JP3608999B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP3608999B2
JP3608999B2 JP2000076671A JP2000076671A JP3608999B2 JP 3608999 B2 JP3608999 B2 JP 3608999B2 JP 2000076671 A JP2000076671 A JP 2000076671A JP 2000076671 A JP2000076671 A JP 2000076671A JP 3608999 B2 JP3608999 B2 JP 3608999B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
source
oxide film
film
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000076671A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001267560A (en
Inventor
利久 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2000076671A priority Critical patent/JP3608999B2/en
Publication of JP2001267560A publication Critical patent/JP2001267560A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3608999B2 publication Critical patent/JP3608999B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Element Separation (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、素子分離法としては、主にLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法に代表される選択酸化法とSTI(Shallow Trench Isolation)法が用いられている。
これらの素子分離法を用いた半導体装置の平面図を図8に示す。図中、27はゲート電極、31は拡散層を意味する。なお、平面図は、上記両方法とも同じである。
【0003】
LOCOS法を用いた半導体装置の図8のA−A線位置での断面図を図9(a)に、B−B線位置での断面図を図9(b)に示す。この半導体装置では、シリコン基板21上に、ゲート酸化膜26、ゲート電極27及び拡散層31からなるトランジスタや抵抗等の素子が形成され、それらを分離するためフィールド酸化膜25が形成されている。更に、全体が層間絶縁膜32により覆われている。
【0004】
LOCOS法を用いた半導体装置の製造方法を図10(a)〜(g)を用いて説明する。
まず、図10(a)に示すように、シリコン基板21上に、シリコン酸化膜22とシリコンナイトライド膜23を形成する。この後、フォトリソグラフィー技術によってフォトレジスト膜24を所定のパターンに形成してから、このパターンをマスクとして、シリコンナイトライド膜23をエッチングする。
【0005】
次に、図10(b)に示すように、フォトレジスト膜24を除去した後、熱酸化を行いフィールド酸化膜25を形成する。
次に、図10(c)に示すように、ゲート酸化膜26を形成し、続いてゲート電極材料からなる導電膜27aを堆積する。
【0006】
図10(d)及び(e)に示すように、フォトレジスト膜28を塗布し、所定の形状にパターニングした後、このパターンをマスクにゲート電極27を形成する。
次いで、図10(f)に示すように、フォトレジスト膜29を塗布し、フォトリソグラフィー技術によって、所定の形状にパターニングした後、このパターン及びゲート電極27をマスクに、不純物をイオン注入30することで拡散層31を形成する。
その後、フォトレジスト膜29を除去し、図10(g)に示すように層間絶縁膜32を形成することで半導体装置が形成される。
【0007】
次に、STI法を用いた半導体装置の図8のA−A線位置での断面図を図11(a)に、B−B線位置での断面図を図11(b)に示す。この半導体装置では、シリコン基板21上に、ゲート酸化膜26、ゲート電極27及び拡散層31からなるトランジスタや抵抗等の素子を分離するために、予めシリコン基板21に溝が形成され、溝はシリコン絶縁膜35で埋め込まれている。更に、全体が層間絶縁膜32により覆われている。
STI法を用いた半導体装置の製造方法を図12(a)〜(g)を用いて説明する。
【0008】
まず、図12(a)に示すように、熱酸化法によりシリコン基板21上にシリコン酸化膜22を形成し、更にCVD法によりシリコンナイトライド膜23を形成する。その後、フォトリソグラフィー技術によりフォトレジスト膜24を所定のパターンに形成してから、このパターンをマスクとして、シリコンナイトライド膜23をエッチングする。
【0009】
フォトレジスト膜24を除去した後、シリコンナイトライド膜23をマスクとして、シリコン酸化膜22、シリコン基板21の順にエッチングを行うことで、トレンチ溝(溝)33を形成する(図12(b)参照)。
次いで、熱酸化により溝33の内壁に酸化膜34を形成する。その後、CVD法により絶縁膜35を堆積する(図12(c)参照)。
次に、CMP(化学的機械的研磨)法により、絶縁膜35をシリコンナイトライド膜23が露出するまでエッチバックすることで、平坦化する(図12(d)参照)。
【0010】
その後、等方性エッチングで絶縁膜35をシリコン基板21の表面までエッチングし、更にシリコンナイトライド膜23を除去する。更に、ゲート酸化膜26を介してゲート電極27を形成する(図12(e)参照)。
次に、図12(f)に示すように、フォトリソグラフィー技術によって、フォトレジスト膜29を所定のパターンに形成し、このパターン及びゲート電極27をマスクとして、不純物をイオン注入30することで、拡散層31を形成する。
【0011】
フォトレジスト膜29を除去した後、図12(g)に示すように、層間絶縁膜32を形成することで半導体装置が形成される。
なお、上記STI法による半導体装置の製造例が、「Submicron Mechanical Planarized Sallow Trench Isolation With Field Shiels」, W. S. Lindenberger, et. al., 1991 Symposium of VLSI Technology Digest of Technical Papers, pp 89−90に記載されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の素子分離法には、以下に述べる問題がある。
両方法共通の問題として、ソース/ドレイン領域とゲート電極のオーバーラップ部でゲート酸化膜の膜厚が薄いと、ゲート−ドレイン間容量により素子に遅延時間が生じ、その結果素子の高速化を図れないという問題がある。
LOCOS法を用いた場合、フィールド酸化膜形成時に、バーズビークが形成されるため素子分離領域の寸法制御及び領域の微細化が困難である。その結果、微細化に伴い、ショートシャネル効果が発生しやすくなる。
【0013】
また、STI法を用いた場合、寸法制御や微細化の点ではLOCOS法より優れているが、図12(a)〜(g)で説明したように、工程数が多くなるという問題がある。更に、素子分離領域の酸化膜をエッチングしてゲート領域と同じ高さにしているが、完全に同じ高さにすることは難しく、段差が生じてしまう。この段差には、ゲート電極形成時のゲート電極材料のエッチング残りが生じやすいという問題がある。加えて、素子分離領域に形成された溝に酸化膜を埋め込んだ後、CMP法により平坦化しているため、平坦化によるストレスでリーク電流の発生や、絶縁体圧が低下するという問題が発生する恐れがある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
かくして本発明によれば、半導体基板の表面層にソース/ドレイン領域となる拡散層を形成する工程と、
半導体基板を酸化することによってソース/ドレイン領域上の酸化膜をソース/ドレイン領域以外の酸化膜の膜厚より厚く形成する工程と、
半導体基板全面に導電膜を形成する工程と、
レジストパターンを用いて導電膜をエッチングしてソース/ドレイン領域間のゲート領域上及びソース/ドレイン領域端部上にゲート電極を形成する工程と、
ソース/ドレイン領域及びゲート領域上以外の酸化膜を除去して半導体基板を露出させることで、酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
レジストパターンとソース/ドレイン領域上の酸化膜をマスクとして半導体基板に溝を形成する工程と、
レジストパターンを除去後、半導体基板全面に絶縁膜を積層することで、層間絶縁膜と溝内に埋設された絶縁膜からなる素子分離領域を形成する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が提供される。
【0016】
また本発明によれば、半導体基板上のゲート領域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、半導体基板の表面層にソース/ドレイン領域となる拡散層を形成する工程と、
半導体基板を酸化することによって、ソース/ドレイン領域上の酸化膜をソース/ドレイン領域以外の酸化膜の膜厚より厚く形成する工程と、
ソース/ドレイン領域及びゲート領域上以外の酸化膜を除去して半導体基板を露出させることで、ソース/ドレイン領域上に酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
レジストパターンとソース/ドレイン領域上の酸化膜をマスクとして半導体基板に溝を形成する工程と、
レジストパターンを除去後、半導体基板全面に絶縁膜を積層することで、層間絶縁膜と溝内に埋設された絶縁膜からなる素子分離領域を形成する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が提供される。
【0017】
更に本発明によれば、半導体基板の表面層にソース/ドレイン領域となる拡散層を形成する工程と、
半導体基板を酸化することによってソース/ドレイン領域上の酸化膜をソース/ドレイン領域以外の酸化膜の膜厚より厚く形成する工程と、
ソース/ドレイン領域上以外の酸化膜を除去して半導体基板を露出させる工程と、
ソース/ドレイン領域上の酸化膜をマスクとして、ゲート領域を含むソース/ドレイン領域の周囲の半導体基板に溝を形成する工程と、
少なくともゲート領域の溝の内面に酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成した後、半導体基板全面に導電膜を形成する工程と、
レジストパターンを用いて導電膜をエッチングしてソース/ドレイン領域間のゲート領域上及びソース/ドレイン領域端部上にゲート電極を形成する工程と、
半導体基板全面に絶縁膜を積層することで、層間絶縁膜とゲート領域以外の溝内に埋設された絶縁膜からなる素子分離領域を形成する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が提供される。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明は、拡散層上の酸化膜の厚さをそれ以外の領域の酸化膜より厚くすることで、その膜厚差を利用して選択的に素子分離領域やゲート領域の半導体基板をエッチングすることを特徴の1つとしている。
【0019】
本発明によれば、拡散層上の酸化膜の厚さを素子分離領域上の酸化膜より厚く形成し、その後ゲート電極形成時に拡散層上の酸化膜をマスクにして選択的にシリコン基板をエッチングすることで溝を形成し、素子分領域を形成する。従って、従来のSTI法の場合に比べて、工程を大幅に減らすことができる。また、ゲート−ドレイン間容量を抑えることができるため高速化を図ることができる。
【0020】
拡散層形成用のパターンをマスクにエッチングにより素子分離領域を形成し、その後フィールド酸化を行わないため、LOCOS法のようなバーズビークが形成されず、より微細な半導体装置を提供することができる。
また、膜厚差を利用して選択的にシリコン基板をエッチングすることで、拡散層以外の領域に溝を形成することができる。この溝を跨ぐようにゲート電極を形成すれば、トランジスタのチャネルが溝の側壁にも形成されることになり、マスク寸法よりもチャネル長を長くすることができる。その結果、ショートチャネル効果を抑制できる。
【0021】
ここで、拡散層上の酸化膜を厚く形成しうる増速酸化の一般論について説明する。増速酸化とは、酸化膜を形成する領域のうち、高濃度に不純物がドーピングされた半導体基板上の酸化膜の厚さが、ドーピングされていない領域より厚くなるという現象である。目的とする酸化膜の厚さをTox(t)とすると、
Tox(t)+ATox(t)=B(t+t) (1)
という式(1)が成立することが分っている。この式において、A及びBは速度定数であり、A=Po×Kp/Kl、B=Po×Kp(Poは規格化酸化分圧、Klは直線則酸化係数、Kpは2乗則酸化係数である)であり、tは補正時間である。
【0022】
この式(1)は、低濃度ではKpとKlは単に酸化雰囲気と基板の結晶方位にのみ依存するので、酸化膜の厚さも両者に依存する。一方、高濃度ではKpとKlそのものが大きくなるので、酸化膜の厚さはより高濃度あるほど増大することとなる。つまり、低濃度と高濃度の領域では、同一条件で酸化膜を形成した場合、後者の膜厚をより厚くすることができる。
以下、本発明の構成部材を説明する。
【0023】
まず、本発明に使用できる半導体基板は、特に限定されず、シリコン基板のような公知の基板を使用することができる。この半導体基板は、p型及びn型の導電型を有していてもよい。
次に、半導体基板の表面層には、ソース/ドレイン領域としての拡散層が形成されている。拡散層はp型又はn型のいずれの導電型を有していてもよい。更に、拡散層はウェル内に形成されていてもよい。なお、ソース/ドレイン領域間の領域をゲート領域と称する。また、ゲート領域には、溝が形成されていてもよい。
【0024】
次いで、ゲート領域上及びソース/ドレイン領域のゲート領域側端部上には酸化膜からなるゲート絶縁膜が形成されている。ここで、上記で説明したように、ソース/ドレイン領域端部上には、ゲート領域上より2〜3倍程度厚いゲート絶縁膜が形成されていることが好ましい。なお、ソース/ドレイン領域上のゲート絶縁膜は、少なくとも端部がゲート領域上のゲート絶縁膜より厚ければよく、端部以外の部分の厚さは特に限定されない。
【0025】
更に、ゲート領域のゲート絶縁膜上にはゲート電極が形成される。ゲート電極は、特に限定されず、公知の材料により形成することができる。例えば、アルミニウム、銅等の金属、ポリシリコン、ポリシリコンと高融点金属(チタン、タングステン等)とのシリサイド等がゲート電極材料として使用することができる。また、ゲート電極は、これら材料の積層体であってもよい。
【0026】
次に、ソース/ドレイン領域及びゲート領域の周囲の半導体基板には絶縁膜が埋設された素子分離領域としての溝が形成されている。絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜又はそれらの積層体からなる。
以下、本発明を実施の形態により更に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、P型基板でnチャネルトランジスタについて説明するが、n型基板でpチャネルトランジスタでも同様の製造方法を使用でき、同様の効果を得ることができる。
【0027】
(実施の形態1)
図1は本発明の半導体装置の平面図であり、図2(a)は図1のA−A線位置での断面図であり、図2(b)は図1のB−B線位置での断面図である。図2(a)及び(b)には、実施の形態1にかかる構成が示されている。
【0028】
図2(a)及び(b)において、半導体装置の主要部は、p型シリコン基板1上にソース/ドレイン領域及び抵抗等の領域としてn型拡散層5が形成されている。シリコン基板1上にはゲート電極7がゲート酸化膜6を介して形成されている。n型拡散層5上には増速酸化で厚くなった酸化膜9が形成されている。ゲート電極7とn型拡散層5以外の領域では、シリコン基板1が掘り込まれて溝10が形成されている。この溝10は、層間絶縁膜11の形成時に、同時に埋め込まれて素子分離領域となる。
上記半導体装置の製造方法を図3(a)〜(h)の工程断面図を用いて説明する。
【0029】
まず、図3(a)に示すように、p型シリコン基板1上に、高温酸素雰囲気中で絶縁膜2としてのシリコン酸化膜を100〜200Å程度の厚さで形成する。この後、フォトリソグラフィー技術によって、フォトレジスト膜3をソース/ドレイン領域及び抵抗となる領域のパターン状に形成する。このパターンをマスクとして、例えば砒素(As)のようなn型不純物を注入エネルギー10〜80KeV、ドーズ量3×1015cm−2程度の条件でイオン注入4することで拡散層5を形成する。
【0030】
次に、図3(b)に示すように、フォトレジスト膜3と絶縁膜2を除去した後、高温酸素雰囲気中で熱酸化を行うことで、拡散層以外の領域において30〜300Å程度の厚さのゲート酸化膜6を形成する。このとき、高濃度に不純物が注入された拡散層上には、拡散層以外の領域に比べて増速酸化により厚いゲート酸化膜6が形成される。
