JPH0290567A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0290567A
JPH0290567A JP24098788A JP24098788A JPH0290567A JP H0290567 A JPH0290567 A JP H0290567A JP 24098788 A JP24098788 A JP 24098788A JP 24098788 A JP24098788 A JP 24098788A JP H0290567 A JPH0290567 A JP H0290567A
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JP
Japan
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gate electrode
drain
source
semiconductor device
substrate
Prior art date
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Application number
JP24098788A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Izawa
井沢 龍一
Eiji Takeda
英次 武田
Yasuo Igura
井倉 康雄
Shoji Yadori
章二 宿利
Tokuo Kure
久礼 得男
Masaru Hisamoto
大 久本
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0290567A publication Critical patent/JPH0290567A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a fine MIS transistor which is high in breakdown strength, Gm characteristic, and punch-through resistance by a method wherein the base of a gate electrode is provided inside a substrate, a low concentration source.drain is provided so as to prevent a gate electrode from overlapping directly with a high concentrated source.drain. CONSTITUTION:A gate electrode 5 is formed inside the groove provided to a Si substrate 1 doped with P-type or n-type impurity. A low concentration source.drain 2 is provided to the sides of the groove sandwiching the groove in between them, a high concentration source.drain 7 is formed on both the sides of the low concentration source.drain 2s being in contact with them, and a source.drain region is doped with impurity whose conductivity type is opposite to that of the substrate 1. And, the gate electrode 5 and the substrate 1 are isolated from each other by a gate insulating layer 3. A channel injecting layer 4 controlling Vth (threshold voltage) is formed on the base of the groove in which the gate electrode has been formed. An insulating film 6 is formed on the side wall of the gate electrode 5 to enable an ion-implanting end at the formation of the high concentration source.drain 7 to be separate from the gate electrode 5.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] 本発明はゲート長を0.5μmに微細化したMIS(メ
タル インシュレータ セミコダクタ: Metal 
Iusulator Sea+1conductor)
 トランジスタにおけるパンチスルー抑制並びに高信頼
な半導体装置及びひの側進方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is an MIS (Metal Insulator Semiconductor) in which the gate length is miniaturized to 0.5 μm.
Sea + 1 conductor)
The present invention relates to suppression of punch-through in transistors, a highly reliable semiconductor device, and a method for lateral advancement.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

微細M工Sトランジスタで耐パンチスルーを実現する従
来技術に、基板内部のパンチスルー電流路の部分の基板
濃度を上昇させる方法や各ソース・ドレイン端での基板
濃度を上昇させる技術、あるいはソース・ドレインの拡
散層を浅く形成する技術が主に用いられてきている。溝
型MIS構造DSC(ドレイン セパレーテッド )ロ
ム チャネル インプランテド リージョン: Dra
inSeparated from Channel 
implanted region)も耐パンチスルー
で高耐圧な、デバイスとして、アイ・イー・イー・イー
 トラザクジョン オン エレクトロン デバイシイズ
 イブ−第30巻(1983年)第681頁から第68
6頁(IEEETranS、Elactron Dev
ices、vol HD −30、p p 。
Conventional techniques for realizing punch-through resistance in micro-engineered S transistors include a method of increasing the substrate concentration at the punch-through current path inside the substrate, a technique of increasing the substrate concentration at each source/drain end, or a technique of increasing the substrate concentration at the source/drain end. A technique of forming a shallow drain diffusion layer has been mainly used. Groove MIS structure DSC (Drain Separated) ROM Channel Implanted Region: Dra
inSeparated from Channel
Implanted region) is also punch-through resistant and high voltage resistant as a device.
6 pages (IEEE TranS, Elactron Dev
ices, vol HD-30, pp.

681−686.1983)において論じられている。681-686.1983).

また、高耐圧デバイス構造としてGOLD (ゲート/
ドレイン オーバラップ構造Gate −drainO
verlapped Device)がアイ・イー・デ
イ−・エムテクニカル ダイジェスト、(1987年)
第38頁から第41頁(IDEM Technical
 Digest。
In addition, GOLD (gate/
Drain overlap structure Gate-drainO
Verlapped Device) was published in IE DM Technical Digest, (1987)
Pages 38 to 41 (IDEM Technical
Digest.

1987、p38〜41)において論じられている。1987, p. 38-41).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術のうち、基板濃度を上昇させる方法では、
ドレイン側からの空乏層伸びが完全には抑えられず、パ
ンチスルー抑制の限界はチャネル長で約0.3μmであ
った。
Among the above conventional techniques, the method of increasing the substrate concentration is
The extension of the depletion layer from the drain side was not completely suppressed, and the limit for suppressing punch-through was approximately 0.3 μm in channel length.

