JPH0738095A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JPH0738095A
JPH0738095A JP18227993A JP18227993A JPH0738095A JP H0738095 A JPH0738095 A JP H0738095A JP 18227993 A JP18227993 A JP 18227993A JP 18227993 A JP18227993 A JP 18227993A JP H0738095 A JPH0738095 A JP H0738095A
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JP
Japan
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insulating film
gate electrode
forming
gate
region
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Application number
JP18227993A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichiro Kimura
紳一郎 木村
Tokuo Kure
得男 久▲禮▼
Masaru Hisamoto
大 久本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66568Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66613Lateral single gate silicon transistors with a gate recessing step, e.g. using local oxidation
    • H01L29/66621Lateral single gate silicon transistors with a gate recessing step, e.g. using local oxidation using etching to form a recess at the gate location
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66537Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using a self aligned punch through stopper or threshold implant under the gate region

Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor device having groove gate type MOSFETs whose switching delay time is short. CONSTITUTION:This is a semiconductor device having at least one field effect transistor in which the source and drain regions are formed by a high concentration diffused layer 13' and a low concentration diffused layer 13, a groove part is provided in the channel part between the source and drain regions, the gate electrode 10 is provided via the gate insulator film 9 in the groove part, and the gate electrode 10 is placed on the surface of the substrate outside the groove region via a nitride film 5 which is thicker than the gate insulator film.

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、金属−酸化膜−半導体
型の電界効果トランジスタ(Metal OxideSemiconducto
r field effect transistor;以下、MOSFETと略
す)を有する半導体装置及び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 metal-oxide-semiconductor type field effect transistor (Metal Oxide Semiconducto).
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having an r field effect transistor;

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSFET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、0.8ミクロンの技術を用いて、4メガビットの量
産が行われている。また、次世代の0.5ミクロン技術
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 a MOSFET, is currently mass-produced at 4 megabits using a 0.8-micron technology. In addition, mass production of 16-megabit, which uses the next-generation 0.5 micron technology, has started even though it is small. 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、MOSFET等の半導体素子の
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、ゲート電極寸法の縮小に伴って顕著になる、短チ
ャネル効果(MOSFETを導通させるのに必要なゲー
ト電圧が、あるゲート寸法から急激に低下する現象)
や、パンチスルー(電流をゲートでは制御できなくなる
現象)等の望ましくない現象を抑制して行われてきた。
By the way, the miniaturization of semiconductor elements such as MOSFET has been achieved not only by simply reducing the size but also by a short channel effect (conducting the MOSFET in conduction) which becomes remarkable as the size of the gate electrode is reduced. (The phenomenon that the gate voltage required for abruptly drops from a certain gate size)
Also, undesirable phenomena such as punch-through (a phenomenon in which the current cannot be controlled by the gate) have been suppressed.

【0004】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、基板の不純
物濃度を増加させ、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、MOSFET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、ゲート電極寸法が0.2
μm以下になると、これまでの微細化の指針だけでは、
短チャネル効果やパンチスルーを抑制するのは困難であ
る。
The guideline in this case is the proportional reduction rule. According to this, as the size is reduced, the impurity concentration of the substrate is increased, the gate oxide film is thinned, and the diffusion layer of the source drain is formed. I've been shallow. In order to miniaturize semiconductor devices, especially MOSFETs, it is inevitable to follow this guideline, but the gate electrode size is 0.2
When it becomes less than μm, only by the guideline of miniaturization so far,
It is difficult to suppress the short channel effect and punch through.

【0005】これは、電流の出入口となるソースドレイ
ンの拡散層が、ある深さをもって基板内部に存在してお
り、しかも、その深さにイオン打ち込み等のプロセス条
件で決まる限界が存在するために、ゲート電極寸法が小
さくなると、ドレイン領域から延びた空乏層が、ソース
領域に達し、その結果、ソースとチャネル間のポテンシ
ャル障壁が低下して、ゲートでは制御できない電流が流
れる現象を引き起こすためである。この空乏層の延びを
抑えるために基板内部に高濃度領域を設けたり、或いは
基板に設けた溝の周囲をチャネルとして利用する、いわ
ゆる溝ゲート型MOSFETとする等の工夫がなされて
きた。
This is because the source / drain diffusion layer serving as a current inlet / outlet exists inside the substrate with a certain depth, and the depth has a limit determined by process conditions such as ion implantation. As the size of the gate electrode becomes smaller, the depletion layer extending from the drain region reaches the source region, and as a result, the potential barrier between the source and channel lowers, causing a phenomenon in which a current that cannot be controlled by the gate flows. . In order to suppress the extension of the depletion layer, various measures have been taken such as providing a high-concentration region inside the substrate, or using the periphery of the groove provided in the substrate as a channel, that is, a so-called trench gate type MOSFET.

【0006】従来の溝ゲート型MOSFETの断面図を
図2に示す。半導体基板(1)の素子間分離酸化膜
(2)の領域の周りに基板導電型と導電型が等しく、か
つ、濃度の高い高濃度領域(3)がチャネルストッパー
層として形成されており、ソース領域、ドレイン領域を
構成する拡散層(13、13’)の間に形成された溝
(6)に、ゲート酸化膜(9)を介してゲート電極(1
0)が設けられている。この構造によって、空乏層の延
びを抑えることができる。なお、これに関する従来技術
として、特開昭50−8483、特開昭56−8397
4等が挙げられる。
FIG. 2 shows a sectional view of a conventional trench gate type MOSFET. A high-concentration region (3) having the same conductivity type as the substrate and a high conductivity is formed as a channel stopper layer around the region of the element isolation oxide film (2) of the semiconductor substrate (1). Region, the groove (6) formed between the diffusion layers (13, 13 ′) forming the drain region, the gate electrode (1) via the gate oxide film (9).
0) is provided. With this structure, the extension of the depletion layer can be suppressed. Incidentally, as the prior art relating to this, Japanese Patent Laid-Open Nos. 50-8483 and 56-8397.
4 etc. are mentioned.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、溝
の周囲のゲート酸化膜が薄く、ゲート電極とドレイン領
域の重なり容量が大きく、そのためMOSFETのスイ
ッチングの遅延時間が大きいという問題があった。
The above-mentioned conventional technique has a problem that the gate oxide film around the groove is thin, the overlapping capacitance between the gate electrode and the drain region is large, and therefore, the switching delay time of the MOSFET is long. .

【0008】本発明の第1の目的は、溝ゲート型MOS
FETを有し、そのスイッチングの遅延時間が小さい半
導体装置を提供することにある。本発明の第2の目的
は、そのような半導体装置を製造するに適した半導体装
置の製造方法を提供することにある。
A first object of the present invention is a groove gate type MOS.
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having an FET and having a short switching delay time. A second object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method suitable for manufacturing such a semiconductor device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、本発明の半導体装置は、図1に示したよう
に、ソース、ドレイン領域が高濃度層と低濃度層からな
り、ソース、ドレイン領域間のチャネル部に凹部を設
け、凹部内にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設け、
さらに、凹部外の基板表面の所望の部分に、ゲート絶縁
膜より厚い第1の絶縁膜を介してゲート電極を積層して
電界効果トランジスタを構成したものである。
In order to achieve the first object, the semiconductor device of the present invention, as shown in FIG. 1, has source and drain regions composed of a high concentration layer and a low concentration layer, A recess is provided in the channel portion between the source and drain regions, and a gate electrode is provided in the recess via a gate insulating film,
Further, a field effect transistor is configured by laminating a gate electrode on a desired portion of the substrate surface outside the recess via a first insulating film thicker than the gate insulating film.