より具体的には、例えば、900℃、HCl雰囲気中で酸化を行った場合、図3(b)中において、拡散層以外の領域で膜厚Dが100Åの酸化膜を形成すると、高濃度に不純物がイオン注入された拡散層5上には膜厚Dが300Åの酸化膜が形成される。
【0031】
次いで、図3(c)に示すように、ゲート酸化膜6上にゲート電極7を形成するためのゲート電極材料として、例えば、ポリシリコン膜(導電膜)7aをCVD法により1000〜2000Å程度堆積する。更に、導電膜7aに熱拡散やイオン注入によりリンのようなn型不純物を導入する。なお、ゲート電極の低抵抗化を図るために、導電膜7a上にタングステンシリサイド膜を1000〜2000Å程度堆積させてポリサイド層としてもよい。
【0032】
その後、図3(d)に示すように、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターンにパターニングされたフォトレジスト膜8を得る。
このフォトレジスト膜8をマスクとして、異方性エッチングにより、ゲート酸化膜6上の導電膜7aをエッチングすることでゲート領域にゲート電極7を得る(図3(e)参照)。
【0033】
次に、拡散層上及びゲート電極下の領域以外の領域のゲート酸化膜がなくなるまで、すなわち厚さDエッチングする。この結果、図3(f)に示すように、ゲート電極7のない拡散層5上にはD−Dの厚さの酸化膜9が残存する。例えば、上記具体例の場合、約200Åの厚さの酸化膜9が拡散層5上に形成され、拡散層上及びゲート電極下の領域以外の領域ではシリコン基板1が露出している。
【0034】
次いで、図3(g)に示すように、酸化膜に対して選択比の高いエッチャント、例えばHBr/O系のガスを用い、シリコン基板1をゲート電極7及び酸化膜9をマスクとして異方性エッチングにより掘り込むことで溝10形成する。溝10の深さは1000〜4000Åであることが好ましく、拡散層の接合深さより深いことがより好ましい。接合深さより深くすることで、十分な素子分離を図ることができる。
なお、この溝10は、拡散層5以外の領域で、かつゲート電極7が形成されていない領域、すなわち素子分離領域のみに形成される。
【0035】
フォトレジスト膜8を除去した後、図3(h)に示すように、層間絶縁膜11を形成する。層間絶縁膜11の形成と同時に、溝10も絶縁材料で埋め込まれ、素子分離領域となる。
以上の工程により図2(a)及び(b)に示す実施の形態1の半導体装置を得ることができる。
なお、ゲート電極のエッチングから溝形成のためのエッチングは、銅於逸装置内で1シーケンスで行うことができる。従って、ゲート電極形成のエッチングと同時に自己整合的に素子分離領域を形成することができる。
【0036】
(実施の形態2)
図4(a)は図1のA−A線位置での断面図であり、図4(b)は図1のB−B線位置での断面図である。図4(a)及び(b)には、実施の形態2にかかる構成が示されている。
【0037】
図4(a)及び(b)において、半導体装置の主要部は、p型シリコン基板1上にソース/ドレイン領域及び抵抗等の領域としてn型拡散層5が形成されている。n型拡散層5上には増速酸化で厚くなった酸化膜9が形成されている。n型拡散層5以外の領域では、シリコン基板1が掘り込まれて溝10が形成されている(ゲート領域に溝が形成されている)。この溝10は、層間絶縁膜11の形成時に、同時に埋め込まれて素子分離領域となる。
上記半導体装置の製造方法を図5(a)〜(g)の工程断面図を用いて説明する。
【0038】
まず、図5(a)に示すように、p型シリコン基板1上に、高温酸素雰囲気中で絶縁膜2としてのシリコン酸化膜を100〜200Å程度の厚さで形成する。この後、フォトリソグラフィー技術によって、フォトレジスト膜3をソース/ドレイン領域及び抵抗となる領域のパターン状に形成する。このパターンをマスクとして、例えば砒素(As)のようなn型不純物を注入エネルギー10〜80KeV、ドーズ量3×1015cm−2程度の条件でイオン注入4することで拡散層5を形成する。
【0039】
次に、図5(b)に示すように、フォトレジスト膜3と絶縁膜2を除去した後、高温酸素雰囲気中で熱酸化を行うことで、拡散層以外の領域において30〜300Å程度の厚さのゲート酸化膜6を形成する。このとき、高濃度に不純物が注入された拡散層上には、拡散層以外の領域に比べて増速酸化により厚いゲート酸化膜6が形成される。
【0040】
より具体的には、例えば、900℃、HCl雰囲気中で酸化を行った場合、図5(b)中において、拡散層以外の領域で膜厚Dが100Åの酸化膜を形成すると、高濃度に不純物がイオン注入された拡散層5上には膜厚Dが300Åの酸化膜が形成される。
【0041】
次に、拡散層上以外の領域のゲート酸化膜がなくなるまで、すなわち厚さDエッチングする。この結果、図5(c)に示すように、拡散層5上にはD−Dの厚さの酸化膜9が残存する。例えば、上記具体例の場合、約200Åの厚さの酸化膜9が拡散層5上に形成され、それ以外の領域ではシリコン基板1が露出している。
【0042】
次いで、図5(d)に示すように、酸化膜に対して選択比の高いエッチャント、例えばHBr/O系のガスを用い、シリコン基板1を酸化膜9をマスクとして異方性エッチングにより掘り込むことで溝10形成する。溝10の深さは1000〜4000Åであることが好ましく、拡散層の接合深さより深いことがより好ましい。接合深さより深くすることで、十分な素子分離を図ることができる。
【0043】
次に、図5(e)に示すように、ゲート領域となる溝10の表面に30〜300Å程度のゲート酸化膜6を形成する。更に、全面にゲート電極7を形成するためのゲート電極材料として、例えば、ポリシリコン膜(導電膜)7aをCVD法により1000〜2000Å程度堆積する。更に、導電膜7aに熱拡散やイオン注入によりリンのようなn型不純物を導入する。
【0044】
その後、図5(f)に示すように、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターンにパターニングされたフォトレジスト膜8を得る。このフォトレジスト膜8をマスクとして、異方性エッチングにより、ゲート酸化膜6上の導電膜7aをエッチングすることでゲート電極7を得る。
フォトレジスト膜8を除去した後、図5(g)に示すように、層間絶縁膜11を形成する。層間絶縁膜11の形成と同時に、溝10も絶縁材料で埋め込まれ、素子分離領域となる。
【0045】
以上の工程により図4(a)及び(b)に示す実施の形態2の半導体装置を得ることができる。
なお、上記の実施の形態では、ゲート電極が溝の内壁に沿って形成されるため、トランジスタのチャネルをマスクのパターン寸法より長くすることができる。その結果、トランジスタのショートチャネル効果を抑制することができる。
【0046】
(実施の形態3)
図6(a)は図1のA−A線位置での断面図であり、図6(b)は図1のB−B線位置での断面図である。図6(a)及び(b)には、実施の形態3にかかる構成が示されている。
【0047】
図6(a)及び(b)において、半導体装置の主要部は、p型シリコン基板1上にソース/ドレイン領域及び抵抗等の領域としてn型拡散層5が形成されている。シリコン基板1上にはゲート電極7がゲート酸化膜6を介して形成されている。n型拡散層5上には増速酸化で厚くなった酸化膜9が形成されている。ゲート電極7とn型拡散層5以外の領域では、シリコン基板1が掘り込まれて溝10が形成されている。この溝10は、層間絶縁膜11の形成時に、同時に埋め込まれて素子分離領域となる。
上記半導体装置の製造方法を図7(a)〜(g)の工程断面図を用いて説明する。
【0048】
まず、図7(a)に示すように、p型シリコン基板1上に、高温酸素雰囲気中で熱酸化を行い100〜300Å程度の厚さのゲート酸化膜6を形成する。次いで、ゲート酸化膜6上にゲート電極7を形成するためのゲート電極材料として、例えば、ポリシリコン膜(導電膜)7aをCVD法により1000〜2000Å程度堆積する。更に、導電膜7aに熱拡散やイオン注入によりリンのようなn型不純物を導入する。
【0049】
その後、図7(b)に示すように、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターンにパターニングされたフォトレジスト膜8を得る。このフォトレジスト膜8をマスクとして、異方性エッチングにより、ゲート酸化膜6上の導電膜7aをエッチングすることでゲート電極7を得る。
フォトレジスト膜8を除去した後、フォトリソグラフィー技術によって、フォトレジスト膜3をソース/ドレイン領域及び抵抗となる領域のパターン状に形成する。このパターンをマスクとして、例えば砒素(As)のようなn型不純物を注入エネルギー10〜80KeV、ドーズ量3×1015cm−2程度の条件でイオン注入4することで拡散層5を形成する(図7(c)参照)。
【0050】
次に、図7(d)に示すように、フォトレジスト膜3と絶縁膜2を除去した後、高温酸素雰囲気中で熱酸化を行うことで、拡散層上のゲート酸化膜6を300Å程度以下の厚さ増加させる。このとき、高濃度に不純物が注入された拡散層上には、拡散層以外の領域に比べて増速酸化によりゲート酸化膜6が厚くなる。また、ゲート電極7の表面にも厚い酸化膜6aが形成される。
【0051】
より具体的には、例えば、900℃、HCl雰囲気中で酸化を行った場合、図7(d)中において、拡散層以外の領域で膜厚Dが100Åの酸化膜を形成すると、高濃度に不純物がイオン注入された拡散層5上には膜厚Dが300Åの酸化膜が形成される。
次に、拡散層上及びゲート電極下の領域以外の領域のゲート酸化膜がなくなるまで、すなわち厚さDエッチングする。この結果、図7(e)に示すように、ゲート電極7のない拡散層5上にはD−Dの厚さの酸化膜9が残存する。例えば、上記具体例の場合、約200Åの厚さの酸化膜9が拡散層5上に形成され、拡散層上及びゲート電極下の領域以外の領域ではシリコン基板1が露出している。なお、ゲート電極7の表面の厚い酸化膜6aも同時にエッチングされて酸化膜6bとなる。
【0052】
次いで、図7(f)に示すように、酸化膜に対して選択比の高いエッチャント、例えばHBr/O系のガスを用い、シリコン基板1をゲート電極7及び酸化膜9をマスクとして異方性エッチングにより掘り込むことで溝10形成する。溝10の深さは1000〜4000Åであることが好ましく、拡散層の接合深さより深いことがより好ましい。接合深さより深くすることで、十分な素子分離を図ることができる。
なお、この溝10は、拡散層5以外の領域で、かつゲート電極7が形成されていない領域、すなわち素子分離領域のみに形成される。
【0053】
フォトレジスト膜8を除去した後、図7(g)に示すように、層間絶縁膜11を形成する。層間絶縁膜11の形成と同時に、溝10も絶縁材料で埋め込まれ、素子分離領域となる。
以上の工程により図6(a)及び(b)に示す実施の形態1の半導体装置を得ることができる。
【0054】
【発明の効果】
本発明によれば、拡散層上のゲート絶縁膜を、増速酸化によってそれ以外の領域のゲート絶縁膜より厚くすることで、膜厚差を利用して選択的に素子分離領域の形成領域のみ、又は半導体装置のチャネル領域を含む領域の半導体基板をエッチングして溝を形成することができる。つまり、素子分離領域を形成したり、半導体装置のショートチャネル効果を抑制することができる。
更に、ゲート−ドレイン間容量を抑えることができるので、遅延時間が改善され高速化を図ることができる。その結果、大幅な工程の削減を実現することができるだけでなく、素子分離領域と半導体装置のチャネル長を縮小することができ、半導体装置の微細化を実現することができる。
加えて、ゲート電極形成時にゲート電極材料のエッチング残りが生じることもなく、CMP時の半導体基板へのストレスによるリーク電流の発生や耐圧低下という問題も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の概略平面図である。
【図2】本発明の実施の形態1の半導体装置の概略断面図であり、(a)は図1のA−A線位置での概略断面図、(b)は図1のB−B線位置での概略断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1の半導体装置の図1のA−A線位置での概略工程断面図である。
【図4】本発明の実施の形態2の半導体装置の概略断面図であり、(a)は図1のA−A線位置での概略断面図、(b)は図1のB−B線位置での概略断面図である。
【図5】本発明の実施の形態2の半導体装置の図1のA−A線位置での概略工程断面図である。
【図6】本発明の実施の形態3の半導体装置の概略断面図であり、(a)は図1のA−A線位置での概略断面図、(b)は図1のB−B線位置での概略断面図である。
【図7】本発明の実施の形態3の半導体装置の図1のA−A線位置での概略工程断面図である。
【図8】従来の半導体装置の概略平面図である。
【図9】従来の半導体装置の概略断面図であり、(a)は図8のA−A線位置での概略断面図、(b)は図8のB−B線位置での概略断面図である。
【図10】図9の従来の半導体装置のA−A線位置での概略工程断面図である。
【図11】従来の半導体装置の概略断面図であり、(a)は図8のA−A線位置での概略断面図、(b)は図8のB−B線位置での概略断面図である。
【図12】図11の従来の半導体装置のA−A線位置での概略工程断面図である。
【符号の説明】
1、21 シリコン基板
2、35 絶縁膜
3、8、24、28、29 フォトレジスト膜
4、30 イオン注入
5、31 拡散層
6、26 ゲート酸化膜
6a、6b、9、34 酸化膜
7、27 ゲート電極
7a、27a 導電膜
10、33 溝
11、32 層間絶縁膜
22、35 シリコン酸化膜
23 シリコンナイトライド膜
25 フィールド酸化膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device.SetIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an element isolation method, a selective oxidation method represented by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method and a STI (Shallow Trench Isolation) method are mainly used.
A plan view of a semiconductor device using these element isolation methods is shown in FIG. In the figure, 27 denotes a gate electrode, and 31 denotes a diffusion layer. The plan view is the same for both methods.
[0003]
FIG. 9A shows a cross-sectional view of the semiconductor device using the LOCOS method at the AA line position in FIG. 8, and FIG. 9B shows a cross-sectional view at the BB line position. In this semiconductor device, an element such as a transistor or a resistor including a gate oxide film 26, a gate electrode 27, and a diffusion layer 31 is formed on a silicon substrate 21, and a field oxide film 25 is formed to separate them. Further, the whole is covered with an interlayer insulating film 32.
[0004]
A method for manufacturing a semiconductor device using the LOCOS method will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 10A, a silicon oxide film 22 and a silicon nitride film 23 are formed on a silicon substrate 21. Thereafter, after a photoresist film 24 is formed in a predetermined pattern by a photolithography technique, the silicon nitride film 23 is etched using this pattern as a mask.
[0005]
Next, as shown in FIG. 10B, after removing the photoresist film 24, thermal oxidation is performed to form a field oxide film 25. Next, as shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 10C, a gate oxide film 26 is formed, and then a conductive film 27a made of a gate electrode material is deposited.
