JP2894680B2 - トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

トランジスタ及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＯＩ(Silicon-O
n-Insulator)構造のトランジスタ及びその製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的なＳＯＩ構造のトランジスタは、
基板の一定深さに全体的に酸化膜を形成し、酸化膜上の
シリコン基板にトランジスタを形成するもので、シリコ
ン基板への漏れ電流及びソース／ドレイン接合層のキャ
パシタを最小化してトランジスタの特性を向上させてい
る。
【０００３】一方、トランジスタのスケールダウンに従
ってショートチャネル(Short Channel) 効果とホットキ
ャリア(Hot Carrier) 効果が甚だしくなるため、これら
の改善のためにトランジスタスケーリング(Scaling) 理
論とＬＤＤ(Lightly Doped Drain) 構造を主に適用して
トランジスタを設計している。
【０００４】しかし、深いサブミクロン(Deep Submicro
n)トランジスタにおいては、このような改善策にもかか
わらず、ショートチャネル効果により素子の動作特性が
劣化するという問題点が依然として残っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明はトラ
ンジスタのショートチャネル効果を防止して安定した動
作特性を確保するトランジスタ及びその製造方法を提供
することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による第一の実施の形態は、基板にトレンチを
形成する段階、前記トレンチの上部を除く下部に絶縁膜
を埋め込む段階、トランジスタのチャネルのために前記
トレンチの上部と前記絶縁膜上に伝導層を埋め込む段
階、全体構造上部にゲート酸化膜を形成する段階、上記
ゲート酸化膜上にゲート電極を形成する段階、及びソー
ス／ドレイン領域を形成するために前記基板に不純物イ
オンを注入する段階を具備することを特徴とするもので
ある。
【０００７】そして、第二の実施の形態は、基板上に低
濃度不純物ドーピング膜を形成する段階、前記低濃度不
純物ドーピング膜上に第１絶縁膜を形成し、前記第１絶
縁膜をパターニングする段階、前記パターニングされた
第１絶縁膜を食刻マスクとして用いて前記低濃度不純物
ドーピング膜と前記基板を食刻することにより、基板に
トレンチを形成する段階、前記トレンチの上部を除く下
部に前記第１絶縁膜に比べて選択食刻率が高い第２絶縁
膜を埋め込む段階、トランジスタのチャネルのために前
記トレンチの上部と前記第２絶縁膜上に伝導膜を埋め込
む段階、前記第１絶縁膜を除去する段階、全体構造上部
にゲート酸化膜を形成する段階、前記ゲート酸化膜にゲ
ート電極を形成する段階、及びソース／ドレイン領域を
形成するために前記基板に不純物イオンを注入する段階
を具備することを特徴とするものである。
【０００８】更に、第三の実施の形態は、基板上に第１
及び第２絶縁膜を順次に形成する段階、前記基板を露出
させて前記第１及び第２絶縁膜をパターニングする段
階、前記パターニングされた第２絶縁膜を食刻マスクと
して用いて前記基板内にトレンチを形成する段階、前記
露出された基板を酸化させることにより、前記トレンチ
に酸化膜を埋め込む段階、前記第２絶縁膜を除去する段
階、前記トレンチの下部に前記酸化膜の一部を残して前
記酸化膜をエッチバックする段階、トランジスタのチャ
ネルのために前記トレンチの上部と前記酸化膜上に伝導
膜を埋め込む段階、前記第１絶縁膜を除去する段階、全
体構造上にゲート酸化膜を形成する段階、前記ゲート酸
化膜にゲート電極を形成する段階、及びソース／ドレイ
ン領域を形成するために前記基板に不純物イオンを注入
する段階を具備することを特徴とするものである。
【０００９】そして、本発明の一実施の形態によるトラ
ンジスタは、基板上にゲート絶縁膜、ゲート電極及びソ
ース／ドレイン領域を有するトランジスタにおいて、前
記ソース領域と前記ドレイン領域間の前記基板内に形成
されたトレンチ、前記トレンチの下部に埋め込まれた絶
縁膜、及び前記トランジスタのチャネルを形成するため
に前記トレンチの上部と前記絶縁膜上に埋め込まれるシ
リコン膜を具備し、突抜け現象(punch through) 特性を
改善するために前記トランジスタチャネルの下に絶縁膜
