JPH0878533A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH0878533A JPH0878533A JP6206443A JP20644394A JPH0878533A JP H0878533 A JPH0878533 A JP H0878533A JP 6206443 A JP6206443 A JP 6206443A JP 20644394 A JP20644394 A JP 20644394A JP H0878533 A JPH0878533 A JP H0878533A
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- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
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- H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
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- H10B12/31—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor
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- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
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- H10B12/34—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the transistor being at least partially in a trench in the substrate
Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は2種類の膜厚のゲート絶縁膜を有す
る微細MOSトランジスタの構造とその簡便な形成方法
とを提供する。 【構成】半導体基板の主表面の一部に凹部が形成され、
この凹部の内壁に、半導体基板の主表面より熱酸化の速
い半導体結晶面が形成され、この凹部の内壁をチャネル
領域とし凹部の内壁に形成された絶縁膜をゲート絶縁膜
とする第1MOSトランジスタと、半導体基板の主表面
をチャネル領域とし主表面に形成された絶縁膜をゲート
絶縁膜とする第2MOSトランジスタとが形成されて、
前記第1のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚み
が、第2のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚みよ
り大きくなるようにする。
る微細MOSトランジスタの構造とその簡便な形成方法
とを提供する。 【構成】半導体基板の主表面の一部に凹部が形成され、
この凹部の内壁に、半導体基板の主表面より熱酸化の速
い半導体結晶面が形成され、この凹部の内壁をチャネル
領域とし凹部の内壁に形成された絶縁膜をゲート絶縁膜
とする第1MOSトランジスタと、半導体基板の主表面
をチャネル領域とし主表面に形成された絶縁膜をゲート
絶縁膜とする第2MOSトランジスタとが形成されて、
前記第1のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚み
が、第2のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚みよ
り大きくなるようにする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に関し、特にゲート絶縁膜の膜厚を異にするMO
Sトランジスタを構造とその形成方法に関する。
造方法に関し、特にゲート絶縁膜の膜厚を異にするMO
Sトランジスタを構造とその形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化及び高速化は必須
のこととして、半導体素子構造の微細化及び高密度化が
精力的に推進されている。また同時に、半導体装置の低
消費電力化あるいは低電圧化も強く要求されてきてい
る。これは、半導体装置を使用する機器の小型化あるい
は携帯化に対応するためであり、又、半導体装置の高集
積化及び高速化に伴う半導体素子からの発熱量の増大に
よる半導体装置の誤動作を防止するためでもある。
のこととして、半導体素子構造の微細化及び高密度化が
精力的に推進されている。また同時に、半導体装置の低
消費電力化あるいは低電圧化も強く要求されてきてい
る。これは、半導体装置を使用する機器の小型化あるい
は携帯化に対応するためであり、又、半導体装置の高集
積化及び高速化に伴う半導体素子からの発熱量の増大に
よる半導体装置の誤動作を防止するためでもある。
【0003】一方、低消費電力化あるいは低電圧化のた
めに単純に半導体素子の動作電圧を低減するとその動作
速度は低下し半導体装置は低速化する。そこで、この相
反する要求を満足させる1手段として、半導体装置内で
2種類以上の動作電圧を用いる方法がとられてきてい
る。
めに単純に半導体素子の動作電圧を低減するとその動作
速度は低下し半導体装置は低速化する。そこで、この相
反する要求を満足させる1手段として、半導体装置内で
2種類以上の動作電圧を用いる方法がとられてきてい
る。
【0004】このような動作電圧の複数化は、半導体装