[0006]
As shown in FIGS. 10D and 10E, after a photoresist film 28 is applied and patterned into a predetermined shape, a gate electrode 27 is formed using this pattern as a mask.
Next, as shown in FIG. 10F, a photoresist film 29 is applied and patterned into a predetermined shape by a photolithography technique, and then impurities are ion-implanted 30 using this pattern and the gate electrode 27 as a mask. Then, the diffusion layer 31 is formed.
Thereafter, the photoresist film 29 is removed, and an interlayer insulating film 32 is formed as shown in FIG.
[0007]
Next, FIG. 11A shows a cross-sectional view of the semiconductor device using the STI method at the AA line position in FIG. 8, and FIG. 11B shows a cross-sectional view at the BB line position. In this semiconductor device, a trench is formed in the silicon substrate 21 in advance in order to isolate an element such as a transistor or a resistor composed of the gate oxide film 26, the gate electrode 27, and the diffusion layer 31 on the silicon substrate 21. It is embedded with an insulating film 35. Further, the whole is covered with an interlayer insulating film 32.
A method for manufacturing a semiconductor device using the STI method will be described with reference to FIGS.
[0008]
First, as shown in FIG. 12A, a silicon oxide film 22 is formed on a silicon substrate 21 by a thermal oxidation method, and a silicon nitride film 23 is further formed by a CVD method. Thereafter, a photoresist film 24 is formed in a predetermined pattern by photolithography, and then the silicon nitride film 23 is etched using this pattern as a mask.
[0009]
After removing the photoresist film 24, the silicon oxide film 22 and the silicon substrate 21 are etched in this order using the silicon nitride film 23 as a mask to form a trench 33 (see FIG. 12B). ).
Next, an oxide film 34 is formed on the inner wall of the trench 33 by thermal oxidation. Thereafter, an insulating film 35 is deposited by a CVD method (see FIG. 12C).
Next, the insulating film 35 is etched back by CMP (Chemical Mechanical Polishing) until the silicon nitride film 23 is exposed (see FIG. 12D).
[0010]
Thereafter, the insulating film 35 is etched to the surface of the silicon substrate 21 by isotropic etching, and the silicon nitride film 23 is further removed. Further, a gate electrode 27 is formed through the gate oxide film 26 (see FIG. 12E).
Next, as shown in FIG. 12F, a photoresist film 29 is formed in a predetermined pattern by photolithography, and impurities are ion-implanted 30 by using this pattern and the gate electrode 27 as a mask, thereby diffusing. Layer 31 is formed.
[0011]
After removing the photoresist film 29, as shown in FIG. 12G, an interlayer insulating film 32 is formed to form a semiconductor device.
A manufacturing example of a semiconductor device by the STI method is described in “Submicron Mechanical Planarized Salut Trench Isolation With Field Shells”, S. Lindenberger, et. al. 1991 Symposium of VLSI Technology Digest of Technical Papers, pp 89-90.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional element isolation method has the following problems.
A problem common to both methods is that if the gate oxide film is thin at the overlap between the source / drain region and the gate electrode, the gate-drain capacitance causes a delay time in the device, and as a result, the device speed can be increased. There is no problem.
When the LOCOS method is used, bird's beaks are formed when the field oxide film is formed, so that it is difficult to control the size of the element isolation region and to make the region finer. As a result, with the miniaturization, the short Chanel effect is likely to occur.
[0013]
Further, when the STI method is used, it is superior to the LOCOS method in terms of dimensional control and miniaturization, but there is a problem that the number of steps increases as described with reference to FIGS. Furthermore, although the oxide film in the element isolation region is etched to the same height as the gate region, it is difficult to make it completely the same height, resulting in a step. This step has a problem that an etching residue of the gate electrode material is easily generated when the gate electrode is formed. In addition, since an oxide film is buried in the trench formed in the element isolation region and then flattened by the CMP method, there is a problem that a leakage current is generated due to the stress due to the flattening and the insulator pressure is reduced. There is a fear.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
ThusAccording to the present invention, a step of forming a diffusion layer to be a source / drain region on a surface layer of a semiconductor substrate;
Forming the oxide film on the source / drain region thicker than the film thickness of the oxide film other than the source / drain region by oxidizing the semiconductor substrate;
Forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Etching the conductive film using a resist pattern to form a gate electrode on the gate region between the source / drain regions and on the end of the source / drain region;
Forming a gate insulating film made of an oxide film by removing the oxide film other than on the source / drain regions and the gate region to expose the semiconductor substrate;
Forming a groove in the semiconductor substrate using the resist pattern and an oxide film on the source / drain region as a mask;
A step of forming an element isolation region composed of an interlayer insulating film and an insulating film embedded in a groove by laminating an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate after removing the resist pattern; A manufacturing method is provided.
[0016]
According to the invention, a step of forming a gate electrode through a gate insulating film in a gate region on a semiconductor substrate;
Forming a diffusion layer to be a source / drain region on the surface layer of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming the oxide film on the source / drain region thicker than the film thickness of the oxide film other than the source / drain region by oxidizing the semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film made of an oxide film on the source / drain region by removing the oxide film other than on the source / drain region and the gate region to expose the semiconductor substrate;
Forming a groove in the semiconductor substrate using the resist pattern and an oxide film on the source / drain region as a mask;
A step of forming an element isolation region composed of an interlayer insulating film and an insulating film embedded in a groove by laminating an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate after removing the resist pattern; A manufacturing method is provided.
[0017]
Furthermore, according to the present invention, a step of forming a diffusion layer to be a source / drain region on a surface layer of a semiconductor substrate;
Forming the oxide film on the source / drain region thicker than the film thickness of the oxide film other than the source / drain region by oxidizing the semiconductor substrate;
Remove the oxide film except on the source / drain regions to expose the semiconductor substrateWorkAbout
Forming a groove in a semiconductor substrate around the source / drain region including the gate region using the oxide film on the source / drain region as a mask;
At least on the inner surface of the trench in the gate regionMade of oxide filmForming a conductive film over the entire surface of the semiconductor substrate after forming the gate insulating film;