が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の具体的な実施の形態を説明する。
【００１１】先ず、図１Ａから図１Ｊは、本発明の第一
の実施の形態に係るトランジスタ製造工程図である。
【００１２】図１Ａは、シリコン基板101 上に酸化膜10
2 を蒸着し、トレンチ(trench)を形成すべき所定部分を
マスク工程及び食刻工程により食刻した状態を示す断面
図である。
【００１３】図１Ｂは、図１Ａの構造下でマスク工程に
よりパターニングできる領域より狭いトレンチを形成す
るために、全体構造上にさらなる酸化膜を蒸着して食刻
することにより酸化膜スペーサ103 を形成した後に、露
出されたシリコン部分を食刻してトレンチ104 を形成し
た断面図である。ここで、酸化膜スペーサはトレンチの
幅を調整するための目的で用いられるため、必要により
スペーサ工程を省略することもできる。
【００１４】図１Ｃは、図１Ｂにおける酸化膜102,103
を食刻工程により完全に無くして、再び酸化膜105 を蒸
着してトレンチ104 を酸化膜105 で埋めた状態である。
【００１５】図１Ｄは、蒸着された酸化膜105 を全体的
に食刻してトレンチ104 内部にのみ酸化膜105'を残した
構造であって、食刻程度を調節してシリコン基板101 の
表面から残された酸化膜105'上面までの深さｄを一定に
作る。この部分はトランジスタのチャネルに用いられる
ため一定の深さに作らなければならない。
【００１６】図１Ｅは、図１Ｄの全体構造上にポリシリ
コン膜106 を蒸着した状態の断面図である。
【００１７】図１Ｆは、酸化工程によりシリコン基板10
1 の表面上のポリシリコン膜106 を酸化させて酸化膜10
7 を作って、シリコン基板101 の表面からトレンチ内部
の酸化膜105'上面までの深さに該当するトレンチ104 内
部にのみポリシリコン膜106'が残るようにした状態を示
す。
【００１８】図１Ｇは、酸化工程により形成された酸化
膜107 を食刻工程により除去し、閾値電圧調節のための
イオン注入を遂行する状態を示す。
【００１９】図１Ｈは、図１Ｇの構造においてゲート酸
化膜108 を形成し、ゲート用ポリシリコン膜109 を形成
した状態の断面図である。
【００２０】図１Ｉは、マスク工程及び食刻工程により
トランジスタのゲートをパターニングしたものである。
【００２１】最後に、図１Ｊはイオン注入によりソース
／ドレイン110 を形成して完成されたＳＯＩ構造のトラ
ンジスタ断面図である。ここで、トランジスタのチャネ
ル中間にあるトレンチ104 内部の酸化膜105'は、製作さ
れたトランジスタのショートチャネル効果を改善させる
役割をする。
【００２２】次に、図２Ａから図２Ｉは、本発明の第二
の実施の形態に係るトランジスタ製造工程図である。
【００２３】図２Ａは、シリコン基板201 に、基板とは
異なるタイプの低濃度不純物であるｎ- （又はｐ- ）イ
オン注入を遂行してｎ- （又はｐ- ）ドーピング領域20
2 を形成した断面図である。
【００２４】図２Ｂは図２Ａの構造において窒化膜203
を蒸着した後、マスク工程及び食刻工程によりトレンチ
を形成すべき所定部分のシリコン基板201 のみ露出され
るようパターニングした状態の断面図である。
【００２５】図２Ｃは、露出されたシリコン基板201 を
食刻してトレンチ204 を形成し、酸化膜205 を全体的に
蒸着してトレンチ204 を埋めた状態を示す。
【００２６】図２Ｄは、酸化膜205 を食刻してシリコン
基板201 の表面から一定深さｄを除くトレンチ内部にの
み酸化膜205'が残るようにした状態を示す。
【００２７】図２Ｅは、図２Ｄの構造においてポリシリ
コン膜206 を蒸着したものである。
【００２８】図２Ｆは、ポリシリコン膜をマスク無しに
食刻してトレンチ内部にポリシリコン膜206'が残るよう
に作り、窒化膜203 をマスクとして用いて閾値電圧イオ
ン注入を遂行する状態を示す断面図である。
【００２９】図２Ｇは、窒化膜203 を食刻工程により完
全に除去した後、ゲート酸化膜207とゲート用ポリシリ
コン膜208 を順次に形成した状態の断面図である。
【００３０】図２Ｈは、図２Ｇの状態でマスク工程及び
食刻工程によりゲート用ポリシリコン膜208'とゲート酸
化膜207'をパターニングした状態図である。
【００３１】図２Ｉは、イオン注入によりソース／ドレ
イン209 を形成して完成されたＳＯＩ構造のトランジス
タの断面図である。同様に、トランジスタのチャネル中