また、パンチスルー抑制効果を高めるために基板濃度を
上げていくと、ソース・ドレインと基板間の接合部にお
ける電界が強くなり、信頼性が低下するという問題が生
じる。
Furthermore, when the substrate concentration is increased to enhance the punch-through suppressing effect, the electric field at the junction between the source/drain and the substrate becomes stronger, resulting in a problem of lower reliability.

接合深さを浅くする方法では、ソース・ドレインのシー
ト抵抗が増大し、伝達コンダクタンスGmが低下する問
題が生じていた。
The method of reducing the junction depth has a problem in that the sheet resistance of the source/drain increases and the transfer conductance Gm decreases.

そこでソース・ドレインの接合深さは浅くさせることな
く、対向するソース・ドレイン部分の深さを実効的に浅
くする溝型ゲートトランジスタDSGがある。しかし従
来のDSCでは高濃度ドレインとゲート電極とがオーバ
ラップする部分でゲート電界によるバンド間トンネルリ
ーク電流が生じる。
Therefore, there is a trench gate transistor DSG that effectively reduces the depth of opposing source/drain portions without reducing the junction depth of the source/drain. However, in conventional DSCs, band-to-band tunnel leakage current occurs due to the gate electric field at a portion where the highly doped drain and gate electrode overlap.

本発明の目的は、ソース・ドレインと基板との接合耐圧
を低下させることなく、また、ソース・ドレインの拡散
深さを浅くさせることなくパンチスルーを抑制し、しか
もグー1−電極を高濃度ソース・ドレイン領域にオーバ
ラップさせないで低濃度ドレイン・ソースにオーバラッ
プさせる前記GOLD構造を実現することにある。
It is an object of the present invention to suppress punch-through without lowering the junction breakdown voltage between the source/drain and the substrate and without reducing the diffusion depth of the source/drain, and in addition, - The object is to realize the GOLD structure in which the low concentration drain and source overlap without overlapping the drain region.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、溝型ゲート電極を拡散深さ
が0.2μm位の通常の低濃度ソース・ドレインの間に
設け、しかもゲート電極の溝底面が低濃度ソース・ドレ
イン拡散層深さより深い位置にくるようにした。またゲ
ート電極と高濃度ソ−ス・ドレイン領域とが直接オーバ
ラップすることがないように低濃度ソース・ドレイン領
域を設けたGOLD構造にしたものである。
In order to achieve the above purpose, a groove-shaped gate electrode is provided between the ordinary low concentration source and drain with a diffusion depth of about 0.2 μm, and the bottom surface of the groove of the gate electrode is deeper than the depth of the low concentration source/drain diffusion layer. I tried to get it to a deep position. Furthermore, a GOLD structure is adopted in which lightly doped source/drain regions are provided so that the gate electrode and the highly doped source/drain regions do not directly overlap.

〔作用〕[Effect]

低濃度ソース・ドレイン拡散層深さよりも深い位置に設
けた溝型ゲート電極は微細M I S +−ランジスタ
で問題となるパンチスルーを抑える働きを有する。しか
も低濃度ソース・ドレイン拡散層深さをスケーリング縮
小しないでバンチスルーが防げるので低1度ソース・ド
レイン深さは一定に保つことができ、このため浅接合化
による抵抗の増大を抑えることができる。
The groove-shaped gate electrode provided at a position deeper than the depth of the low concentration source/drain diffusion layer has the function of suppressing punch-through, which is a problem in fine M I S +- transistors. Moreover, bunch-through can be prevented without scaling down the depth of the low-concentration source/drain diffusion layer, so the low-1 degree source/drain depth can be kept constant, thereby suppressing the increase in resistance due to shallower junctions. .

また、溝型グー1〜電極が高濃度ソース・ドレインに直
接オーバラップすることなく低濃度ソース・トレインと
オーバラップするため、ゲート電界誘起のドレインリー
ク現像が抑制できる効果も生じる。なお、GOLD構造
の特徴である高耐圧・高Gm特性も併せて実現できる。
Further, since the trench type goo 1 to electrode overlaps the low concentration source/train without directly overlapping the high concentration source/drain, there is also an effect of suppressing drain leakage development induced by the gate electric field. Note that the high breakdown voltage and high Gm characteristics, which are the characteristics of the GOLD structure, can also be achieved.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 以下1本発明の一実施例を第1図により説明する。 Example 1 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第1図はMISトランジスタのアクティブ領域を示す。FIG. 1 shows the active area of a MIS transistor.

アクティブ領域を分離する素子分離領域は第1図から省
いである。
The device isolation regions that separate the active regions are omitted from FIG.

