JPH07106557A - Semiconductor device and manufacture of the same - Google Patents

Semiconductor device and manufacture of the same

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JPH07106557A
JPH07106557A JP24771093A JP24771093A JPH07106557A JP H07106557 A JPH07106557 A JP H07106557A JP 24771093 A JP24771093 A JP 24771093A JP 24771093 A JP24771093 A JP 24771093A JP H07106557 A JPH07106557 A JP H07106557A
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JP
Japan
Prior art keywords
film
substrate
gate electrode
polycrystalline silicon
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP24771093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichiro Kimura
紳一郎 木村
Hiromasa Noda
浩正 野田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH07106557A publication Critical patent/JPH07106557A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize low resistance of a gate electrode by selectively allowing a tungsten film to grow on the surface of a polycrystalline silicon in the same width after forming a gate electrode consisting of polycrystalline silicon in the same width as an inlet of a recessed area formed on a substrate. CONSTITUTION:After a recessed area is formed on a substrate, the entire surface is etched and a polycrystalline silicon 9 is embedded in a groove. Tungsten 11 is caused to selectively grow on the surface of the polyscrystalline silicon. Tungsten grows only into the area where the polycrystalline silicon surface is exposed and does not grow at the surface of an insulating film 8. Therefore, tungsten grows only at the surface of the gate electrode 9 with limitation in the vertical direction of the groove and does not grow in lateral direction due to existence of the groove. Since the selectively grown tungsten having sufficient thickness can be used, a resistance of the gate electrode mainly composed of polycrystalline silicon can be reduced to about 1/10.

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、半導体装置およびその
製造方法に係り、特に、微細化が可能な、基板表面に形
成した凹部を利用する金属−酸化膜−半導体型の電界効
果半導体装置(Metal Oxide Semiconductor field effec
t transistor;以下、MOSFETと略す)とその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a metal-oxide film-semiconductor type field effect semiconductor device which can be miniaturized and which utilizes a recess formed on the surface of a substrate. Metal Oxide Semiconductor field effec
t transistor; hereinafter abbreviated as MOSFET) and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンを用いた集積回路の代表例であ
るダイナミック・ランダムアクセス・メモリは、現在、
0.8μ の技術を用いて、4メガビットの量産が行われ
ている。また、次世代の0.5μ 技術を使用する16メ
ガビットも小規模ながら量産化が始まっている。今後
も、微細加工技術の進歩と相俟って、半導体素子が縮小
され、集積度の向上が実現されるのは間違いない。
2. Description of the Related Art A dynamic random access memory, which is a typical example of an integrated circuit using silicon, is currently
Mass production of 4 megabits is carried out using 0.8 μ technology. In addition, 16-megabits, which uses the next-generation 0.5μ technology, have started to be mass-produced on a small scale. There is no doubt that semiconductor devices will be reduced in size and the degree of integration will be improved in combination with advances in fine processing technology.

【0003】ところで、半導体素子の微細化は、単に寸
法の縮小だけで達成されてきたのではなく、寸法の縮小
に伴って顕著になる短チャネル効果やパンチスルー現象
などの望ましくない現象を、効果的に抑制してきた結果
でもある。この際の指針となったのが、比例縮小則であ
り、これに従って、寸法の縮小とともに、基板濃度を増
加させ、ゲート酸化膜を薄くし、かつ、ソースドレイン
の拡散層を浅くしてきた。今後も半導体素子、特に、M
OS型の電界効果素子を微細化して行くためには、この
指針に従わざるを得ないが、微細化阻害要因が明らかに
なりつつあるのも事実である。
By the way, the miniaturization of semiconductor devices has not been achieved merely by reducing the size, but the undesirable effects such as the short channel effect and the punch-through phenomenon, which become remarkable as the size is reduced, are effective. This is also the result of the effective suppression. The guideline in this case is the proportional reduction rule, and according to this, as the size is reduced, the substrate concentration is increased, the gate oxide film is thinned, and the diffusion layer of the source / drain is made shallow. Semiconductor devices, especially M
In order to miniaturize the OS type field effect element, it is unavoidable to follow this guideline, but it is a fact that the factor for inhibiting miniaturization is becoming clear.

【0004】例えば、ゲート酸化膜の薄膜化は、トンネ
ルリーク電流で決まる限界があり、それは3〜4nm程
度であるとされている。また、ソースドレインの拡散層
の深さも、現状のイオン打ち込みで形成している限り、
浅接合化には限界があり、n型の拡散層を作る不純物で
ある砒素の場合でも、50nm以下を実現するのは困難
である。p型の拡散層を作るボロンは、拡散係数が大き
いために浅接合を実現するのはより難しく、100nm
程度が限界と言われる。
For example, the thinning of the gate oxide film has a limit determined by the tunnel leak current, which is said to be about 3 to 4 nm. In addition, the depth of the source / drain diffusion layer is as long as it is formed by the current ion implantation.
There is a limit to shallow junction formation, and it is difficult to achieve 50 nm or less even in the case of arsenic which is an impurity for forming an n-type diffusion layer. Boron, which makes a p-type diffusion layer, has a large diffusion coefficient, making it difficult to realize a shallow junction.
The degree is said to be the limit.

【0005】微細化のもう一つのパラメータである基板
濃度に関しては、濃度の上昇によって、ソースドレイン
からの空乏層の延びは抑えられるので、それに応じて素
子寸法を小さくすることができる。しかし、基板全体の
濃度を上げたのでは、しきい電圧の上昇,拡散層と基板
の接合が作る接合容量の増加などを招き、素子特性を劣
化させる原因となる。
Regarding the substrate concentration, which is another parameter for miniaturization, the increase of the concentration suppresses the extension of the depletion layer from the source / drain, so that the element size can be reduced accordingly. However, increasing the concentration of the entire substrate causes an increase in the threshold voltage, an increase in the junction capacitance formed by the junction between the diffusion layer and the substrate, and the like, which causes deterioration of the device characteristics.

【0006】ドレイン領域からの空乏層は、ゲート電極
から離れた基板内部を広がって行くために、これを抑え
るには、基板内部の濃度のみを上げればよい。そこで、
これまでは、特開昭62−271450号公報に示されているよ
うに(図3にはその例を示したが、これは特開昭62−27
1450号公報にあるものと同じではない)、ソースドレイ
ン拡散層12,14端付近にピークを持つ不純物層7を
形成し、これで空乏層の延びを抑え、かつ、基板表面は
低濃度に維持することで、しきい電圧の上昇を制御する
構造が提案されてきた。この方法で、ゲート電極寸法で
0.3μm 程度までは、短チャネル効果の抑制と、低し
きい電圧化を両立させることができた。特に、低しきい
電圧化は、素子寸法の微細化に伴って電源電圧を低下さ
せなければならないことを考慮すると、素子性能向上に
とって非常に重要である。
Since the depletion layer from the drain region spreads inside the substrate away from the gate electrode, in order to suppress this, only the concentration inside the substrate needs to be increased. Therefore,
Up to now, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 62-271450 (an example is shown in FIG.
(Not the same as in 1450), the impurity layer 7 having a peak near the ends of the source / drain diffusion layers 12 and 14 is formed to suppress the extension of the depletion layer and maintain the substrate surface at a low concentration. Therefore, a structure for controlling the rise of the threshold voltage has been proposed. By this method, it was possible to achieve both suppression of the short channel effect and lowering of the threshold voltage up to a gate electrode size of about 0.3 μm. In particular, lowering the threshold voltage is very important for improving the device performance in view of the fact that the power supply voltage must be reduced with the miniaturization of the device dimensions.