置を構成する一部の回路機能を充分に引き出す場合にも
行われる。この場合には、半導体装置内に昇圧回路ある
いは降圧回路を設けて、半導体装置の電源電圧と異る所
望の電圧が半導体装置内で生成される。
置を構成する一部の回路機能を充分に引き出す場合にも
行われる。この場合には、半導体装置内に昇圧回路ある
いは降圧回路を設けて、半導体装置の電源電圧と異る所
望の電圧が半導体装置内で生成される。
【0005】このような複数の回路動作電圧の使用によ
り、MOSトランジスタのゲート絶縁膜に複数の電圧が
印加されるようになる。
り、MOSトランジスタのゲート絶縁膜に複数の電圧が
印加されるようになる。
【0006】前述の半導体素子の微細化に伴い、ゲート
絶縁膜は益々薄膜化される。しかし、一律に薄膜化した
ゲート絶縁膜では上述の複数の回路動作電圧に対応でき
なくなる。すなわち、複数の回路動作電圧の中、高い方
の電圧が印加されると、薄膜化したゲート絶縁膜の絶縁
性が劣化する。そこで、高い電圧の印加されるMOSト
ランジスタのゲート絶縁膜厚を厚くし、低電圧の印加さ
れるMOSトランジスタのゲート絶縁膜を薄膜化するこ
とが必要とされる。
絶縁膜は益々薄膜化される。しかし、一律に薄膜化した
ゲート絶縁膜では上述の複数の回路動作電圧に対応でき
なくなる。すなわち、複数の回路動作電圧の中、高い方
の電圧が印加されると、薄膜化したゲート絶縁膜の絶縁
性が劣化する。そこで、高い電圧の印加されるMOSト
ランジスタのゲート絶縁膜厚を厚くし、低電圧の印加さ
れるMOSトランジスタのゲート絶縁膜を薄膜化するこ
とが必要とされる。
【0007】このために、この膜厚を異にするゲート絶
縁膜を半導体装置の中に形成する手法が種々に検討され
ている。例えば、特開平5−291573号公報にその
一例が示されている。
縁膜を半導体装置の中に形成する手法が種々に検討され
ている。例えば、特開平5−291573号公報にその
一例が示されている。
【0008】図10(a)〜図10(d)は、上述の特
開平5−291573号公報に示された、異る膜厚のゲ
ート絶縁膜をそれぞれ有するMOSトランジスタの形成
方法を説明する工程順の断面図である。
開平5−291573号公報に示された、異る膜厚のゲ
ート絶縁膜をそれぞれ有するMOSトランジスタの形成
方法を説明する工程順の断面図である。
【0009】図10(a)に示すように、p型半導体基
板101上に素子分離絶縁膜102が通常のLOCOS
法で選択的に形成される。更に、選択的に素子分離絶縁
膜102がエッチング除去される。そして、この素子分
離絶縁膜102の除去されたところに凹部103が形成
される。
板101上に素子分離絶縁膜102が通常のLOCOS
法で選択的に形成される。更に、選択的に素子分離絶縁
膜102がエッチング除去される。そして、この素子分
離絶縁膜102の除去されたところに凹部103が形成
される。
【0010】次に、露出したp型半導体基板101の表
面に、熱酸化処理により、約18nmの厚さのゲート絶
縁膜が形成される。続いて図10(b)に示すように、
写真食刻技術を用いて、凹部103の領域すなわち高耐
圧のMOSトランジスタ形成領域を覆うようにレジスト
パターン104を形成し、このレジストパターン104
をマスクにして、高耐圧のMOSトランジスタ形成領域
以外の素子形成領域に形成されたゲート絶縁膜をエッチ
ング除去する。このようにして、高耐圧のMOSトラン
ジスタの形成領域に第1ゲート絶縁膜105を形成す
る。
面に、熱酸化処理により、約18nmの厚さのゲート絶
縁膜が形成される。続いて図10(b)に示すように、
写真食刻技術を用いて、凹部103の領域すなわち高耐
圧のMOSトランジスタ形成領域を覆うようにレジスト
パターン104を形成し、このレジストパターン104
をマスクにして、高耐圧のMOSトランジスタ形成領域
以外の素子形成領域に形成されたゲート絶縁膜をエッチ
ング除去する。このようにして、高耐圧のMOSトラン
ジスタの形成領域に第1ゲート絶縁膜105を形成す
る。
【0011】その後、レジストパターン104を除去し
た後、再び熱酸化処理を施すことによって、高耐圧MO
Sトランジスタ形成領域以外の素子形成領域に、約18
nmの膜厚の第2ゲート絶縁膜106が形成される。図
10(c)に示すように、このとき、高耐圧MOSトラ
ンジスタ形成領域には、予め前記第1ゲート絶縁膜10
5が設けられているため、この工程における熱酸化処理
によって、ゲート絶縁膜の積み足しが行われ、高耐圧M
OSトランジスタ形成領域に25nm程度の第1ゲート
絶縁膜105aが形成される。
た後、再び熱酸化処理を施すことによって、高耐圧MO
Sトランジスタ形成領域以外の素子形成領域に、約18
nmの膜厚の第2ゲート絶縁膜106が形成される。図
10(c)に示すように、このとき、高耐圧MOSトラ
ンジスタ形成領域には、予め前記第1ゲート絶縁膜10
5が設けられているため、この工程における熱酸化処理
によって、ゲート絶縁膜の積み足しが行われ、高耐圧M
OSトランジスタ形成領域に25nm程度の第1ゲート
絶縁膜105aが形成される。
【0012】このようにした後、図10(d)に示すよ
うに、高耐圧MOSトランジスタのゲート電極107、
ソース拡散層109、ドレイン拡散層110が形成さ
れ、同様に、通常のMOSトランジスタのゲート電極1
08、ソース拡散層111、ドレイン拡散層112が形
成される。
うに、高耐圧MOSトランジスタのゲート電極107、
ソース拡散層109、ドレイン拡散層110が形成さ
れ、同様に、通常のMOSトランジスタのゲート電極1
08、ソース拡散層111、ドレイン拡散層112が形
成される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、従来技術では2種類の膜厚のゲート絶縁膜を得るた
