JPH05335569A - Mis field-effect transistor - Google Patents

Mis field-effect transistor

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JPH05335569A
JPH05335569A JP13340991A JP13340991A JPH05335569A JP H05335569 A JPH05335569 A JP H05335569A JP 13340991 A JP13340991 A JP 13340991A JP 13340991 A JP13340991 A JP 13340991A JP H05335569 A JPH05335569 A JP H05335569A
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JP
Japan
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trench
region
type
effect transistor
drain region
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JP13340991A
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Japanese (ja)
Inventor
Takehide Shirato
白土猛英
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Abstract

PURPOSE:To suppress the occurrence of hot carriers by forming a low- concentration impurity area in a drain area, to which high voltage is applied, in a self alignment manner. CONSTITUTION:At one end of a gate electrode 12A is provided a drain region consisting of the n<+>-type drain region 4 provided on the surface of a p<->-type silicon substrate 1 and the n<->-type drain region 5 provided on the surface of the p<->-type silicon substrate 1 at the side of a first trench 8. At the other end of the gate electrode 12 is provided a second trench 9 in self alignment with the first trench 8. A source region is provided, which consists of a metallic layer 10 which has filled up the n<+>-type source region 3 and the second trench 9 provided on the p<->-type substrate 1 at the bottom. A short channel MIS field- effect transistor is formed by providing a gate electrode 12 at the sidewall and the bottom of the first trench 8. Accordingly, the occurrence of hot carriers can be suppressed by a low-concentration impurity area in a self-alignment manner in the drain region.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はMIS型半導体装置に係
り、特にホットキャリア効果を改善し、伝達コンダクタ
ンスを向上させた高速なショートチャネルのMIS電界
効果トランジスタに関する。従来、比較的短いチャネル
長を持つMIS電界効果トランジスタにおいては、ドレ
イン領域の近傍の強電界のために生じるホットキャリア
による寿命上の伝達コンダクタンスの劣化を改善するた
めに、いわゆるLDD(LightlyDoped D
rain)構造のMIS電界効果トランジスタを形成し
ていた。従来法においては、寿命上の伝達コンダクタン
スは改善できるが、LDD構造の低濃度不純物領域がセ
ルフアラインに、対称に形成されるために、ホットキャ
リア効果を考慮しなくて良い、高電圧が印加されないソ
ース領域にも形成されてしまうので、ソース領域に高い
抵抗が付き、動作時の伝達コンダクタンスを高くできな
いので、トランジスタサイズを微細化するわりには高速
化が達成されないという問題があった。又、セルフアラ
インではあるが、低濃度不純物領域を半導体基板表面に
形成するために、さらなる微細化ができないという問題
もあった。そこで、ホットキャリア効果を改善でき、高
速且つ高集積なショートチャネルのMIS電界効果トラ
ンジスタを形成できる手段が要望されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MIS type semiconductor device, and more particularly to a high speed short channel MIS field effect transistor having improved hot carrier effect and improved transfer conductance. Conventionally, in a MIS field-effect transistor having a relatively short channel length, in order to improve deterioration of transfer conductance due to hot carriers caused by a strong electric field near the drain region, the so-called LDD (Lightly Doped D) is used.
A MIS field effect transistor having a (rain) structure was formed. In the conventional method, the transfer conductance in terms of life can be improved, but since the low-concentration impurity region of the LDD structure is formed in self-alignment and symmetrically, it is not necessary to consider the hot carrier effect, and high voltage is not applied. Since it is also formed in the source region, a high resistance is attached to the source region, and the transfer conductance during operation cannot be increased. Therefore, there is a problem that speeding up is not achieved even if the transistor size is miniaturized. Further, although it is self-aligned, there is a problem that further miniaturization cannot be performed because the low concentration impurity region is formed on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, there is a demand for a means capable of improving the hot carrier effect and forming a high speed and highly integrated short channel MIS field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来のMIS電界効果トランジス
タの模式側断面図で、51はp- 型シリコン基板、52はp
型チャネルストッパー領域、53はn+ 型ソース領域、54
はn+型ドレイン領域、55はn- 型ソース領域、56はn-
型ドレイン領域、57はフ ールド酸化膜、58はゲート
酸化膜、59はゲート電極、60は側壁酸化膜、61は不純物
ブロック用酸化膜、62は燐珪酸ガラス(PSG)膜、63
はAl配線を示している。同図においては、p- 型シリコ
ン基板51上には薄いゲート酸化膜58を介してゲート電極
59が設けられ、ゲート電極59の側壁にはセルフアライン
形成した側壁酸化膜60が設けられ、側壁酸化膜60直下部
には、ドレイン側にn- 型ドレイン領域56が、ソース側
にn- 型ソース領域55が設けられており、側壁酸化膜60
の両端にはn- 型ドレイン領域56及びn- 型ソース領域
55に接してn+ 型ドレイン領域54及びn+ 型ソース領域
53が設けられた、いわゆるLDD構造のショートチャネ
ルのMIS電界効果トランジスタが形成されている。n
- 型ドレイン領域56の存在により高電圧が印加されるn
+ 型ドレイン領域54近傍の電界が緩和され、ホットキャ
リア効果による寿命上の伝達コンダクタンスの劣化は改
善されるが、p- 型シリコン基板51と同じ基準電圧が印
加され、ホットキャリア効果が生じないn+型ソース領
域53においては不必要な高抵抗のn- 型ソース領域55が
形成されているために、動作時の伝達コンダクタンスが
高く取れないので、ショートチャネルのMIS電界効果
トランジスタを形成しているわりには、より高速化が達
成されないという欠点があった。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a schematic side sectional view of a conventional MIS field effect transistor, in which 51 is a p - type silicon substrate and 52 is a p-type silicon substrate.
Type channel stopper region, 53 is n + type source region, 54
Is an n + type drain region, 55 is an n type source region, and 56 is n −.
-Type drain region, the full Lee Rudo oxide film 57, 58 is a gate oxide film, 59 gate electrode, 60 is the side wall oxide film, 61 is an impurity blocking oxide film, 62 is phosphosilicate glass (PSG) film, 63
Indicates Al wiring. In the figure, a gate electrode is formed on the p type silicon substrate 51 with a thin gate oxide film 58 interposed therebetween.
59 is provided on the side wall of the gate electrode 59 side wall oxide film 60 which is self-aligned formation is provided immediately below side wall oxide films 60, n to the drain side - -type drain region 56, n the source side - -type The source region 55 is provided and the sidewall oxide film 60 is provided.
N type drain region 56 and n type source region on both ends of
N + type drain region 54 and n + type source region in contact with 55
A so-called LDD structure short channel MIS field effect transistor provided with 53 is formed. n
A high voltage is applied due to the existence of the -type drain region 56.
Although the electric field near the + type drain region 54 is relaxed and the deterioration of the transfer conductance due to the hot carrier effect over the life is improved, the same reference voltage as that of the p type silicon substrate 51 is applied and the hot carrier effect does not occur. Since the n type source region 55 having an unnecessarily high resistance is formed in the + type source region 53, the transfer conductance during operation cannot be high, so that a short channel MIS field effect transistor is formed. On the contrary, there is a drawback that a higher speed cannot be achieved.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来例に示されるように、従来のLDD構
造のショートチャネルのMIS電界効果トランジスタに
おいては、ホットキャリア効果による寿命上の伝達コン
ダクタンスの劣化を改善するために、セルフアラインで
形成される低濃度不純物領域が、必要とされるドレイン
領域ばかりでなく、不必要なソース領域にも形成されて
しまうために、ソース領域に大きな抵抗が付いてしまう
ので、動作時の伝達コンダクタンスが低下し、微細化し
ているわりに高速化が達成できなかったことである。
The problem to be solved by the present invention is, as shown in the conventional example, in the conventional short channel MIS field effect transistor of the LDD structure, the transmission of the lifetime due to the hot carrier effect. In order to improve the deterioration of conductance, the low concentration impurity region formed by self-alignment is formed not only in the required drain region but also in the unnecessary source region, so that the source region has a large resistance. Therefore, the transmission conductance during operation was reduced, and although it was miniaturized, high speed could not be achieved.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題は、一導電型半
導体基板と、前記半導体基板に設けられた第1のトレン
チと、前記第1のトレンチの側壁及び底部に設けられた
ゲート酸化膜と、前記ゲート酸化膜を介して前記第1の
トレンチを埋め込んだゲート電極と、前記ゲート電極の
一方の端から外側の前記半導体基板表面に設けられた反
対導電型の第1の高濃度不純物領域及び前記第1の高濃
度不純物領域に接して前記第1のトレンチの側面の前記
半導体基板に設けられた反対導電型の低濃度不純物領域
からなるドレイン領域と、前記ゲート電極の他方の端の
側壁の前記ゲート酸化膜に接して前記半導体基板に設け
られた第2のトレンチ、前記第2のトレンチの底面の前
記半導体基板に設けられた反対導電型の第2の高濃度不
純物領域及び前記第2のトレンチを埋め込んだ導電膜か
らなるソース領域とを備えてなる本発明のMIS電界効
果トランジスタによって解決される。
Means for Solving the Problems The above problems include a one-conductivity type semiconductor substrate, a first trench provided in the semiconductor substrate, and a gate oxide film provided on a sidewall and a bottom of the first trench. A gate electrode in which the first trench is buried via the gate oxide film, a first high-concentration impurity region of opposite conductivity type provided on the surface of the semiconductor substrate outside one end of the gate electrode, A drain region formed of a low-concentration impurity region of opposite conductivity type provided on the side surface of the first trench in the semiconductor substrate in contact with the first high-concentration impurity region; and a sidewall at the other end of the gate electrode. A second trench provided in the semiconductor substrate in contact with the gate oxide film, a second high-concentration impurity region of the opposite conductivity type provided in the semiconductor substrate at the bottom of the second trench, and It is solved by MIS field effect transistor of the invention comprising a source region formed of a conductive film embedded second trench.