【0007】この構造でさらに微細化を追及しようとす
ると、不純物層7はより分布を急峻にして、しかもピー
ク位置を表面に近づけなければならない。これは、拡散
層12,14も微細化に応じて浅くなり、空乏層の張り
出す領域がより表面に近づくからである。しかし、不純
物層7の分布にはイオン打ち込みの特性で決まる広がり
があるために、表面を低濃度に保ちながら、基板内部の
濃度だけを上昇させるのは不可能である。
In order to further miniaturize this structure, the impurity layer 7 must have a steeper distribution and a peak position closer to the surface. This is because the diffusion layers 12 and 14 also become shallower in accordance with the miniaturization, and the region where the depletion layer projects is closer to the surface. However, since the distribution of the impurity layer 7 has a spread determined by the characteristics of ion implantation, it is impossible to increase only the concentration inside the substrate while keeping the surface at a low concentration.

【0008】そのため、これからは、単に基板の不純物
濃度分布の調整だけではなく、ドレイン領域からの空乏
層の延びを、構造的に抑えることのできる半導体装置が
必要になる。
Therefore, from now on, a semiconductor device capable of structurally suppressing the extension of the depletion layer from the drain region is needed in addition to simply adjusting the impurity concentration distribution of the substrate.

【0009】なお、図3において、1は半導体基板、2
は素子分離酸化膜、3は素子分離特性を向上させるため
の高濃度不純物層、7はドレインからの空乏層の延びを
抑えるための高濃度不純物層、8はゲート絶縁膜、9は
ゲート電極、11′はシリサイド層、12,14は拡散
層、13はゲート電極の側壁絶縁膜、15は層間絶縁
膜、16はコンタクト孔を埋める金属、17は配線金属
である。
In FIG. 3, 1 is a semiconductor substrate and 2 is a semiconductor substrate.
Is an element isolation oxide film, 3 is a high concentration impurity layer for improving the element isolation characteristics, 7 is a high concentration impurity layer for suppressing the extension of the depletion layer from the drain, 8 is a gate insulating film, 9 is a gate electrode, Reference numeral 11 'is a silicide layer, 12 and 14 are diffusion layers, 13 is a side wall insulating film of a gate electrode, 15 is an interlayer insulating film, 16 is a metal filling a contact hole, and 17 is a wiring metal.

【0010】構造的に空乏層の延びを抑えることのでき
るMOSFET候補の一つが、特開昭50−8483号公報に
述べられている、基板に溝を掘ってその周辺をチャネル
とした、溝ゲート型のMOSFETである。図4には、
その一例の断面図を示したが、これは、必ずしも特開昭
50−8483号公報に述べられている構造とは同じではな
い。
One of the MOSFET candidates that can structurally suppress the extension of the depletion layer is described in Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 50-8483, which is a trench gate in which a trench is formed in the substrate and the periphery thereof is used as a channel. Type MOSFET. In Figure 4,
A cross-sectional view of one example is shown, but this is
It is not the same as the structure described in 50-8483.

【0011】このように基板に溝を掘って、拡散層12
をゲート電極9で分断することで、平面的なゲート電極
寸法は同じでも、実効的なチャネルの寸法(キャリアが
走行する距離)を長くすることができる。また、この効
果の他に、ソースドレインの拡散層領域12,14が溝
ゲートで完全に分離された格好になるために、ドレイン
領域からの空乏層の延びが抑制され、図3に示した従来
型のMOSFETに比べて、短チャネル効果が起こりに
くいという構造的な利点がある。これらの効果を活かす
ことで、図3の従来構造に比べて、基板内部の不純物層
9をあまり高濃度にすることなく、すなわち、しきい電
圧の上昇や寄生容量の増加を招くことなく、短チャネル
効果が抑制できる。
In this way, the diffusion layer 12 is formed by digging a groove in the substrate.
By dividing the gate electrode 9 by the gate electrode 9, the effective channel dimension (distance traveled by carriers) can be increased even if the planar gate electrode dimension is the same. In addition to this effect, since the diffusion layer regions 12 and 14 of the source and drain are completely separated by the trench gate, the extension of the depletion layer from the drain region is suppressed, and the conventional structure shown in FIG. Type MOSFET has a structural advantage that a short channel effect is less likely to occur. By utilizing these effects, as compared with the conventional structure of FIG. 3, the impurity layer 9 inside the substrate is not made to have a too high concentration, that is, the threshold voltage and the parasitic capacitance are not increased, and a short time is obtained. The channel effect can be suppressed.

【0012】このように、ゲート電極の構造に工夫を加
えることで、基板濃度上昇に頼らないで短チャネル効果
を抑制することが必要であり、この溝ゲート型MOSF
ETは、最も有力な候補であると言える。しかし、単純
に溝を掘った図4の構造では、上述したように、実効的
なゲート寸法が長くなるために、また、溝ゲートの角の
部分では、電界集中のためにチャネルができにくいなど
の理由から、ドレイン電流が少なくなってしまう欠点が
ある。さらには、実効的なゲート寸法が大きくなるとい
うことは、ゲート容量が大きくなることを意味し、電流
が減少することと相俟って、回路を構成したときの遅延
時間の増加という問題を引き起こす。これでは、寸法を
小さくすることで、回路性能を向上させてきた半導体素
子の利点を失うことになり、微細化をする意味がなくな
ってしまう。
As described above, it is necessary to suppress the short channel effect without depending on the increase of the substrate concentration by making a device for the structure of the gate electrode. This groove gate type MOSF
It can be said that ET is the most promising candidate. However, in the structure of FIG. 4 in which the groove is simply dug, as described above, the effective gate dimension becomes long, and it is difficult to form a channel at the corner portion of the groove gate due to electric field concentration. Therefore, there is a drawback that the drain current is reduced. Furthermore, the increase in effective gate size means increase in gate capacitance, which, together with the decrease in current, causes a problem of increase in delay time when the circuit is configured. . In this case, by reducing the size, the advantage of the semiconductor element which has improved the circuit performance is lost, and there is no point in miniaturization.