めに、第1のゲート絶縁膜を形成した後、所定の領域の
第1のゲート絶縁膜を選択的に除去し、続けて第2のゲ
ート絶縁膜を全領域に形成する。
に、従来技術では2種類の膜厚のゲート絶縁膜を得るた
めに、第1のゲート絶縁膜を形成した後、所定の領域の
第1のゲート絶縁膜を選択的に除去し、続けて第2のゲ
ート絶縁膜を全領域に形成する。
【0014】このような従来技術の製造方法では、異る
ゲート絶縁膜を形成するために、半導体基板の2回の熱
酸化処理、1回の写真食刻の工程、1回のゲート絶縁膜
のエッチング工程が必要とされ、製造工程が煩雑となっ
ている。
ゲート絶縁膜を形成するために、半導体基板の2回の熱
酸化処理、1回の写真食刻の工程、1回のゲート絶縁膜
のエッチング工程が必要とされ、製造工程が煩雑となっ
ている。
【0015】また、相対的に高い電圧の印加されるMO
Sトランジスタのゲート絶縁膜の形成において、前述の
2回の熱酸化処理の中の第1回目の熱酸化処理と第2回
目の熱酸化処理の間にレジストパターンの形成工程が必
要とされる。このために、ゲート絶縁膜の重金属等によ
る不純物汚染が避けられず、ゲート絶縁膜の品質あるい
は信頼性低下が問題となっている。なお、前述のレジス
トパターンの形成は、ゲート絶縁膜に直接に被着するよ
うに形成されるために、レジスト中に多く含まれる重金
属はゲート絶縁膜を汚染し易い。そこで、この汚染を回
避する抜本的な技術対策が必要となっている。
Sトランジスタのゲート絶縁膜の形成において、前述の
2回の熱酸化処理の中の第1回目の熱酸化処理と第2回
目の熱酸化処理の間にレジストパターンの形成工程が必
要とされる。このために、ゲート絶縁膜の重金属等によ
る不純物汚染が避けられず、ゲート絶縁膜の品質あるい
は信頼性低下が問題となっている。なお、前述のレジス
トパターンの形成は、ゲート絶縁膜に直接に被着するよ
うに形成されるために、レジスト中に多く含まれる重金
属はゲート絶縁膜を汚染し易い。そこで、この汚染を回
避する抜本的な技術対策が必要となっている。
【0016】本発明の目的は、上述の問題を解決し、2
種類の膜厚のゲート絶縁膜を有する微細MOSトランジ
スタの構造とその製造方法とを提供することにある。
種類の膜厚のゲート絶縁膜を有する微細MOSトランジ
スタの構造とその製造方法とを提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】このために本発明におい
ては、半導体基板の主表面の一部領域に凹部が形成さ
れ、この凹部の内壁に、半導体基板の主表面よりも熱酸
化の速い半導体結晶面が露出され、この凹部の内壁をチ
ャネル領域とし凹部の内壁に形成された絶縁膜をゲート
絶縁膜とする第1のMOSトランジスタと、半導体基板
の主表面をチャネル領域とし前記主表面に形成された絶
縁膜をゲート絶縁膜とする第2のMOSトランジスタと
が形成されて、前記第1のMOSトランジスタのゲート
絶縁膜の厚みが、第2のMOSトランジスタのゲート絶
縁膜の厚みより大きくなるようにする。
ては、半導体基板の主表面の一部領域に凹部が形成さ
れ、この凹部の内壁に、半導体基板の主表面よりも熱酸
化の速い半導体結晶面が露出され、この凹部の内壁をチ
ャネル領域とし凹部の内壁に形成された絶縁膜をゲート
絶縁膜とする第1のMOSトランジスタと、半導体基板
の主表面をチャネル領域とし前記主表面に形成された絶
縁膜をゲート絶縁膜とする第2のMOSトランジスタと
が形成されて、前記第1のMOSトランジスタのゲート
絶縁膜の厚みが、第2のMOSトランジスタのゲート絶
縁膜の厚みより大きくなるようにする。
【0018】好ましくは、前記半導体基板の主表面の結
晶面方位が{100}であり、前記凹部の側面の結晶面
方位が{111}となるようにする。
晶面方位が{100}であり、前記凹部の側面の結晶面
方位が{111}となるようにする。
【0019】あるいは、前記半導体基板の主表面の結晶
面方位が{100}であり、前記凹部の側面に結晶面方
位{110}の結晶面が含まれるようにする。
面方位が{100}であり、前記凹部の側面に結晶面方
位{110}の結晶面が含まれるようにする。
【0020】あるいは、前記半導体基板の主表面の結晶
面方位が{100}であり、前記凹部の側面に結晶面方
位{111}あるいは{110}の結晶面と{100}
の結晶面とが含まれ、前記凹部の{100}の結晶面に
は高濃度のn型不純物が含まれてるようにする。
面方位が{100}であり、前記凹部の側面に結晶面方
位{111}あるいは{110}の結晶面と{100}
の結晶面とが含まれ、前記凹部の{100}の結晶面に
は高濃度のn型不純物が含まれてるようにする。
【0021】上記構造の製造方法は、半導体基板の表面
に素子分離絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記半導
体基板の表面と前記素子分離絶縁膜の表面とをドライエ
ッチングし両表面に凹部を形成する工程と、しかる後、
前記半導体基板の表面と前記凹部の表面を熱酸化しゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、導電体薄膜を全面に成膜す
る工程と、前記導電体薄膜を異方性ドライエッチングす
る工程とを含む。
に素子分離絶縁膜を選択的に形成する工程と、前記半導
体基板の表面と前記素子分離絶縁膜の表面とをドライエ
ッチングし両表面に凹部を形成する工程と、しかる後、
前記半導体基板の表面と前記凹部の表面を熱酸化しゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、導電体薄膜を全面に成膜す
る工程と、前記導電体薄膜を異方性ドライエッチングす