【0005】[0005]

【作 用】即ち、本発明のMIS電界効果トランジス
タにおいては、半導体基板に印加される電圧より高電圧
が印加されるドレインを、半導体基板表面に設けた第1
の高濃度不純物領域及び第1の高濃度不純物領域に接し
て第1のトレンチの側面の半導体基板に設けた低濃度不
純物領域により形成し、半導体基板と同じ基準電圧が印
加されるソースを、第1のトレンチにセルフアラインに
形成した第2のトレンチの底面の半導体基板に設けた第
2の高濃度不純物領域及び第2のトレンチを埋め込んだ
導電膜により形成し、ゲートを第1のトレンチの側壁及
び底部に設けたゲート酸化膜を介して第1のトレンチを
埋め込んだゲート電極により形成したMIS電界効果ト
ランジスタが構成されている。したがって、高電圧が印
加されるドレイン領域にセルフアラインに低濃度不純物
領域を形成できることにより、ホットキャリアの発生を
抑制できるので、寿命上の伝達コンダクタンスの劣化を
改善することができることによる高信頼性を、ホットキ
ャリア効果が関係ないソース領域においては、低濃度不
純物領域を形成せずにゲート電極端より高濃度不純物領
域及び低抵抗導電膜からなるソース領域を形成できるこ
とにより、動作抵抗を低減できるので、動作時の伝達コ
ンダクタンスの向上が実現できることによる高速化を、
さらにドレイン領域に形成する低濃度不純物領域を表面
上のレイアウト面積が必要ない第1のトレンチの側面に
形成できることによる高集積化を可能にすることができ
る。即ち、極めて高信頼、高速且つ高集積な半導体集積
回路の形成を可能としたMIS電界効果トランジスタを
得ることができる。
[Operation] That is, in the MIS field-effect transistor of the present invention, a first drain provided with a voltage higher than that applied to the semiconductor substrate is provided on the surface of the semiconductor substrate.
A high-concentration impurity region and a first high-concentration impurity region in contact with the first high-concentration impurity region, the low-concentration impurity region provided on the semiconductor substrate on the side surface of the first trench, The second high-concentration impurity region provided in the semiconductor substrate on the bottom surface of the second trench self-aligned in the first trench and the conductive film filling the second trench, and the gate is formed on the sidewall of the first trench. And the MIS field effect transistor formed by the gate electrode filling the first trench via the gate oxide film provided on the bottom. Therefore, since the low-concentration impurity region can be formed in the drain region to which a high voltage is applied in a self-aligned manner, the generation of hot carriers can be suppressed, so that the deterioration of the transfer conductance over the life can be improved and the high reliability can be obtained. In the source region where the hot carrier effect is irrelevant, the operating resistance can be reduced by forming the source region composed of the high-concentration impurity region and the low-resistance conductive film from the gate electrode end without forming the low-concentration impurity region. Speeding up by improving the transfer conductance during operation,
Further, since the low-concentration impurity region formed in the drain region can be formed on the side surface of the first trench which does not require a layout area on the surface, high integration can be realized. That is, it is possible to obtain a MIS field effect transistor which enables formation of a highly reliable, high speed and highly integrated semiconductor integrated circuit.

【0006】[0006]