【0010】この電界効果トランジスタのゲート電極
は、高融点金属、例えば、W又はMoからなることが、
ゲート電極を低抵抗とできるので好ましい。また、ソー
ス、ドレイン領域の表面近傍に、W等の金属膜又はW、
Mo、Ni、Ti、Co等の金属のシリサイド膜が配置
されていることが好ましい。また、基板内部のゲート電
極の直下にのみ高濃度領域を作ることが好ましい。さら
にまた、相補型MOSを有する半導体装置のp型MOS
FETとn型MOSFETのそれぞれに、上記の電界効
果トランジスタを用いた構成とすることができる。
The gate electrode of this field effect transistor may be made of a refractory metal such as W or Mo.
This is preferable because the gate electrode can have low resistance. In addition, in the vicinity of the surface of the source and drain regions, a metal film such as W or W,
It is preferable that a silicide film of a metal such as Mo, Ni, Ti, or Co is arranged. Further, it is preferable to form the high-concentration region only under the gate electrode inside the substrate. Furthermore, a p-type MOS of a semiconductor device having a complementary MOS
The field effect transistor described above may be used for each of the FET and the n-type MOSFET.

【0011】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明の半導体装置の製造方法は、表面に所望の厚さの
第1の絶縁膜を有し、かつ、所望の深さにソース、ドレ
イン領域となる低濃度層を有する半導体基板を準備し、
絶縁膜の所望の部分に穴を設け、穴から半導体基板に凹
部を形成し、凹部内にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶
縁膜と第1の絶縁膜の上に、所望の形状のゲート電極を
形成し、ゲート電極をマスクにして、第1の絶縁膜を除
去し、少なくとも第1の絶縁膜とゲート電極の側壁に、
自己整合的に側壁絶縁膜を形成し、さらに、少なくとも
側壁絶縁膜をマスクにしてソース、ドレイン領域を構成
する高濃度層を形成するようにしたものである。
In order to achieve the above second object,
A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention provides a semiconductor substrate having a first insulating film having a desired thickness on a surface thereof and having a low-concentration layer serving as a source and drain regions at a desired depth,
A hole is provided in a desired portion of the insulating film, a recess is formed in the semiconductor substrate from the hole, a gate insulating film is formed in the recess, and a gate electrode having a desired shape is formed on the gate insulating film and the first insulating film. Is formed, the first insulating film is removed using the gate electrode as a mask, and at least on the sidewalls of the first insulating film and the gate electrode,
The sidewall insulating film is formed in a self-aligning manner, and further, the high-concentration layer forming the source and drain regions is formed using at least the sidewall insulating film as a mask.

【0012】さらに、上記第2の目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、表面に所望の厚
さの第1の絶縁膜を有する半導体基板を準備し、絶縁膜
の所望の部分に穴を設け、穴から半導体基板に凹部を形
成し、凹部内にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜と
第1の絶縁膜の上に、所望の形状のゲート電極を形成
し、ゲート電極をマスクにして、第1の絶縁膜を除去
し、第1の絶縁膜が除去された部分に、ソース、ドレイ
ン領域を構成する低濃度層を設け、少なくとも第1の絶
縁膜とゲート電極の側壁に、自己整合的に側壁絶縁膜を
形成し、さらに、少なくとも側壁絶縁膜をマスクにして
ソース、ドレイン領域を構成する高濃度層を形成するよ
うにしたものである。
Further, in order to achieve the second object, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention prepares a semiconductor substrate having a first insulating film having a desired thickness on a surface thereof, and the desired insulating film is obtained. A hole is formed in the portion, a recess is formed in the semiconductor substrate from the hole, a gate insulating film is formed in the recess, and a gate electrode having a desired shape is formed on the gate insulating film and the first insulating film, The first insulating film is removed using the gate electrode as a mask, and low-concentration layers forming source and drain regions are provided in the portion where the first insulating film is removed, and at least the first insulating film and the gate electrode A side wall insulating film is formed on the side wall of the substrate in a self-aligning manner, and at least the side wall insulating film is used as a mask to form a high-concentration layer forming a source and drain regions.

【0013】なおさらに、上記第2の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、表面に所望の
厚さの第1の絶縁膜を有し、第1導電型領域とこれと異
なる第2導電型領域がそれぞれ存在し、かつ、それぞれ
の領域の所望の深さに、それぞれの導電型と異なる導電
型であって、ソース、ドレイン領域となる低濃度層を有
する半導体基板を準備し、それぞれの領域の上の絶縁膜
の所望の部分に穴を設け、穴から半導体基板に凹部を形
成し、それぞれの凹部内にゲート絶縁膜を形成し、ゲー
ト絶縁膜と第1の絶縁膜の上に、所望の形状のゲート電
極をそれぞれ形成し、ゲート電極をマスクにして、それ
ぞれ第1の絶縁膜を除去し、少なくとも第1の絶縁膜と
ゲート電極の側壁に、それぞれ自己整合的に側壁絶縁膜
を形成し、第1導電型又は第2導電型のいずれか一方の
領域をマスクで覆い、他方の領域に、少なくとも側壁絶
縁膜をマスクにして、ソース、ドレイン領域を構成する
高濃度層を形成し、さらに、上記他方の領域をマスクで
覆い、上記一方の領域に、少なくとも側壁絶縁膜をマス
クにして、ソース、ドレイン領域を構成する高濃度層を
形成するようにしたものである。
Further, in order to achieve the second object, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention has a first insulating film having a desired thickness on the surface, and a first conductivity type region and the first conductivity type region. A semiconductor substrate having second conductivity type regions different from each other and having a low concentration layer which is a conductivity type different from each conductivity type at a desired depth of each region and which serves as a source / drain region. A hole is formed in a desired portion of the insulating film on each region, a recess is formed in the semiconductor substrate from the hole, a gate insulating film is formed in each recess, and the gate insulating film and the first insulating film are formed. A gate electrode having a desired shape is formed on each of the films, the first insulating film is removed by using the gate electrode as a mask, and at least the side walls of the first insulating film and the gate electrode are self-aligned. A side wall insulating film is formed on the Type or second conductivity type region is covered with a mask, and in the other region, at least the sidewall insulating film is used as a mask to form a high-concentration layer forming source and drain regions. The region is covered with a mask, and at least the side wall insulating film is used as a mask to form the high concentration layer forming the source and drain regions in the one region.