る工程とを含む。
【0022】あるいは、半導体基板の表面に素子分離絶
縁膜を選択的に形成する工程と、前記素子分離絶縁膜の
膜厚より浅い凹部を半導体基板の表面に形成する工程
と、前記凹部に導電体材を埋設する工程とを含む。
縁膜を選択的に形成する工程と、前記素子分離絶縁膜の
膜厚より浅い凹部を半導体基板の表面に形成する工程
と、前記凹部に導電体材を埋設する工程とを含む。
【0023】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の第1の実施例の半導体装置を説明す
るための略断面図である。この図においては、高耐圧の
MOSトランジスタの形成領域と通常のMOSトランジ
スタの形成領域とが隣接する場合を示している。
る。図1は本発明の第1の実施例の半導体装置を説明す
るための略断面図である。この図においては、高耐圧の
MOSトランジスタの形成領域と通常のMOSトランジ
スタの形成領域とが隣接する場合を示している。
【0024】導電型がp型でその結晶面方位が(10
0)であるシリコン基板1の表面に、素子間を電気的に
分離するための素子分離絶縁膜2が形成される。そし
て、面指数が(111)の結晶面あるいはこの面と同価
な結晶面(以下、{111}の結晶面と呼称する)を有
するV字状の溝3が、高耐圧のMOSトランジスタの形
成される領域に設けられる。ここで、このV字状の溝の
深さは0.5μm以下である。又、前述の素子分離絶縁
膜2の深さは1μm以下である。ここで、この素子分離
絶縁膜2の深さがV字状の溝の深さより大きくなるよう
に設定することが好ましい。
0)であるシリコン基板1の表面に、素子間を電気的に
分離するための素子分離絶縁膜2が形成される。そし
て、面指数が(111)の結晶面あるいはこの面と同価
な結晶面(以下、{111}の結晶面と呼称する)を有
するV字状の溝3が、高耐圧のMOSトランジスタの形
成される領域に設けられる。ここで、このV字状の溝の
深さは0.5μm以下である。又、前述の素子分離絶縁
膜2の深さは1μm以下である。ここで、この素子分離
絶縁膜2の深さがV字状の溝の深さより大きくなるよう
に設定することが好ましい。
【0025】このようにした後、シリコン基板表面の熱
酸化により、シリコン酸化膜が形成される。そして、前
述のV字状の溝に第1のゲート絶縁膜4が形成される。
この第1のゲート絶縁膜4の膜厚は通常20nm以下に
設定される。
酸化により、シリコン酸化膜が形成される。そして、前
述のV字状の溝に第1のゲート絶縁膜4が形成される。
この第1のゲート絶縁膜4の膜厚は通常20nm以下に
設定される。
【0026】この第1のゲート絶縁膜4を被覆して高耐
圧のMOSトランジスタのゲート電極5が形成され、こ
のMOSトランジスタのソース拡散層6及びドレイン拡
散層7が形成される。
圧のMOSトランジスタのゲート電極5が形成され、こ
のMOSトランジスタのソース拡散層6及びドレイン拡
散層7が形成される。
【0027】以上のようにして、V字状の溝のある領域
に高耐圧のMOSトランジスタが形成される。
に高耐圧のMOSトランジスタが形成される。
【0028】これに対し、通常のMOSトランジスタは
シリコン基板表面の平坦部に形成される。すなわち、図
1に示すようにシリコン基板1の平坦部に第2のゲート
絶縁膜4aが形成され、この第2のゲート絶縁膜4aを
被覆する通常のMOSトランジスタのゲート電極5aが
形成され、ソース拡散層6a、ドレイン拡散層7aが形
成されて通常のMOSトランジスタが形成される。ここ
で、前述の第2のゲート絶縁膜4aの膜厚は高耐圧のM
OSトランジスタのゲート絶縁膜4の膜厚より小さくな
るように設定される。
シリコン基板表面の平坦部に形成される。すなわち、図
1に示すようにシリコン基板1の平坦部に第2のゲート
絶縁膜4aが形成され、この第2のゲート絶縁膜4aを
被覆する通常のMOSトランジスタのゲート電極5aが
形成され、ソース拡散層6a、ドレイン拡散層7aが形
成されて通常のMOSトランジスタが形成される。ここ
で、前述の第2のゲート絶縁膜4aの膜厚は高耐圧のM
OSトランジスタのゲート絶縁膜4の膜厚より小さくな
るように設定される。
【0029】尚、図1に示す保護絶縁膜8は第1のゲー
ト絶縁膜と第2のゲート絶縁膜を成膜する熱酸化工程で
形成されるもので、ソース/ドレイン拡散層を形成する
ための不純物のイオン注入の保護膜として用いられる。
ト絶縁膜と第2のゲート絶縁膜を成膜する熱酸化工程で
形成されるもので、ソース/ドレイン拡散層を形成する
ための不純物のイオン注入の保護膜として用いられる。
【0030】上記の高耐圧のMOSトランジスタにおい
て、第1のゲート絶縁膜4の膜厚が第2のゲート絶縁膜
4aより厚くなるために、ゲート電極5にはゲート電極
5aに比べ高い電圧が印加され得るようになる。
て、第1のゲート絶縁膜4の膜厚が第2のゲート絶縁膜
4aより厚くなるために、ゲート電極5にはゲート電極
5aに比べ高い電圧が印加され得るようになる。
【0031】更に、高耐圧のMOSトランジスタのチャ
ネル領域はV字状の溝3表面に形成されるために、平坦
部に形成される場合よりもその実効チャネル長は長くな
る。このために、ゲート絶縁膜の膜厚を厚くしても短チ
ャネル効果の影響は少なく、MOSトランジスタ特性に
問題は生じない。
ネル領域はV字状の溝3表面に形成されるために、平坦
部に形成される場合よりもその実効チャネル長は長くな
る。このために、ゲート絶縁膜の膜厚を厚くしても短チ
ャネル効果の影響は少なく、MOSトランジスタ特性に
問題は生じない。
【0032】次に、上記の構造を有する高耐圧のMOS
トランジスタを含んだ半導体装置の製造方法について、