MISトランジスタのゲー1へ電極5はP型あるいはn
型不純物をドーピングしたSi基板1の溝内に形成する
。溝をはさんで両側に低濃度ソース・ドレイン2及び該
低濃度ソース・ドレイン2に接して両側に高濃度ソース
・ドレイン7が有る。
The electrode 5 to gate 1 of the MIS transistor is P type or n
It is formed in a groove of a Si substrate 1 doped with type impurities. There are low concentration sources and drains 2 on both sides of the groove, and high concentration sources and drains 7 on both sides in contact with the low concentration sources and drains 2.

ソース・ドレイン領域にはSi基板1と反対導電型の不
純物をドーピングする。ゲート電極5とSi基板1とは
ゲート絶縁膜3で分離される。ゲート電極5の溝底面に
はVth(しきい値電圧)制御用のチャネル打込み層4
を形成する。グー1〜屯極5の側壁には絶縁I(I6を
形成し、高濃度ソース・ドレイン拡散層時のインオ打込
みの端部がゲート電極5の端部から離れるようにする。
The source/drain regions are doped with impurities of a conductivity type opposite to that of the Si substrate 1. Gate electrode 5 and Si substrate 1 are separated by gate insulating film 3. A channel implantation layer 4 for Vth (threshold voltage) control is provided at the bottom of the groove of the gate electrode 5.
form. An insulator I (I6) is formed on the sidewalls of the electrodes 1 to 5 so that the end of the implanted indium ion implant in the highly doped source/drain diffusion layer is separated from the end of the gate electrode 5.

本実施例において、ゲート電極5をSi基板1の溝に形
成し、しかも低濃度ソース・ドレイン2を溝底面よりも
浅く設けることによりソース・ドレイン間のバンチスル
ーを抑えることができる。
In this embodiment, the gate electrode 5 is formed in the groove of the Si substrate 1, and the low concentration source/drain 2 is provided shallower than the bottom of the groove, thereby suppressing bunch-through between the source and drain.

また、ゲート電極5が高濃度ソース・ドレイン7と直接
オーバラップすることがないためにゲートオーバラップ
部のドレイン接合におけるバンド間トンネルリーフ現象
は抑えることができる。
Furthermore, since the gate electrode 5 does not directly overlap the highly doped source/drain 7, the interband tunnel leaf phenomenon at the drain junction in the gate overlap region can be suppressed.

一方、ゲート電極5は低濃渡ソース・ドレイン2をオー
バラップするため、該領域2の低抵抗化がはかれ、かつ
ゲート/ドレインのオーバラップ効果によるドレイン電
界の緩和が実現できる(G OL D効果)。
On the other hand, since the gate electrode 5 overlaps the low concentration source/drain 2, the resistance of the region 2 can be reduced, and the drain electric field can be relaxed due to the gate/drain overlap effect (GOL D effect).

ゲート電界によるナヤネルは溝側面のSi基板1に形成
され、電流は該チャネルに沿ってトレインからソースに
流れる。本実施例ではMISトランジスタのしきい値電
圧はチャネル打込み層4の頻度で制御する。
A channel due to the gate electric field is formed in the Si substrate 1 on the side of the trench, and current flows along the channel from the train to the source. In this embodiment, the threshold voltage of the MIS transistor is controlled by the frequency of the channel implantation layer 4.

本実施例によればゲート長が0.3μm以下で高耐圧・
高Gm特性、かつ耐パンチスルーの微細MISトランジ
スタが実現できる。
According to this example, the gate length is 0.3 μm or less and the voltage is high.
A miniature MIS transistor with high Gm characteristics and punch-through resistance can be realized.

実施例2 第2図は第1図の実施例の素子の製造方法を示す。Example 2 FIG. 2 shows a method of manufacturing the device of the embodiment shown in FIG.

まず図(a)に示すようにSi基板1に酸化膜21を形
成する。膜厚は200nmとした。酸化膜21の上面に
は多結晶シリコン膜22を1100n、そしてその上に
酸化膜23を1100n堆積した。さらにホトレジスト
膜24を用いてパタニングし、膜23,22.21を異
方性ドライエツチング技術を用いて加工する。
First, as shown in Figure (a), an oxide film 21 is formed on a Si substrate 1. The film thickness was 200 nm. On the upper surface of the oxide film 21, a polycrystalline silicon film 22 with a thickness of 1100 nm was deposited, and an oxide film 23 was deposited thereon with a thickness of 1100 nm. Furthermore, patterning is performed using the photoresist film 24, and the films 23, 22, 21 are processed using an anisotropic dry etching technique.

同図(b)のようにこの後全面に酸化膜25を堆積すし
、開孔部に低濃度ソース・ドレインに用いる拡散層2を
形成した。
As shown in FIG. 2B, an oxide film 25 was then deposited on the entire surface, and a diffusion layer 2 used as a low concentration source/drain was formed in the opening.