【0013】図4に示した溝ゲート型のMOSFETで
は、素子分離酸化膜3で囲まれた活性領域に、予め、拡
散層12をイオン打ち込みに代表される不純物導入技術
を用いて形成しておき、これを、溝で分断するという方
法を、一般的に用いている。このために、溝の深さは拡
散層の深さよりも十分に深くなければならず、その結
果、上述したように、チャネル寸法の増加によるドレイ
ン電流の減少を招く。また、活性領域の全面に拡散層を
形成すると、その一部は素子分離酸化膜の端に沿って、
酸化膜の下にまで拡散する。素子分離酸化膜は、図中に
示してあるように、活性領域に向かって膜厚が薄くなる
ような形状をしているので、この部分に不純物が存在す
ると、溝を掘った時に酸化膜がマスクとなり、不純物が
残る可能性が高い。不純物が残れば拡散層がつながり、
正常なMOSFET動作が得られなくなる。
In the trench gate type MOSFET shown in FIG. 4, a diffusion layer 12 is formed in advance in the active region surrounded by the element isolation oxide film 3 by using an impurity introduction technique typified by ion implantation. The method of dividing this with a groove is generally used. Therefore, the depth of the groove must be sufficiently deeper than the depth of the diffusion layer, which results in a decrease in drain current due to an increase in channel size, as described above. Further, when a diffusion layer is formed on the entire surface of the active region, a part of the diffusion layer is formed along the edge of the element isolation oxide film,
Diffuses under the oxide film. As shown in the figure, the element isolation oxide film has a shape such that the film thickness becomes thinner toward the active region.Therefore, if impurities are present in this portion, the oxide film will be formed when the trench is dug. It becomes a mask and impurities are likely to remain. If impurities remain, the diffusion layer will be connected,
Normal MOSFET operation cannot be obtained.

【0014】素子分離酸化膜の周辺に、イオン打ち込み
の際に不純物が入らないようにマスクをかけることも可
能であるが、微細な素子では、マスクを置く余裕がない
のは明らかである。
It is possible to put a mask around the element isolation oxide film so as to prevent impurities from entering at the time of ion implantation, but it is obvious that there is no room to put the mask in a fine element.

【0015】そこで、特開平4−346476 号公報に開示さ
れているように、基板上に堆積した絶縁膜をマスクとし
て基板に溝を形成し、その溝の中にゲート電極を埋め込
み、マスクとなった絶縁膜を除去して、さらに、ゲート
電極をマスクにして拡散層を形成する不純物を打ち込む
製造方法が提案されている。これによると、拡散層形成
は従来のMOSFETと同じになるために、イオンのエ
ネルギを調節することで、拡散層と溝の深さを調節で
き、かつ、素子分離酸化膜の周辺に沿ったリーク電流の
問題は回避できる。
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-346476, a groove is formed in the substrate using the insulating film deposited on the substrate as a mask, and the gate electrode is embedded in the groove to form a mask. There is proposed a manufacturing method in which the insulating film is removed, and further an impurity for forming a diffusion layer is implanted using the gate electrode as a mask. According to this, since the formation of the diffusion layer is the same as that of the conventional MOSFET, the depths of the diffusion layer and the groove can be adjusted by adjusting the energy of ions, and the leakage along the periphery of the element isolation oxide film can be adjusted. The current problem can be avoided.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、溝に
ゲート電極を埋め込むことによって、溝ゲート構造に起
因する幾つかの課題を解決できるが、溝にゲート電極を
埋め込む方法では、ゲート電極を積層膜にして低抵抗化
することは不可能である。このゲート電極の低抵抗化
は、ゲート電極が微細になるとともに重要性を増してお
り、現在でも、図3の従来構造MOSFETに示したよ
うに、ゲート電極の表面と拡散層の表面にのみシリサイ
ド層を形成することが行われている。また、図には示し
ていないが、多結晶シリコン膜とシリサイド膜の積層膜
である、ポリサイド膜などを使うことも行われている。
As described above, some problems caused by the groove gate structure can be solved by burying the gate electrode in the groove. However, in the method of burying the gate electrode in the groove, the gate electrode is It is impossible to reduce the resistance by forming a laminated film. This reduction in the resistance of the gate electrode is becoming more important as the gate electrode becomes finer, and even now, as shown in the conventional structure MOSFET of FIG. 3, silicide is formed only on the surface of the gate electrode and the surface of the diffusion layer. Forming layers is being done. Although not shown in the drawing, a polycide film or the like, which is a laminated film of a polycrystalline silicon film and a silicide film, is also used.

【0017】溝にゲート電極を埋め込む構造では、上述
したように、拡散層の形成は従来のMOSFETと同じ
ように行えるので、図3のように、ゲート電極表面と拡
散層表面にシリサイド層を形成することは容易である。
しかし、拡散層の浅接合化に伴って、シリサイド層も薄
膜化しており、ゲート電極を低抵抗化できるほど厚いシ
リサイド膜ではなくなっている。
In the structure in which the gate electrode is embedded in the groove, as described above, the diffusion layer can be formed in the same manner as in the conventional MOSFET. Therefore, as shown in FIG. 3, the silicide layer is formed on the surface of the gate electrode and the surface of the diffusion layer. It's easy to do.
However, with the shallow junction of the diffusion layer, the silicide layer is also thinned, and the silicide film is no longer thick enough to reduce the resistance of the gate electrode.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明では、図1に示し
たように、基板に形成した凹部によって拡散層12,1
4を分断する溝ゲート型MOSFETにおいて、図1に
示したように、凹部の入口の幅にほぼ等しい多結晶シリ
コンからなるゲート電極9を形成し、さらに、その多結
晶シリコンの表面に、その幅とほぼ等しい幅のタングス
テン膜11を選択的に成長させることで、溝ゲート型M
OSFETのゲート電極の低抵抗化を実現している。
In the present invention, as shown in FIG. 1, the diffusion layers 12 and 1 are formed by the recesses formed in the substrate.
In a trench gate type MOSFET that divides into 4 parts, as shown in FIG. 1, a gate electrode 9 made of polycrystalline silicon having a width substantially equal to the width of the entrance of the recess is formed. By selectively growing the tungsten film 11 having a width almost equal to
The low resistance of the gate electrode of the OSFET is realized.

【0019】この構造を形成するためには、後述する実
施例で詳細に述べるように、基板表面に堆積した絶縁膜
に溝を形成し、さらに、この絶縁膜をマスクとして基板
に凹部を作り、ゲート絶縁膜の成長を行った後に、この
溝に、多結晶シリコンを絶縁膜よりは低くなるように埋
め込み、さらに、多結晶シリコンの表面にのみタングス
テンを選択的に成長させることで、溝を完全に埋め戻す
という工程を実施する。
In order to form this structure, as described in detail in Examples to be described later, a groove is formed in an insulating film deposited on the surface of the substrate, and a recess is formed in the substrate using this insulating film as a mask. After the gate insulating film is grown, polycrystalline silicon is embedded in the groove so that it is lower than the insulating film, and tungsten is selectively grown only on the surface of the polycrystalline silicon to complete the groove. The process of backfilling is carried out.