図2(a)〜図2(c)を用いて説明する。図2(a)
〜図2(c)は本発明の第1の実施例のMOSトランジ
スタ構造の製造方法について工程順に示した断面図であ
る。図2(a)に示すように、導電型がp型で面方位が
(100)のシリコン基板1の表面に素子分離絶縁膜2
を選択的に形成する。この素子分離絶縁膜2は、はじめ
にシリコン基板1の所定の領域に深さが0.5μm〜1
μmの溝を形成し、その後この溝内にシリコン酸化膜な
どの絶縁物を埋設することで形成される。
トランジスタを含んだ半導体装置の製造方法について、
図2(a)〜図2(c)を用いて説明する。図2(a)
〜図2(c)は本発明の第1の実施例のMOSトランジ
スタ構造の製造方法について工程順に示した断面図であ
る。図2(a)に示すように、導電型がp型で面方位が
(100)のシリコン基板1の表面に素子分離絶縁膜2
を選択的に形成する。この素子分離絶縁膜2は、はじめ
にシリコン基板1の所定の領域に深さが0.5μm〜1
μmの溝を形成し、その後この溝内にシリコン酸化膜な
どの絶縁物を埋設することで形成される。
【0033】次に、マスク酸化膜8aをエッチングのマ
スクにしてシリコン基板1の所定の領域をエッチングす
る。このエッチングはヒドラジンあるいは水酸化カリウ
ムを含有する化学薬液にシリコン基板を浸漬して行われ
る。このような薬液によるシリコン基板のエッチング
で、{111}の結晶面が選択的に残存してV字状の溝
3が形成される。ここで、このV字状の溝3の露出した
斜面は{111}の結晶面である。
スクにしてシリコン基板1の所定の領域をエッチングす
る。このエッチングはヒドラジンあるいは水酸化カリウ
ムを含有する化学薬液にシリコン基板を浸漬して行われ
る。このような薬液によるシリコン基板のエッチング
で、{111}の結晶面が選択的に残存してV字状の溝
3が形成される。ここで、このV字状の溝3の露出した
斜面は{111}の結晶面である。
【0034】このようにした後、マスク酸化膜8aを除
去しV字状の溝3の{111}の結晶面及びシリコン基
板1の平坦部の(100)の結晶面を露出させる。
去しV字状の溝3の{111}の結晶面及びシリコン基
板1の平坦部の(100)の結晶面を露出させる。
【0035】次に、図2(b)に示すようにシリコン基
板1を熱酸化する。この熱酸化により、V字状の溝3の
斜面すなわち{111}結晶面に第1のゲート絶縁膜4
が形成される。そして同時に、シリコン基板1の平坦部
の結晶面すなわち(100)面には第2のゲート絶縁膜
4aが形成される。ここで、これらのゲート絶縁膜はシ
リコン酸化膜であり、前述の第1のゲート絶縁膜4の膜
厚は第2のゲート絶縁膜4aより厚く形成される。
板1を熱酸化する。この熱酸化により、V字状の溝3の
斜面すなわち{111}結晶面に第1のゲート絶縁膜4
が形成される。そして同時に、シリコン基板1の平坦部
の結晶面すなわち(100)面には第2のゲート絶縁膜
4aが形成される。ここで、これらのゲート絶縁膜はシ
リコン酸化膜であり、前述の第1のゲート絶縁膜4の膜
厚は第2のゲート絶縁膜4aより厚く形成される。
【0036】このようなゲート絶縁膜の膜厚の差は、シ
リコン単結晶の結晶面の違いから生じる。これについて
図3に基づいて説明する。図3はシリコン単結晶の結晶
面をそれぞれ{100}面、{110}面、{111}
面とした場合、酸化時間とそれぞれの結晶面に形成され
るシリコン酸化膜厚との関係を示したグラフである。こ
こで、酸化温度は800℃であり、酸化雰囲気ガスはH
2 Oである。図3からも判るように、熱酸化の進行は
{111}面〉{110}面〉{100}面の順に速く
なる。例えば{111}の結晶面に15nmの膜厚のシ
リコン酸化膜が形成される酸化時間で、{110}の結
晶面に約13nmの膜厚のシリコン酸化膜が形成され、
{100}の結晶面には約10nmの膜厚のシリコン酸
化膜が形成される。
リコン単結晶の結晶面の違いから生じる。これについて
図3に基づいて説明する。図3はシリコン単結晶の結晶
面をそれぞれ{100}面、{110}面、{111}
面とした場合、酸化時間とそれぞれの結晶面に形成され
るシリコン酸化膜厚との関係を示したグラフである。こ
こで、酸化温度は800℃であり、酸化雰囲気ガスはH
2 Oである。図3からも判るように、熱酸化の進行は
{111}面〉{110}面〉{100}面の順に速く
なる。例えば{111}の結晶面に15nmの膜厚のシ
リコン酸化膜が形成される酸化時間で、{110}の結
晶面に約13nmの膜厚のシリコン酸化膜が形成され、
{100}の結晶面には約10nmの膜厚のシリコン酸
化膜が形成される。
【0037】シリコン単結晶の結晶面によるこのような
シリコン酸化膜厚の差は、酸化温度が低くなる程大きく
なる。例えば、酸化温度が700℃の場合には、{11
1}の結晶面に15nmの膜厚のシリコン酸化膜が形成
される酸化時間で、{110}の結晶面に約12nmの
膜厚のシリコン酸化膜が形成され、{100}の結晶面
には約7nmの膜厚のシリコン酸化膜が形成される。更
に、このシリコン酸化膜の膜厚の差は、酸化雰囲気ガス
がO2 の場合の方がH2 Oの場合よりも大きくなる。こ
のように熱酸化の条件すなわち酸化温度、酸化雰囲気ガ
スを変えることで、先述したようなシリコン単結晶の結
晶面によるシリコン酸化膜厚差を制御することが可能に
なる。
シリコン酸化膜厚の差は、酸化温度が低くなる程大きく
なる。例えば、酸化温度が700℃の場合には、{11
1}の結晶面に15nmの膜厚のシリコン酸化膜が形成
される酸化時間で、{110}の結晶面に約12nmの
膜厚のシリコン酸化膜が形成され、{100}の結晶面
には約7nmの膜厚のシリコン酸化膜が形成される。更
に、このシリコン酸化膜の膜厚の差は、酸化雰囲気ガス