同図(Q)では全面に酸化膜26を堆積後、開孔部の側
壁にのみ酸化膜26を残存させるように酸化膜26を異
方性ドライエツチング技術によりエツチングバックする
。次に側壁酸化膜26をマスクにしてSi基板1を異方
性エツチングして溝形成する。溝形成後に溝側壁を酸化
し、酸化膜27を形成する。この状態でチャネルイオン
打込み層4を形成する。
In FIG. 4(Q), after depositing the oxide film 26 on the entire surface, the oxide film 26 is etched back by an anisotropic dry etching technique so that the oxide film 26 remains only on the side walls of the opening. Next, using the sidewall oxide film 26 as a mask, the Si substrate 1 is anisotropically etched to form a groove. After forming the trench, the trench sidewalls are oxidized to form an oxide film 27. In this state, channel ion implantation layer 4 is formed.

同図(d)は側壁酸化膜26を等方性エツチングにより
除去した後、再度溝側壁を酸化し酸化膜3を形成した状
態である。尚、側壁酸化[26を除去するとき同時に酸
化膜23,25.27もエツチングされる。このための
酸化1113を形成するときに酸化膜28も同時に形成
できる。
FIG. 3(d) shows a state in which after the sidewall oxide film 26 has been removed by isotropic etching, the trench sidewall is oxidized again to form the oxide film 3. Incidentally, when removing the sidewall oxide [26], the oxide films 23, 25, and 27 are also etched at the same time. When forming the oxide 1113 for this purpose, the oxide film 28 can also be formed at the same time.

同図(e)は図(d)で形成した開孔部を多結晶シリコ
ン膜29で埋めた状態である。まず図(d)形成後、多
結晶シリコン膜29を厚く堆積し、エッチバックするこ
とにより開孔部のみに多結晶シリコン膜を埋める。
FIG. 5(e) shows a state in which the opening formed in FIG. 4(d) is filled with a polycrystalline silicon film 29. First, after the formation shown in FIG. 3(d), a polycrystalline silicon film 29 is deposited thickly and etched back to fill only the opening portion with the polycrystalline silicon film.

この後、酸化膜28を除去し、再び多結晶シリコン膜2
9.22のエッチバックを行なう。膜22のエッチバッ
クにより酸化膜21が表面に表われてくるので、該膜2
1を等方性エツチングで除去することにより多結晶シリ
コン膜29のみを残し、ゲート電極5を形成する。この
段階でゲート電極5の側壁に酸化膜6を形成し、該膜6
をマスクにして高濃度ソース・ドレイン7を形成し同図
(f)を得る。
After that, the oxide film 28 is removed and the polycrystalline silicon film 2 is removed again.
9. Perform etchback of 22. As the oxide film 21 appears on the surface by etching back the film 22, the film 2
By removing the polycrystalline silicon film 29 by isotropic etching, only the polycrystalline silicon film 29 is left, and the gate electrode 5 is formed. At this stage, an oxide film 6 is formed on the side walls of the gate electrode 5.
Using the mask as a mask, a highly doped source/drain 7 is formed to obtain the result shown in FIG.

本実施例の製法によれば1字型ゲート電極の溝幅および
張り出しひさし部分の長さを各々独立に制御できる効果
を有する。
According to the manufacturing method of this embodiment, it is possible to independently control the groove width and the length of the overhanging eaves of the single-shaped gate electrode.

実施例3 第3図は第1図の実施例でチャネルイオン打込み層4を
ゲート電極溝部の中央部40に局在させた場合の実施例
である。
Embodiment 3 FIG. 3 shows an embodiment in which the channel ion implantation layer 4 is localized in the central portion 40 of the gate electrode groove in the embodiment of FIG.

本実施例によればしきい値電圧制御に最も敏感な領域で
しきい値電圧を設定でき、しかも他のチャネル部分には
チャネルイオン打込み層を形成しないため不純物散乱に
よる電流低下が防げる効果が生じる。
According to this embodiment, the threshold voltage can be set in the region that is most sensitive to threshold voltage control, and since no channel ion implantation layer is formed in other channel parts, there is an effect of preventing current drop due to impurity scattering. .

実施例4 第4図は第3図の実施例を実現するための製法過程の中
間段階を示したものである。第2図(Q)の段階で絶縁
膜41を形成し、該膜41をマスクにしてチャネルイオ
ン打込みを行ない、打込み層40を形成する。
Embodiment 4 FIG. 4 shows an intermediate stage of the manufacturing process for realizing the embodiment of FIG. 3. At the stage shown in FIG. 2(Q), an insulating film 41 is formed, and channel ion implantation is performed using the film 41 as a mask to form an implantation layer 40.

実施例5 第5図は第1図の実施例でゲート電極溝深さを浅くした
場合の実施例である。
Embodiment 5 FIG. 5 shows an embodiment in which the depth of the gate electrode groove is made shallower in the embodiment of FIG. 1.