【実施例】以下本発明を、図示実施例により具体的に説
明する。図1は本発明のMIS電界効果トランジスタに
おける第1の実施例の模式側断面図、図2は本発明のM
IS電界効果トランジスタにおける第2の実施例の模式
側断面図、図3は本発明のMIS電界効果トランジスタ
における第3の実施例の模式側断面図、図4(a) 〜(e)
は本発明のMIS電界効果トランジスタにおける製造方
法の一実施例の工程断面図である。全図を通じ同一対象
物は同一符号で示す。図1はp型シリコン基板を用いた
際の本発明のMIS電界効果トランジスタにおける第1
の実施例の模式側断面図で、1は1016cm-3程度のp-
シリコン基板、2は1017cm-3程度のp型チャネルストッ
パー領域、3は1020cm-3程度のn+ 型ソース領域、4は
1020cm-3程度のn+ 型ドレイン領域、5は1018cm-3程度
のn-型ドレイン領域、6は深さ3μm程度の第3のトレ
ンチ(素子分離用)、7は第3のトレンチ埋め込み絶縁
膜、8は深さ0.5μm 程度の第1のトレンチ(埋め込み
ゲート形成用)、9は深さ0.5μm 程度の第2のトレン
チ(埋め込みメタルソース領域形成用)、10は埋め込み
メタルソース領域(タングステンシリサイド)、11は15
nm程度のゲート酸化膜、12はゲート長0.6μm 程度のゲ
ート電極、13は35nm程度の不純物ブロック用酸化膜、14
は0.6μm 程度の燐珪酸ガラス(PSG)膜、15は1μm
程度のAl配線を示している。同図においては、p- 型シ
リコン基板1に第3のトレンチ6が設けられ、第3のト
レンチ6の底面にp型チャネルストッパー領域が設けら
れ、絶縁膜7により埋め込まれた素子分離領域が形成さ
れており、素子分離領域間の素子形成領域には第1のト
レンチ8が設けられ、第1のトレンチ8の側壁及び底部
にはゲート酸化膜11が設けられ、ゲート酸化膜11を介し
て第1のトレンチ8を平坦に埋め込んだゲート電極12が
設けられている。又、ゲート電極12の一方の端にはp-
型シリコン基板1の表面に設けられたn+ 型ドレイン領
域4及び第1のトレンチ8の側面のp- 型シリコン基板
1に設けられたn- 型ドレイン領域5からなるドレイン
領域が、ゲート電極12の他方の端には第1のトレンチ8
にセルフアラインに第2のトレンチ9が設けられ、第2
のトレンチ9の底面のp- 型シリコン基板1に設けられ
たn+ 型ソース領域3及び第2のトレンチ9を平坦に埋
め込んだ導電膜(メタル層)10からなるソース領域が設
けられている構造を有するショートチャネルのMIS電
界効果トランジスタが形成されている。したがって、高
電圧が印加されるドレイン領域にセルフアラインに低濃
度不純物領域を形成できることにより、ホットキャリア
の発生を抑制できるので、寿命上の伝達コンダクタンス
の劣化を改善することができることによる高信頼性を、
ホットキャリア効果が関係ないソース領域においては、
低濃度不純物領域を形成せずにゲート電極端より高濃度
不純物領域及び低抵抗導電膜からなるソース領域を形成
できることにより、動作抵抗を低減できるので、動作時
の伝達コンダクタンスの向上が実現できることによる高
速化を、さらにドレイン領域に形成する低濃度不純物領
域を表面上のレイアウト面積が必要ない第1のトレンチ
の側面に形成できることによる高集積化を可能にするこ
とができる。図2は本発明のMIS電界効果トランジス
タにおける第2の実施例の模式側断面図で、高電圧が印
加されるドレイン領域と基準電圧が印加されるソース領
域の区別がない双方向のMIS電界効果トランジスタの
場合で、1、2、6〜8、11〜15は図1と同じ物を、16
はn+ 型ソースドレイン領域、17はn- 型ソースドレイ
ン領域を示している。同図においては、ドレイン領域と
ソース領域の区別がなく、n+ 型ソースドレイン領域16
及びn- 型ソースドレイン領域17からなる対称のソース
ドレイン領域が形成されている点以外は図1と同じ構造
に形成されている。本実施例においては、双方向のMI
S電界効果トランジスタとして使用されるために、一方
がソース領域として使われる際にもソース領域には必ず
高抵抗が存在するので、動作時の伝達コンダクタンスの
向上は実現できないが、それ以外の第1の実施例の効果
は達成でき、又、製造プロセスが容易になる。図3は本
発明のMIS電界効果トランジスタにおける第3の実施
例の模式側断面図で、CーMOSを構成した場合で、1
〜15は図1と同じ物を、18はn- 型不純物ウエル領域、
19はp+ 型ソースドレイン領域を示している。同図にお
いては、第1の実施例の構造を有するNチャネルMIS
電界効果トランジスタと、第2の実施例と同様の構造を
有し、ソースドレイン領域の導電型をp型とし、又、第
1のトレンチ8の側面にまでp+ 型ソースドレイン領域
19を設け、さらにp+ 型ソースドレイン領域19をすべて
包含するようにn- 型不純物ウエル領域18を設けたPチ
ャネルMIS電界効果トランジスタからなるCーMOS
を構成している。本実施例においては、ホットキャリア
効果を考慮したNチャネルのMIS電界効果トランジス
タの第1の実施例の効果に加え、ホットキャリア効果を
考慮しなくてよい高集積及び高速なPチャネルのMIS
電界効果トランジスタを共存させた高信頼、高速及び高
集積を実現させた最適のCーMOSを得ることができ
る。次いで本発明に係るMIS電界効果トランジスタの
製造方法の一実施例について図4(a) 〜(e) 及び図1を
参照して説明する。ただし、ここでは本発明のMIS電
界効果トランジスタの形成に関する製造方法のみを記述
し、一般の半導体集積回路に搭載される各種の素子(他
のトランジスタ、抵抗、容量等)の形成に関する製造方
法の記述は省略する。 図4(a) p- 型シリコン基板1に30nm程度の酸化膜20及び50nm程
度の窒化膜21を成長する。次いで通常のフォトリソグラ
フィー技術を利用し、レジスト(図示せず)をマスク層
として、窒化膜21及び酸化膜20を選択的に順次エッチン
グする。次いで露出したp- 型シリコン基板1を3μm
程度エッチングし、素子分離用の第3のトレンチ6を形
成する。次いでレジスト(図示せず)を除去する。次い
で20nm程度のイオン注入用の酸化膜(図示せず)を成長
する。次いで窒化膜21をマスク層として、硼素をイオン
注入する。次いで熱処理をおこない、p型チャネルスト
ッパー領域2を形成する。次いでイオン注入用の酸化膜
(図示せず)をエッチング除去する。次いで化学気相成
長酸化膜7を成長し、異方性ドライエッチングして、第
3のトレンチ6に埋め込み、素子分離領域を形成する。 図4(b) 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)及び酸化膜7をマスク層として、窒化
膜21及び酸化膜20を選択的に順次エッチングする。次い
で露出したp- 型シリコン基板1を0.3μm 程度エッチ
ングし、第1のトレンチ8を形成する。次いでレジスト
(図示せず)を除去する。次いで20nm程度のイオン注入
用の酸化膜(図示せず)を成長する。次いで窒化膜21及
び酸化膜7をマスク層として、燐を斜めイオン注入す
る。次いでイオン注入用の酸化膜(図示せず)をエッチ
ング除去する。次いで窒化膜21及び酸化膜7をマスク層
として、p- 型シリコン基板1を0.2μm 程度エッチン
グし、第1のトレンチ8の底面に注入された燐をエッチ
ング除去する。次いで化学気相成長酸化膜22を成長し、
異方性ドライエッチングして、第1のトレンチ8に埋め
込む。次いで熱処理をおこない、第1のトレンチ8の側
面にn- 型ドレイン領域5を形成する。 図4(c) 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)、酸化膜22及び酸化膜7をマスク層と
して、窒化膜21及び酸化膜20を選択的に順次エッチング
する。(この際酸化膜22及び酸化膜7が若干エッチング
されるが問題はない。)次いで露出したp- 型シリコン
基板1を0.5μm 程度エッチングし、第2のトレンチ9
を形成する。次いでレジスト(図示せず)を除去する。
次いで20nm程度のイオン注入用の酸化膜(図示せず)を
成長する。次いで窒化膜21、酸化膜22及び酸化膜7をマ
スク層として、砒素をイオン注入し、n+ 型ソース領域
3を画定する。次いでイオン注入用の酸化膜(図示せ
ず)をエッチング除去する。次いで選択化学気相成長タ
ングステンシリサイド膜を成長させ、第2のトレンチ9
を埋め込み、メタルソース領域10を形成する。 図4(d) 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)、窒化膜21及びメタルソース領域10を
マスク層として、酸化膜22をエッチング除去する。次い
でレジスト(図示せず)を除去する。次いで15nm程度の
ゲート酸化膜11を成長する。次いで不純物を含む多結晶
シリコン膜を成長する。次いで多結晶シリコン膜を異方
性ドライエッチングし、第1のトレンチ8に埋め込まれ
たゲート電極12を形成する。 図4(e) 次いで通常のフォトリソグラフィー技術を利用し、レジ
スト(図示せず)、ゲート電極12、メタルソース領域10
及び酸化膜7をマスク層として、砒素をイオン注入し
て、n+ 型ドレイン領域4を画定する。次いでレジスト
(図示せず)を除去する。次いで不要の窒化膜21及び酸
化膜20をエッチング除去する。 図1 次いで通常の技法を適用することにより、不純物ブロッ
ク用酸化膜13及び燐珪酸ガラス(PSG)膜14の成長、
高温熱処理による不純物拡散領域の活性化及び深さの制
御、電極コンタクト窓の形成、Al配線の形成等をおこな
ってMIS電界効果トランジスタを完成する。以上実施
例に示したように、本発明のMIS電界効果トランジス
タによれば、高電圧が印加されるドレイン領域にセルフ
アラインに低濃度不純物領域を形成できることにより、
ホットキャリアの発生を抑制できるので、寿命上の伝達
コンダクタンスの劣化を改善することができることによ
る高信頼性を、ホットキャリア効果が関係ないソース領
域においては、低濃度不純物領域を形成せずにゲート電
極端より高濃度不純物領域及び低抵抗導電膜からなるソ
ース領域を形成できることにより、動作抵抗を低減でき
るので、動作時の伝達コンダクタンスの向上が実現でき
ることによる高速化を、ドレイン領域に形成する低濃度
不純物領域を表面上のレイアウト面積が必要ない第1の
トレンチの側面に形成できることによる高集積化を可能
にすることができる。さらに本発明をCーMOSに適用
すれば、高信頼、高速且つ高集積なNチャネルMIS電
界効果トランジスタの特性を損なうことなく、高速且つ
高集積なPチャネルMIS電界効果トランジスタを独立
に共存させた高信頼、高速且つ高集積なCーMOSを構
成することも可能である。なお実施例には示していない
が、第1の実施例と同様の構造をとり、それぞれのサイ
ズ及び膜厚を大きく設定した、いわゆるオフセット型の
高耐圧MIS電界効果トランジスタに利用すれば、極め
て小さなレイアウト面積で大きな耐圧が得られる高耐圧
MIS電界効果トランジスタを形成することも可能であ
る。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to illustrated examples. FIG. 1 is a schematic side sectional view of a first embodiment of a MIS field effect transistor of the present invention, and FIG.
Schematic side sectional view of the second embodiment of the IS field effect transistor, FIG. 3 is a schematic side sectional view of the third embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention, FIGS. 4 (a) to 4 (e).
FIG. 6 is a process cross-sectional view of an example of the method for manufacturing the MIS field effect transistor of the present invention. The same object is denoted by the same symbol throughout the drawings. FIG. 1 shows a first MIS field effect transistor of the present invention when a p-type silicon substrate is used.
1 is a p - type silicon substrate of about 10 16 cm −3 , 2 is a p-type channel stopper region of about 10 17 cm −3 , and 3 is n of about 10 20 cm −3. + Type source region, 4