がO2 の場合の方がH2 Oの場合よりも大きくなる。こ
のように熱酸化の条件すなわち酸化温度、酸化雰囲気ガ
スを変えることで、先述したようなシリコン単結晶の結
晶面によるシリコン酸化膜厚差を制御することが可能に
なる。
【0038】このようにして、第1のゲート絶縁膜4の
膜厚を第2のゲート絶縁膜の膜厚の1.5〜2倍になる
ように設定することが可能になる。
膜厚を第2のゲート絶縁膜の膜厚の1.5〜2倍になる
ように設定することが可能になる。
【0039】次に、リン不純物を含有するポリシリコン
薄膜あるいはタングステンポリサイド薄膜を成膜しパタ
ーニングして、図2(c)に示すように第1のゲート絶
縁膜4上にゲート電極5を第2のゲート絶縁膜上にゲー
ト電極5aを設ける。ここで、前述のゲート電極5はV
字状の溝3内に形成されその外部には形成されないよう
にする必要がある。これは、このゲート電極5がシリコ
ン基板の平坦部に形成された膜厚の薄いシリコン酸化膜
を被覆するのを避けるためである。
薄膜あるいはタングステンポリサイド薄膜を成膜しパタ
ーニングして、図2(c)に示すように第1のゲート絶
縁膜4上にゲート電極5を第2のゲート絶縁膜上にゲー
ト電極5aを設ける。ここで、前述のゲート電極5はV
字状の溝3内に形成されその外部には形成されないよう
にする必要がある。これは、このゲート電極5がシリコ
ン基板の平坦部に形成された膜厚の薄いシリコン酸化膜
を被覆するのを避けるためである。
【0040】このようにした後、ヒ素のイオン注入を行
いソース拡散層6,6a及びドレイン拡散層7,7aを
形成する。以上のようにして、V字状の溝3の領域に高
耐圧のMOSトランジスタを形成し、シリコン基板の平
坦部に通常のMOSトランジスタを形成する。尚、図2
(c)の保護絶縁膜8は図2(b)で説明した第2のゲ
ート絶縁膜4aのうち、ヒ素のイオン注入のされた領域
のシリコン酸化膜である。
いソース拡散層6,6a及びドレイン拡散層7,7aを
形成する。以上のようにして、V字状の溝3の領域に高
耐圧のMOSトランジスタを形成し、シリコン基板の平
坦部に通常のMOSトランジスタを形成する。尚、図2
(c)の保護絶縁膜8は図2(b)で説明した第2のゲ
ート絶縁膜4aのうち、ヒ素のイオン注入のされた領域
のシリコン酸化膜である。
【0041】次に、本発明の第2の実施例について図4
〜図6に基づいて説明する。ここで、図4と図5は本発
明をDRAMに適用する場合の半導体装置の製造方法を
工程順に示す略断面図である。又、図6はそのDRAM
のメモリセル領域と周辺回路領域の平面図であり、図4
と図5はこの図6に示すA−B部の断面図となってい
る。
〜図6に基づいて説明する。ここで、図4と図5は本発
明をDRAMに適用する場合の半導体装置の製造方法を
工程順に示す略断面図である。又、図6はそのDRAM
のメモリセル領域と周辺回路領域の平面図であり、図4
と図5はこの図6に示すA−B部の断面図となってい
る。
【0042】図4(a)に示すように、導電型がp型で
面方位が(100)であるシリコン基板21の表面部に
素子分離絶縁膜22を形成する。ここでこの素子分離絶
縁膜22の深さは1μm程度に設定される。次に、マス
ク酸化膜23をドライエッチングのマスクにして、シリ
コン基板21のメモリセル領域の所定の領域をエッチン
グする。このエッチングにより、その深さが0.5μm
程度のシリコン溝24を形成する。ここで、このシリコ
ン溝24の溝側面25の結晶面方位は(110)あるい
はこの面と同価な結晶面(以下、{110}の結晶面と
呼称する)になるようにする。又、溝底面26の結晶面
方位は(100)となる。このようにした後、ヒ素のイ
オン注入を行いビット線拡散層27を形成する。ここ
で、このヒ素のイオン注入のドーズ量は1×1015原子
/cm2 程度に設定され、ビット線拡散層27に含まれ
るヒ素の量が5×1019原子/cm3 程度になるように
される。
面方位が(100)であるシリコン基板21の表面部に
素子分離絶縁膜22を形成する。ここでこの素子分離絶
縁膜22の深さは1μm程度に設定される。次に、マス
ク酸化膜23をドライエッチングのマスクにして、シリ
コン基板21のメモリセル領域の所定の領域をエッチン
グする。このエッチングにより、その深さが0.5μm
程度のシリコン溝24を形成する。ここで、このシリコ
ン溝24の溝側面25の結晶面方位は(110)あるい
はこの面と同価な結晶面(以下、{110}の結晶面と
呼称する)になるようにする。又、溝底面26の結晶面
方位は(100)となる。このようにした後、ヒ素のイ
オン注入を行いビット線拡散層27を形成する。ここ
で、このヒ素のイオン注入のドーズ量は1×1015原子
/cm2 程度に設定され、ビット線拡散層27に含まれ
るヒ素の量が5×1019原子/cm3 程度になるように
される。
【0043】次に、シリコン基板21を熱酸化する。こ
の熱酸化の条件は、酸化温度が800℃であり酸化雰囲
気ガスがH2 Oとなるようにする。図4(b)に示すよ
うに、この熱酸化により、シリコン溝24の溝側面25
あるいは溝底面26にシリコン酸化膜厚12〜14nm
の第1ゲート絶縁膜28,28aが形成される。又この
熱酸化で、シリコン基板21の平坦部すなわち周辺回路
領域21bの結晶面すなわち(100)面には膜厚が8
nmのシリコン酸化膜が形成される。この平坦部の結晶
面に形成されたシリコン絶縁膜を第2のゲート絶縁膜2
9とする。
の熱酸化の条件は、酸化温度が800℃であり酸化雰囲
気ガスがH2 Oとなるようにする。図4(b)に示すよ
うに、この熱酸化により、シリコン溝24の溝側面25
あるいは溝底面26にシリコン酸化膜厚12〜14nm
の第1ゲート絶縁膜28,28aが形成される。又この