間にあるトレンチ204 内部の酸化膜205'は、製作された
トランジスタのショートチャネル効果を改善させる役割
をし、ＳＯＩトランジスタと類似の構造で作られる。
【００３２】図３Ａから図３Ｈは、本発明の第三の実施
の形態に係るトランジスタ製造工程図である。
【００３３】図３Ａは、シリコン基板301 上に酸化膜30
2 と窒化膜303 を順次に蒸着し、マスク工程及び食刻工
程によりトレンチを形成すべき部分のシリコン基板301
が露出されるように前記窒化膜303 と酸化膜302 をパタ
ーニングした状態の断面図である。
【００３４】図３Ｂは、前記パターニングされた窒化膜
303 と酸化膜302 側壁に窒化膜スペーサ304 を形成する
ことにより、狭いトレンチを形成できるようにした状態
図である。
【００３５】図３Ｃは露出されたシリコン基板301 を窒
化膜303,304 を食刻障壁として用いて食刻することによ
りトレンチ305 を形成した構造図である。
【００３６】図３Ｄは、窒化膜303,304 をマスクとして
用いて酸化工程を遂行することにより、トレンチ305 に
よって露出されたシリコン基板301 を酸化させてトレン
チ305 部位に酸化膜306 が形成された断面図である。
【００３７】図３Ｅは、図３Ｄの構造において全体的に
食刻を遂行して窒化膜303 を除去し、トレンチ305 内に
一定の深さｄの酸化膜306'と、シリコン基板301 上に酸
化膜302 が残るように作ったものである。
【００３８】図３Ｆは、酸化膜302,306'をマスクとして
シリコン基板が露出されたトレンチ部分にのみ選択的に
エピタキシ(Epitaxy) 工程を遂行して、トレンチを単結
晶シリコン307 によって埋めた状態でシリコン基板301
上に残っている酸化膜302 をマスクとして閾値電圧調節
のためのイオン注入を実施する状態を示す。
【００３９】図３Ｇは、図３Ｆにおいてエピタキシ工程
により成長された単結晶シリコン307 上にゲート酸化膜
308 を形成し、全体構造上部にゲート用ポリシリコン膜
309を形成した状態の断面図である。
【００４０】図３Ｈは、図３Ｇの状態においてゲートマ
スク工程及び食刻工程によりポリシリコン膜309 とゲー
ト酸化膜308 をパターニングした後、イオン注入を実施
してソース／ドレイン310 を形成して完成されたトラン
ジスタの断面図である。
【００４１】上述のように、本発明の変形されたＳＯＩ
構造のトランジスタは、ＳＯＩ構造のトランジスタの長
点を有しながら、チャネルの下に絶縁膜が存在するた
め、深いサブミクロントランジスタのショートチャネル
により発生する突抜け現象を防止してトランジスタが安
定した動作特性を有する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（基板上に蒸着した酸化膜を食刻した状態
図）
【図１Ｂ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（基板にトレンチを形成した状態図）
【図１Ｃ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（トレンチ内部と基板上に酸化膜を形成し
た状態図）
【図１Ｄ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（トレンチ内下部にのみ酸化膜が残るよう
に食刻した状態図）
【図１Ｅ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（トレンチ上部と基板上にポリシリコン膜
を蒸着した状態図）
【図１Ｆ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（酸化工程により酸化膜を形成した状態
図）
【図１Ｇ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（イオン注入を遂行する状態図）
【図１Ｈ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（ゲート酸化膜、及びゲート用ポリシリコ
ン膜を形成した状態図）
【図１Ｉ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（ゲートをパターニングした状態図）
【図１Ｊ】本発明の第一の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（イオン注入により完成されたＳＯＩ構造
のトランジスタ断面図）