Etching the conductive film using a resist pattern to form a gate electrode on the gate region between the source / drain regions and on the end of the source / drain region;
And a step of forming an element isolation region comprising an interlayer insulating film and an insulating film embedded in a trench other than the gate region by laminating an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate. Is provided.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the thickness of the oxide film on the diffusion layer is made thicker than the oxide film in other regions, and the semiconductor substrate in the element isolation region and the gate region is selectively etched using the difference in film thickness. This is one of the characteristics.
[0019]
According to the present invention, the oxide film on the diffusion layer is formed thicker than the oxide film on the element isolation region, and then the silicon substrate is selectively etched using the oxide film on the diffusion layer as a mask when forming the gate electrode. As a result, a trench is formed, and an element region is formed. Therefore, the number of steps can be greatly reduced as compared with the conventional STI method. In addition, since the gate-drain capacitance can be suppressed, the speed can be increased.
[0020]
Since an element isolation region is formed by etching using a pattern for forming a diffusion layer as a mask and then field oxidation is not performed, a bird's beak unlike the LOCOS method is not formed, and a finer semiconductor device can be provided.
Moreover, a groove | channel can be formed in areas other than a diffused layer by selectively etching a silicon substrate using a film thickness difference. If the gate electrode is formed so as to straddle the groove, the channel of the transistor is also formed on the sidewall of the groove, and the channel length can be made longer than the mask dimension. As a result, the short channel effect can be suppressed.
[0021]
Here, a general theory of accelerated oxidation capable of forming a thick oxide film on the diffusion layer will be described. Enhanced oxidation is a phenomenon in which the thickness of an oxide film on a semiconductor substrate doped with impurities at a high concentration becomes thicker than an undoped region in a region where an oxide film is formed. If the thickness of the target oxide film is Tox (t),
Tox2(T) + ATox (t) = B (t + t0(1)
It is known that the following equation (1) holds. In this equation, A and B are rate constants, and A = Po2× Kp / Kl, B = Po2× Kp (Po2Is the normalized oxidation partial pressure, Kl is the linear law oxidation coefficient, and Kp is the square law oxidation coefficient), t0Is the correction time.
[0022]
In this formula (1), at low concentrations, Kp and Kl depend only on the oxidizing atmosphere and the crystal orientation of the substrate, so the thickness of the oxide film also depends on both. On the other hand, since Kp and Kl themselves increase at high concentrations, the thickness of the oxide film increases as the concentration increases. That is, when the oxide film is formed under the same conditions in the low concentration and high concentration regions, the latter film thickness can be increased.
The constituent members of the present invention will be described below.
[0023]
First, the semiconductor substrate that can be used in the present invention is not particularly limited, and a known substrate such as a silicon substrate can be used. This semiconductor substrate may have p-type and n-type conductivity types.
Next, a diffusion layer as a source / drain region is formed on the surface layer of the semiconductor substrate. The diffusion layer may have either p-type or n-type conductivity. Furthermore, the diffusion layer may be formed in the well. A region between the source / drain regions is referred to as a gate region. Further, a groove may be formed in the gate region.
[0024]
Next, a gate insulating film made of an oxide film is formed on the gate region and the end of the source / drain region on the gate region side. Here, as described above, it is preferable that a gate insulating film that is about 2 to 3 times thicker than the gate region is formed on the end of the source / drain region. Note that the gate insulating film on the source / drain region only needs to have at least an end portion thicker than the gate insulating film on the gate region, and the thickness of the portion other than the end portion is not particularly limited.
[0025]
Further, a gate electrode is formed on the gate insulating film in the gate region. The gate electrode is not particularly limited and can be formed using a known material. For example, metals such as aluminum and copper, polysilicon, silicide of polysilicon and a refractory metal (titanium, tungsten, etc.), and the like can be used as the gate electrode material. The gate electrode may be a laminate of these materials.
[0026]
Next, a trench as an element isolation region in which an insulating film is embedded is formed in the semiconductor substrate around the source / drain region and the gate region. The insulating film is made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminate thereof.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. In the following embodiments, an n-channel transistor is described using a P-type substrate. However, a similar manufacturing method can be used with a p-channel transistor using an n-type substrate, and similar effects can be obtained.
[0027]
(Embodiment 1)
1 is a plan view of the semiconductor device of the present invention, FIG. 2 (a) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 2 (b) is taken along the line BB in FIG. FIG. 2A and 2B show a configuration according to the first embodiment.
[0028]
2A and 2B, the main part of the semiconductor device has an n-type diffusion layer 5 formed on a p-type silicon substrate 1 as a source / drain region and a region such as a resistor. A gate electrode 7 is formed on the silicon substrate 1 via a gate oxide film 6. On the n-type diffusion layer 5, an oxide film 9 thickened by accelerated oxidation is formed. In a region other than the gate electrode 7 and the n-type diffusion layer 5, the silicon substrate 1 is dug to form a groove 10. The groove 10 is simultaneously filled with the element isolation region when the interlayer insulating film 11 is formed.
A method for manufacturing the semiconductor device will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS.
[0029]
First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film as an insulating film 2 is formed on a p-type silicon substrate 1 in a high temperature oxygen atmosphere with a thickness of about 100 to 200 mm. Thereafter, a photoresist film 3 is formed into a pattern of a source / drain region and a region to be a resistance by a photolithography technique. Using this pattern as a mask, an n-type impurity such as arsenic (As) is implanted at an energy of 10 to 80 KeV and a dose of 3 × 10.15cm-2The diffusion layer 5 is formed by ion implantation 4 under the conditions of about.
[0030]
Next, as shown in FIG. 3B, after removing the photoresist film 3 and the insulating film 2, thermal oxidation is performed in a high-temperature oxygen atmosphere, so that a thickness of about 30 to 300 mm is obtained in a region other than the diffusion layer. A gate oxide film 6 is formed. At this time, a thick gate oxide film 6 is formed on the diffusion layer into which the impurity is implanted at a high concentration by accelerated oxidation as compared with a region other than the diffusion layer.
