A JP 2519284 B2 JP2519284 B2 JP 2519284B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、埋め込みゲート型MOSFET、更に詳細には、
ゲート電極とソース又はドレイン間の容量を低減し、過
渡応答特性を改善した埋め込みゲート型MOSFETの製造方
法に関する。
(従来の技術) 第2図は、従来のMOSFETの断面構造の概略図である。
この図において、1は半導体基板、2はゲート絶縁膜、
3はゲート電極、4はソース、5はドレインを示す。従
来のMOSFETは、この図に示すように、半導体基板1上に
ゲート絶縁膜2及びゲート電極3を設け、かつ、ソース
4及びドレイン5を半導体基板1内に形設した構造を有
していた。
しかし、この構造を維持しつつ素子の微細化を推進し
ようとすると、例えばソース4及びドレイン5が近接し
て、いわゆる短チャンネル効果及び狭チャンネル効果等
が顕著になってくる。そしてその結果、閾値電圧の変
動、相互コンダクタンス(gm)の劣化を生ずる。従っ
て、単なる素子構成要素の微細化では、半導体装置の高
集積化を図ることは困難であった。
そして、この問題の解決を企図するものとして埋め込
みゲート型MOSFET(「信学技報」SSD86−66,第59頁,198
6年)が知られている。第3図は同文献記載の埋め込み
ゲート型MOSFETの断面構造の概略図である。この図にお
いて、11は半導体基板、12はゲート絶縁膜、13は埋め込
みゲート電極、14はソース、15はドレインを示す。埋め
込みゲート型MOSFETは、この図に示すように、半導体基
板11に形設された溝部の側面及び底面の全体にゲート絶
縁膜12を形設し、更にゲート電極13をソース14及びドレ
イン15との接合深さが略ゼロになるように形設した構造
になっている。このような構造にすれば、MOSFET素子を
微細化しても、ある程度のチャンネル長を確保すること
ができ、短チャンネル効果を軽減することができる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、第3図に示す従来の埋め込みゲート型
MOSFETは、前記「信学技報」にその製造工程が示されて
いるように、半導体基板11に設けた溝内を熱酸化法によ
り酸化して断面コ字状の略膜厚が均一なゲート絶縁膜12
を形成するなどして得られるものであった。
従って、ゲート電極13とソース14及びドレイン15が薄
いゲート絶縁膜12によってのみ絶縁されているので、埋
め込みゲート電極13とソース14及びドレイン15の間の容
量が大きなものとなり、MOSFETの過渡応答特性を著しく
低下させる原因となっていた。
本発明は、このような問題点を解決し前記容量を低減
することにより過渡応答特性の優れた埋め込みゲート型
MOSFETの製造方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本願第1の発明は、第1ゲート溝の側面にサイドウォ
ール状の絶縁膜を形成した後、この第1ゲート溝の底部
にサイドウォール状の絶縁膜に対し自己整合的に第1の
ゲート溝より浅い第2ゲート溝を形成することを特徴と
する埋め込みゲート型MOSFETの製造方法である。
また、本願第2の発明は、シリコン基板上の酸化シリ
コン膜及びN型不純物層を選択的に除去してその底面が
そのシリコン基板とN型不純物層との境界面よりやや上
方にあるように第1ゲート溝を形成した後、その第1ゲ
ート溝の側面にサイドウォール状の絶縁膜を形成し、そ
の第1ゲート溝の底部にサイドウォール状の絶縁膜に対
し自己整合的にシリコン基板に達する第2ゲート溝を形
成することを特徴とする埋め込みゲート型MOSFETの製造
方法である。
(作用) 本発明の製造方法によれば、自己整合的に第2ゲート
溝を形成するため、フォトリン技術のエッチング限界よ
り更に短いチャンネルを実現でき、高いコンダクタンス
gmを有するトランジスタを製造することができる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を示す図面と共に説明する。
第1図は、本発明で製造した埋め込みゲート型MOSFET
(以下、本発明FETという)の一実施例(NチャンネルM
OSFET)の断面構造の概略図である。この図において、2
1はp型Si基板、22はゲート絶縁膜、23はCVD SiO2膜よ
りなる絶縁膜、24、25は夫々N型不純物層よりなるソー
ス及びドレイン、26は多結晶シリコンよりなる埋め込み