本実施例によれば第1図の実施例の短チヤネル効果抑制
の効果が実現でき、かつ実効的なチャネル長を短かくす
ることができる。
According to this embodiment, the effect of suppressing the short channel effect of the embodiment of FIG. 1 can be realized, and the effective channel length can be shortened.

実施例6 第6図は第3図の実施例でゲート電極溝深さを浅くした
場合の実施例である。本実施例によっても第3図及び第
5図の実施例の各々の効果が実現できる。
Embodiment 6 FIG. 6 is an embodiment in which the depth of the gate electrode groove is made shallower in the embodiment of FIG. 3. This embodiment can also achieve the effects of the embodiments shown in FIGS. 3 and 5.

実施例7 第7図は第1図の実施例でゲート電極5の上部に酸化膜
70を設けた場合の実施例である。本実施例は第2図(
e)の段階で多結晶シリコン膜29の上面を酸化させる
ことにより形成できる。
Embodiment 7 FIG. 7 shows an embodiment in which an oxide film 70 is provided above the gate electrode 5 in the embodiment shown in FIG. This example is shown in Figure 2 (
It can be formed by oxidizing the upper surface of the polycrystalline silicon film 29 in step e).

本実施例によればゲート’l[極5とソース・ドレイン
電極71との絶縁が自己整合的に実現できる。
According to this embodiment, insulation between the gate electrode 5 and the source/drain electrode 71 can be realized in a self-aligned manner.

実施例8 第8図は高濃度ソース・ドレイン7とグー1−電極5と
の間に低濃度ソース・ドレイン2を設けて、ゲート電極
5が高濃度ソース・ドレイン7に直接オーバラップする
ことがないようにした場合の実施例である。
Embodiment 8 In FIG. 8, a low concentration source/drain 2 is provided between a high concentration source/drain 7 and a goo 1-electrode 5, so that the gate electrode 5 can directly overlap the high concentration source/drain 7. This is an example in which there is no such problem.

本実施例によればゲート電極5と高濃度ソースドレイン
7との間の電界集中を緩和できるため。
According to this embodiment, the electric field concentration between the gate electrode 5 and the highly doped source/drain 7 can be alleviated.

高濃度ソース・ドレイン7の端部及びゲート電極5との
オーバラップ部におけるドレインリーク現象を抑えるこ
とができる。
The drain leak phenomenon at the end portions of the highly doped source/drain 7 and the overlap portion with the gate electrode 5 can be suppressed.

実施例9 第9図はゲート中央部でのチャネル幅方向の断面図を示
す。領域90.91はアイソレーション領域である。ア
イソレーション領域90,91はU型溝アイソレーショ
ン構造であり、酸化膜90および埋め込み膜91で構成
される。第9図に示すように基板溝に形成したゲート電
極5のチャネル幅方向の側壁酸化膜はアイソレーション
用酸化膜90と接した構造となっている。このためゲー
ト電極5の溝側壁を経由し、チャネル打込み層4を経由
しないでソース・ドレイン間に流れるリーク電流を除去
することができる。
Embodiment 9 FIG. 9 shows a cross-sectional view in the channel width direction at the center of the gate. Areas 90 and 91 are isolation areas. Isolation regions 90 and 91 have a U-shaped groove isolation structure, and are composed of an oxide film 90 and a buried film 91. As shown in FIG. 9, the sidewall oxide film in the channel width direction of the gate electrode 5 formed in the substrate groove is in contact with the isolation oxide film 90. Therefore, leakage current flowing between the source and drain via the trench sidewall of the gate electrode 5 without passing through the channel implantation layer 4 can be removed.

実施例10 第10図は多結晶シリコン膜5でゲート電極を構成する
代りに、導電性膜100,101でゲート電極を形成し
た場合の実施例である。
Embodiment 10 FIG. 10 shows an embodiment in which the gate electrode is formed of conductive films 100 and 101 instead of the polycrystalline silicon film 5.

本実施例によればゲート電極の低抵抗化がはかれる。ま
た、低濃度ソース・ドレイン2とオーバラップする電極
100の仕事関数を変えることができるため、オーバラ
ップ効果の設計自由度が増大する。
According to this embodiment, the resistance of the gate electrode can be reduced. Further, since the work function of the electrode 100 that overlaps the low concentration source/drain 2 can be changed, the degree of freedom in designing the overlap effect increases.

実施例11 第11図は第7図の実施例で低濃渡ソース・ドレイン2
上部のみのゲート酸化膜を厚い酸化膜110で形成した
場合の実施例である。
Embodiment 11 FIG. 11 shows the embodiment of FIG. 7 with low concentration source/drain 2.
This is an example in which a thick oxide film 110 is formed as the gate oxide film only on the upper part.