More specifically, for example, when oxidation is performed in an HCl atmosphere at 900 ° C., the film thickness D in a region other than the diffusion layer in FIG.1Is formed on the diffusion layer 5 in which impurities are ion-implanted at a high concentration.2Is formed.
[0031]
Next, as shown in FIG. 3C, as a gate electrode material for forming the gate electrode 7 on the gate oxide film 6, for example, a polysilicon film (conductive film) 7a is deposited by about 1000 to 2000 mm by a CVD method. To do. Further, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into the conductive film 7a by thermal diffusion or ion implantation. In order to reduce the resistance of the gate electrode, a polycide layer may be formed by depositing about 1000 to 2,000 tungsten silicide film on the conductive film 7a.
[0032]
Thereafter, as shown in FIG. 3D, a photoresist film 8 patterned into a predetermined pattern is obtained by a photolithography technique.
Using the photoresist film 8 as a mask, the conductive film 7a on the gate oxide film 6 is etched by anisotropic etching to obtain the gate electrode 7 in the gate region (see FIG. 3E).
[0033]
Next, until there is no gate oxide film in the region other than the region above the diffusion layer and the gate electrode, that is, the thickness D1Etch. As a result, as shown in FIG. 3 (f), D is not formed on the diffusion layer 5 without the gate electrode 7.2-D1The oxide film 9 having a thickness of 2 mm remains. For example, in the case of the above specific example, the oxide film 9 having a thickness of about 200 mm is formed on the diffusion layer 5, and the silicon substrate 1 is exposed in the region other than the region on the diffusion layer and the gate electrode.
[0034]
Next, as shown in FIG. 3G, an etchant having a high selectivity with respect to the oxide film, for example, HBr / O2A trench 10 is formed by digging the silicon substrate 1 by anisotropic etching using a system gas and using the gate electrode 7 and the oxide film 9 as a mask. The depth of the groove 10 is preferably 1000 to 4000 mm, and more preferably deeper than the junction depth of the diffusion layer. By making it deeper than the junction depth, sufficient element isolation can be achieved.
The trench 10 is formed only in a region other than the diffusion layer 5 and a region where the gate electrode 7 is not formed, that is, an element isolation region.
[0035]
After removing the photoresist film 8, an interlayer insulating film 11 is formed as shown in FIG. Simultaneously with the formation of the interlayer insulating film 11, the trench 10 is also filled with an insulating material to form an element isolation region.
Through the above steps, the semiconductor device of the first embodiment shown in FIGS. 2A and 2B can be obtained.
The etching for forming the groove from the etching of the gate electrode can be performed in one sequence in the copper sink device. Therefore, the element isolation region can be formed in a self-aligning manner simultaneously with the etching for forming the gate electrode.
[0036]
(Embodiment 2)
4A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. FIGS. 4A and 4B show a configuration according to the second embodiment.
[0037]
4A and 4B, the main part of the semiconductor device has an n-type diffusion layer 5 formed on a p-type silicon substrate 1 as a source / drain region and a region such as a resistor. On the n-type diffusion layer 5, an oxide film 9 thickened by accelerated oxidation is formed. In a region other than the n-type diffusion layer 5, the silicon substrate 1 is dug to form a groove 10 (a groove is formed in the gate region). The groove 10 is simultaneously filled with the element isolation region when the interlayer insulating film 11 is formed.
A method for manufacturing the semiconductor device will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS.
[0038]
First, as shown in FIG. 5A, a silicon oxide film as an insulating film 2 is formed on a p-type silicon substrate 1 in a high temperature oxygen atmosphere with a thickness of about 100 to 200 mm. Thereafter, a photoresist film 3 is formed into a pattern of a source / drain region and a region to be a resistance by a photolithography technique. Using this pattern as a mask, an n-type impurity such as arsenic (As) is implanted at an energy of 10 to 80 KeV and a dose of 3 × 10.15cm-2The diffusion layer 5 is formed by ion implantation 4 under the conditions of about.
[0039]
Next, as shown in FIG. 5B, after removing the photoresist film 3 and the insulating film 2, thermal oxidation is performed in a high-temperature oxygen atmosphere, so that a thickness of about 30 to 300 mm is obtained in a region other than the diffusion layer. A gate oxide film 6 is formed. At this time, a thick gate oxide film 6 is formed on the diffusion layer into which the impurity is implanted at a high concentration by accelerated oxidation as compared with a region other than the diffusion layer.
[0040]
More specifically, for example, when oxidation is performed in an HCl atmosphere at 900 ° C., the film thickness D in a region other than the diffusion layer in FIG.1Is formed on the diffusion layer 5 in which impurities are ion-implanted at a high concentration.2Is formed.
[0041]
Next, until there is no gate oxide film in the region other than on the diffusion layer, that is, the thickness D1Etch. As a result, as shown in FIG.2-D1The oxide film 9 having a thickness of 2 mm remains. For example, in the case of the above specific example, the oxide film 9 having a thickness of about 200 mm is formed on the diffusion layer 5 and the silicon substrate 1 is exposed in the other regions.
[0042]
Next, as shown in FIG. 5D, an etchant having a high selectivity with respect to the oxide film, for example, HBr / O2The groove 10 is formed by digging the silicon substrate 1 by anisotropic etching using a system gas and using the oxide film 9 as a mask. The depth of the groove 10 is preferably 1000 to 4000 mm, and more preferably deeper than the junction depth of the diffusion layer. By making it deeper than the junction depth, sufficient element isolation can be achieved.
[0043]
Next, as shown in FIG. 5E, a gate oxide film 6 of about 30 to 300 mm is formed on the surface of the trench 10 to be a gate region. Further, as a gate electrode material for forming the gate electrode 7 on the entire surface, for example, a polysilicon film (conductive film) 7a is deposited by about 1000 to 2000 mm by a CVD method. Further, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into the conductive film 7a by thermal diffusion or ion implantation.
[0044]
Thereafter, as shown in FIG. 5F, a photoresist film 8 patterned into a predetermined pattern is obtained by a photolithography technique. Using this photoresist film 8 as a mask, gate electrode 7 is obtained by etching conductive film 7a on gate oxide film 6 by anisotropic etching.
After removing the photoresist film 8, an interlayer insulating film 11 is formed as shown in FIG. Simultaneously with the formation of the interlayer insulating film 11, the trench 10 is also filled with an insulating material to form an element isolation region.
[0045]
Through the above steps, the semiconductor device of the second embodiment shown in FIGS. 4A and 4B can be obtained.
In the above embodiment, since the gate electrode is formed along the inner wall of the trench, the channel of the transistor can be made longer than the pattern dimension of the mask. As a result, the short channel effect of the transistor can be suppressed.
[0046]
(Embodiment 3)
6A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. FIGS. 6A and 6B show a configuration according to the third embodiment.
[0047]