熱酸化で、シリコン基板21の平坦部すなわち周辺回路
領域21bの結晶面すなわち(100)面には膜厚が8
nmのシリコン酸化膜が形成される。この平坦部の結晶
面に形成されたシリコン絶縁膜を第2のゲート絶縁膜2
9とする。
【0044】このようなゲート絶縁膜の膜厚は、第1の
実施例の図3で述べたようにシリコン単結晶の結晶面に
より異ってくると共に、図7に示すようにシリコン基板
に含まれるヒ素、リン等のn型不純物の濃度にも依存す
る。そこで、図3と共に図7に基づいて前述のゲート絶
縁膜の膜厚について説明する。
実施例の図3で述べたようにシリコン単結晶の結晶面に
より異ってくると共に、図7に示すようにシリコン基板
に含まれるヒ素、リン等のn型不純物の濃度にも依存す
る。そこで、図3と共に図7に基づいて前述のゲート絶
縁膜の膜厚について説明する。
【0045】図7は、シリコン基板の結晶面の面方位が
{100}の場合で、n型不純物濃度を変えた場合のシ
リコン酸化膜厚と酸化時間との関係を示すグラフであ
る。ここで、酸化温度は800℃であり、酸化雰囲気ガ
スはH2 Oである。図7からも判るように、n型不純物
濃度の5×1019原子/cm3 あるいは1.5×1020
原子/cm3 場合には増速酸化が起る。そして、シリコ
ン酸化膜厚は、同一熱酸化の下で、n型不純物濃度1×
1016原子/cm3 の場合の1.5〜2倍になる。尚、
n型不純物濃度1×1016原子/cm3 の場合の熱酸化
の速度はp型不純物を含有するシリコン基板のそれと同
一である。
{100}の場合で、n型不純物濃度を変えた場合のシ
リコン酸化膜厚と酸化時間との関係を示すグラフであ
る。ここで、酸化温度は800℃であり、酸化雰囲気ガ
スはH2 Oである。図7からも判るように、n型不純物
濃度の5×1019原子/cm3 あるいは1.5×1020
原子/cm3 場合には増速酸化が起る。そして、シリコ
ン酸化膜厚は、同一熱酸化の下で、n型不純物濃度1×
1016原子/cm3 の場合の1.5〜2倍になる。尚、
n型不純物濃度1×1016原子/cm3 の場合の熱酸化
の速度はp型不純物を含有するシリコン基板のそれと同
一である。
【0046】又、図3で説明したように熱酸化の進行
は、{110}結晶面の方が{100}結晶面より速く
なる。
は、{110}結晶面の方が{100}結晶面より速く
なる。
【0047】上述した熱酸化のn型不純物による増速及
び結晶面による増速により、ゲート絶縁膜の膜厚を制御
することが可能になる。すなわち、第2のゲート絶縁膜
29の膜厚が8nmとなるとき、第1のゲート絶縁膜2
8,28aの膜厚は、溝側面25上で約12nmとな
り、ヒ素濃度5×1019原子/cm3 のビット線拡散層
27上で約14nmとなる。このようにして、膜厚が第
2のゲート絶縁膜29のそれより厚く1.5倍程度の第
1のゲート絶縁膜28,28aが形成される。
び結晶面による増速により、ゲート絶縁膜の膜厚を制御
することが可能になる。すなわち、第2のゲート絶縁膜
29の膜厚が8nmとなるとき、第1のゲート絶縁膜2
8,28aの膜厚は、溝側面25上で約12nmとな
り、ヒ素濃度5×1019原子/cm3 のビット線拡散層
27上で約14nmとなる。このようにして、膜厚が第
2のゲート絶縁膜29のそれより厚く1.5倍程度の第
1のゲート絶縁膜28,28aが形成される。
【0048】このようにした後、図4(c)に示すよう
に膜厚が300nm程度のゲート電極薄膜30を形成す
る。ここで、このゲート電極薄膜30はリンを含有する
ポリシリコン膜あるいはタングステンポリサイド膜で形
成される。次に、ゲート電極レジストマスク31を公知
の写真食刻技術を用いて形成した後、異方性ドライエッ
チングによりこのゲート電極薄膜30を加工する。ここ
でドライエッチングのエッチングガスは例えば、Cl2
とSF6 とHBrの混合ガスである。このようにして、
図4(d)に示すようにシリコン溝24の第1のゲート
絶縁膜28,28a上にトランスファーゲート電極3
2,32aが形成される。またシリコン基板の平坦部の
第2のゲート絶縁膜29上には周辺トランジスタゲート
電極33が形成される。ここで、トランスファーゲート
電極32,32aは、前述した異方性ドライエッチング
時にシリコン溝24の側面部に残存するゲート電極薄膜
で自己整合的に形成される。
に膜厚が300nm程度のゲート電極薄膜30を形成す
る。ここで、このゲート電極薄膜30はリンを含有する
ポリシリコン膜あるいはタングステンポリサイド膜で形
成される。次に、ゲート電極レジストマスク31を公知
の写真食刻技術を用いて形成した後、異方性ドライエッ
チングによりこのゲート電極薄膜30を加工する。ここ
でドライエッチングのエッチングガスは例えば、Cl2
とSF6 とHBrの混合ガスである。このようにして、
図4(d)に示すようにシリコン溝24の第1のゲート
絶縁膜28,28a上にトランスファーゲート電極3
2,32aが形成される。またシリコン基板の平坦部の
第2のゲート絶縁膜29上には周辺トランジスタゲート
電極33が形成される。ここで、トランスファーゲート
電極32,32aは、前述した異方性ドライエッチング
時にシリコン溝24の側面部に残存するゲート電極薄膜
で自己整合的に形成される。
【0049】このようにした後、シリコン基板21の上
面からヒ素のイオン注入を行う。ここで、このイオン注
入のドーズ量は1×1015原子/cm2 にし、注入のエ
ネルギーは50keVにする。このイオン注入により、
容量電極拡散層34,34a及び周辺トランジスタ拡散
層35,36が形成される。
面からヒ素のイオン注入を行う。ここで、このイオン注
入のドーズ量は1×1015原子/cm2 にし、注入のエ
ネルギーは50keVにする。このイオン注入により、