An n + -type drain region of about 10 20 cm -3 , 5 is an n - type drain region of about 10 18 cm -3 , 6 is a third trench (for element isolation) having a depth of about 3 μm, and 7 is a third Trench filling insulating film, 8 is a first trench with a depth of about 0.5 μm (for forming a buried gate), 9 is a second trench with a depth of about 0.5 μm (for forming a buried metal source region), 10 is a buried metal source Region (tungsten silicide), 11 is 15
Gate oxide film of about nm, 12 is a gate electrode with a gate length of about 0.6 μm, 13 is an oxide film for impurity blocking of about 35 nm, 14
Is about 0.6 μm phosphosilicate glass (PSG) film, 15 is 1 μm
The degree of Al wiring is shown. In the figure, a third trench 6 is provided in the p type silicon substrate 1, a p type channel stopper region is provided on the bottom surface of the third trench 6, and an element isolation region filled with an insulating film 7 is formed. The first trench 8 is provided in the element formation region between the element isolation regions, the gate oxide film 11 is provided on the side wall and the bottom of the first trench 8, and the first trench 8 is provided through the gate oxide film 11. A gate electrode 12 in which the first trench 8 is buried flat is provided. In addition, p at one end of the gate electrode 12
The drain region composed of the n + type drain region 4 provided on the surface of the type silicon substrate 1 and the n type drain region 5 provided on the p type silicon substrate 1 on the side surface of the first trench 8 is a gate electrode 12 At the other end of the first trench 8
The second trench 9 is provided in self-alignment with
Of the bottom surface of the trench 9 in which the n + type source region 3 provided in the p type silicon substrate 1 and the source region made of a conductive film (metal layer) 10 in which the second trench 9 is evenly provided are provided. And a short channel MIS field effect transistor having is formed. Therefore, since the low-concentration impurity region can be formed in the drain region to which a high voltage is applied in a self-aligned manner, the generation of hot carriers can be suppressed, so that the deterioration of the transfer conductance over the life can be improved and the high reliability can be obtained. ,
In the source region where the hot carrier effect is irrelevant,
By forming the high-concentration impurity region and the source region made of the low-resistance conductive film from the gate electrode end without forming the low-concentration impurity region, the operating resistance can be reduced, and thus the transfer conductance at the time of operation can be improved. In addition, the low-concentration impurity region formed in the drain region can be formed on the side surface of the first trench, which does not require a layout area on the surface, thereby enabling high integration. FIG. 2 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention, in which there is no distinction between a drain region to which a high voltage is applied and a source region to which a reference voltage is applied, and a bidirectional MIS field effect. In the case of transistors, 1, 2, 6 to 8 and 11 to 15 are the same as those in FIG.
Indicates an n + type source / drain region, and 17 indicates an n type source / drain region. In the figure, there is no distinction between the drain region and the source region, and the n + type source / drain region 16
And the n -type source / drain region 17 are formed in the same structure as in FIG. 1 except that a symmetrical source / drain region is formed. In this embodiment, bidirectional MI
Since it is used as an S field effect transistor, even if one of them is used as a source region, a high resistance always exists in the source region, so that the transfer conductance cannot be improved during operation. The effect of the embodiment can be achieved, and the manufacturing process is facilitated. FIG. 3 is a schematic side sectional view of a third embodiment of the MIS field-effect transistor of the present invention.
15 is the same as FIG. 1, 18 is an n -type impurity well region,
Reference numeral 19 indicates a p + type source / drain region. In the figure, an N channel MIS having the structure of the first embodiment is shown.
It has a field effect transistor and a structure similar to that of the second embodiment, the conductivity type of the source / drain region is p-type, and the p + -type source / drain region extends to the side surface of the first trench 8.
C-MOS comprising a P-channel MIS field effect transistor provided with 19 and further provided with an n type impurity well region 18 so as to include all p + type source / drain regions 19.
Is composed of. In the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment of the N-channel MIS field effect transistor considering the hot carrier effect, high integration and high speed P-channel MIS which does not need to consider the hot carrier effect.
It is possible to obtain an optimum C-MOS that realizes high reliability, high speed, and high integration in which field effect transistors coexist. Next, an embodiment of a method of manufacturing a MIS field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (e) and FIG. However, here, only the manufacturing method relating to the formation of the MIS field effect transistor of the present invention will be described, and the manufacturing method relating to the formation of various elements (other transistors, resistors, capacitors, etc.) mounted in a general semiconductor integrated circuit will be described. Is omitted. 4A, an oxide film 20 of about 30 nm and a nitride film 21 of about 50 nm are grown on the p type silicon substrate 1. Then, using a normal photolithography technique, the nitride film 21 and the oxide film 20 are selectively and sequentially etched using a resist (not shown) as a mask layer. Then, expose the exposed p -type silicon substrate 1 to 3 μm