6A and 6B, the main part of the semiconductor device has an n-type diffusion layer 5 formed on a p-type silicon substrate 1 as a source / drain region and a region such as a resistor. A gate electrode 7 is formed on the silicon substrate 1 via a gate oxide film 6. On the n-type diffusion layer 5, an oxide film 9 thickened by accelerated oxidation is formed. In a region other than the gate electrode 7 and the n-type diffusion layer 5, the silicon substrate 1 is dug to form a groove 10. The groove 10 is simultaneously filled with the element isolation region when the interlayer insulating film 11 is formed.
A method for manufacturing the semiconductor device will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS.
[0048]
First, as shown in FIG. 7A, thermal oxidation is performed on a p-type silicon substrate 1 in a high-temperature oxygen atmosphere to form a gate oxide film 6 having a thickness of about 100 to 300 mm. Next, as a gate electrode material for forming the gate electrode 7 on the gate oxide film 6, for example, a polysilicon film (conductive film) 7 a is deposited by about 1000 to 2000 mm by CVD. Further, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into the conductive film 7a by thermal diffusion or ion implantation.
[0049]
Thereafter, as shown in FIG. 7B, a photoresist film 8 patterned into a predetermined pattern is obtained by a photolithography technique. Using this photoresist film 8 as a mask, gate electrode 7 is obtained by etching conductive film 7a on gate oxide film 6 by anisotropic etching.
After removing the photoresist film 8, the photoresist film 3 is formed into a pattern of the source / drain region and the region to be a resistance by photolithography. Using this pattern as a mask, an n-type impurity such as arsenic (As) is implanted at an energy of 10 to 80 KeV and a dose of 3 × 10.15cm-2Diffusion layer 5 is formed by ion implantation 4 under the conditions (see FIG. 7C).
[0050]
Next, as shown in FIG. 7 (d), after removing the photoresist film 3 and the insulating film 2, thermal oxidation is performed in a high-temperature oxygen atmosphere, thereby reducing the gate oxide film 6 on the diffusion layer to about 300 mm or less. Increase the thickness. At this time, the gate oxide film 6 becomes thicker on the diffusion layer into which the impurity is implanted at a high concentration by accelerated oxidation as compared with the region other than the diffusion layer. A thick oxide film 6 a is also formed on the surface of the gate electrode 7.
[0051]
More specifically, for example, when oxidation is performed in an HCl atmosphere at 900 ° C., the film thickness D in a region other than the diffusion layer in FIG.1Is formed on the diffusion layer 5 in which impurities are ion-implanted at a high concentration.2Is formed.
Next, until there is no gate oxide film in the region other than the region above the diffusion layer and the gate electrode, that is, the thickness D1Etch. As a result, as shown in FIG. 7 (e), D is formed on the diffusion layer 5 without the gate electrode 7.2-D1The oxide film 9 having a thickness of 2 mm remains. For example, in the case of the above specific example, the oxide film 9 having a thickness of about 200 mm is formed on the diffusion layer 5, and the silicon substrate 1 is exposed in the region other than the region on the diffusion layer and the gate electrode. The thick oxide film 6a on the surface of the gate electrode 7 is also etched at the same time to become an oxide film 6b.
[0052]
Next, as shown in FIG. 7F, an etchant having a high selectivity with respect to the oxide film, for example, HBr / O2A trench 10 is formed by digging the silicon substrate 1 by anisotropic etching using a system gas and using the gate electrode 7 and the oxide film 9 as a mask. The depth of the groove 10 is preferably 1000 to 4000 mm, and more preferably deeper than the junction depth of the diffusion layer. By making it deeper than the junction depth, sufficient element isolation can be achieved.
The trench 10 is formed only in a region other than the diffusion layer 5 and a region where the gate electrode 7 is not formed, that is, an element isolation region.
[0053]
After removing the photoresist film 8, an interlayer insulating film 11 is formed as shown in FIG. Simultaneously with the formation of the interlayer insulating film 11, the trench 10 is also filled with an insulating material to form an element isolation region.
Through the above steps, the semiconductor device of the first embodiment shown in FIGS. 6A and 6B can be obtained.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, the gate insulating film on the diffusion layer is made thicker than the gate insulating film in other regions by accelerated oxidation, so that only the formation region of the element isolation region can be selectively used by utilizing the film thickness difference. Alternatively, the groove can be formed by etching the semiconductor substrate in a region including the channel region of the semiconductor device. That is, an element isolation region can be formed and the short channel effect of the semiconductor device can be suppressed.
Further, since the gate-drain capacitance can be suppressed, the delay time can be improved and the speed can be increased. As a result, not only can the process be significantly reduced, but the channel length of the element isolation region and the semiconductor device can be reduced, and the semiconductor device can be miniaturized.
In addition, there is no etching residue of the gate electrode material when the gate electrode is formed, and it is possible to prevent problems such as generation of leakage current due to stress on the semiconductor substrate during CMP and reduction of breakdown voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor device of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and (b) is a BB line in FIG. It is a schematic sectional drawing in a position.
3 is a schematic process cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention at the position of the AA line in FIG. 1; FIG.
4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, (a) is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and (b) is a BB line in FIG. It is a schematic sectional drawing in a position.
5 is a schematic process cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention at the position of the AA line in FIG. 1; FIG.
6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, where (a) is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and (b) is a BB line in FIG. It is a schematic sectional drawing in a position.
7 is a schematic process cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention at the position of the AA line in FIG. 1; FIG.
FIG. 8 is a schematic plan view of a conventional semiconductor device.
9A and 9B are schematic cross-sectional views of a conventional semiconductor device, wherein FIG. 9A is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 8, and FIG. 9B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG. It is.
10 is a schematic process sectional view taken along the line AA of the conventional semiconductor device of FIG. 9; FIG.
11A and 11B are schematic cross-sectional views of a conventional semiconductor device, wherein FIG. 11A is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 8, and FIG. 11B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG. It is.
12 is a schematic process sectional view taken along the line AA of the conventional semiconductor device of FIG. 11; FIG.
[Explanation of symbols]
1,21 Silicon substrate
2, 35 Insulating film
3, 8, 24, 28, 29 Photoresist film
4, 30 Ion implantation
5, 31 Diffusion layer
6, 26 Gate oxide film
6a, 6b, 9, 34 Oxide film
7, 27 Gate electrode
7a, 27a conductive film
10, 33 groove
11, 32 Interlayer insulation film
22, 35 Silicon oxide film
23 Silicon nitride film
25 Field oxide film