【0020】多結晶シリコンが埋め込まれた溝以外に
は、タングステン膜は成長しない。また、タングステン
は、多結晶シリコンの表面から成長が始まるので、溝の
幅に沿った成長が起こる。
The tungsten film does not grow except in the trench in which the polycrystalline silicon is buried. Further, since tungsten starts to grow from the surface of polycrystalline silicon, it grows along the width of the groove.

【0021】[0021]

【作用】本発明の半導体装置によって、溝ゲート型MO
SFETの課題を解決することが可能となり、しかも、
従来型MOSFETの長所を融合したMOSFETが実
現できる。
With the semiconductor device of the present invention, the trench gate type MO
It becomes possible to solve the problem of SFET, and moreover,
A MOSFET that combines the advantages of conventional MOSFETs can be realized.

【0022】多結晶シリコン膜の上にタングステン膜を
選択成長させた構造により、従来の溝ゲート型MOSF
ETでは実現の難しかった、ゲート電極の低抵抗化が可
能となる。また、溝の中に完全にゲート電極を埋め込む
方法により、ゲート電極の形成後にソースドレインとな
る拡散層を作ることが可能となり、従来型MOSFETと同様
に、溝ゲート型でも素子分離酸化膜に沿ったリーク電流
という問題を完全に解決できる。また、本発明では、溝
ゲート型の特徴である優れた短チャネル特性や、寄生容
量が小さいという特徴は維持されている。さらに、図2
にCMOS(Complementary MOS)の断面図を示したが、
本発明の半導体装置は、従来型のMOSFETと同様
に、ゲート電極を形成した後にソースドレインを形成す
るので、イオン打ち込みによって不純物を容易に打ち分
けることが可能であり、CMOS化が容易であるという特徴
も備えている。
A conventional trench gate type MOSF has a structure in which a tungsten film is selectively grown on a polycrystalline silicon film.
It is possible to reduce the resistance of the gate electrode, which was difficult to realize with ET. In addition, the method of completely embedding the gate electrode in the trench makes it possible to form a diffusion layer that will become the source / drain after the gate electrode is formed. The problem of leakage current can be completely solved. Further, in the present invention, the excellent short channel characteristics, which are the characteristics of the trench gate type, and the characteristics that the parasitic capacitance is small are maintained. Furthermore, FIG.
The cross section of CMOS (Complementary MOS) is shown in
In the semiconductor device of the present invention, like the conventional MOSFET, since the source and drain are formed after the gate electrode is formed, impurities can be easily implanted by ion implantation, and CMOS formation is easy. It also has features.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の実施例を図5から図13を用
いて詳細に説明する。本説明では、n型のMOSFET
を念頭に置いて述べて行くが、基板や不純物領域の導電
型を逆にすれば、p型のMOSFETになる。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. In this description, an n-type MOSFET
However, if the conductivity types of the substrate and the impurity region are reversed, a p-type MOSFET is obtained.

【0024】図5(a)に示したように、公知の選択酸
化法を用いて、半導体基板1に、素子分離酸化膜2を成
長させる。具体的には、半導体基板1の表面に20nm
程度の酸化膜を成長させ、さらに、その上に窒化膜を公
知の低圧気層成長法で堆積した後に、この窒化膜を所望
の形状に加工する。窒化膜の膜厚は約100nmであ
る。次に、公知のイオン打ち込み法を用いて、半導体基
板全面に基板と同じ導電型の領域を形成する不純物を打
ち込む。具体的には、BF2 を60KeVで5×1013
/cm2 打ち込んだ。この際、窒化膜が形成されている所
にはイオンは打ち込まれない。
As shown in FIG. 5A, the element isolation oxide film 2 is grown on the semiconductor substrate 1 by using a known selective oxidation method. Specifically, the surface of the semiconductor substrate 1 has a thickness of 20 nm.
An oxide film is grown to a certain degree, and a nitride film is further deposited thereon by a known low pressure vapor deposition method, and then this nitride film is processed into a desired shape. The film thickness of the nitride film is about 100 nm. Next, by using a known ion implantation method, impurities are formed on the entire surface of the semiconductor substrate to form a region having the same conductivity type as the substrate. Specifically, BF 2 is 5 × 10 13 at 60 KeV.
I typed in / cm 2 . At this time, no ions are implanted into the area where the nitride film is formed.

【0025】この半導体基板を酸化雰囲気にさらすと、
窒化膜で被われていない半導体基板表面に酸化膜2が成
長する。本実施例では、水蒸気を含んだ、1100℃の
雰囲気で30分間酸化して、約300nmの酸化膜2を
成長させた。また、酸化の前に、窒素雰囲気で10分間
の熱処理を行い、打ち込んだボロン3を基板内部に拡散
させた。このボロンによる高濃度層が、素子分離特性を
向上させる。この後、選択酸化のマスクとなった窒化膜
を180℃程度に加熱した燐酸溶液で除去し、さらに、
窒化膜の下地の酸化膜をフッ酸溶液で除去すると、図5
(a)に示した断面図になる。
When this semiconductor substrate is exposed to an oxidizing atmosphere,
The oxide film 2 grows on the surface of the semiconductor substrate not covered with the nitride film. In this example, the oxide film 2 having a thickness of about 300 nm was grown by oxidizing in an atmosphere containing water vapor at 1100 ° C. for 30 minutes. Prior to the oxidation, heat treatment was performed for 10 minutes in a nitrogen atmosphere to diffuse the implanted boron 3 into the substrate. The high-concentration layer of boron improves element isolation characteristics. After that, the nitride film serving as a mask for selective oxidation is removed with a phosphoric acid solution heated to about 180 ° C., and further,
When the oxide film underlying the nitride film is removed with a hydrofluoric acid solution, the result shown in FIG.
The sectional view shown in FIG.

【0026】次に、図5(b)に示したように、この半
導体基板表面に5nm程度の酸化膜4を成長させ、さら
に、この上に、30nmの窒化膜5,200nmの酸化
膜6を堆積する。酸化膜4の成長には公知の熱酸化法
を、また、窒化膜5と酸化膜6の堆積には、公知の気層
成長法を用いた。
Next, as shown in FIG. 5B, an oxide film 4 having a thickness of about 5 nm is grown on the surface of the semiconductor substrate, and a 30 nm nitride film 5 and a 200 nm oxide film 6 are further formed thereon. accumulate. A known thermal oxidation method was used for growing the oxide film 4, and a known vapor layer growth method was used for depositing the nitride film 5 and the oxide film 6.

【0027】次に、図5(c)のように、基板上の酸化
膜に溝を形成する。これには、公知のホトリソグラフィ
法によるマスク形成と、絶縁膜のドライエッチ技術を用
いた。溝の幅は、必要とされるMOSFETの寸法で決
まるが、本実施例では0.2μm程度の溝を開口した。
Next, as shown in FIG. 5C, a groove is formed in the oxide film on the substrate. For this, a mask formation by a known photolithography method and a dry etching technique for the insulating film were used. Although the width of the groove is determined by the size of the MOSFET required, the groove of about 0.2 μm is opened in this embodiment.