【0014】[0014]

【作用】溝ゲート型構造は、ドレイン領域からの空乏層
がソース領域に侵入するのを効果的に抑制するので、短
チャネル効果を抑えることができる。さらに、凹部外の
基板表面に、ゲート絶縁膜より厚い第1の絶縁膜を介し
てゲート電極が積層されることにより、ゲート電極とド
レイン領域の重なり容量が小さくなり、MOSFETの
スイッチングの遅延時間が小さくなる。スイッチングの
遅延時間τは、近似的に次式で表わされる。
The groove gate type structure effectively suppresses the depletion layer from the drain region from entering the source region, so that the short channel effect can be suppressed. Further, by stacking the gate electrode on the substrate surface outside the recess via the first insulating film that is thicker than the gate insulating film, the overlapping capacitance between the gate electrode and the drain region is reduced, and the switching delay time of the MOSFET is reduced. Get smaller. The switching delay time τ is approximately represented by the following equation.

【0015】τ=(CV)/I ここにCはゲート容量、Vは電圧、Iは電流である。ゲ
ート容量Cが小さくなれば、遅延時間τは小さくなる。
Τ = (CV) / I where C is the gate capacitance, V is the voltage, and I is the current. The smaller the gate capacitance C, the smaller the delay time τ.

【0016】また、ゲート電極にタングステン等の高融
点金属を使用した場合は、ゲート抵抗が小さくなり、そ
の結果、従来のMOSFETで採用されている、サリサ
イドプロセスに代表される、ゲート電極の低抵抗化工程
を行う必要はなくなる。
Further, when a high melting point metal such as tungsten is used for the gate electrode, the gate resistance becomes small, and as a result, the low resistance of the gate electrode, which is typified by the salicide process, used in the conventional MOSFET. It is not necessary to carry out the crystallization process.

【0017】[0017]

【実施例】〈実施例1〉以下、本発明の第1の実施例
を、図3から図5を用いて詳細に説明する。第1の実施
例は、予め拡散層を形成する例である。また、n型のM
OSFETを例に説明するが、p型のMOSFETも、
基板の導電型や不純物の種類を変えることで実現できる
のは言うまでもない。
<Embodiment 1> Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The first embodiment is an example of forming a diffusion layer in advance. Also, n-type M
An explanation will be given by taking the OSFET as an example.
It goes without saying that this can be achieved by changing the conductivity type of the substrate and the type of impurities.

【0018】まず、図3(a)に示したように、p型の
半導体基板(1)の表面に、窒化膜のパターン(図示せ
ず)を形成し、これをマスクにしてボロンを打ち込み、
熱拡散した後、選択酸化法で素子分離酸化膜(2)を成
長させる。半導体基板の不純物濃度は、実現しようとす
るMOSFETの寸法にも依存するが、本実施例では
0.5μm技術で使われている6×1016/cm3に設
定した。これは、本実施例の半導体装置では、溝ゲート
構造によって短チャネル効果が抑制されるので、基板の
不純物濃度を上げる必要がないためである。素子分離酸
化膜(2)の膜厚は400nmとした。なお、上記の打
ち込まれたボロンにより、素子分離酸化膜(2)の周辺
を覆っている高濃度領域(3)が形成される。この領域
は素子分離特性を向上させる。
First, as shown in FIG. 3A, a pattern (not shown) of a nitride film is formed on the surface of a p-type semiconductor substrate (1) and boron is implanted using this as a mask.
After thermal diffusion, the element isolation oxide film (2) is grown by the selective oxidation method. Although the impurity concentration of the semiconductor substrate depends on the size of the MOSFET to be realized, it is set to 6 × 10 16 / cm 3 used in the 0.5 μm technology in this embodiment. This is because, in the semiconductor device of this embodiment, the short channel effect is suppressed by the groove gate structure, and it is not necessary to increase the impurity concentration of the substrate. The film thickness of the element isolation oxide film (2) was 400 nm. The implanted boron forms a high-concentration region (3) covering the periphery of the element isolation oxide film (2). This region improves element isolation characteristics.

【0019】次に、図3(b)に示したように、半導体
基板表面に20nm程度の酸化膜(4)を成長させ、さ
らに、基板表面領域に拡散層(13)を作るために、ヒ
素を高濃度(1×1020/cm3)で打ち込む。深さは
0.05μmである。イオン打ち込みに伴う汚染などを
除去した後に、表面全体に図3(c)に示したように、
窒化膜(5)を気層成長法で堆積する。膜厚は120n
mである。次に、図3(d)に示したように、リソグラ
フィ技術とドライエッチング技術を用いて、素子分離酸
化膜(2)で囲まれた活性領域のほぼ中央の窒化膜
(5)のみを除去する。この断面図では見えないが、窒
化膜に形成した溝の一部は、紙面に垂直方向で、その方
向にある素子分離酸化膜(2)の領域にかかっている。
また、窒化膜(5)の加工は下地の酸化膜(4)で止ま
るようにする。
Next, as shown in FIG. 3 (b), an arsenic is grown to grow an oxide film (4) of about 20 nm on the surface of the semiconductor substrate and to form a diffusion layer (13) in the substrate surface region. At a high concentration (1 × 10 20 / cm 3 ). The depth is 0.05 μm. After removing the contaminants due to the ion implantation, as shown in FIG.
The nitride film (5) is deposited by vapor deposition. The film thickness is 120n
m. Next, as shown in FIG. 3D, by using the lithography technique and the dry etching technique, only the nitride film (5) substantially in the center of the active region surrounded by the element isolation oxide film (2) is removed. . Although not visible in this cross-sectional view, a part of the groove formed in the nitride film extends in the direction perpendicular to the plane of the drawing and extends over the region of the element isolation oxide film (2) in that direction.
The processing of the nitride film (5) is stopped at the underlying oxide film (4).

【0020】さらに、図3(e)に示したように、形成
した溝の周辺にのみ、側壁窒化膜(5’)を形成する。
この側壁窒化膜は、基板全面に新たに堆積した窒化膜
を、異方性ドライエッチング法で全面エッチングするこ
とで実現できる。側壁に付く窒化膜の寸法は、堆積する
膜の膜厚に依存するが、本実施例では、0.1μmの厚
さになるようにした。溝の寸法が、現状のi−線リソグ
ラフィで容易に達成できる0.3μmの幅であるので、
側壁窒化膜(5’)の形成によって、仕上がりの溝寸法
は0.1μmとなる。このように、自己整合プロセスを
用いることによって、従来のリソグラフィ技術では達成
不可能な寸法が実現できる。
Further, as shown in FIG. 3E, a sidewall nitride film (5 ') is formed only around the formed groove.
This sidewall nitride film can be realized by etching a newly deposited nitride film on the entire surface of the substrate by anisotropic dry etching. The dimension of the nitride film on the sidewall depends on the film thickness of the deposited film, but in the present embodiment, the thickness was set to 0.1 μm. Since the size of the groove is 0.3 μm which can be easily achieved by the current i-line lithography,
Due to the formation of the sidewall nitride film (5 '), the finished groove dimension becomes 0.1 μm. Thus, by using a self-aligned process, dimensions not achievable with conventional lithographic techniques can be achieved.

【0021】次に、図4(a)に示したように、窒化膜
(5)、側壁窒化膜(5’)をマスクにして、基板にド
ライエッチング法により溝(6)を掘り、予め形成して
おいた拡散層(13)を1組の拡散層領域に分離する。
この工程によって、拡散層が、MOSFETのソースと
ドレインに分離される。
Next, as shown in FIG. 4 (a), using the nitride film (5) and the side wall nitride film (5 ') as a mask, a groove (6) is dug in the substrate by a dry etching method to be preliminarily formed. The previously set diffusion layer (13) is separated into a set of diffusion layer regions.
By this step, the diffusion layer is separated into the source and the drain of the MOSFET.