Claims (5)

半導体基板の表面層にソース/ドレイン領域となる拡散層を形成する工程と、
半導体基板を酸化することによってソース/ドレイン領域上の酸化膜をソース/ドレイン領域以外の酸化膜の膜厚より厚く形成する工程と、
半導体基板全面に導電膜を形成する工程と、
レジストパターンを用いて導電膜をエッチングしてソース/ドレイン領域間のゲート領域上及びソース/ドレイン領域端部上にゲート電極を形成する工程と、
ソース/ドレイン領域及びゲート領域上以外の酸化膜を除去して半導体基板を露出させることで、酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
レジストパターンとソース/ドレイン領域上の酸化膜をマスクとして半導体基板に溝を形成する工程と、
レジストパターンを除去後、半導体基板全面に絶縁膜を積層することで、層間絶縁膜と溝内に埋設された絶縁膜からなる素子分離領域を形成する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。
Forming a diffusion layer to be a source / drain region on a surface layer of a semiconductor substrate;
Forming the oxide film on the source / drain region thicker than the film thickness of the oxide film other than the source / drain region by oxidizing the semiconductor substrate;
Forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate;
Etching the conductive film using a resist pattern to form a gate electrode on the gate region between the source / drain regions and on the end of the source / drain region;
Forming a gate insulating film made of an oxide film by removing the oxide film other than on the source / drain regions and the gate region to expose the semiconductor substrate;
Forming a groove in the semiconductor substrate using the resist pattern and an oxide film on the source / drain region as a mask;
A step of forming an element isolation region composed of an interlayer insulating film and an insulating film embedded in a groove by laminating an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate after removing the resist pattern; Production method.
半導体基板上のゲート領域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、半導体基板の表面層にソース/ドレイン領域となる拡散層を形成する工程と、
半導体基板を酸化することによって、ソース/ドレイン領域上の酸化膜をソース/ドレイン領域以外の酸化膜の膜厚より厚く形成する工程と、
ソース/ドレイン領域及びゲート領域上以外の酸化膜を除去して半導体基板を露出させることで、ソース/ドレイン領域上に酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
レジストパターンとソース/ドレイン領域上の酸化膜をマスクとして半導体基板に溝を形成する工程と、
レジストパターンを除去後、半導体基板全面に絶縁膜を積層することで、層間絶縁膜と溝内に埋設された絶縁膜からなる素子分離領域を形成する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。
Forming a gate electrode in a gate region on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming a diffusion layer to be a source / drain region on the surface layer of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming the oxide film on the source / drain region thicker than the film thickness of the oxide film other than the source / drain region by oxidizing the semiconductor substrate;
Forming a gate insulating film made of an oxide film on the source / drain region by removing the oxide film other than on the source / drain region and the gate region to expose the semiconductor substrate;
Forming a groove in the semiconductor substrate using the resist pattern and an oxide film on the source / drain region as a mask;
A step of forming an element isolation region composed of an interlayer insulating film and an insulating film embedded in a groove by laminating an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate after removing the resist pattern; Production method.
ゲート領域が、溝を含む請求項1又は2に記載の製造方法。Gate region, the production method according to claim 1 or 2 including a groove. 半導体基板の表面層にソース/ドレイン領域となる拡散層を形成する工程と、
半導体基板を酸化することによってソース/ドレイン領域上の酸化膜をソース/ドレイン領域以外の酸化膜の膜厚より厚く形成する工程と、
ソース/ドレイン領域上以外の酸化膜を除去して半導体基板を露出させる工程と、
ソース/ドレイン領域上の酸化膜をマスクとして、ゲート領域を含むソース/ドレイン領域の周囲の半導体基板に溝を形成する工程と、
少なくともゲート領域の溝の内面に酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成した後、半導体基板全面に導電膜を形成する工程と、
レジストパターンを用いて導電膜をエッチングしてソース/ドレイン領域間のゲート領域上及びソース/ドレイン領域端部上にゲート電極を形成する工程と、
半導体基板全面に絶縁膜を積層することで、層間絶縁膜とゲート領域以外の溝内に埋設された絶縁膜からなる素子分離領域を形成する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。
Forming a diffusion layer to be a source / drain region on a surface layer of a semiconductor substrate;
Forming the oxide film on the source / drain region thicker than the film thickness of the oxide film other than the source / drain region by oxidizing the semiconductor substrate;
And as factories to Ru to expose the semiconductor substrate to remove the oxide film other than the source / drain regions,
Forming a groove in a semiconductor substrate around the source / drain region including the gate region using the oxide film on the source / drain region as a mask;
Forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate after forming a gate insulating film made of an oxide film at least on the inner surface of the groove in the gate region;
Etching the conductive film using a resist pattern to form a gate electrode on the gate region between the source / drain regions and on the end of the source / drain region;
And a step of forming an element isolation region comprising an interlayer insulating film and an insulating film buried in a trench other than the gate region by laminating an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate. .
ゲート領域の溝が、ソース/ドレイン領域の拡散層の接合深さより深い請求項3又は4に記載の製造方法。The manufacturing method according to claim 3 , wherein the trench in the gate region is deeper than the junction depth of the diffusion layer in the source / drain region.
JP2000076671A 2000-03-17 2000-03-17 Manufacturing method of semiconductor device Expired - Fee Related JP3608999B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000076671A JP3608999B2 (en) 2000-03-17 2000-03-17 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000076671A JP3608999B2 (en) 2000-03-17 2000-03-17 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001267560A JP2001267560A (en) 2001-09-28
JP3608999B2 true JP3608999B2 (en) 2005-01-12