ゲート電極である。本発明FETのゲート部は、第1図に
示すように、埋め込みゲート型になっている。そして、
埋め込みゲート電極26は、その底面及側面下部とソース
24及びドレイン25との間が通常のゲート絶縁膜22によっ
て、またその側面上部とソース24及びドレイン25との間
がゲート絶縁膜22に連続する少なくともこのゲート絶縁
膜22より膜厚が厚いサイドウォール状の絶縁膜23によっ
てその周囲が絶縁されている。そして、ソース24及びド
レンイン25とp型Si基板21との境界面は、短チャンネル
効果を軽減するため埋込みゲート電極26の底面と略同レ
ベルに、すなわち接合深さが略ゼロになっている。その
結果、本発明FETには、第1図に示すように、通常ソー
ス24及ドレイン25の絶縁膜23の下方に張り出した部分、
すなわちソース延長部24a及びドレイン延長部25aが形成
されている。本発明FETは、このようにゲート部及びそ
の周辺において独特の構成を有するものであるが、その
ほかの部位については、従来の埋め込みゲート型MOSFET
と同様であってよい。このような構成の本発明FETにお
いて、チャンネル領域は、埋め込みゲート電極26に正電
圧を印加することにより、ゲート絶縁膜22とp型Si基板
21の境界域のp型Si基板21側に形成される。
第1図に示す本発明FETは、本発明の実施例である次
に示す方法により製造することができる。
製法A[第4図(a)〜(f)参照]: まず初めに、通常の選択酸化法を用いてp型Si基板21
上にアクティブ領域を形成し、p型Si基板21に薄いSiO2
膜26を熱酸化法により形成する。そして、このSiO2膜26
をつき貫けてN型不純物をイオン注入を用いて注入して
ソース・ドレイン領域の厚さに略適合させた膜厚のN型
不純物層27を形成する。このとき、N型不純物として、
リン又はヒ素を用いる[第4図(a)]。次いで、比較
的厚いSiO2膜28をCVD法又は熱酸化法を用いて形成し、
フォトリソエッチング技術を用いて、まずゲート溝とな
る領域の上の厚いSiO2膜を除去し、更にp型Si基板21に
達するまでN型不純物層27をエッチングして、深さが略
N型不純物層の厚み程度の第1ゲート溝29を形成する。
このとき、第1ゲート溝29の底面は、N型不純物層27と
p型Si基板21との境界面と略同レベルになっている[第
4図(b)]。次に、CVD法により第1ゲート溝29の溝
底及び側面に厚さが約5000Å程度のSiO2膜30を形成する
[第4図(c)]。その後、SiO2膜30を異方性エッチン
グ技術を用いて第1ゲート溝29の側面上に少なくともゲ
ート絶縁膜22よりは膜厚の厚いサイドウォール状の絶縁
膜23を形成する[第4図(d)]。その後、第1ゲート
溝29の底にエッチング技術を用いて絶縁膜23に対し自己
整合的に第2ゲート溝31を形成し、加工ダメージを十分
に取り除く。第2ゲート溝31の深さは、第1ゲート溝29
よりは浅く、100〜1000Å程度になるようにするのが好
ましい[第4図(e)]。次に、熱酸化法により第2ゲ
ート溝31の底面及び側面にサイドウォール状の絶縁膜23
に連続するゲート絶縁膜22を形成した後、CVD法により
第1ゲート溝29及び第2ゲート溝31を低抵抗多結晶Siで
覆い、パターニングを行なって埋め込みゲート電極26を
形成する。また、N型不純物層27が第2ゲート溝31の側
面に達する程度まで熱処理を行ないソース延長部24a及
びドレイン延長部25aを形成したソース24及びドレイン2
5を完成する。この場合、N型不純物層27が熱拡散され
て形成されるソース延長部24a及びドレイン延長部25a
は、N型不純物層27より不純物濃度の低いN-型不純物層
となる[第4図(f)]。次に、チップ上面に中間絶縁
膜32を形成後、ソース24及びドレイン25の上部にフォト
リソエッチング技術を用いてコンタクト33、34を形成
し、金属配線35、36を形成して、第1図に示す本発明FE
Tを得る。
製法B[第5図(a)〜(f)参照]: 製法Bは、製法Aと大部分において類似する。従っ
て、以下、主に差異点について説明する。
第4図に示した製法Aと同様にして、p型Si基板21上
にN型不純物層27を形成し[第5図(a)]、次いで第
1ゲート溝37を形成する。ただし、第1ゲート溝37は、
その底面がp型Si基板21とN型不純物層27との境界面に
対し後に形成する第2ゲート溝38の深さ分だけ上方に来
るように形成する[第5図(b)]。次に、CVD法によ
り第1ゲート溝37の溝底及び側面に厚さが約5000Å程度