【0022】ドライエッチングは基板の表面に損傷を受
けた領域を作るために、半導体装置の特性を劣化させる
原因となる。そこで、この領域を除去し、さらに、後の
イオン打ち込み工程の保護膜とするために、図4(b)
に示したように、酸化膜(7)を成長させる。損傷を受
けた領域は表面から数nmなので、成長させる酸化膜の
膜厚は10nmとした。そして、この酸化膜を通して、
MOSFETのしきい電圧を調整するための、イオン打
ち込みを行い、高濃度領域(8)を形成する。イオン種
はボロンであり、打ち込み量は1×1012から1×10
13/cm2であり、また、打ち込みエネルギーは20K
eVである。
The dry etching creates a damaged region on the surface of the substrate, which causes deterioration of the characteristics of the semiconductor device. Therefore, in order to remove this region and use it as a protective film in the subsequent ion implantation step, FIG.
An oxide film (7) is grown as shown in FIG. Since the damaged region is several nm from the surface, the thickness of the grown oxide film was 10 nm. And through this oxide film,
Ions are implanted to adjust the threshold voltage of the MOSFET to form a high concentration region (8). The ion species is boron, and the implantation amount is 1 × 10 12 to 1 × 10.
13 / cm 2 , and the implantation energy is 20K
eV.

【0023】イオン打ち込みの終了後に、保護膜となっ
た酸化膜(7)をフッ酸を含んだ溶液で除去し、さら
に、図4(c)に示したように、MOSFETのゲート
酸化膜(9)となる酸化膜を成長させる。酸化膜の膜厚
は5nmであり、酸化温度は850℃とした。
After the ion implantation is completed, the oxide film (7) which has become the protective film is removed by a solution containing hydrofluoric acid, and further, as shown in FIG. 4C, the gate oxide film (9) of the MOSFET is formed. ) Becomes an oxide film. The thickness of the oxide film was 5 nm, and the oxidation temperature was 850 ° C.

【0024】次に、図4(d)に示したように、ゲート
電極となるタングステン(10)をスパッタ法で堆積
し、さらに、二酸化ケイ素からなる酸化膜(11)を堆
積させた。タングステンは高温の酸化雰囲気では簡単に
酸化されてしまうので、酸化膜(11)の堆積には、オ
ゾンとTEOS(テトラエトキシオルソシリケート)の
反応を利用した低温酸化膜堆積法を用いた。次に、図4
(e)のように、リソグラフィ技術を用いて、ホトレジ
スト(12)をゲート電極形状にして、これをマスクに
して下地の酸化膜(11)をドライエッチング法を用い
て加工する。
Next, as shown in FIG. 4D, tungsten (10) to be the gate electrode was deposited by the sputtering method, and further an oxide film (11) made of silicon dioxide was deposited. Since tungsten is easily oxidized in a high temperature oxidizing atmosphere, a low temperature oxide film deposition method utilizing the reaction between ozone and TEOS (tetraethoxy orthosilicate) was used for depositing the oxide film (11). Next, FIG.
As shown in (e), the photoresist (12) is formed into a gate electrode shape by using a lithography technique, and the underlying oxide film (11) is processed by a dry etching method using this as a mask.

【0025】さらに、図5(a)に示したように、酸化
膜(11)の下地のタングステン(10)を加工する。
この際、タングステンの下地である窒化膜(5)は、数
10nm削れるが、素子分離酸化膜(2)が露出するこ
とはない。次に、図5(b)のように、ドライエッチン
グ法を用いて、タングステン加工の下地となった窒化膜
(5)をエッチングングするが、タングステンのゲート
電極(10)の下になっている部分の窒化膜(5)は残
る。タングステンの下地に窒化膜を用いたのは、窒化膜
の除去に際して、素子分離酸化膜との選択比を利用し
て、素子分離酸化膜が削れるのを防ぐためである。
Further, as shown in FIG. 5A, the underlying tungsten (10) of the oxide film (11) is processed.
At this time, the nitride film (5) which is the base of tungsten is abraded by several tens of nm, but the element isolation oxide film (2) is not exposed. Next, as shown in FIG. 5B, the nitride film (5) which is the base of the tungsten processing is etched by using the dry etching method, but it is under the gate electrode (10) of tungsten. Part of the nitride film (5) remains. The reason why the nitride film is used as the underlayer of tungsten is to prevent the element isolation oxide film from being scraped by utilizing the selection ratio with the element isolation oxide film when removing the nitride film.

【0026】さらに、図5(c)に示したように、ゲー
ト電極の周辺に側壁酸化膜(14)を形成する。この側
壁酸化膜(14)の形成は、図3(e)に示した溝の側
壁窒化膜の形成と同様に、酸化膜の堆積と、異方性ドラ
イエッチングを用いた全面エッチング法を用いて実現し
た。さらに、このゲート電極と側壁酸化膜をマスクにし
て、再び拡散層(13’)を形成する。打ち込んだイオ
ンはヒ素で、打ち込み量は3×1015/cm2である。
また、この側壁酸化膜の形成の際の全面エッチングによ
って、基板表面が露出する。
Further, as shown in FIG. 5C, a sidewall oxide film (14) is formed around the gate electrode. This sidewall oxide film (14) is formed by depositing an oxide film and a full-scale etching method using anisotropic dry etching, similarly to the formation of the sidewall nitride film of the trench shown in FIG. 3 (e). It was realized. Further, using the gate electrode and the sidewall oxide film as a mask, a diffusion layer (13 ') is formed again. The implanted ions are arsenic, and the implantation amount is 3 × 10 15 / cm 2 .
Further, the substrate surface is exposed by the entire surface etching at the time of forming the sidewall oxide film.

【0027】次に、イオン打ち込みによる汚染を除去し
た後に、図5(d)に示したように、拡散層の表面にタ
ングステン(15)を選択的に成長させる。WF6とS
iH4を反応させることによって、タングステンを基板
表面にのみ、選択的に成長させた。 最後に、図5
(e)に示したように、層間絶縁膜(16)を堆積し
て、コンタクトホールを開口し、このコンタクトホール
を、プラグ形成技術を用いてタングステン(18)で埋
め戻し、最後に配線(19)をアルミを主成分とする金
属で形成する。また、配線層を増やす際には、この工程
を繰り返す。
Next, after removing the contamination due to the ion implantation, as shown in FIG. 5D, tungsten (15) is selectively grown on the surface of the diffusion layer. WF 6 and S
By reacting with iH 4 , tungsten was selectively grown only on the substrate surface. Finally, Figure 5
As shown in (e), an interlayer insulating film (16) is deposited, a contact hole is opened, the contact hole is backfilled with tungsten (18) using a plug forming technique, and finally a wiring (19) is formed. ) Is formed of a metal whose main component is aluminum. Further, when increasing the number of wiring layers, this process is repeated.