本実施例によれば、ゲート電極5とソース・ドレインと
のオーバラップ容量が低減でき、かつグーl−電極端部
におけろゲート絶縁膜耐圧の向上がはかれる。
According to this embodiment, the overlap capacitance between the gate electrode 5 and the source/drain can be reduced, and the breakdown voltage of the gate insulating film can be improved even at the end of the electrode.

実施例12 第12図は第7図の実施例で低濃度ソース・ドレイン2
をゲート溝側壁にも形成した場合の実施例である。ゲー
ト溝側壁への低濃度ソース・ドレイン2形成は溝形成後
イオン打込みを斜めに行なうことによって実現する。
Embodiment 12 FIG. 12 shows the embodiment of FIG. 7 with low concentration source/drain 2.
This is an example in which the gate groove is also formed on the side wall of the gate groove. The formation of the low concentration source/drain 2 on the side wall of the gate trench is achieved by obliquely performing ion implantation after the trench is formed.

本実施例によればチャネル長を短くする効果が生じる。According to this embodiment, the effect of shortening the channel length is produced.

実施例13 第13図は第3図の実施例でチャネルイオン打込み層4
0だけを形成する代りに新たにチャネルイオン打込みM
lllを設けた場合の実施例である。チャネルイオン打
込み層111は層4oを形成した後に溝側面に斜めイオ
ン打込みを行なうことにより形成する。
Embodiment 13 FIG. 13 shows the channel ion implantation layer 4 in the embodiment of FIG.
Instead of forming only 0, new channel ion implantation M
This is an example in which 1ll is provided. The channel ion implantation layer 111 is formed by performing oblique ion implantation on the groove side surface after forming the layer 4o.

本実施例によりパンチスルーストッパとして作用するよ
うに形成する層4oとしきい値電圧制御用に形成するM
lllとの機能分けが実現できる。
In this embodiment, a layer 4o formed to act as a punch-through stopper and a layer M formed for threshold voltage control.
It is possible to separate functions from llll.

実施例14 第14図は第7図の実施例でゲート電極5の゛】゛字型
に張り出す部分を除いてゲート電極5oを形成した場合
の実施例である。本実施例は実施例15に示す製造工程
により形成する。
Embodiment 14 FIG. 14 shows an embodiment in which the gate electrode 5o is formed in the embodiment shown in FIG. 7 except for the part of the gate electrode 5 that extends in a square shape. This example is formed by the manufacturing process shown in Example 15.

実施例J5 第15図(a)(b)は製造工程の中間段階を示す。ま
ず図(a)はゲート電極50を埋め込み形成するまでの
工程である。なお第15図には素子分離領域は省いであ
る。Si基板1のアクティブ索子形成領域の全面に低濃
度ソース・ドレイン用拡散M2を形成したら続いて多結
晶シリコン膜150及び酸化膜151を堆積する。次に
図には省いであるがレジスト膜をパターニングし、該レ
ジスト膜をマスクにして酸化膜151.多結晶シリコン
膜150およびSi基板1を異方性エツチング技術を用
いて加工する。レジスト膜除去後Si溝内壁を酸化し酸
化膜3を形成したらチャネルイオン打込み層4を形成す
る。この後全面に多結晶シリコンを堆積してSi溝に埋
め込む。エッチバック技術によりSi溝以外の多結晶シ
リコンを除去したら溝上面を酸化して酸化膜70を形成
する。このようにしてSi溝を埋め込むようにゲート電
極50を形成する。
Example J5 FIGS. 15(a) and 15(b) show intermediate stages of the manufacturing process. First, Figure (a) shows the steps up to forming the gate electrode 50 in a buried manner. Note that the element isolation region is omitted in FIG. 15. After forming low concentration source/drain diffusions M2 on the entire surface of the active core formation region of the Si substrate 1, a polycrystalline silicon film 150 and an oxide film 151 are subsequently deposited. Next, although not shown in the figure, the resist film is patterned, and the oxide film 151 is patterned using the resist film as a mask. Polycrystalline silicon film 150 and Si substrate 1 are processed using anisotropic etching technology. After removing the resist film, the inner wall of the Si trench is oxidized to form an oxide film 3, and then a channel ion implantation layer 4 is formed. Thereafter, polycrystalline silicon is deposited on the entire surface and filled into the Si trenches. After polycrystalline silicon other than the Si trench is removed by an etch-back technique, the top surface of the trench is oxidized to form an oxide film 70. In this way, the gate electrode 50 is formed so as to fill the Si trench.