【0028】さらに、図5(d)に示したように、溝を
形成した絶縁膜をマスクにして、基板に凹部を形成す
る。この凹部の形成にも、シリコンのドライエッチ技術
を用いた。また、この際、溝の角に丸みが付くように制
御した。これは、溝の角が鋭角になることによる、電界
の集中を防ぐためである。
Further, as shown in FIG. 5D, a recess is formed in the substrate by using the insulating film having the groove as a mask. The dry etching technique of silicon was also used for the formation of the recess. Further, at this time, control was performed so that the corners of the groove were rounded. This is to prevent the electric field from being concentrated due to the acute angle of the groove.

【0029】次に、溝の開口部を通して、図5(e)に
示したように、基板と同じ導電型の領域を作る不純物
を、基板よりは高濃度になるようにイオン打ち込みす
る。具体的には、BF2 を20KeVのエネルギで1×
1012/cm2から5×1012/cm3のドーズ量で打ち込ん
だ。この不純物層は、MOSFETのしきい電圧の調整
と、ドレインからの空乏層の延びを抑えるために必要で
ある。ただし、前述したように、溝ゲート型MOSFE
Tでは、溝の角の効果によって、空乏層の延びが効果的
に抑えられるので、不純物のドーズ量は、従来型のMO
SFETに比べて少なくて良い。また、p型のMOSF
ETの場合には、ヒ素イオンを打ち込む。
Next, as shown in FIG. 5E, impurities that form a region of the same conductivity type as the substrate are ion-implanted through the opening of the groove so as to have a higher concentration than that of the substrate. Specifically, 1x BF 2 with an energy of 20 KeV
Implantation was performed with a dose amount of 10 12 / cm 2 to 5 × 10 12 / cm 3 . This impurity layer is necessary for adjusting the threshold voltage of the MOSFET and suppressing the extension of the depletion layer from the drain. However, as described above, the groove gate type MOSFE
At T, the extension of the depletion layer is effectively suppressed by the effect of the corner of the groove.
It may be smaller than the SFET. In addition, p-type MOSF
In the case of ET, arsenic ions are implanted.

【0030】イオン打ち込みに伴う汚染などを除去した
後に、図6(a)に示したように、ゲート酸化膜8を5
nm程度成長させ、さらに、不純物(具体的にはリン)
を高濃度に含む多結晶シリコン9を堆積し、さらに、レ
ジスト膜10を塗布する。多結晶シリコンの膜厚は、
0.2μmの溝が完全に埋まるようにするために、0.15
μmとした。また、レジスト膜10は、後述するよう
に、全面エッチングを行う際に、基板表面を予め平坦に
するために塗布してある。
After removing the contaminants and the like caused by the ion implantation, the gate oxide film 8 is removed by 5 times as shown in FIG. 6 (a).
nm, and impurities (specifically phosphorus)
Is deposited in a high concentration, and a resist film 10 is applied. The film thickness of polycrystalline silicon is
0.15 to completely fill the 0.2 μm groove.
μm. Further, the resist film 10 is applied in order to make the surface of the substrate flat in advance when the entire surface is etched as described later.

【0031】次に、図6(b)に示したように、全面エ
ッチングを行って、多結晶シリコン9を、溝の内部に埋
め込む。そして、この多結晶シリコンの表面にタングス
テン11を選択成長させる。タングステンは多結晶シリ
コン表面が露出している領域にのみ成長し、絶縁膜の表
面には成長しない。このため、ゲート電極の表面にのみ
タングステンが成長する。また、その成長は、溝の縦方
向に制限され、溝の存在によって横には成長しないの
で、タングステンの側壁は非常に平滑になる。
Next, as shown in FIG. 6B, the entire surface is etched to fill the inside of the trench with the polycrystalline silicon 9. Then, tungsten 11 is selectively grown on the surface of this polycrystalline silicon. Tungsten grows only in the region where the surface of the polycrystalline silicon is exposed and does not grow on the surface of the insulating film. Therefore, tungsten grows only on the surface of the gate electrode. Also, its growth is restricted in the longitudinal direction of the trench and does not grow laterally due to the presence of the trench, so the sidewalls of the tungsten are very smooth.

【0032】次に、タングステン膜をマスクにして、溝
を形成していた絶縁膜をエッチングし、図6(c)に示
したような形状にする。この際、窒化膜5が酸化膜6エ
ッチングのストッパの役目を果たすために、素子分離酸
化膜が削られることはない。
Next, using the tungsten film as a mask, the insulating film in which the groove has been formed is etched into a shape as shown in FIG. 6C. At this time, since the nitride film 5 functions as a stopper for etching the oxide film 6, the element isolation oxide film is not removed.

【0033】次に、図6(d)に示したように、窒化膜
5も除去した後に、拡散層を形成するために、イオン打
ち込みを行う。ここでは、ヒ素を20KeVで1×10
15/cm2 打ち込んだ。また、打ち込み条件は、拡散層の
深さが凹部の深さとほぼ一致するように設定した。
Next, as shown in FIG. 6D, after the nitride film 5 is also removed, ion implantation is performed to form a diffusion layer. Here, arsenic is 1 × 10 at 20 KeV.
I hit 15 / cm 2 . In addition, the implantation conditions were set so that the depth of the diffusion layer and the depth of the recess were substantially the same.

【0034】次に、図7(a)に示したように、ゲート
電極9,11の側壁に側壁絶縁膜を、公知の絶縁膜の堆
積とそれの異方性エッチングを用いて形成する。そし
て、拡散層を低抵抗化し、さらに、配線金属との接触抵
抗を下げるために、再びヒ素を30KeVで、5×10
15/cm2 打ち込んだ。
Next, as shown in FIG. 7A, a sidewall insulating film is formed on the sidewalls of the gate electrodes 9 and 11 by using known insulating film deposition and anisotropic etching thereof. Then, in order to lower the resistance of the diffusion layer and further reduce the contact resistance with the wiring metal, arsenic was again added at 5 × 10 5 at 30 KeV.
I hit 15 / cm 2 .

【0035】最後に不純物領域を活性化させるために、
熱処理を加え、さらに、層間絶縁膜15,コンタクト孔
を埋める金属16,配線層17を形成して、本発明の半
導体装置を完成する。
Finally, in order to activate the impurity region,
Heat treatment is applied, and further, the interlayer insulating film 15, the metal 16 filling the contact hole, and the wiring layer 17 are formed to complete the semiconductor device of the present invention.

【0036】本発明におけるゲート電極形成の特徴の一
つは、ゲート電極を溝の内部に埋め込むことである。前
述したように、溝の幅が小さくて、堆積する多結晶シリ
コン膜によって、溝が完全に埋まってしまう寸法のもの
では、公知の全面エッチ技術を用いることで、溝の内部
にゲート電極を埋め込むことができる。
One of the characteristics of forming the gate electrode in the present invention is that the gate electrode is embedded in the groove. As described above, in the case where the width of the groove is small and the deposited polycrystalline silicon film completely fills the groove, a well-known whole surface etching technique is used to embed the gate electrode inside the groove. be able to.