【0028】なお、ゲート電極としてタングステンの変
わりにモリブデンを用いても、同様な効果を得ることが
できた。拡散層の表面に形成したタングステン(15)
の変わりに、タングステン、モリブデン、ニッケル、チ
タン、コバルト等の金属のシリサイドを用いても、同様
な効果を得ることができた。
Even if molybdenum was used as the gate electrode instead of tungsten, the same effect could be obtained. Tungsten formed on the surface of the diffusion layer (15)
Instead of, a similar effect could be obtained by using a silicide of a metal such as tungsten, molybdenum, nickel, titanium, or cobalt.

【0029】本実施例では、拡散層を予め形成しておい
て、これを基板に溝を掘ることで分離する方法を採用し
た。この方法では、溝の側壁は拡散層が必ず接触するた
めに、ゲート電極と拡散層との間にすきまができる、い
わゆるオフセット状態になることはない。なお、このす
きまができると、拡散層に抵抗の高い領域が直列接続さ
れたことになり、MOSFETの特性が劣化する原因と
なる。
In this embodiment, a method of forming a diffusion layer in advance and separating it by digging a groove in the substrate is adopted. In this method, the side wall of the groove is always in contact with the diffusion layer, so that there is no gap between the gate electrode and the diffusion layer, which is a so-called offset state. If this gap is created, a region having high resistance is connected in series to the diffusion layer, which causes deterioration of the characteristics of the MOSFET.

【0030】また、本実施例では、凹部を形成するに必
要な窒化膜(5)がゲート電極であるタングステンの加
工の下地となるので、基板を削ることなく、このような
金属をゲート電極に用いることができる。また、基板内
部に作った高濃度領域(8)は、ゲート電極の直下にの
み形成されているので、拡散容量の増加を抑える効果が
ある。これらのことは、以下の実施例でも同様である。
Further, in this embodiment, since the nitride film (5) necessary for forming the concave portion serves as a base for processing the tungsten which is the gate electrode, such metal is used as the gate electrode without scraping the substrate. Can be used. Further, since the high concentration region (8) formed inside the substrate is formed only directly under the gate electrode, it has an effect of suppressing an increase in diffusion capacitance. The same applies to the following examples.

【0031】〈実施例2〉実施例1のように、予め拡散
層を形成する方法は、拡散層の深さによって溝の深さを
調節しなければならず、また、後述するように、n型、
p型両方のMOSFETを同一の基板に形成する場合に
は、異なる種類の不純物拡散層を形成しなければならな
いので、溝深さの調整だけで、拡散層を分離するのは大
変難しい。
<Embodiment 2> In the method of forming the diffusion layer in advance as in Embodiment 1, the depth of the groove must be adjusted according to the depth of the diffusion layer, and as described later, n Mold,
When both p-type MOSFETs are formed on the same substrate, different types of impurity diffusion layers must be formed, so it is very difficult to separate the diffusion layers only by adjusting the groove depth.

【0032】そこで、第2の実施例では、従来のMOS
FETと同様に、ゲート電極の形成後に拡散層形成のた
めのイオン打ち込みを行うようにした。このために、イ
オンを基板に対して斜めに入射させる、斜めイオン打ち
込み法を用いた。
Therefore, in the second embodiment, the conventional MOS
Similar to the FET, the ion implantation for forming the diffusion layer is performed after the gate electrode is formed. For this purpose, an oblique ion implantation method is used in which ions are obliquely incident on the substrate.

【0033】実施例1と同様に、半導体基板(1)に素
子分離酸化膜(2)、高濃度領域(3)を、図6(a)
に示したように形成する。そして、図6(b)のよう
に、基板表面に酸化膜(4)を成長させる。膜厚は実施
例1と同じである。
Similar to the first embodiment, the element isolation oxide film (2) and the high concentration region (3) are formed on the semiconductor substrate (1) as shown in FIG.
It is formed as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 6B, an oxide film (4) is grown on the surface of the substrate. The film thickness is the same as in Example 1.

【0034】本実施例では、拡散層形成のためのイオン
打ち込みは行わずに、その他は実施例1と同様に、図6
(c)から図6(e)に示したように、窒化膜(5)と
側壁窒化膜(5’)を形成してから、図7(a)に示し
たように、基板に溝(6)を掘る。以後、ゲート電極を
形成する工程(図7(b)から図7(e)と図8
(a))は、実施例1と全く同じである。
In this embodiment, the ion implantation for forming the diffusion layer is not carried out, and the rest is the same as in the first embodiment, as shown in FIG.
As shown in FIGS. 6 (e) to 6 (e), after forming the nitride film (5) and the sidewall nitride film (5 ′), as shown in FIG. 7 (a), a groove (6) is formed on the substrate. ) Dig. After that, the steps of forming the gate electrode (FIGS. 7B to 7E) and FIG.
(A)) is exactly the same as the first embodiment.

【0035】次に、拡散層を形成する工程に移るが、図
8(b)に示したように、ゲート電極であるタングステ
ン(10)は、上に広がった傘のような形状をしている
ために、垂直にイオンを打ち込むと、ゲート電極と拡散
層とには、上述したようにオフセットができ、正常なM
OSFET動作は期待できない。そこで、本実施例で
は、同図に示したように、イオンを斜めから打ち込む方
法を採用した。具体的には、左右それぞれ30から40
度の傾きで打ち込み、不純物がゲート酸化膜領域に達す
るようにした。さらに、熱処理による横方向の拡散を加
えることにより、オフセットを防ぐようにするために、
不純物にはリンを用いた。打ち込み量は1×1015/c
2、打ち込みエネルギーは40KeVとした。
Next, proceeding to the step of forming a diffusion layer, as shown in FIG. 8B, the tungsten (10) which is the gate electrode has an umbrella-like shape that spreads upward. Therefore, when ions are implanted vertically, the gate electrode and the diffusion layer are offset as described above, and the normal M
OSFET operation cannot be expected. Therefore, in this embodiment, as shown in the figure, a method of implanting ions obliquely is adopted. Specifically, 30 to 40 on each side
Implantation is performed with a gradient of degrees so that the impurities reach the gate oxide film region. Furthermore, in order to prevent offset by adding lateral diffusion by heat treatment,
Phosphorus was used as an impurity. Driving amount is 1 × 10 15 / c
m 2 and the implantation energy were 40 KeV.

【0036】その後の工程は、図8(c)から図8
(e)に示したように、実施例1と全く同じであるので
省略する。
The subsequent steps are shown in FIGS.
As shown in (e), since it is exactly the same as that of the first embodiment, it is omitted.

【0037】〈実施例3〉第3の実施例では、本発明の
MOSFETを、n型とp型が共存する、相補型MOS
FETに適用した例について述べる。相補型MOSFE
T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。なお、MOSF
ETの作成は、第1の実施例で述べた方法を採用した
が、第2の実施例の方法が使えるのは言うまでもない。
<Third Embodiment> In a third embodiment, the MOSFET of the present invention is a complementary MOS in which n-type and p-type coexist.
An example applied to the FET will be described. Complementary MOSFE
At T, it is necessary to form regions of different conductivity types (hereinafter referred to as wells) on the same substrate. In addition, MOSF
Although the method described in the first embodiment is adopted for creating the ET, it goes without saying that the method of the second embodiment can be used.