この後、同図(b)のように、酸化膜151を除去し、
続いて多結晶シリコン膜150を取り除く。シリコン基
板から突出したゲート塩t450の側壁にはスペーサ用
酸化膜6を形成する。該酸化膜6は全面に酸化膜を堆積
機異方性エツチング技術を用いてエッチバックすること
により形成する。
After that, as shown in FIG. 2(b), the oxide film 151 is removed,
Subsequently, polycrystalline silicon film 150 is removed. A spacer oxide film 6 is formed on the sidewall of the gate salt t450 protruding from the silicon substrate. The oxide film 6 is formed by etching back an oxide film over the entire surface using an anisotropic etching technique using a deposition machine.

高濃度ソース・ドレイン7は酸化膜6をマスクに自己整
合的に形成する。
High concentration source/drain 7 is formed in a self-aligned manner using oxide film 6 as a mask.

なおソース・ドレイン電極の形成工程は省いである。Note that the step of forming source/drain electrodes is omitted.

実施例16 第16図はゲート電極を溝内に形成し、かつゲート電極
が低濃度ソース・ドレイン2とオーバラップするように
した場合の実施例である。
Embodiment 16 FIG. 16 shows an embodiment in which the gate electrode is formed in the groove and overlaps the low concentration source/drain 2. In FIG.

本実施例によっても他の実施例と同様の効果が得られる
This embodiment also provides the same effects as the other embodiments.

第17図は第1図に示した実施例の平面レイアウト図で
ある。171はU溝アイソレーションパターンを示す。
FIG. 17 is a plan layout diagram of the embodiment shown in FIG. 171 shows a U-groove isolation pattern.

171の内側がアクティブ領域になる。172は溝型ゲ
ート電極パターンを示す。
The area inside 171 becomes the active area. 172 indicates a groove-type gate electrode pattern.

173は172で示す溝型ゲートパターンの電極配線部
に設けた配線接続用パターンである。174は電極配線
コンタクト用穴のパターンである6175が金属電極配
線パターンである。
Reference numeral 173 denotes a wiring connection pattern provided in the electrode wiring portion of the trench gate pattern shown by 172. 174 is a pattern of holes for electrode wiring contacts, and 6175 is a metal electrode wiring pattern.

本実施例は第1図以外の実施例にも適用できることは明
らかである。
It is clear that this embodiment can be applied to embodiments other than those shown in FIG.

尚以上の述べた実施例はSi半導体の場合を例にとって
説明したが、Si以外の半導体、たとえばG a A 
s系半導体の場合に実施してもよいことは自明である。
The above-mentioned embodiments have been explained using a Si semiconductor as an example, but semiconductors other than Si, such as GaA
It is obvious that this method may be implemented in the case of s-based semiconductors.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば低濃度ソース・ドレイン拡散層深さより
も深い位置にゲート電極を設けることができるのでドレ
イン空乏層の拡がりによるパンチスルー現象は抑制でき
る。このため本発明によればゲート長が0.1μmまで
の極微細なMOSトランジスタが実現できる。
According to the present invention, since the gate electrode can be provided at a position deeper than the depth of the low concentration source/drain diffusion layer, the punch-through phenomenon caused by the expansion of the drain depletion layer can be suppressed. Therefore, according to the present invention, an extremely fine MOS transistor with a gate length of up to 0.1 μm can be realized.