Etching to some extent to form a third trench 6 for element isolation. Then, the resist (not shown) is removed. Then, an oxide film (not shown) for ion implantation having a thickness of about 20 nm is grown. Next, boron is ion-implanted using the nitride film 21 as a mask layer. Then, heat treatment is performed to form the p-type channel stopper region 2. Next, the oxide film (not shown) for ion implantation is removed by etching. Next, a chemical vapor deposition oxide film 7 is grown and anisotropically dry-etched to fill the third trench 6 to form an element isolation region. 4B, using a normal photolithography technique, the nitride film 21 and the oxide film 20 are selectively and sequentially etched using the resist (not shown) and the oxide film 7 as a mask layer. Next, the exposed p type silicon substrate 1 is etched by about 0.3 μm to form a first trench 8. Then, the resist (not shown) is removed. Then, an oxide film (not shown) for ion implantation having a thickness of about 20 nm is grown. Next, phosphorus is obliquely ion-implanted using the nitride film 21 and the oxide film 7 as a mask layer. Next, the oxide film (not shown) for ion implantation is removed by etching. Then, using the nitride film 21 and the oxide film 7 as a mask layer, the p type silicon substrate 1 is etched by about 0.2 μm to remove the phosphorus injected into the bottom surface of the first trench 8 by etching. Next, a chemical vapor deposition oxide film 22 is grown,
Anisotropic dry etching is performed to fill the first trench 8. Then, heat treatment is performed to form the n type drain region 5 on the side surface of the first trench 8. 4C, using a normal photolithography technique, the nitride film 21 and the oxide film 20 are selectively and sequentially etched using a resist (not shown), the oxide film 22 and the oxide film 7 as mask layers. (At this time, the oxide film 22 and the oxide film 7 are slightly etched, but there is no problem.) Next, the exposed p type silicon substrate 1 is etched by about 0.5 μm, and the second trench 9 is formed.
To form. Then, the resist (not shown) is removed.
Then, an oxide film (not shown) for ion implantation having a thickness of about 20 nm is grown. Then, using the nitride film 21, the oxide film 22, and the oxide film 7 as a mask layer, arsenic is ion-implanted to define the n + type source region 3. Next, the oxide film (not shown) for ion implantation is removed by etching. Then, a selective chemical vapor deposition tungsten silicide film is grown to form the second trench 9
To form a metal source region 10. 4D, using a normal photolithography technique, the oxide film 22 is removed by etching using the resist (not shown), the nitride film 21 and the metal source region 10 as a mask layer. Then, the resist (not shown) is removed. Then, a gate oxide film 11 of about 15 nm is grown. Then, a polycrystalline silicon film containing impurities is grown. Next, the polycrystalline silicon film is anisotropically dry-etched to form the gate electrode 12 embedded in the first trench 8. 4E, using a normal photolithography technique, a resist (not shown), a gate electrode 12, a metal source region 10 are formed.
Using the oxide film 7 as a mask layer, arsenic is ion-implanted to define the n + type drain region 4. Then, the resist (not shown) is removed. Then, the unnecessary nitride film 21 and oxide film 20 are removed by etching. Then, by applying a conventional technique, the growth of the impurity blocking oxide film 13 and the phosphosilicate glass (PSG) film 14 is performed.
The MIS field effect transistor is completed by activating the impurity diffusion region and controlling the depth by high temperature heat treatment, forming an electrode contact window, forming an Al wiring, and the like. As described in the above embodiments, according to the MIS field effect transistor of the present invention, the low-concentration impurity region can be formed in a self-aligned manner in the drain region to which a high voltage is applied.
Since the generation of hot carriers can be suppressed, the high reliability due to the improvement of the deterioration of the transfer conductance over the lifetime can be achieved by the gate region without forming the low concentration impurity region in the source region where the hot carrier effect is not related. Since the operating region can be reduced by forming the source region composed of the high-concentration impurity region and the low-resistance conductive film from an extremely high level, it is possible to improve the transfer conductance at the time of operation, thereby increasing the speed of the low-concentration impurity region formed in the drain region. The region can be formed on the side surface of the first trench that does not require a layout area on the surface, and thus high integration can be enabled. Further, when the present invention is applied to a C-MOS, high-speed and high-integration P-channel MIS field-effect transistors can coexist independently without impairing the characteristics of the high-reliability, high-speed and high-integration N-channel MIS field-effect transistor. It is also possible to construct a highly reliable, high-speed and highly integrated C-MOS. Although not shown in the embodiment, if it is used for a so-called offset type high breakdown voltage MIS field effect transistor having the same structure as that of the first embodiment and having a large size and a large film thickness, it is extremely small. It is also possible to form a high breakdown voltage MIS field effect transistor that can obtain a large breakdown voltage in the layout area.