【0038】導電型の異なるウェル領域を形成するため
に、まず、図9(a)に示したように、p型の半導体基
板(1)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(4’)の膜厚は1
0nm、窒化膜(5”)の膜厚は150nmである。
In order to form well regions having different conductivity types, first, as shown in FIG. 9A, an oxide film (4 ') is grown on the surface of a p-type semiconductor substrate (1), and further, ,
A nitride film (5 ″) is deposited. The oxide film (4 ′) has a film thickness of 1
0 nm, and the film thickness of the nitride film (5 ″) is 150 nm.

【0039】この窒化膜(5”)を、図9(b)に示し
たように、ホトレジスト(12)のマスクを用いて、ド
ライエッチング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. 9B, this nitride film (5 ″) is processed into a desired shape by a dry etching method using a mask of photoresist (12). It is necessary to leave the membrane (4 ').

【0040】次に、ホトレジスト(12)を除き、図9
(c)に示したように、窒化膜(5”)をマスクにし
て、n型のウェル領域(21)を形成するために、リン
をイオン打ち込みする。打ち込みエネルギーは125K
eVで、打ち込み量は1×10 13/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, except for the photoresist (12), as shown in FIG.
As shown in (c), using the nitride film (5 ″) as a mask
To form an n-type well region (21).
Ion implant. Driving energy is 125K
eV, implant amount is 1 × 10 13/ Cm3Is. this
At this time, the remaining nitride film (5 ") is the ion-implanted mass.
In the area where the nitride film is present, phosphorus
Is not driven.

【0041】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9(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
(4”)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に照らして設定さ
れる。
Further, when contaminants and the like due to ion implantation are removed and the substrate is placed in an oxidizing atmosphere, as shown in FIG. 9D, a region without the nitride film (5 ″), that is,
Selective oxidation occurs in which the oxide film (4 ″) grows only in the region where phosphorus is ion-implanted. In this embodiment, the oxide film has a film thickness of 100 nm. It is set according to the ion implantation conditions.

【0042】次に図9(e)のように、窒化膜を選択的
に除去した後に、p型のウェル領域(22)を形成する
ために、BF2を60KeVで、1×1013/cm3程度
イオン打ち込みした。リンを打ち込んだn型のウェル領
域(21)は、酸化膜(4”)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。
Then, as shown in FIG. 9 (e), after selectively removing the nitride film, BF 2 is 60 KeV and 1 × 10 13 / cm 2 to form a p-type well region (22). About 3 ions were implanted. Since the n-type well region (21) in which phosphorus is implanted is masked by the oxide film (4 ″), boron is not implanted.

【0043】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10(a)
に示したようなウェル領域(21、22)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.
Well regions (21, 22) are formed as shown in FIG. The depth of the well is 3 to 4 μm.

【0044】次に、素子分離酸化膜を成長させるため
に、一度酸化膜(4’、4”)を除き、図10(b)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10(c)のように、ホトレジスト(1
2)のマスクを用いて、所望の活性領域形状に窒化膜を
加工する。さらに、図10(d)のように、酸化膜を成
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, the oxide film (4 ′, 4 ″) is once removed, and the surface is oxidized by about 10 nm as shown in FIG. (4 ′) is formed, and a nitride film (5 ″) is further deposited. As shown in FIG. 10 (c), the photoresist (1
Using the mask of 2), the nitride film is processed into a desired active region shape. Further, as shown in FIG. 10D, when an oxide film is grown, the oxidation selectively progresses, and a nitride film (5 ″) is formed.
An element isolation oxide film (2) grows in a region not covered with. The film thickness is 400 nm.

【0045】本実施例では、第1の実施例に示した、予
め拡散層を形成する方法を採用するので、図10(e)
のように、n型のウェル領域(21)を開口するホトレ
ジスト(12)のマスクを形成して、BF2を20Ke
V、1×1015/cm2の条件で打ち込み、拡散層(1
3’)を形成した。また、その前に、素子分離特性を改
善するため、リンを、素子分離酸化膜(2)と基板との
界面にピーク濃度位置がくる条件でイオン打ち込みし、
高濃度領域(3’)を形成した。具体的には、2価のリ
ンイオンを200KeV、2×1013/cm2で打ち込
んだ。これは1価のリンイオンでは、400KeV、1
×1013/cm2に相当し、ピーク位置は素子分離酸化
膜(2)の界面近傍にくる。また、シリコン基板中で
は、素子分離酸化膜中より深くリンが侵入するために、
同図に示したような分布が得られる。
In this embodiment, the method of forming the diffusion layer in advance, which is shown in the first embodiment, is adopted, so that FIG.
As described above, a mask of photoresist (12) that opens the n-type well region (21) is formed, and BF 2 is added to 20 Ke.
Implanted under the conditions of V, 1 × 10 15 / cm 2 , and the diffusion layer (1
3 ') was formed. In addition, before that, in order to improve the element isolation characteristics, phosphorus is ion-implanted under the condition that the peak concentration position comes to the interface between the element isolation oxide film (2) and the substrate,
A high concentration region (3 ') was formed. Specifically, divalent phosphorus ions were implanted at 200 KeV and 2 × 10 13 / cm 2 . This is 400 KeV for monovalent phosphorus ion, 1
Corresponding to × 10 13 / cm 2 , the peak position is near the interface of the element isolation oxide film (2). Further, in the silicon substrate, since phosphorus penetrates deeper than in the element isolation oxide film,
The distribution shown in the figure is obtained.

【0046】同じことをp型のウェル領域でも行うため
に、図11(a)に示したように、n型のウェル領域を
ホトレジストマスク(12)で被い、まず、高濃度領域
(3”)を形成するためにボロンを、そして、拡散層
(13”)を形成するためにヒ素をイオン打ち込みす
る。
In order to do the same in the p-type well region, as shown in FIG. 11A, the n-type well region is covered with the photoresist mask (12), and the high concentration region (3 ") is first formed. ) And arsenic to form the diffusion layer (13 ″).

【0047】これから後は、実施例1で説明した工程と
同じであり、図11(b)ように窒化膜(5)を設け、
これに溝を形成し、図11(c)のように、溝の側壁に
側壁窒化膜(5’)を形成し、図11(d)のように、
基板に溝(6)を掘って拡散層を分離する。次に、図1
1(e)のように溝の表面を酸化して、この酸化膜
(7)を通して、MOSFETのしきい電圧を調整する
ための、イオン打ち込みを行い、高濃度領域(8”)を
形成する。そして、図12(a)から(c)に示したよ
うに、ゲート電極(10)の形成、側壁酸化膜(14)
の形成、拡散層(13a、13b)の形成を行い、最後
の配線(19)を形成して、相補型のMOSFETを完
成する。
From this point onward, the process is the same as that of the first embodiment, and the nitride film (5) is provided as shown in FIG.
A groove is formed in this, a sidewall nitride film (5 ′) is formed on the sidewall of the groove as shown in FIG. 11C, and as shown in FIG.
A groove (6) is dug in the substrate to separate the diffusion layer. Next, FIG.
1 (e), the surface of the groove is oxidized, and ion implantation for adjusting the threshold voltage of the MOSFET is performed through the oxide film (7) to form a high concentration region (8 ″). Then, as shown in FIGS. 12A to 12C, formation of the gate electrode (10), sidewall oxide film (14)
, The diffusion layers (13a, 13b) are formed, and the final wiring (19) is formed to complete the complementary MOSFET.