【図２Ａ】本発明の第二の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（イオン注入により基板上にドーピング領
域を形成した状態図）
【図２Ｂ】本発明の第二の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（窒化膜を蒸着しパターニングした状態
図）
【図２Ｃ】本発明の第二の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（トレンチ形成後、酸化膜を蒸着した状態
図）
【図２Ｄ】本発明の第二の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（トレンチ内下部にのみ酸化膜が残るよう
に食刻した状態図）
【図２Ｅ】本発明の第二の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（ポリシリコン膜を蒸着した状態図）
【図２Ｆ】本発明の第二の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（トレンチ内上部にポリシリコンが残るよ
うに食刻し、イオン注入を遂行する状態図）
【図２Ｇ】本発明の第二の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（ゲート酸化膜とゲート用ポリシリコン膜
を形成した状態図）
【図２Ｈ】本発明の第二の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（ゲート用ポリシリコン膜とゲート酸化膜
を食刻した状態図）
【図２Ｉ】本発明の第二の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（イオン注入により完成されたＳＯＩ構造
のトランジスタ断面図）
【図３Ａ】本発明の第三の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（基板上に酸化膜と窒化膜を蒸着後、パタ
ーニングした状態図）
【図３Ｂ】本発明の第三の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（窒化膜スペーサを形成した状態図）
【図３Ｃ】本発明の第三の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（基板にトレンチを形成した状態図）
【図３Ｄ】本発明の第三の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（トレンチ内部に酸化膜を形成した状態
図）
【図３Ｅ】本発明の第三の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（トレンチ内下部と基板上に酸化膜を残す
ように食刻した状態図）
【図３Ｆ】本発明の第三の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（エピタクシ工程後、イオン注入を遂行す
る状態図）
【図３Ｇ】本発明の第三の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（ゲート酸化膜とゲート用ポリシリコン膜
を形成した状態図）
【図３Ｈ】本発明の第三の実施の形態に係るトランジス
タ製造工程図（イオン注入により完成されたＳＯＩ構造
のトランジスタ断面図）
【符号の説明】
101 シリコン基板 102 第１酸化膜 103 酸化膜スペーサ 104 トレンチ 105,107 酸化膜 106,109 ポリシリコン膜 108 ゲート酸化膜 110 ソース／ドレイン ｄ シリコン基板の表面からトレンチに残された酸化
膜上面までの深さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クワン ミョウン ロー 大韓民国 467−860 キョウンキドー イチォンクン ブバリューブ アミリ サン 136−１内 (72)発明者 セオン ミン ホワン 大韓民国 467−860 キョウンキドー イチォンクン ブバリューブ アミリ サン 136−１内 (56)参考文献 特開 昭62−165364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−138377（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 29/78