また、ゲート電極が直接高濃渡ソース・ドレインにオー
バラップすることがないため、トレイン部におけるゲー
ト誘起によるバンド間トンネルリーグ現象を抑制できる
。このためバンド間トンネルリーク現象によるゲート酸
化膜厚縮小の制約は取り除くことができ、10nm以上
の酸化膜が適用できる。
Furthermore, since the gate electrode does not directly overlap the highly doped source/drain, it is possible to suppress the band-to-band tunnel league phenomenon caused by the gate in the train portion. Therefore, the restriction on reducing the gate oxide film thickness due to the band-to-band tunnel leak phenomenon can be removed, and an oxide film with a thickness of 10 nm or more can be applied.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の半導体素子の断面図、第2
図、第15図は本発明の一実施例の半導体素子の製造工
程を示す断面図、第3図乃至第14図および第16図は
本発明の他の実施例の半導体素子の断面図、第17図は
第1図の半導体素子の平面図である。 2・・・低濃度ソース・ドレイン、3・・・ゲート酸化
膜、4.40,111・・・チャネルイオン打ち込み層
、5.50.100.101・・・ゲート電極、7・・
・高濃度ソース・ドレイン 第 lI21 第 2 口 芹 2 (2) (OL) 第 2 Σ (〒) 第 刀 第 茅 凶 第 第 Σ 茅 ス 箒 乙 図 第 ] 区 第 凹 茅 図 茅 刀
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
15 are cross-sectional views showing the manufacturing process of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 14 and FIG. FIG. 17 is a plan view of the semiconductor element of FIG. 1. 2...Low concentration source/drain, 3...Gate oxide film, 4.40,111...Channel ion implantation layer, 5.50.100.101...Gate electrode, 7...
・High concentration source/drain No. 1I21 No. 2 Mouth Chrysalis 2 (2) (OL) No. 2 Σ (〒) No. 1 Sword No. 1 Chiku No.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレインより
成るMIS型半導体装置に於いて、ゲート電極の底部を
基板内部に設け、かつゲート電極と高濃度ソース・ドレ
インとが直接オーバラップすることがないように低濃度
ソース・ドレインを設けたことを特徴とする半導体装置
。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において、
ゲート電極が低濃度ソース・ドレインをオーバラップす
るようにT字型にゲート電極を設けたことを特徴とする
半導体装置。 3、特許請求の範囲第1項および第2項に記載の半導体
装置において、基板内部に位置するゲート電極底部にの
みチャネルイオン打込み層を設けたことを特徴とする半
導体装置。 4、特許請求の範囲第2項に記載の半導体装置において
、高濃度ソース・ドレインをT字型にソース・ドレイン
方向に張り出したゲート電極下面より深部に設けたこと
を特徴とする半導体装置。 5、特許請求の範囲第1項および第2項に記載の半導体
装置において、ゲート電極の底面をソース・ドレイン接
合深さより深部に設けたことを特徴とする半導体装置。 6、特許請求の範囲第3項記載の半導体装置において、
チャネルイオン打込み層をチャネルの中央部のみに設け
たことを特徴とする半導体装置。 7、特許請求の範囲第1項および第2項に記載の半導体
装置において、ゲート電極上面に絶縁膜を設け自己整合
ソース・ドレイン電極を設けたことを特徴する半導体装
置。 8、特許請求の範囲第1項及び第2項に記載の半導体装
置において、ゲート電極を2種以上の異なる導電性膜の
複合膜で形成したことを特徴とする半導体装置。 9、特許請求の範囲第2項記載の半導体装置において、
T字型にソース・ドレイン方向に張り出したゲート電極
下のゲート酸化膜厚を他の部分のゲート酸化膜厚より厚
くしたことを特徴とする半導体装置。 10、特許請求の範囲第1項および第2項に記載の半導
体装置において、ゲートより深いU溝型素子分離構造を
形成したことを特徴とする半導体装置。 11、ゲート電極の底部を基板内部に設け、かつゲート
電極と高濃度ソース・ドレインとが直接オーバラップす
ることがないように低濃度ソース・ドレインを設け、必
要に応じてゲート電極が低濃度ソース・ドレインをオー
バラップするようにT字型にゲート電極を設けた半導体
装置の製造方法において、 ゲート電極と該ゲート電極を埋め込む基板溝とを自己整
合に形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
[Claims] 1. In an MIS semiconductor device consisting of a gate electrode, a gate insulating film, and a source/drain, the bottom of the gate electrode is provided inside the substrate, and the gate electrode and the highly doped source/drain are directly connected to each other. A semiconductor device characterized in that a low concentration source and drain are provided so that they do not overlap. 2. In the semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device characterized in that a gate electrode is provided in a T-shape so that the gate electrode overlaps a low concentration source/drain. 3. A semiconductor device according to claims 1 and 2, characterized in that a channel ion implantation layer is provided only at the bottom of the gate electrode located inside the substrate. 4. A semiconductor device according to claim 2, characterized in that the highly doped source/drain is provided in a T-shape deeper than the lower surface of the gate electrode extending in the direction of the source/drain. 5. A semiconductor device according to claims 1 and 2, characterized in that the bottom surface of the gate electrode is provided deeper than the depth of the source/drain junction. 6. In the semiconductor device according to claim 3,
A semiconductor device characterized in that a channel ion implantation layer is provided only in the center of a channel. 7. A semiconductor device according to claims 1 and 2, characterized in that an insulating film is provided on the upper surface of the gate electrode and self-aligned source/drain electrodes are provided. 8. A semiconductor device according to claims 1 and 2, characterized in that the gate electrode is formed of a composite film of two or more different conductive films. 9. In the semiconductor device according to claim 2,
A semiconductor device characterized in that a gate oxide film under a T-shaped gate electrode extending in a source/drain direction is thicker than other parts of the gate oxide film. 10. A semiconductor device according to claims 1 and 2, characterized in that a U-groove element isolation structure is formed deeper than the gate. 11. The bottom of the gate electrode is provided inside the substrate, and a low concentration source/drain is provided so that the gate electrode and the high concentration source/drain do not overlap directly, and if necessary, the gate electrode is connected to the low concentration source/drain. - A method for manufacturing a semiconductor device in which a gate electrode is provided in a T-shape so as to overlap a drain, comprising the step of forming a gate electrode and a substrate groove in which the gate electrode is embedded in a self-aligned manner. Method of manufacturing the device.
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