【0048】ところで、拡散層に対してあまり深い溝を
形成すると、電流が少なくなってしまう問題が起こるの
で、予め拡散層を形成しておく第1の実施例に関して
は、溝の深さは拡散層の深さとほぼ同じにする。また、
第2の実施例のように、後で拡散層を形成する場合で
も、斜め方向からイオンを打ち込むので、イオン打ち込
み条件を制御して、接合界面が溝ゲートの角に位置する
ようにした。
By the way, if a groove is formed too deep with respect to the diffusion layer, a problem occurs that the current decreases. Therefore, in the first embodiment in which the diffusion layer is formed in advance, the depth of the groove is the diffusion. It is almost the same as the layer depth. Also,
Even when a diffusion layer is formed later as in the second embodiment, ions are implanted from an oblique direction, so the ion implantation conditions are controlled so that the junction interface is located at the corner of the trench gate.

【0049】なお、従来の方法によって、相補型のMO
SFETを製造するときは、n型MOSFETもp型M
OSFETもそのゲート電極には、同じ導電型の不純物
を多量に含む多結晶シリコンが用いられていた。この組
み合わせでは仕事関数の差のため、しきい電圧の調整が
難しかった。仕事関数の差をなくすために、それぞれの
ゲート電極によって不純物の導電性を変えることは、n
型MOSFETとp型MOSFETでゲート電極を作り
分けることになり、製造工程が複雑になる。本実施例に
よれば、ゲート電極を作り分ける必要がなく、工程数を
少なくでき、タングステンとp型、n型基板との仕事関
数差が略等しくできるので、それぞれのMOSFETに
対するしきい電圧を設定しやすくなる。
It should be noted that by the conventional method, the complementary MO
When manufacturing SFET, n-type MOSFET and p-type M
The gate electrode of the OSFET also uses polycrystalline silicon containing a large amount of impurities of the same conductivity type. With this combination, it was difficult to adjust the threshold voltage because of the difference in work functions. Changing the conductivity of the impurities by the respective gate electrodes in order to eliminate the work function difference is
Since the gate electrodes are separately formed for the p-type MOSFET and the p-type MOSFET, the manufacturing process becomes complicated. According to the present embodiment, it is not necessary to separately form gate electrodes, the number of steps can be reduced, and the work function differences between tungsten and p-type or n-type substrates can be made substantially equal, so that the threshold voltage for each MOSFET can be set. Easier to do.

【0050】[0050]

【発明の効果】溝ゲート構造を用いることで、MOSF
ETの短チャネル効果の発生を抑制することができる。
これは、凹部を形成することによって、実効的に浅い拡
散層を作っていることになるためである。また、凹部外
の基板表面に、ゲート絶縁膜より厚い第1の絶縁膜を介
してゲート電極が積層されることにより、ゲート電極と
ドレイン領域の重なり容量が小さくなり、MOSFET
のスイッチングの遅延時間が小さくなる。さらに、ゲー
ト電極にタングステン等の高融点金属を用いる場合は、
多結晶シリコンを主体とするゲート電極の約1/10の
ゲート抵抗が実現できる。また、相補型MOSFETの
それぞれのMOSFETに上記構成を適用し、そのゲー
ト電極にタングステン等の高融点金属を用いる場合は、
これらの金属とn型基板、p型基板との仕事関数の差が
略等しいので、それぞれのMOSFETに対するしきい
電圧を設定しやすくなる。
EFFECT OF THE INVENTION By using the trench gate structure, the MOSF
It is possible to suppress the occurrence of the short channel effect of ET.
This is because the shallow diffusion layer is effectively formed by forming the recess. Further, by stacking the gate electrode on the surface of the substrate outside the recess via the first insulating film which is thicker than the gate insulating film, the overlapping capacitance between the gate electrode and the drain region is reduced, and the MOSFET
The switching delay time is reduced. Furthermore, when using a refractory metal such as tungsten for the gate electrode,
It is possible to realize a gate resistance which is about 1/10 that of a gate electrode mainly made of polycrystalline silicon. Further, when the above configuration is applied to each MOSFET of complementary MOSFETs and a refractory metal such as tungsten is used for its gate electrode,
Since the difference in work function between these metals and the n-type substrate and the p-type substrate is substantially equal, it becomes easy to set the threshold voltage for each MOSFET.

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

【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】従来の半導体装置の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a conventional semiconductor device.

【図3】本発明の第1の実施例の製造工程図。FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例の製造工程図。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例の製造工程図。FIG. 5 is a manufacturing process drawing of the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例の製造工程図。FIG. 6 is a manufacturing process drawing of the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施例の製造工程図。FIG. 7 is a manufacturing process drawing of the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例の製造工程図。FIG. 8 is a manufacturing process drawing of the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例の相補型MOSFETの
製造工程図。
FIG. 9 is a manufacturing process diagram of the complementary MOSFET according to the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施例の相補型MOSFET
の製造工程図。
FIG. 10 is a complementary MOSFET according to a third embodiment of the present invention.
Manufacturing process drawing.

【図11】本発明の第3の実施例の相補型MOSFET
の製造工程図。
FIG. 11 is a complementary MOSFET according to a third embodiment of the present invention.
Manufacturing process drawing.

【図12】本発明の第3の実施例の相補型MOSFET
の製造工程図。
FIG. 12 is a complementary MOSFET according to a third embodiment of the present invention.
Manufacturing process drawing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板 2…素子分離酸化膜 3、3’、3”…高濃度領域 4、4’、4”…酸化膜 5、5”…窒化膜 5’…側壁窒化膜 6…溝 7…酸化膜 8、8’、8”…高濃度領域 9…ゲート酸化膜 10…ゲート電極 11…酸化膜 12…ホトレジストマスク 13、13’、13”、13a、13b…拡散層 14…側壁酸化膜 15、18…タングステン 16…層間絶縁膜 19…配線 21、22…不純物層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate 2 ... Element isolation oxide film 3, 3 ', 3 "... High concentration region 4, 4', 4" ... Oxide film 5, 5 "... Nitride film 5 '... Sidewall nitride film 6 ... Trench 7 ... Oxidation High-concentration region 9 ... Gate oxide film 10 ... Gate electrode 11 ... Oxide film 12 ... Photoresist mask 13, 13 ′, 13 ″, 13a, 13b ... Diffusion layer 14 ... Sidewall oxide film 15, 18 ... Tungsten 16 ... Interlayer insulating film 19 ... Wiring 21, 22 ... Impurity layer