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に低濃度不純物ドーピング膜を形
    成する段階、 前記低濃度不純物ドーピング膜上に第１絶縁膜を形成
    し、前記第１絶縁膜をパターニングする段階、 前記パターン化された第１絶縁膜の側壁にスペーサ窒化
    膜を形成し、前記第１絶縁膜および前記スペーサ窒化膜
    を食刻マスクとして用いて前記低濃度不純物ドーピング
    膜と前記基板を食刻することにより、基板にトレンチを
    形成する段階、 前記トレンチの上部を除く下部に前記第１絶縁膜に比べ
    て選択食刻率が高い第２絶縁膜を埋め込む段階、 トランジスタのチャネルのために前記トレンチの上部と
    前記第２絶縁膜上に伝導膜を埋め込む段階、 前記第１絶縁膜を除去する段階、 全体構造上部にゲート酸化膜を形成する段階、 前記ゲート酸化膜にゲート電極を形成する段階、 及び、ソース／ドレイン領域を形成するために前記基板
    に不純物イオンを注入する段階を具備することを特徴と
    するトランジスタ製造方法。
  2. 【請求項２】 前記トレンチの上部と前記第２絶縁膜上
    に伝導膜を埋め込む段階が、 閾値電圧を調整するために前記伝導膜に不純物イオンを
    注入する段階を更に具備することを特徴とする請求項１
    記載のトランジスタ製造方法。
  3. 【請求項３】 前記第１絶縁膜が、窒化膜であることを
    特徴とする請求項１記載のトランジスタ製造方法。
  4. 【請求項４】 前記第２絶縁膜が、酸化膜であることを
    特徴とする請求項１記載のトランジスタ製造方法。
  5. 【請求項５】 前記トレンチの下部に前記絶縁膜を埋め
    込む段階が、 全体構造に酸化膜を形成する段階、 及び、前記トレンチの下部に前記第１酸化膜の一部を残
    して前記第１酸化膜をエッチバックする段階を具備する
    ことを特徴とする請求項１記載のトランジスタ製造方
    法。
  6. 【請求項６】 前記トレンチの上部に前記伝導膜を埋め
    込む段階が、 前記トレンチの上部を埋め込みながら全体構造上にシリ
    コン膜を形成する段階、 前記基板上の前記シリコン膜を酸化させる段階、 及び、前記酸化シリコン膜を除去する段階を具備するこ
    とを特徴とする請求項１記載のトランジスタ製造方法。
  7. 【請求項７】 前記シリコン膜が多結晶であることを特
    徴とする請求項６記載のトランジスタ製造方法。
  8. 【請求項８】 基板上に第１及び第２絶縁膜を順次に形
    成する段階、 前記基板を露出させて前記第１及び第２絶縁膜をパター
    ニングし、その後に前記第１および第２絶縁膜の側壁に
    スペーサ窒化膜を形成する段階、 前記パターニングされた第２絶縁膜および前記スペーサ
    窒化膜を食刻マスクとして用いて前記基板内にトレンチ
    を形成する段階、 前記露出された基板を酸化させることにより、前記トレ
    ンチに酸化膜を埋め込む段階、 前記第２絶縁膜を除去する段階、 前記トレンチの下部に前記酸化膜の一部を残して、前記
    酸化膜をエッチバックする段階、 トランジスタのチャネルのために前記トレンチの上部と
    前記酸化膜上に伝導膜を埋め込む段階、 前記第１絶縁膜を除去する段階、 全体構造上にゲート酸化膜を形成する段階、 前記ゲート酸化膜にゲート電極を形成する段階、 及び、ソース／ドレイン領域を形成するために前記基板
    に不純物イオンを注入する段階を具備することを特徴と
    するトランジスタ製造方法。
  9. 【請求項９】 前記トレンチの上部と前記絶縁膜上に伝
    導膜を埋め込む段階が、 閾値電圧を調整するために前記伝導膜に不純物イオンを
    注入する段階を更に具備することを特徴とする請求項８
    記載のトランジスタ製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記伝導膜がエピタキシャル層である
    ことを特徴とする請求項８記載のトランジスタ製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記第１絶縁膜が酸化膜であることを
    特徴とする請求項８記載のトランジスタ製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記第２絶縁膜が窒化膜であることを
    特徴とする請求項８記載のトランジスタ製造方法。
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