【0037】しかし、ゲート電極の寸法は、同じLSI
チップ上でも違いがあるので、必ずしもゲート電極で溝
が完全に埋め戻されるとは限らない。そこで、以下で
は、ゲート電極の幅が大きい場合について、溝の内部に
ゲート電極を埋め込む方法について述べる。このような
状況は、ゲート電極の上にコンタクト孔を形成するよう
な場所において発生するので、ここでは、素子分離酸化
膜上に幅の広いゲート領域を形成する例について説明す
る。
However, the size of the gate electrode is the same LSI
Since there are differences on the chip as well, the groove is not always completely backfilled with the gate electrode. Therefore, a method of embedding the gate electrode in the groove will be described below when the width of the gate electrode is large. Since such a situation occurs in a place where a contact hole is formed on the gate electrode, an example of forming a wide gate region on the element isolation oxide film will be described here.

【0038】まず第一に、図8(a)に示したように、
素子分離酸化膜を形成した基板を用意する。この表面
に、図8(b)に示したように、溝を形成するための積
層絶縁膜5,6を堆積する。絶縁膜の種類は、既に述べ
た通りである。この積層絶縁膜5,6に、図8(c)の
ように溝を形成する。この際、酸化膜6のエッチングは
窒化膜5で止まるようにエッチング条件を設定し、素子
分離酸化膜3に溝が形成されないようにする必要があ
る。この後、基板が露出する活性領域では、基板に溝を
掘る工程を行うが、素子分離酸化膜には影響はない。
First of all, as shown in FIG.
A substrate on which an element isolation oxide film is formed is prepared. On this surface, as shown in FIG. 8B, laminated insulating films 5 and 6 for forming grooves are deposited. The type of insulating film is as described above. Grooves are formed in the laminated insulating films 5 and 6 as shown in FIG. At this time, it is necessary to set etching conditions so that the etching of the oxide film 6 stops at the nitride film 5 so that no trench is formed in the element isolation oxide film 3. After that, in the active region where the substrate is exposed, a step of forming a groove in the substrate is performed, but the element isolation oxide film is not affected.

【0039】次に、図8(d)に示したように、多結晶
シリコン膜9を堆積し、さらに、有機膜10を塗布し
て、表面を平坦化する。そして、全面エッチを行って、
絶縁膜の表面に堆積されている多結晶シリコン膜を除去
し、さらに、溝の内部を埋めている有機膜を除去する
と、図9(a)に示したように、幅の広い溝の内部に
も、溝と同じ幅でゲート電極を埋めることができる。さ
らに、これまで述べた工程と同じように、タングステン
膜11の選択成長(図9b),側壁絶縁膜13(図9c)の
形成を行って、図9(d)に示したように、ゲート電極
に接する配線を形成する。
Next, as shown in FIG. 8D, a polycrystalline silicon film 9 is deposited, and an organic film 10 is further applied to flatten the surface. Then, do a full etch,
When the polycrystalline silicon film deposited on the surface of the insulating film is removed and further the organic film filling the inside of the groove is removed, as shown in FIG. 9A, the inside of the wide groove is removed. Also, the gate electrode can be filled with the same width as the groove. Further, similar to the steps described so far, the selective growth of the tungsten film 11 (FIG. 9b) and the formation of the sidewall insulating film 13 (FIG. 9c) are performed, and as shown in FIG. Forming a wiring in contact with.

【0040】このように、有機膜による平坦化を用いる
ことで、幅の異なる溝の内部にも、ゲート電極を埋め込
むことができる。
As described above, by using the flattening with the organic film, the gate electrode can be embedded also inside the grooves having different widths.

【0041】以上の実施例では、ある一つの導電型のM
OSFETを製造する場合について説明してきた。以下
では、同一基板上に、導電型の異なる本発明の半導体装
置を製造する場合について説明する。
In the above embodiment, one conductivity type M
The case of manufacturing the OSFET has been described. Hereinafter, a case of manufacturing semiconductor devices of the present invention having different conductivity types on the same substrate will be described.

【0042】相補型MOSFETでは、同一基板上に種
類の異なる導電型の領域(以下ウェルと呼ぶ)を形成す
る必要があるが、本実施例では、公知の方法を用いた。
In the complementary MOSFET, it is necessary to form regions of different conductivity types (hereinafter referred to as wells) on the same substrate, but in this embodiment, a known method was used.

【0043】導電型の異なるウェル領域を形成するため
に、まず、図10(a)に示したように、基板1(p
型)の表面に酸化膜4′を成長させ、さらに、窒化膜
5′を堆積する。酸化膜の膜厚は10から20nm、窒
化膜の膜厚は150nmである。
In order to form well regions having different conductivity types, first, as shown in FIG. 10A, the substrate 1 (p
An oxide film 4'is grown on the surface of the mold), and a nitride film 5'is further deposited. The oxide film has a thickness of 10 to 20 nm, and the nitride film has a thickness of 150 nm.

【0044】この窒化膜5′を、図10(b)に示した
ように、ホトレジストマスク20を用いて、ドライエッ
チ法により所望の形状に加工する。この際、表面の酸化
膜4′を残す必要がある。
As shown in FIG. 10B, this nitride film 5'is processed into a desired shape by a dry etching method using a photoresist mask 20. At this time, it is necessary to leave the oxide film 4'on the surface.

【0045】次に、図10(c)に示したように、窒化
膜をマスクにして、n型のウェルを形成するために、リ
ンをイオン打ち込みする(21)。打ち込みエネルギは1
25KeVで、打ち込み量は1×1013/cm3 である。
この際、残っている窒化膜5′がイオン打ち込みのマス
クになるために、窒化膜が存在する領域には、リンイオ
ンは打ち込まれない。
Next, as shown in FIG. 10C, phosphorus is ion-implanted (21) using the nitride film as a mask to form an n-type well. Driving energy is 1
The implantation amount is 1 × 10 13 / cm 3 at 25 KeV.
At this time, since the remaining nitride film 5 ′ serves as a mask for ion implantation, phosphorus ions are not implanted in the region where the nitride film exists.

【0046】さらに、イオン打ち込みに起因する汚染な
どを除去し、基板を酸化雰囲気に置くと、図10(d)
に示したように、窒化膜5′のない領域、すなわち、リ
ンがイオン打ち込みされた領域にのみ、酸化膜3′が成
長する、選択酸化が起こる。本実施例では、酸化膜の膜
厚は100nmとした。この膜厚は、次に述べるボロン
のイオン打ち込み条件を考慮して設定する。
Furthermore, when contaminants and the like due to ion implantation are removed and the substrate is placed in an oxidizing atmosphere, FIG.
As shown in, the selective oxidation occurs in which the oxide film 3'grows only in the region without the nitride film 5 ', that is, in the region where phosphorus is ion-implanted. In this embodiment, the thickness of the oxide film is 100 nm. This film thickness is set in consideration of boron ion implantation conditions described below.