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ソース、ドレイン領域が高濃度層と低濃度
層からなり、ソース、ドレイン領域間のチャネル部に凹
部が設けられ、凹部内にゲート絶縁膜を介してゲート電
極が設けられ、かつ、上記凹部外の基板表面の所望の部
分は、上記ゲート絶縁膜より厚い第1の絶縁膜を介して
上記ゲート電極が積層された電界効果トランジスタを少
なくとも1個有することを特徴とする半導体装置。
1. A source / drain region comprises a high-concentration layer and a low-concentration layer, a recess is provided in a channel portion between the source / drain regions, and a gate electrode is provided in the recess via a gate insulating film, and The semiconductor device is characterized in that a desired portion of the substrate surface outside the recess has at least one field effect transistor in which the gate electrode is laminated via a first insulating film thicker than the gate insulating film.
【請求項2】上記電界効果トランジスタの1個は、pチ
ャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタであり、他の1
個は、nチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタであ
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. One of said field effect transistors is a p-channel insulated gate field effect transistor, and the other one.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the individual ones are n-channel insulated gate field effect transistors.
【請求項3】上記ゲート電極は、高融点金属からなるこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is made of a refractory metal.
【請求項4】上記高融点金属は、W又はMoであること
を特徴とする請求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the refractory metal is W or Mo.
【請求項5】上記ソース、ドレイン領域の表面近傍に、
金属膜又は金属シリサイド膜が配置されたことを特徴と
する請求項1から4のいずれか一に記載の半導体装置。
5. Near the surface of the source and drain regions,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a metal film or a metal silicide film is arranged.
【請求項6】上記ゲート電極の上に、ゲート電極と、平
面的な形状が同一の第2の絶縁膜が配置されたことを特
徴とする請求項1から5のいずれか一に記載の半導体装
置。
6. The semiconductor according to claim 1, wherein a second insulating film having the same planar shape as that of the gate electrode is arranged on the gate electrode. apparatus.
【請求項7】表面に所望の厚さの第1の絶縁膜を有し、
かつ、所望の深さにソース、ドレイン領域となる低濃度
層を有する半導体基板を準備する第1の工程、該絶縁膜
の所望の部分に穴を設け、該穴から半導体基板に凹部を
形成する第2の工程、凹部内にゲート絶縁膜を形成する
第3の工程、ゲート絶縁膜と第1の絶縁膜の上に、所望
の形状のゲート電極を形成する第4の工程、ゲート電極
をマスクにして、第1の絶縁膜を除去する第5の工程、
少なくとも第1の絶縁膜とゲート電極の側壁に、自己整
合的に側壁絶縁膜を形成する第6の工程及び少なくとも
側壁絶縁膜をマスクにしてソース、ドレイン領域を構成
する高濃度層を形成する第7の工程を有する半導体装置
の製造方法。
7. A surface having a first insulating film having a desired thickness,
And, a first step of preparing a semiconductor substrate having a low-concentration layer to be a source / drain region at a desired depth, a hole is formed in a desired portion of the insulating film, and a recess is formed in the semiconductor substrate from the hole. Second step, third step of forming a gate insulating film in the recess, fourth step of forming a gate electrode of a desired shape on the gate insulating film and the first insulating film, masking the gate electrode Then, the fifth step of removing the first insulating film,
A sixth step of forming a side wall insulating film in a self-aligning manner on at least the side wall of the first insulating film and the gate electrode, and forming a high-concentration layer forming source and drain regions using at least the side wall insulating film as a mask. 7. A method for manufacturing a semiconductor device, which has the step of 7.
【請求項8】表面に所望の厚さの第1の絶縁膜を有する
半導体基板を準備する第1の工程、該絶縁膜の所望の部
分に穴を設け、該穴から半導体基板に凹部を形成する第
2の工程、凹部内にゲート絶縁膜を形成する第3の工
程、ゲート絶縁膜と第1の絶縁膜の上に、所望の形状の
ゲート電極を形成する第4の工程、ゲート電極をマスク
にして、第1の絶縁膜を除去する第5の工程、第1の絶
縁膜が除去された部分に、ソース、ドレイン領域を構成
する低濃度層を設ける第6の工程、少なくとも第1の絶
縁膜とゲート電極の側壁に、自己整合的に側壁絶縁膜を
形成する第7の工程及び少なくとも側壁絶縁膜をマスク
にしてソース、ドレイン領域を構成する高濃度層を形成
する第8の工程を有する半導体装置の製造方法。
8. A first step of preparing a semiconductor substrate having a first insulating film having a desired thickness on the surface, a hole is formed in a desired portion of the insulating film, and a recess is formed in the semiconductor substrate from the hole. A second step of forming a gate insulating film in the recess, a fourth step of forming a gate electrode having a desired shape on the gate insulating film and the first insulating film, and a gate electrode. A fifth step of removing the first insulating film using the mask, a sixth step of providing a low-concentration layer forming source and drain regions in the portion where the first insulating film is removed, at least the first step. The seventh step of forming a sidewall insulating film on the sidewalls of the insulating film and the gate electrode in a self-aligned manner and the eighth step of forming a high-concentration layer forming a source / drain region using at least the sidewall insulating film as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device having the same.
【請求項9】表面に所望の厚さの第1の絶縁膜を有し、
第1導電型領域とこれと異なる第2導電型領域がそれぞ
れ存在し、かつ、それぞれの領域の所望の深さに、それ
ぞれの導電型と異なる導電型であって、ソース、ドレイ
ン領域となる低濃度層を有する半導体基板を準備する第
1の工程、それぞれの領域の上の絶縁膜の所望の部分に
穴を設け、該穴から半導体基板に凹部を形成する第2の
工程、それぞれの凹部内にゲート絶縁膜を形成する第3
の工程、ゲート絶縁膜と第1の絶縁膜の上に、所望の形
状のゲート電極をそれぞれ形成する第4の工程、ゲート
電極をマスクにして、それぞれ第1の絶縁膜を除去する
第5の工程、少なくとも第1の絶縁膜とゲート電極の側
壁に、それぞれ自己整合的に側壁絶縁膜を形成する第6
の工程、第1導電型又は第2導電型のいずれか一方の領
域をマスクで覆い、他方の領域に、少なくとも側壁絶縁
膜をマスクにして、ソース、ドレイン領域を構成する高
濃度層を形成する第7の工程及び上記他方の領域をマス
クで覆い、上記一方の領域に、少なくとも側壁絶縁膜を
マスクにして、ソース、ドレイン領域を構成する高濃度
層を形成する第8の工程を有する半導体装置の製造方
法。
9. A surface having a first insulating film having a desired thickness,
There are a first conductivity type region and a second conductivity type region different from the first conductivity type region, and at a desired depth of each region, a conductivity type different from the respective conductivity types and a source and drain region are formed. A first step of preparing a semiconductor substrate having a concentration layer, a second step of forming a hole in a desired portion of an insulating film above each region and forming a recess in the semiconductor substrate from the hole, in each recess Forming a gate insulating film on the third
Step of forming a gate electrode having a desired shape on the gate insulating film and the first insulating film, respectively, and a fifth step of removing the first insulating film using the gate electrode as a mask. A step of forming a sidewall insulating film in a self-aligned manner at least on the sidewalls of the first insulating film and the gate electrode;
Of the first conductivity type or the second conductivity type is covered with a mask, and the high concentration layer forming the source and drain regions is formed in the other region by using at least the sidewall insulating film as a mask. A semiconductor device having a seventh step and an eighth step of covering the other region with a mask and forming a high-concentration layer forming source and drain regions in the one region by using at least the sidewall insulating film as a mask. Manufacturing method.
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