Family

ID=18594375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000076671A Expired - Fee Related JP3608999B2 (en) 2000-03-17 2000-03-17 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3608999B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4900699B2 (en) * 2007-01-29 2012-03-21 株式会社東芝 Manufacturing method of semiconductor device
KR100907900B1 (en) * 2007-08-28 2009-07-15 주식회사 동부하이텍 Semiconductor device manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001267560A (en) 2001-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100702282B1 (en) A method of manufacturing a semiconductor device
KR20000076378A (en) Method for producing a vertical mos- transistor
JP4551795B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US6674128B1 (en) Semiconductor-on-insulator device with thermoelectric cooler on surface
US6184114B1 (en) MOS transistor formation
JP4065985B2 (en) Method for forming semiconductor device
JPH10242259A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
KR100367049B1 (en) Method of producing semiconductor device
KR100697894B1 (en) A method of manufacturing a semiconductor device
JPH0697190A (en) Manufacture of mos transistor
JPH11243195A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JP3608999B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR20010095143A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JPH0837296A (en) Manufacture of semiconductor device
US6284578B1 (en) MOS transistors having dual gates and self-aligned interconnect contact windows
JP3189817B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US20090140332A1 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
JPH0334541A (en) Manufacture of semiconductor device
EP0967637A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method
US6521517B1 (en) Method of fabricating a gate electrode using a second conductive layer as a mask in the formation of an insulating layer by oxidation of a first conductive layer
JP2000049334A (en) Semiconductor device and fabrication thereof
JP2982762B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2674568B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH11150266A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JPH1126756A (en) Manufacture of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040305

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040316

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040506

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040601

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040708

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040810

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040901

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20041005

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20041012

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071022

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081022

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081022

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091022

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091022

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101022

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111022

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121022

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131022

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees