JPH06101476B2 - Method for manufacturing field effect semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing field effect semiconductor device

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JPH06101476B2
JPH06101476B2 JP7398986A JP7398986A JPH06101476B2 JP H06101476 B2 JPH06101476 B2 JP H06101476B2 JP 7398986 A JP7398986 A JP 7398986A JP 7398986 A JP7398986 A JP 7398986A JP H06101476 B2 JPH06101476 B2 JP H06101476B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 本発明は一部が絶縁膜で覆われた単結晶シリコン基板上
にシリコン薄膜を形成した構造の半導体基板上に形成さ
れる電界効果型半導体装置およびその製造法に関するも
のである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a field effect semiconductor device formed on a semiconductor substrate having a structure in which a silicon thin film is formed on a single crystal silicon substrate partially covered with an insulating film. And the manufacturing method thereof.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ソース領域及びドレイン領域が絶縁膜上に存在する電界
効果型半導体装置(MOSFET)はその構造上、高密度化,
高速化の点において、単結晶シリコン基板を用いたもの
よりも有利である。従来のこのような電界効果型半導体
装置の具体的構造を第7図に示す。単結晶シリコン基板
1表面の一部が二酸化シリコン膜からなる比較的厚い絶
縁膜6で覆われ(第1の領域)、第1の領域と覆われて
いない部分(第2の領域)上にシリコン薄膜19形成さ
れ、第1の領域上にシリコン薄膜19内にソース領域7及
びドレイン領域8の大部分が形成され、第2の領域上の
シリコン薄膜19の表面上にゲート酸化膜10を介してポリ
シリコンゲート13が形成され、シリコン薄膜19のゲート
酸化膜10との界面にチャネル9が形成されている。絶縁
膜6はゲート酸化膜10に比して厚い。本FETではシリコ
ン基板1と基板1に直接に接するソース領域7及びドレ
イン領域8との間にそれぞれ生じる空乏層領域11,12は
非常に小さな部分に限られているため、ソース領域7及
びドレイン領域8とシリコン基板1との間に生じる寄生
容量を大幅に低減でき、高速な動作が期待できる。ま
た、拡散層(ソース領域7及びドレイン領域8)と金属
電極配線16とのコンタクトを絶縁膜6上で取っているた
め、金属と拡散層の反応のために拡散層とシリコン基板
1との接合(空乏層領域11,12は接合部に形成される)
破壊されることが無い。さらに、チップ上に拡散層領域
という形で存在している配線用の面積が無くなるため、
高密度に素子を配列することが可能となる。さらにその
上、このFETを用いてCMOSを構成すると寄生バイポーラ
のエミッタ面積が極めて微小なものとなるために注入効
率が低下し、ラッチアップ耐性が向上する。以上4つの
利点に加え、本FETはチャネル領域の下部においてシリ
コン薄膜19とシリコン基板1が電気的に導通しているた
め(同じ導電型のため)、素子領域が基板に対して完全
に絶縁されているSOI基板を用いて作製したFETにおいて
問題となる基板電位の変動から生じる閾値電圧の変動は
生じない。しかしこのような利点を有するにもかかわら
ず第7図に示すような構造の微細な半導体装置を従来技
術で作製する場合に、ゲート電極パタンをホトリソグラ
フィを用いて形成しているため、十分に微細な構造を作
ることができないという欠点があった。
A field effect semiconductor device (MOSFET) having a source region and a drain region on an insulating film has a high density due to its structure.
In terms of speeding up, it is more advantageous than that using a single crystal silicon substrate. A concrete structure of such a conventional field effect semiconductor device is shown in FIG. Part of the surface of the single crystal silicon substrate 1 is covered with a relatively thick insulating film 6 made of a silicon dioxide film (first region), and silicon is formed on the first region and the uncovered portion (second region). A thin film 19 is formed, most of the source region 7 and the drain region 8 are formed in the silicon thin film 19 on the first region, and the gate oxide film 10 is formed on the surface of the silicon thin film 19 on the second region. A polysilicon gate 13 is formed, and a channel 9 is formed at the interface between the silicon thin film 19 and the gate oxide film 10. The insulating film 6 is thicker than the gate oxide film 10. In this FET, since the depletion layer regions 11 and 12 generated between the silicon substrate 1 and the source region 7 and the drain region 8 that are in direct contact with the substrate 1 are limited to very small portions, the source region 7 and the drain region 8 and the silicon substrate 1 can be significantly reduced in parasitic capacitance, and high-speed operation can be expected. Further, since the contact between the diffusion layer (source region 7 and drain region 8) and the metal electrode wiring 16 is made on the insulating film 6, the diffusion layer is bonded to the silicon substrate 1 due to the reaction between the metal and the diffusion layer. (Depletion layer regions 11 and 12 are formed at the junction)
Will not be destroyed. Furthermore, since there is no wiring area existing on the chip in the form of a diffusion layer region,
It becomes possible to arrange elements in high density. Furthermore, if a CMOS is constructed using this FET, the emitter area of the parasitic bipolar becomes extremely small, so that the injection efficiency is reduced and the latch-up resistance is improved. In addition to the above four advantages, in this FET, since the silicon thin film 19 and the silicon substrate 1 are electrically conducted under the channel region (because of the same conductivity type), the element region is completely insulated from the substrate. There is no fluctuation of the threshold voltage caused by the fluctuation of the substrate potential, which is a problem in the FET manufactured using the SOI substrate. However, in spite of having such an advantage, when the fine semiconductor device having the structure as shown in FIG. 7 is manufactured by the conventional technique, the gate electrode pattern is formed by using photolithography, so There is a drawback that it is not possible to make a fine structure.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、ソース領域およびドレイン領域の大部
分が、表層の全面あるいは一部分が窒化シリコン膜もし
くは窒化シリコンを主成分とする絶縁膜からなる厚い絶
縁膜上に存在することによって寄生容量の低減,拡散層
と電極配線とのコンタクトの信頼性の向上、CMOS化した
際のラッチアップ耐性の向上が図られ、かつ良好な品質
の単結晶シリコンにチャネル領域を形成し、その結果キ
ャリアの移動度を高めた、微細な該電界効果型半導体装
置のゲート電極を自己整合的に形成できる製造法を提供
し、電界効果型半導体装置の微細化と高速化を促進する
ことにある。
An object of the present invention is to reduce the parasitic capacitance because most of the source region and the drain region are present on the entire surface or part of the surface layer on a thick insulating film made of a silicon nitride film or an insulating film containing silicon nitride as a main component. , The reliability of the contact between the diffusion layer and the electrode wiring is improved, the latch-up resistance in CMOS is improved, and the channel region is formed in good quality single crystal silicon, resulting in carrier mobility. It is to provide a manufacturing method capable of forming a fine gate electrode of the field-effect semiconductor device in a self-aligned manner, and promoting miniaturization and speeding up of the field-effect semiconductor device.

〔発明の構成〕[Structure of Invention]

(A) 本発明の第1の特徴は、主たるソース領域及び
ドレイン領域が厚い絶縁膜上に存在するMOSFET構造にお
いて、従来該絶縁膜として用いられていた二酸化シリコ
ン膜の代わりに、該絶縁膜上に形成される薄いシリコン
膜と接する面の全てあるいは一部が、窒化シリコン膜、
窒化シリコンを主成分とする絶縁膜のいずれかである膜
を用いることを特徴とする。この特徴のために、該絶縁
膜上の薄いシリコン膜の表面は平滑と成り、該電界効果
型半導体装置を微細なものとすることができる。
(A) A first feature of the present invention is that, in a MOSFET structure in which a main source region and a drain region are present on a thick insulating film, the silicon dioxide film on the insulating film is used instead of the silicon dioxide film which is conventionally used as the insulating film. All or part of the surface in contact with the thin silicon film formed on the
It is characterized in that a film which is any one of insulating films containing silicon nitride as a main component is used. Due to this feature, the surface of the thin silicon film on the insulating film becomes smooth, and the field effect semiconductor device can be made fine.

(B) 本発明の第2の特徴は、厚い絶縁膜上に形成さ
れた薄いシリコン膜の表面が平滑になったことに伴い、
ゲートポリシリコン膜形成時に、その下に厚い絶縁膜の
存在しない第2の領域上のゲートポリシリコン膜上に溝
が形成され、この溝の表面が平滑と成り、この溝にレジ
スト等のマスク材料を表面が平担になるように塗布し、
エッチバックすることにより、溝の内部に埋め込まれた
マスク材料の端が滑らかなものとなる。このため、溝の
内部に埋め込まれたマスク材料をエッチングマスクとし
て用いてゲートポリシリコン膜をエッチングすることに
より微細なゲート電極を形成できる。
(B) The second feature of the present invention is that the surface of the thin silicon film formed on the thick insulating film becomes smooth,
At the time of forming the gate polysilicon film, a groove is formed on the gate polysilicon film on the second region where the thick insulating film does not exist thereunder, the surface of the groove becomes smooth, and a mask material such as a resist is formed in the groove. Apply so that the surface is flat,
By etching back, the edge of the mask material embedded in the groove becomes smooth. Therefore, a fine gate electrode can be formed by etching the gate polysilicon film using the mask material embedded in the groove as an etching mask.

〔実施例〕〔Example〕

本発明による電界効果型半導体装置を第1図に示す。ま
た、それに至る製造法を第2図〜第6図を用いて詳細に
説明する。なお、実施例は、いくつかの例示であって、
本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更或は改良を
行ないうることは言うまでもない。
A field effect type semiconductor device according to the present invention is shown in FIG. The manufacturing method leading to it will be described in detail with reference to FIGS. In addition, the examples are some examples,
It goes without saying that various changes or improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.

単結晶シリコン基板1に比較的厚い絶縁膜(0.2〜0.8μ
m)として化学的気相成長法(以後CVD法という)等に
より窒化シリコン膜2を形成する(第2図(a))。そ
の上にフォトリソグラフィーによりパタンニングされた
レジスト3を形成する(第2図(b))。次にレジスト
をマスクにして、反応性イオンエッチング法(以後RIE
という)等により、窒化シリコン膜2をエッチングして
シリコン基板1を露出させる(第2図(c))。ここで
シリコン基板1の表面の露出した領域が第2の領域、そ
れ以外の絶縁膜2で覆われた領域が第1の領域である。
その後700℃以上の高温を用いるCVD法や分子線エピタキ
シー法(以後MBE法という)等のシリコンエピタキシャ
ル成長法により薄いシリコン薄膜19(0.02〜0.3μm)
を形成する(第2図(d))。シリコン薄膜19のうち、
700℃以上の高温を用いるためシリコン基板上(第2の
領域上)には良好な品質の単結晶シリコン薄膜4が形成
される。また比較的厚い絶縁膜としてシリコン薄膜形成
時に初期核密度(核は結晶成長が開始される点)が大き
くなる窒化シリコン膜2を使用したため、700℃以上の
高温を用いているにもかかわらず、絶縁膜2上(第1の
領域上)に形成された単結晶シリコン膜5の表面は平滑
となる。
A relatively thick insulating film (0.2 to 0.8μ) on the single crystal silicon substrate 1.
As m), a silicon nitride film 2 is formed by a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as a CVD method) or the like (FIG. 2 (a)). A resist 3 patterned by photolithography is formed thereon (FIG. 2 (b)). Next, using the resist as a mask, the reactive ion etching method (hereinafter referred to as RIE
Etching the silicon nitride film 2 to expose the silicon substrate 1 (FIG. 2 (c)). Here, the exposed region of the surface of the silicon substrate 1 is the second region, and the other region covered with the insulating film 2 is the first region.
After that, a thin silicon thin film 19 (0.02 to 0.3 μm) is formed by a silicon epitaxial growth method such as a CVD method using a high temperature of 700 ° C. or higher and a molecular beam epitaxy method (hereinafter referred to as MBE method).
Are formed (FIG. 2 (d)). Of the silicon thin film 19,
Since a high temperature of 700 ° C. or higher is used, a single crystal silicon thin film 4 of good quality is formed on the silicon substrate (second region). Further, since the silicon nitride film 2 whose initial nucleus density (the point at which nuclei start crystal growth) becomes large when a silicon thin film is formed is used as a relatively thick insulating film, even though a high temperature of 700 ° C. or higher is used, The surface of the single crystal silicon film 5 formed on the insulating film 2 (on the first region) becomes smooth.

絶縁膜2はシリコン薄膜形成の初期過程において核密度
が大きく、表面の平滑なシリコン薄膜が得られるという
条件を満たす範囲内であれば窒化シリコンを主成分とす
る他の薄膜(例えばSi−N系、Si−N−O系の絶縁膜)
であってかまわない。また第3図に示すように、絶縁膜
として窒化シリコン薄膜または窒化シリコンを主成分と
する薄膜を上層2とし、二酸化シリコン等の誘電率の低
い膜を下層6とする2層膜(膜厚0.2〜0.8μm)を用い
れば多結晶シリコン膜5とシリコン基板1間の寄生容量
を減らすことができ、シリコン薄膜19上に形成される電
界効果型半導体装置の動作を高速化するのに有利であ
る。また二酸化シリコンとシリコンとの熱膨張係数の差
が窒化シリコン膜よりも小さいことから、上記2層膜の
使用により窒化シリコン膜2とシリコン基板1の大きな
熱膨張係数差によってシリコン基板中に生じるスリップ
等の格子欠陥、絶縁膜中に生じるクラック等の欠陥など
の種々の障害を緩和することができる。
The insulating film 2 has a high nucleus density in the initial stage of the formation of the silicon thin film, and other thin films containing silicon nitride as a main component (for example, Si-N system) as long as they satisfy the condition that a silicon thin film having a smooth surface can be obtained. , Si-N-O type insulating film)
It doesn't matter. Further, as shown in FIG. 3, a two-layer film (film thickness 0.2 with a silicon nitride thin film or a thin film containing silicon nitride as a main component as an insulating film is used as an upper layer 2 and a film having a low dielectric constant such as silicon dioxide is used as a lower layer 6. .About.0.8 .mu.m), the parasitic capacitance between the polycrystalline silicon film 5 and the silicon substrate 1 can be reduced, which is advantageous for speeding up the operation of the field effect semiconductor device formed on the silicon thin film 19. . Further, since the difference in the coefficient of thermal expansion between silicon dioxide and silicon is smaller than that of the silicon nitride film, the use of the above-mentioned two-layer film causes a large difference in coefficient of thermal expansion between the silicon nitride film 2 and the silicon substrate 1 to cause slippage in the silicon substrate. It is possible to mitigate various obstacles such as lattice defects such as, defects such as cracks generated in the insulating film.

しかしながら、第3図の構造で寄生容量を更に減らすた
めに二酸化シリコン膜6の膜厚を大きくすると、二酸化
シリコン膜6の側壁でシリコン薄膜形成の初期過程にお
ける核密度が減少しシリコン薄膜が片滑に形成されない
という問題が生じる。第4図にこの問題点を解決する構
造を示す。まず薄い窒化シリコン膜2を上層に、二酸化
シリコン等の誘電率の低い厚い膜6を下層とする絶縁膜
を第2図の場合と同様にフォトリソグラフィー及びRIE
法等で加工しシリコン基板1を露出させる(第4図
(a))。その後、露出したシリコン基板1をわずかに
酸化し、シリコン基板1の表面に薄い酸化膜(図示せ
ず)を形成する。次に再び薄い窒化シリコン膜2′を形
成し(第4図(b))、RIE法等で窒化シリコン膜2,2′
に対して異方性エッチングを施し、つづいて薄い酸化膜
(異方性エッチング時にシリコン基板表面がエッチング
されるのを防ぐ)を除去してシリコン基板1を露出さ
せ、二酸化シリコン等の絶縁膜6の側壁に窒化シリコン
2′の枠の付いた構造を形成する(第4図(c))、そ
の後700℃以上の高温を用いるCVD法,MBE法等によりシリ
コン薄膜19を形成し第4図(d)の構造を得る。ここで
シリコン薄膜19のうち、第1の領域上が5、第2の領域
上が4である。第4図の構造では、絶縁膜側壁において
も、形成されたシリコン薄膜の表面は十分に平滑にな
る。
However, if the film thickness of the silicon dioxide film 6 is increased in order to further reduce the parasitic capacitance in the structure of FIG. 3, the nucleus density in the initial process of the silicon thin film formation on the sidewalls of the silicon dioxide film 6 will decrease and the silicon thin film will slip. There is a problem that it is not formed. FIG. 4 shows a structure for solving this problem. First, an insulating film having a thin silicon nitride film 2 as an upper layer and a thick film 6 having a low dielectric constant such as silicon dioxide as a lower layer is formed by photolithography and RIE as in the case of FIG.
Then, the silicon substrate 1 is exposed by the method (FIG. 4 (a)). After that, the exposed silicon substrate 1 is slightly oxidized to form a thin oxide film (not shown) on the surface of the silicon substrate 1. Next, a thin silicon nitride film 2'is formed again (FIG. 4 (b)), and the silicon nitride film 2, 2'is formed by the RIE method or the like.
Anisotropic etching is performed on the silicon substrate 1 to remove the thin oxide film (which prevents the surface of the silicon substrate from being etched during the anisotropic etching) to expose the silicon substrate 1 and the insulating film 6 such as silicon dioxide. A structure with a frame of silicon nitride 2'is formed on the side wall of (Fig. 4 (c)), and then a silicon thin film 19 is formed by the CVD method or MBE method using a high temperature of 700 ° C or higher. The structure of d) is obtained. Here, in the silicon thin film 19, 5 is on the first region and 4 is on the second region. In the structure of FIG. 4, the surface of the formed silicon thin film is sufficiently smooth even on the side wall of the insulating film.

つづいて、シリコン薄膜19表面を酸化し、素子と成る領
域を決定するためのマスク材料(例えば酸化シリコン膜
や窒化シリコン膜)を全面に堆積する。シリコン薄膜19
を加工するために、まずリソグラフィとドライエッチン
グを用いてマスク材料を加工し、素子領域を決定する。
この時の素子領域(すなわちチャネル領域61とソース・
ドレイン拡散層領域62)とそれ以外の素子間分離領域63
およびゲート電極引き出し領域64の平面上での関係を第
5図に示す。厚い絶縁膜6は、ソース・ドレイン拡散層
領域62の大部分の下と素子間分離領域63の領域の下にあ
る。この厚い絶縁膜のある領域が第1の領域であり、厚
い絶縁膜のない領域が第2の領域である。第1の領域と
第2の領域との境界65を第5図中に破線で示す。つづい
て、ドライエッチングを用いてシリコン薄膜19をエッチ
ングし素子領域(61,62)のみを残し、異る素子領域を
相互に分離する。このとき、シリコン薄膜19は粒成長に
よる表面荒れがなく、表面が平滑である。次に後で形成
されるゲート電極用ポリシリコン膜13とシリコン基板1
とを絶縁するために、ゲート電極引き出し領域64を酸化
する。ここでゲート電極引き出し領域64及びチャネル領
域61は全て第2の領域内にある。あるいは、素子領域上
に形成されたマスク材料をマスクとしてて選択酸化を行
ない(このときはマスク材料として耐酸化性のある窒化
シリコン膜を使用できる)、素子領域の分離とゲート電
極引き出し領域64の酸化を行なう。この後、マスク材料
を除去し、ゲート酸化を行ない、シリコン薄膜19の表面
に薄いゲート酸化膜10を形成し、次にゲート電極用ポリ
シリコン膜13′を堆積する。ゲート電極用ポリシリコン
膜13′堆積後、レジストを厚く塗布し、表面を平担にし
た後にエッチバックを行なう事により、第6図(a)に
示すように、厚い絶縁膜6の存在しない第2の領域内に
存在する溝21内にレジストを埋め込み、レジストからな
るゲート電極パタン3を形成する。これらの電極パタン
3は第2の領域65の境界より等間隔(ポリシリコン膜1
3′の膜厚+シリコン薄膜19の膜厚程度)だけ1まわり
小さいパタンになる。続いてポリシリコン13′をECRプ
ラズマエッチング法を用いて高精度にエッチングし、ポ
リシリコンからなるゲート電極13を形成し(第6図
(b))、レジスト3を除去する(第6図(c))。シ
リコン薄膜19の表面が平滑であるため、この自己整合的
なゲート電極の形成により、ゲート電極13の端部が直線
状になり、ゲート内でのチャネル長のバラツキの無い微
細なゲート電極を形成できる。
Subsequently, the surface of the silicon thin film 19 is oxidized and a mask material (for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film) for determining a region to be an element is deposited on the entire surface. Silicon thin film 19
For processing, the mask material is first processed by using lithography and dry etching to determine the element region.
At this time, the device region (that is, the channel region 61 and the source
Drain diffusion layer region 62) and other element isolation regions 63
The relationship between the gate electrode lead-out region 64 and the plane is shown in FIG. The thick insulating film 6 is under most of the source / drain diffusion layer region 62 and under the element isolation region 63. The region with the thick insulating film is the first region, and the region without the thick insulating film is the second region. A boundary 65 between the first area and the second area is shown by a broken line in FIG. Then, the silicon thin film 19 is etched by dry etching to leave only the element regions (61, 62) and separate the different element regions from each other. At this time, the silicon thin film 19 has no surface roughness due to grain growth and has a smooth surface. Next, a gate electrode polysilicon film 13 and a silicon substrate 1 to be formed later.
The gate electrode lead-out region 64 is oxidized to insulate the electrodes. Here, the gate electrode lead-out region 64 and the channel region 61 are all in the second region. Alternatively, selective oxidation is performed using the mask material formed on the element region as a mask (in this case, a silicon nitride film having oxidation resistance can be used as the mask material) to separate the element region and the gate electrode lead-out region 64. Oxidize. After that, the mask material is removed and gate oxidation is performed to form a thin gate oxide film 10 on the surface of the silicon thin film 19, and then a polysilicon film 13 'for a gate electrode is deposited. After depositing the polysilicon film 13 'for the gate electrode, a thick resist is applied, the surface is flattened, and then etch back is performed, so that as shown in FIG. A resist is buried in the groove 21 existing in the region 2 to form the gate electrode pattern 3 made of the resist. These electrode patterns 3 are evenly spaced from the boundary of the second region 65 (polysilicon film 1
The pattern becomes smaller by about 1 by the film thickness of 3 '+ the film thickness of the silicon thin film 19). Then, the polysilicon 13 'is etched with high precision by using the ECR plasma etching method to form the gate electrode 13 made of polysilicon (Fig. 6 (b)), and the resist 3 is removed (Fig. 6 (c). )). Since the surface of the silicon thin film 19 is smooth, the end portion of the gate electrode 13 becomes linear due to the formation of this self-aligned gate electrode, and a fine gate electrode having no variation in the channel length within the gate is formed. it can.

この後、ゲートポリシリコン電極13の表面を酸化する。
このとき同時に、拡散層7,8となるべき、厚い絶縁膜6
上のポリシリコンの表面も酸化される(酸化膜は図示せ
ず)。しかし厚い絶縁膜6上のポリシリコン(ソース・
ドレイン領域7,8)上の酸化膜の膜厚は、増速酸化が生
じる高濃度に不純物がドープされたゲートポリシリコン
13表面の酸化膜14よりも薄い。つづいてソース・ドレイ
ン形成用のイオン打ち込みとアニールを行なう。しかる
後、ソース・ドレイン領域7,8(拡散層)上の酸化膜を
エッチング除去し、拡散層7,8表面のシリコンを露出さ
せる。このときゲート電極ポリシリコン13表面には、酸
化膜14が残っている。次に露出したシリコン上にタング
ステンを選択的に生長させるか、あるいは露出したシリ
コン層をシリサイド化し、タングステンあるいはシリサ
イド膜18を形成し、拡散層抵抗を低抵抗化する。しかる
後、ゲートポリシリコン13の両脇に存在する溝21′を層
間膜あるいはパッシベーション膜15を堆積することによ
り埋め、層間膜あるいはパッシベーション膜15堆積後の
表面を平担化する。次に、層間膜あるいはパッシベーシ
ョン膜15にコンタクトホールを形成し、電極配線用金属
16を形成する。最終的な断面の形状を第1図に示す。
After that, the surface of the gate polysilicon electrode 13 is oxidized.
At this time, at the same time, the thick insulating film 6 that should become the diffusion layers 7 and 8 is formed.
The surface of the upper polysilicon is also oxidized (the oxide film is not shown). However, polysilicon (source,
The thickness of the oxide film on the drain regions 7 and 8) is the gate polysilicon that is heavily doped with impurities that causes accelerated oxidation.
13 is thinner than the oxide film 14 on the surface. Subsequently, ion implantation and annealing for source / drain formation are performed. Thereafter, the oxide film on the source / drain regions 7 and 8 (diffusion layers) is removed by etching to expose the silicon on the surfaces of the diffusion layers 7 and 8. At this time, the oxide film 14 remains on the surface of the gate electrode polysilicon 13. Next, tungsten is selectively grown on the exposed silicon or the exposed silicon layer is silicidized to form a tungsten or silicide film 18 to reduce the resistance of the diffusion layer. Thereafter, the trenches 21 'existing on both sides of the gate polysilicon 13 are filled by depositing an interlayer film or a passivation film 15, and the surface after depositing the interlayer film or the passivation film 15 is flattened. Next, a contact hole is formed in the interlayer film or the passivation film 15, and a metal for electrode wiring is formed.
Forming 16. The shape of the final cross section is shown in FIG.

〔効果の説明〕[Explanation of effects]

以上説明したように本方法では、シリコン薄膜形成の初
期過程における核密度が大きいために表面の平滑なシリ
コン膜が得られる窒化シリコン膜もしくは窒化シリコン
を主成分とする膜を厚い絶縁膜もしくは厚い絶縁膜の表
面の層に用いるため、該厚い絶縁膜に覆われていない第
2の領域に良質なエピタキシャル単結晶薄膜が生長する
条件で全面にシリコン薄膜を生長させているにもかかわ
らず、第1の領域の厚い絶縁膜上に平滑な多結晶シリコ
ン膜を形成することができ、引き続く工程で自己整合的
にゲート電極の端部に直線状に形成できる。この結果ゲ
ート内でのチャネル長のバラツキの無い微細なゲート電
極(チャネル長がサブミクロン以下のゲート電極)を形
成できる。
As described above, in the present method, a silicon nitride film or a film containing silicon nitride as a main component is used as a thick insulating film or a thick insulating film because the nucleus density in the initial process of forming a silicon thin film is large and thus a silicon film having a smooth surface can be obtained. Since it is used as a layer on the surface of the film, the silicon thin film is grown on the entire surface under the condition that a good-quality epitaxial single crystal thin film is grown on the second region not covered with the thick insulating film. A smooth polycrystalline silicon film can be formed on the thick insulating film in the region (3) and can be linearly formed in the end portion of the gate electrode in a self-aligning manner in the subsequent process. As a result, it is possible to form a fine gate electrode (gate electrode having a channel length of submicron or less) without variation in channel length within the gate.

さらに、ゲートポリシリコン加工後にゲートの両脇に存
在する溝を層間膜あるいはパッシベーション膜を堆積す
ることにより埋め、層間膜あるいはパッシベーション膜
堆積後の表面を平担化することができる。
Furthermore, after processing the gate polysilicon, the trenches present on both sides of the gate can be filled by depositing an interlayer film or a passivation film, and the surface after depositing the interlayer film or the passivation film can be flattened.

このようにして作られるMOSFETは、主たるソース,ドレ
イン領域が厚い絶縁膜によりシリコン基板より分離され
ているため、ソース,ドレインの寄生容量が小さい、
拡散層と金属配線間のコンタクトの信頼性が高い、
CMOS化した際に、ラッチアップ耐性が高いという一般的
な特徴の他に、チャネル領域は良好な品質の単結晶シ
リコンであるためキャリアの移動度が高い、厚い絶縁
膜を覆っているシリコン薄膜の表面が平滑であるため、
高い加工精度で微細なゲート電極を自己整合的に形成す
ることができる利点を有し、従来のMOSFETに比してより
微細化と高速化が実現できる。
Since the main source and drain regions of the MOSFET thus manufactured are separated from the silicon substrate by a thick insulating film, the parasitic capacitance of the source and drain is small.
High reliability of contact between diffusion layer and metal wiring,
In addition to the general feature of high latch-up resistance in CMOS, the channel region is made of single-crystal silicon with good quality, so the carrier mobility is high and the thin silicon film covering the thick insulating film is used. Since the surface is smooth,
It has an advantage that a fine gate electrode can be formed in a self-aligned manner with high processing accuracy, and can achieve further miniaturization and higher speed than conventional MOSFETs.

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

第1図は本発明による電界効果型半導体装置、第2図乃
至第4図は本発明の製造法を説明する工程図、第5図は
本発明による素子領域とゲート電極の配置を説明するた
めの平面図、第6図は本発明の第2図に続く製造法に関
する実施例、第7図は従来技術の例である。 1:単結晶シリコン基板、2,2′:窒化シリコン膜もしく
は窒化シリコンを主成分とする絶縁膜、3:レジスト、4:
単結晶シリコン薄膜、5:シリコン薄膜、6:二酸化シリコ
ン膜、7:シリコン薄膜(ソース領域)、8:シリコン薄膜
(ドレイン領域)、9:単結晶シリコン薄膜(チャネル領
域)、10:ゲート酸化膜、11:ソース空乏層、12:ドレイ
ン空乏層、13:ポリシリコンゲート、13′:ポリシリコ
ン薄膜、14:酸化シリコン、15:層間膜あるいはパッシベ
ーション膜、16:電極配線用金属、18:タングステンある
いはシリサイド膜、19:シリコン薄膜、21,21′:溝、2
2:コンタクトホール、61:チャネル領域、62:ソース・ド
レイン領域、63:素子間分離領域、64:ゲート電極引き出
し領域、65:第1の領域と第2の領域の境界。
FIG. 1 is a field effect semiconductor device according to the present invention, FIGS. 2 to 4 are process drawings for explaining a manufacturing method according to the present invention, and FIG. 5 is a layout for explaining an element region and a gate electrode according to the present invention. FIG. 6 is an embodiment relating to the manufacturing method following FIG. 2 of the present invention, and FIG. 7 is an example of prior art. 1: Single crystal silicon substrate, 2, 2 ′: Silicon nitride film or insulating film containing silicon nitride as a main component, 3: Resist, 4:
Single crystal silicon thin film, 5: Silicon thin film, 6: Silicon dioxide film, 7: Silicon thin film (source region), 8: Silicon thin film (drain region), 9: Single crystal silicon thin film (channel region), 10: Gate oxide film , 11: source depletion layer, 12: drain depletion layer, 13: polysilicon gate, 13 ': polysilicon thin film, 14: silicon oxide, 15: interlayer film or passivation film, 16: metal for electrode wiring, 18: tungsten or Silicide film, 19: Silicon thin film, 21, 21 ': Groove, 2
2: contact hole, 61: channel region, 62: source / drain region, 63: element isolation region, 64: gate electrode lead-out region, 65: boundary between the first region and the second region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に、表面の全てあるいは一部
が窒化シリコン膜もしくは窒化シリコンを主成分とする
絶縁膜からなる厚い絶縁膜で覆われている第1の領域
と、覆われていない第2の領域とを形成する工程と、該
第2の領域上に基板と同じ結晶方位を持つ単結晶薄膜を
エピタキシャル成長させると同時に全面に薄い半導体層
を形成し、前記第1の領域上の薄い半導体層内にソース
領域及びドレイン領域の大部分を形成し、続いて、ゲー
ト電極用ポリシリコン膜を堆積した後、前記第2の領域
の表面に存在する溝にマスク材料を埋め、前記溝に埋め
られた前記マスク材料をエッチングマスクとするエッチ
ングによりゲート電極を形成し、前記第2の領域上の薄
い半導体層の表面にチャネル領域を形成する工程を含む
ことを特徴とする電界効果型半導体装置の製造方法。
1. A first region, which is entirely or partially covered by a thick insulating film made of a silicon nitride film or an insulating film containing silicon nitride as a main component, on a semiconductor substrate, and a first region which is not covered. Forming a second region, and epitaxially growing a single crystal thin film having the same crystal orientation as the substrate on the second region, and at the same time forming a thin semiconductor layer on the entire surface to form a thin semiconductor layer on the first region. Most of the source region and the drain region are formed in the semiconductor layer, and subsequently, a polysilicon film for a gate electrode is deposited, and then a mask material is filled in the groove existing on the surface of the second region. Forming a channel region on the surface of the thin semiconductor layer on the second region by etching using the buried mask material as an etching mask. Method for producing effect semiconductor device.
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