【0007】[0007]

【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、MI
S電界効果トランジスタにおいて、ホットキャリアの抑
制に効果のある低濃度不純物領域を、必要とされるドレ
イン領域にのみ、しかも高濃度不純物領域下のトレンチ
の側面にセルフアラインで形成でき、且つソース領域を
低抵抗に形成できるので、寿命上の伝達コンダクタンス
の劣化を改善できることによる高信頼性を、動作時の伝
達コンダクタンスを向上できることによる高速化を、特
別のレイアウト面積を必要とせずに形成できることによ
る高集積化を可能にすることができる。即ち、極めて高
信頼、高速且つ高集積な半導体集積回路の形成を可能と
したMIS電界効果トランジスタを得ることができる。
As described above, according to the present invention, MI
In the S field effect transistor, a low-concentration impurity region effective in suppressing hot carriers can be formed only in a necessary drain region and on the side surface of the trench below the high-concentration impurity region by self-alignment, and a source region is formed. Since it can be formed with low resistance, high reliability can be obtained by improving the deterioration of transfer conductance over life, high speed can be achieved by improving transfer conductance during operation, and high integration can be achieved without requiring a special layout area. Can be enabled. That is, it is possible to obtain a MIS field effect transistor which enables formation of a highly reliable, high speed and highly integrated semiconductor integrated circuit.

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

【図1】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第1の実施例の模式側断面図
FIG. 1 is a schematic side sectional view of a first embodiment of a MIS field effect transistor of the present invention.

【図2】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第2の実施例の模式側断面図
FIG. 2 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention.

【図3】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第3の実施例の模式側断面図
FIG. 3 is a schematic side sectional view of a third embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention.

【図4(a) 〜(e) 】 本発明のMIS電界効果トランジ
スタにおける製造方法の一実施例の工程断面図
4 (a) to 4 (e) are process cross-sectional views of an example of a method of manufacturing the MIS field effect transistor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p- 型シリコン基板 2 p型チャネルストッパー領域 3 n+ 型ソース領域 4 n+ 型ドレイン領域 5 n- 型ドレイン領域 6 第3のトレンチ(素子分離用) 7 第3のトレンチ埋め込み絶縁膜 8 第1のトレンチ(埋め込みゲート形成用) 9 第2のトレンチ(埋め込みメタルソース領域形成
用) 10 埋め込みメタルソース領域(タングステンシリサイ
ド) 11 ゲート酸化膜 12 ゲート電極 13 不純物ブロック用酸化膜 14 燐珪酸ガラス(PSG)膜 15 Al配線 16 n+ 型ソースドレイン領域 17 n- 型ソースドレイン領域 18 n- 型不純物ウエル領域 19 p+ 型ソースドレイン領域
1 p type silicon substrate 2 p type channel stopper region 3 n + type source region 4 n + type drain region 5 n type drain region 6 third trench (for element isolation) 7 third trench buried insulating film 8 1 trench (for forming a buried gate) 9 second trench (for forming a buried metal source region) 10 buried metal source region (tungsten silicide) 11 gate oxide film 12 gate electrode 13 oxide film for impurity block 14 phosphosilicate glass (PSG) ) Film 15 Al wiring 16 n + type source / drain region 17 n type source / drain region 18 n type impurity well region 19 p + type source / drain region