のSiO2膜30を形成し[第5図(c)]、サイドウォール
状の絶縁膜23を形成する[第5図(d)]。次いで、第
2ゲート溝38をその底面がp型Si基板21とN型不純物層
27の境界面に達するように形成する。このとき、製法A
と異なって、ソース延長部24a及びドレイン延長部25aが
形成されソース24及びドレイン25が完成する[第5図
(e)]。次いで、第2ゲート溝38内にゲート絶縁膜2
2、更に埋め込みゲート電極26を形成し[第5図
(f)]、金属配線35、36を形成して、第1図に示す本
発明FETを得る。
(発明の効果) 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下
のような効果を奏することができる。
(1)自己整合的に第2ゲート溝を形成するため、フォ
トリソ技術のエッチング限界より更に短いチャンネルを
実現でき、高いコンダクタンスgmを有するトランジスタ
を製造することができる。
(2)第2のゲート溝を形成することにより、サイドウ
ォール下のみに不純物層を形成でき、ゲート酸化膜下へ
の不純物層の侵入を抑制することが可能となるため、高
い電流駆動能力を有するトランジスタを製造することが
できる。
(3)埋め込みゲート電極形成後、予め形成されたN型
不純物層を熱拡散することにより、サイドウォール状の
絶縁膜の下方まで延長されるソース・ドレイン層を形成
するので、容易に制御性よくサイドウォール下のみに不
純物層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明FETの断面構造の概略図、第2図は従来
のMOSFETの断面構造の概略図、第3図は従来の埋め込み
ゲート型MOSFETの概略図、第4図は本発明の製造方法の
一例を示す概略図、第5図は本発明の製造方法の他の一
例を示す概略図である。 22……ゲート絶縁膜、23……絶縁膜、 24……ソース、24a……ソース延長部、 25……ドレイン、25a……ドレイン延長部、 26……埋め込みゲート電極、 29,37……第1ゲート溝、 31,38……第2ゲート溝。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン基板上にソース・ドレイン領域の
    厚さに略適合された膜厚のN型不純物層及び酸化シリコ
    ン膜をこの順に重ねたものから前記酸化シリコン膜及び
    前記N型不純物層を選択的に除去して前記シリコン基板
    に達する深さの第1ゲート溝を形成する工程と、 前記第1ゲート溝の側面にサイドウォール状の絶縁膜を
    形成する工程と、 前記第1ゲート溝の底部に前記サイドウォール状の絶縁
    膜に対し自己整合的に第1のゲート溝より浅い第2ゲー
    ト溝を形成する工程と、 前記第2ゲート溝の底面及び側面に前記サイドウォール
    状の絶縁膜に連続するゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記サイドウォール状の絶縁膜及び前記ゲート絶縁膜上
    に埋め込みゲート電極を形成する工程と、 その後、前記N型不純物層を熱拡散し、前記サイドウォ
    ール状の絶縁膜の下方に前記ゲート絶縁膜の端面に至る
    まで延長してソース・ドレイン層を形成する工程とを有
    することを特徴とする埋め込みゲート型MOSFETの製造方
    法。
  2. 【請求項2】シリコン基板上にソース・ドレイン領域の
    厚さに略適合された膜厚のN型不純物層及び酸化シリコ
    ン膜をこの順に重ねたものから前記酸化シリコン膜及び
    前記N型不純物層を選択的に除去してその底面が前記シ
    リコン基板と前記N型不純物層との境界面よりやや上方
    にあるように第1ゲート溝を形成する工程と、 前記第1ゲート溝の側面にサイドウォール状の絶縁膜を
    形成する工程と、 前記第1ゲート溝の底部に前記サイドウォール状の絶縁
    膜に対し自己整合的に第1のゲート溝より浅く前記シリ
    コン基板に達する第2ゲート溝を形成する工程と、 前記第2ゲート溝の底面及び側面に前記サイドウォール
    状の絶縁膜に連続するゲート絶縁膜を形成する工程と、 その後、前記サイドウォール状の絶縁膜及び前記ゲート
    絶縁膜上に埋め込みゲート電極を形成する工程とを有す
    ることを特徴とする埋め込みゲート型MOSFETの製造方
    法。
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