【0047】次に図11(a)のように、窒化膜を選択
的に除去した後に、p型のウェルを形成するために、B
2 を60KeVで、1×1013/cm3 程度イオン打ち
込みした(22)。リンを打ち込んだnウェル領域は、
酸化膜3′によってマスクされているので、ボロンは打
ち込まれない。
Next, as shown in FIG. 11A, after the nitride film is selectively removed, B is formed in order to form a p-type well.
F 2 was ion-implanted with 60 KeV at about 1 × 10 13 / cm 3 (22). The n-well region where phosphorus is implanted is
Since it is masked by the oxide film 3 ', boron is not implanted.

【0048】この基板を熱処理すると、打ち込まれた不
純物が基板内部に向かって拡散するので、図11(b)
に示したようなウェル領域ができる。ウェルの深さは3
から4μmである。
When this substrate is heat-treated, the implanted impurities diffuse toward the inside of the substrate, so that FIG.
A well region as shown in FIG. Well depth is 3
To 4 μm.

【0049】次に、素子分離酸化膜を成長させるため
に、図11(c)に示したように、表面を10nm程度
酸化して、酸化膜4′を形成し、さらに、窒化膜5′を
堆積する。これを、図11(d)のように、ホトレジス
トマスク20を用いて、所望の活性領域形状に窒化膜を
加工する。さらに、図12(a)のように、酸化膜2を
成長させると、選択的に酸化が進行して、窒化膜5′で
被われていない領域に、素子分離酸化膜2が成長する。
膜厚は400nmである。
Next, in order to grow an element isolation oxide film, as shown in FIG. 11C, the surface is oxidized by about 10 nm to form an oxide film 4 ', and further a nitride film 5'is formed. accumulate. Then, as shown in FIG. 11D, the photoresist film 20 is used to process the nitride film into a desired active region shape. Further, as shown in FIG. 12A, when the oxide film 2 is grown, the oxidation selectively progresses, and the element isolation oxide film 2 grows in a region not covered with the nitride film 5 '.
The film thickness is 400 nm.

【0050】実際のLSIの製造では、素子分離酸化膜
を成長させた後に、素子分離特性を向上させるために、
素子分離酸化膜と基板の界面近傍に、基板と同じ導電型
の領域を形成する不純物をイオン打ち込みする。しか
し、本実施例では、説明を簡略化するために、本工程は
除いてある。
In the actual manufacture of an LSI, in order to improve element isolation characteristics after growing an element isolation oxide film,
Impurities that form a region of the same conductivity type as the substrate are ion-implanted near the interface between the element isolation oxide film and the substrate. However, in this embodiment, this step is omitted to simplify the description.

【0051】これ以降の工程は、最初の実施例で説明し
た通りであり、まず、図12(b)に示した、積層絶縁
膜5,6の堆積、図12(c)の溝の形成、図12
(d)の、高濃度不純物領域7,7′の形成、ゲート酸
化膜8の成長、ゲート電極9,11の埋め込みを行う。
そして、図13(a)の積層絶縁膜の除去、図13(b)
の拡散層の形成12,14、側壁絶縁膜13の形成を行
って、図13(c)に示したように、配線の形成を行
い、本実施例の半導体装置を完成する。
The subsequent steps are as described in the first embodiment. First, the stacked insulating films 5 and 6 shown in FIG. 12B are deposited, the grooves shown in FIG. 12C are formed, 12
In (d), the high-concentration impurity regions 7 and 7'are formed, the gate oxide film 8 is grown, and the gate electrodes 9 and 11 are buried.
Then, the laminated insulating film of FIG. 13A is removed, and FIG.
The diffusion layers 12 and 14 and the side wall insulating film 13 are formed, and wiring is formed as shown in FIG. 13C to complete the semiconductor device of this embodiment.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明に示した半導体装置とその製造方
法を用いれば、以下に示したような効果を得ることがで
きる。
The following effects can be obtained by using the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention.

【0053】まず第一に、溝ゲート構造を採用すること
で、微細MOSFETにおける最大の課題である短チャ
ネル効果の発生を抑制することができる。これはすなわ
ち、溝を掘ることによって、実効的にチャネル長を長く
し、さらに、浅い拡散層を作っていることになるためで
ある。従来型では浅い拡散層を作るために、イオン打ち
込みエネルギを極端に小さくする必要があり、これが装
置コストの上昇につながる。一方、本発明の半導体装置
を用いると、従来からのイオン打ち込み装置が使えるの
で、新たな設備投資を行う必要がない。。
First, by adopting the trench gate structure, it is possible to suppress the occurrence of the short channel effect, which is the greatest problem in the fine MOSFET. This is because the channel length is effectively lengthened by digging the groove and a shallow diffusion layer is formed. In the conventional type, it is necessary to make the ion implantation energy extremely small in order to form a shallow diffusion layer, which leads to an increase in device cost. On the other hand, when the semiconductor device of the present invention is used, a conventional ion implantation device can be used, so that it is not necessary to invest new equipment. .

【0054】第二に、ゲート電極の一部に、タングステ
ンなどの金属が使える効果を挙げることができる。本発
明のように、選択的に成長させた、十分に厚いタングス
テンが使用できるので、多結晶シリコンを主体とするゲ
ート電極の約1/10のゲート抵抗を実現できる。これ
は、ゲート電極の微細化に伴って顕著になる、ゲート抵
抗の増加を抑制することができる。
Secondly, there is an effect that a metal such as tungsten can be used for a part of the gate electrode. Since, as in the present invention, selectively grown sufficiently thick tungsten can be used, it is possible to realize a gate resistance of about 1/10 that of a gate electrode mainly made of polycrystalline silicon. This can suppress an increase in gate resistance, which becomes remarkable as the gate electrode is miniaturized.

【0055】さらに、溝の中にゲート電極の一部を埋め
ることによって、加工の難しいタングステンなどの金属
の形状を、溝の形状で規定することになり、加工に伴う
ゲート寸法のばらつきを抑えることができる。
Further, by filling a part of the gate electrode in the groove, the shape of the metal such as tungsten which is difficult to process is defined by the shape of the groove, and the variation of the gate dimension due to the processing can be suppressed. You can

【0056】さらには、溝ゲート電極形成後のプロセ
ス、すなわち、拡散層の形成は、従来のMOSFETと
まったく同じなので、従来のMOSFETと同様に、拡
散層を作り分けることで、CMOS構成を実現しやすい
という特徴もある。
Further, since the process after forming the trench gate electrode, that is, the formation of the diffusion layer is exactly the same as that of the conventional MOSFET, the CMOS structure is realized by forming the diffusion layer differently as in the conventional MOSFET. There is also a feature that it is easy.