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年6月10日[Submission date] June 10, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief explanation of the drawing

【補正方法】追加[Correction method] Added

【補正内容】[Correction content]

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

【図1】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第1の実施例の模式側断面図
FIG. 1 is a schematic side sectional view of a first embodiment of a MIS field effect transistor of the present invention.

【図2】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第2の実施例の模式側断面図
FIG. 2 is a schematic side sectional view of a second embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention.

【図3】 本発明のMIS電界効果トランジスタにおけ
る第3の実施例の模式側断面図
FIG. 3 is a schematic side sectional view of a third embodiment of the MIS field effect transistor of the present invention.

【図4(a) 〜(e) 】 本発明のMIS電界効果トランジ
スタにおける製造方法の一実施例の工程断面図
4 (a) to 4 (e) are process cross-sectional views of an example of a method of manufacturing the MIS field effect transistor of the present invention.

【図5】 従来のMIS電界効果トランジスタの模式側
断面図
FIG. 5 is a schematic side sectional view of a conventional MIS field effect transistor.

【符号の説明】 1 p- 型シリコン基板 2 p型チャネルストッパー領域 3 n+ 型ソース領域 4 n+ 型ドレイン領域 5 n- 型ドレイン領域 6 第3のトレンチ(素子分離用) 7 第3のトレンチ埋め込み絶縁膜 8 第1のトレンチ(埋め込みゲート形成用) 9 第2のトレンチ(埋め込みメタルソース領域形成
用) 10 埋め込みメタルソース領域(タングステンシリサイ
ド) 11 ゲート酸化膜 12 ゲート電極 13 不純物ブロック用酸化膜 14 燐珪酸ガラス(PSG)膜 15 Al配線 16 n+ 型ソースドレイン領域 17 n- 型ソースドレイン領域 18 n- 型不純物ウエル領域 19 p+ 型ソースドレイン領域
[Explanation of Codes] 1 p type silicon substrate 2 p type channel stopper region 3 n + type source region 4 n + type drain region 5 n type drain region 6 third trench (for element isolation) 7 third trench Buried insulating film 8 First trench (for buried gate formation) 9 Second trench (for buried metal source region formation) 10 Buried metal source region (tungsten silicide) 11 Gate oxide film 12 Gate electrode 13 Impurity block oxide film 14 Phosphosilicate glass (PSG) film 15 Al wiring 16 n + type source / drain region 17 n type source / drain region 18 n type impurity well region 19 p + type source / drain region

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一導電型半導体基板と、前記半導体基板に
設けられた第1のトレンチと、前記第1のトレンチの側
壁及び底部に設けられたゲート酸化膜と、前記ゲート酸
化膜を介して前記第1のトレンチを埋め込んだゲート電
極と、前記ゲート電極の一方の端から外側の前記半導体
基板表面に設けられた反対導電型の第1の高濃度不純物
領域及び前記第1の高濃度不純物領域に接して前記第1
のトレンチの側面の前記半導体基板に設けられた反対導
電型の低濃度不純物領域からなるドレイン領域と、前記
ゲート電極の他方の端の側壁の前記ゲート酸化膜に接し
て前記半導体基板に設けられた第2のトレンチ、前記第
2のトレンチの底面の前記半導体基板に設けられた反対
導電型の第2の高濃度不純物領域及び前記第2のトレン
チを埋め込んだ導電膜からなるソース領域とを備えてな
ることを特徴とするMIS電界効果トランジスタ。
1. A semiconductor substrate of one conductivity type, a first trench provided in the semiconductor substrate, a gate oxide film provided on a sidewall and a bottom of the first trench, and the gate oxide film interposed therebetween. A gate electrode filling the first trench, a first high-concentration impurity region of opposite conductivity type and a first high-concentration impurity region provided on the surface of the semiconductor substrate outside one end of the gate electrode. In contact with the first
Provided on the semiconductor substrate in contact with the drain region formed of a low-concentration impurity region of opposite conductivity type provided on the semiconductor substrate on the side surface of the trench and the gate oxide film on the side wall at the other end of the gate electrode. A second trench, a second high-concentration impurity region of the opposite conductivity type provided on the semiconductor substrate on the bottom surface of the second trench, and a source region made of a conductive film filling the second trench. A MIS field effect transistor characterized by:
【請求項2】ソース領域の構造がドレイン領域の構造と
同一であることを特徴とする特許請求の範囲請求項1記
載のMIS電界効果トランジスタ。
2. The MIS field effect transistor according to claim 1, wherein the structure of the source region is the same as the structure of the drain region.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012212923A (en) * 2012-07-02 2012-11-01 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device manufacturing method
US11121249B2 (en) 2019-08-02 2021-09-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device, inverter circuit, driving device, vehicle, and elevator

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