【0057】本発明の半導体装置とその製造方法を用い
れば、0.1μm レベルのゲート長を有するMOSFE
Tにおいても、従来の製造プロセスを用いて、高性能な
MOSFET作成することができ、かつ、このMOSF
ETをメモリに応用することで、1ギガビット以上のメ
モリが実現できるようになる。
By using the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, a MOSFE having a gate length of 0.1 μm level is obtained.
Even in T, a high-performance MOSFET can be manufactured by using the conventional manufacturing process, and this MOSF
By applying ET to a memory, a memory of 1 gigabit or more can be realized.

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

【図1】本発明の実施例による半導体装置の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明による相補型半導体装置の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a complementary semiconductor device according to the present invention.

【図3】従来の半導体装置の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.

【図4】従来の溝ゲート型半導体装置の断面図。FIG. 4 is a sectional view of a conventional trench gate type semiconductor device.

【図5】本発明の実施例による製造工程図。FIG. 5 is a manufacturing process diagram according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例による製造工程図。FIG. 6 is a manufacturing process diagram according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例による製造工程図。FIG. 7 is a manufacturing process diagram according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例による別の断面での製造工程
図。
FIG. 8 is a manufacturing process drawing with another cross section according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例による別の断面での製造工程
図。
FIG. 9 is a manufacturing process drawing with another cross section according to the embodiment of the present invention.

【図10】本発明による相補型MOSFETの製造工程
図。
FIG. 10 is a manufacturing process diagram of a complementary MOSFET according to the present invention.

【図11】本発明による相補型MOSFETの製造工程
図。
FIG. 11 is a manufacturing process diagram of a complementary MOSFET according to the present invention.

【図12】本発明による相補型MOSFETの製造工程
図。
FIG. 12 is a manufacturing process diagram of a complementary MOSFET according to the present invention.

【図13】本発明による相補型MOSFETの製造工程
図。
FIG. 13 is a manufacturing process diagram of a complementary MOSFET according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…高濃度不純物領域、3…素子分離
酸化膜、7…高濃度不純物領域、8…ゲート酸化膜、9
…ゲート電極、11…タングステン膜、12…拡散層、
13…側壁絶縁膜、14…拡散層、15…層間絶縁膜、
16…プラグ、17…配線。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... High concentration impurity region, 3 ... Element isolation oxide film, 7 ... High concentration impurity region, 8 ... Gate oxide film, 9
... gate electrode, 11 ... tungsten film, 12 ... diffusion layer,
13 ... Sidewall insulating film, 14 ... Diffusion layer, 15 ... Interlayer insulating film,
16 ... Plug, 17 ... Wiring.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】素子間分離用絶縁膜で囲まれた半導体基板
の領域に、基板とは導電型の異なる一対の不純物領域が
ある間隔で形成されており、前記半導体基板とはゲート
絶縁膜を介して接しているゲート電極の電位を変化させ
ることで、前記不純物領域間に流れる電流を制御する電
界効果型の半導体装置において、前記ゲート絶縁膜は前
記基板の表面の凹部に沿って形成されており、前記ゲー
ト電極の幅は、前記凹部の入口の幅にほぼ等しく、前記
ゲート電極は多結晶シリコン膜と金属膜の積層膜からな
ることを特徴とする半導体装置。
1. A pair of impurity regions having a conductivity type different from that of a substrate are formed in a region of a semiconductor substrate surrounded by an element isolation insulating film, and a gate insulating film is formed with the semiconductor substrate. In the field-effect semiconductor device in which the electric potential flowing between the impurity regions is controlled by changing the potential of the gate electrode in contact with the gate insulating film, the gate insulating film is formed along the concave portion of the surface of the substrate. The width of the gate electrode is substantially equal to the width of the entrance of the recess, and the gate electrode is made of a laminated film of a polycrystalline silicon film and a metal film.
【請求項2】請求項1において、前記ゲート電極を構成
する金属膜は、前記ゲート電極を構成するもう一つの膜
である多結晶シリコン膜の表面に、選択的に成長させた
タングステン膜である半導体装置。
2. The metal film forming the gate electrode according to claim 1, which is a tungsten film selectively grown on a surface of a polycrystalline silicon film which is another film forming the gate electrode. Semiconductor device.
【請求項3】請求項2において、前記タングステン膜の
膜厚は、前記多結晶シリコン膜より厚い半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the tungsten film is thicker than the polycrystalline silicon film.
【請求項4】請求項1において、同一半導体基板領域に
導電型の異なる半導体領域が複数個存在し、前記半導体
領域に、形成されている半導体装置。
4. A semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of semiconductor regions having different conductivity types are present in the same semiconductor substrate region and are formed in the semiconductor region.
【請求項5】半導体基板表面に酸化膜,窒化膜,酸化膜
からなる積層膜を形成する第一工程と、所望の領域の積
層膜のみを除去して基板の表面を露出させる第二工程
と、露出した基板の表面に凹部を形成する第三工程と、
露出している基板表面にゲート絶縁膜を形成する第四工
程と、第一工程で形成した積層膜と、基板の凹部からな
る溝の内部を、多結晶シリコンで埋める第五工程と、多
結晶シリコン表面にタングステンを選択的に成長させる
第六工程と、前記第二工程で形成した積層膜だけを除去
する第七工程と、多結晶シリコン膜とタングステン膜か
らなるゲート電極をマスクとして、基板とは導電型の異
なる領域を作るために、不純物をイオン打ち込みする第
八工程と、前記ゲート電極の側壁に絶縁膜を形成する第
九工程と、ゲート電極、および、側壁絶縁膜をマスクと
して、基板とは導電型の異なる領域を作るために、不純
物を前記第八工程よりは高濃度でイオン打ち込みする第
十工程と、半導体表面を層間絶縁膜で被い、基板表面や
ゲート電極に達するコンタクト孔を開口し、さらに、配
線層を形成する第十一工程からなることを特徴とする、
半導体装置の製造方法。
5. A first step of forming a laminated film including an oxide film, a nitride film and an oxide film on a surface of a semiconductor substrate, and a second step of removing only the laminated film in a desired region to expose the surface of the substrate. A third step of forming a recess on the exposed surface of the substrate,
The fourth step of forming a gate insulating film on the exposed substrate surface, the laminated film formed in the first step, the fifth step of filling the inside of the groove formed by the concave portion of the substrate with polycrystalline silicon, and the polycrystalline A sixth step of selectively growing tungsten on a silicon surface, a seventh step of removing only the laminated film formed in the second step, and a substrate using a gate electrode made of a polycrystalline silicon film and a tungsten film as a mask. To form regions having different conductivity types, an eighth step of ion-implanting impurities, a ninth step of forming an insulating film on the side wall of the gate electrode, the gate electrode and the side wall insulating film as a mask To form regions of different conductivity types, a tenth step of ion-implanting impurities at a higher concentration than the eighth step, and covering the semiconductor surface with an interlayer insulating film to reach the substrate surface or the gate electrode. Contact holes, further characterized in that it consists eleventh step of forming the wiring layer,
Manufacturing method of semiconductor device.
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