容量電極拡散層34,34a及び周辺トランジスタ拡散
層35,36が形成される。
【0050】次に、図5(a)に示すように第1層間絶
縁膜37を堆積させる。ここで、この第1層間絶縁膜3
7は化学的気相成長(CVD)法によるBPSG(ボロ
ンガラスとリンガラスを含むシリコン酸化膜)あるいは
シリコン酸化膜で形成される。次に、この第1層間絶縁
膜37をドライエッチングし、ビット線拡散層27上に
ビット線コンタクト孔38を形成し周辺トランジスタ拡
散層35上に第1コンタクト孔39を形成する。引続い
てリンを含有するポリシリコン薄膜を堆積させパターニ
ングしてビット線40を形成すると共に、前述のビット
線コンタクト孔38及び第1コンタクト孔39に導電体
材として埋設する。
縁膜37を堆積させる。ここで、この第1層間絶縁膜3
7は化学的気相成長(CVD)法によるBPSG(ボロ
ンガラスとリンガラスを含むシリコン酸化膜)あるいは
シリコン酸化膜で形成される。次に、この第1層間絶縁
膜37をドライエッチングし、ビット線拡散層27上に
ビット線コンタクト孔38を形成し周辺トランジスタ拡
散層35上に第1コンタクト孔39を形成する。引続い
てリンを含有するポリシリコン薄膜を堆積させパターニ
ングしてビット線40を形成すると共に、前述のビット
線コンタクト孔38及び第1コンタクト孔39に導電体
材として埋設する。
【0051】次に、図5(b)に示すように第2層間絶
縁膜41を形成する。ここで、この第2層間絶縁膜41
は、CVDによるシリコン酸化膜の成膜と化学的機械研
磨(CMP)との併用により平坦化して形成される。こ
のようにした後、第1層間絶縁膜37及び第2層間絶縁
膜41をドライエッチングし、容量電極拡散層34,3
4a上に容量電極コンタクト孔42,42aを形成す
る。引続いてリンを含むポリシリコン膜を堆積させパタ
ーニングして容量電極43,43aを形成すると共に、
前述の容量電極コンタクト孔42,42aに導電体材と
して埋設する。
縁膜41を形成する。ここで、この第2層間絶縁膜41
は、CVDによるシリコン酸化膜の成膜と化学的機械研
磨(CMP)との併用により平坦化して形成される。こ
のようにした後、第1層間絶縁膜37及び第2層間絶縁
膜41をドライエッチングし、容量電極拡散層34,3
4a上に容量電極コンタクト孔42,42aを形成す
る。引続いてリンを含むポリシリコン膜を堆積させパタ
ーニングして容量電極43,43aを形成すると共に、
前述の容量電極コンタクト孔42,42aに導電体材と
して埋設する。
【0052】次に、図5(c)に示すように容量電極4
3,43aを被覆する容量誘電体膜44を形成する。こ
の容量誘電体膜44はCVD法によるシリコン窒化膜あ
るいはタンタル酸化膜のような高誘電率膜あるいはこれ
らの複合膜で構成される。更にこの容量誘電体膜44を
被覆してセルプレート電極45が形成される。このセル
プレート電極45は、窒化チタン薄膜とタングステン薄
膜の積層膜で構成される。このようにした後、第3層間
絶縁膜46を形成する。この第3層間絶縁膜46はCV
D法によるシリコン酸化膜で構成される。次に、第1層
間絶縁膜37、第2層間絶縁膜41及び第3層間絶縁膜
46をドライエッチングし、周辺トランジスタ拡散層3
6上に第2コンタクト孔47を形成する。このようにし
た後、バリヤー導電体膜48、埋込み導電体材49を形
成し配線50を形成する。ここで、バリヤー導電体材4
8はチタン/窒化チタンの積層膜で、埋込み導電体材4
9はタングステンで、配線はアルミ金属でそれぞれ形成
される。
3,43aを被覆する容量誘電体膜44を形成する。こ
の容量誘電体膜44はCVD法によるシリコン窒化膜あ
るいはタンタル酸化膜のような高誘電率膜あるいはこれ
らの複合膜で構成される。更にこの容量誘電体膜44を
被覆してセルプレート電極45が形成される。このセル
プレート電極45は、窒化チタン薄膜とタングステン薄
膜の積層膜で構成される。このようにした後、第3層間
絶縁膜46を形成する。この第3層間絶縁膜46はCV
D法によるシリコン酸化膜で構成される。次に、第1層
間絶縁膜37、第2層間絶縁膜41及び第3層間絶縁膜
46をドライエッチングし、周辺トランジスタ拡散層3
6上に第2コンタクト孔47を形成する。このようにし
た後、バリヤー導電体膜48、埋込み導電体材49を形
成し配線50を形成する。ここで、バリヤー導電体材4
8はチタン/窒化チタンの積層膜で、埋込み導電体材4
9はタングステンで、配線はアルミ金属でそれぞれ形成
される。
【0053】以上のようにして、ゲート絶縁膜が比較的
厚いシリコン酸化膜で設けられた第1ゲート絶縁膜2
8,28aで構成され、ゲート電極がトランスファーゲ
ート電極32,32aで構成される2個のMOSトラン
ジスタが、シリコン基板21のシリコン溝24の領域に
形成される。一方、シリコン基板21の平坦部には、薄
いシリコン酸化膜で構成される第2ゲー絶縁膜29をゲ
ート絶縁膜とし、周辺トランジスタゲート電極33をゲ
ート電極とするMOSトランジスタが形成されるとにな
る。
厚いシリコン酸化膜で設けられた第1ゲート絶縁膜2
8,28aで構成され、ゲート電極がトランスファーゲ
ート電極32,32aで構成される2個のMOSトラン
ジスタが、シリコン基板21のシリコン溝24の領域に
形成される。一方、シリコン基板21の平坦部には、薄
いシリコン酸化膜で構成される第2ゲー絶縁膜29をゲ
ート絶縁膜とし、周辺トランジスタゲート電極33をゲ
ート電極とするMOSトランジスタが形成されるとにな
る。
【0054】次に、図6で第2の実施例の説明の補足を
する。図6の中で、図4及び図5の符号と同じ符号は同
一物を示す。又、図6では容量電極より上層部は省略さ
れている。図6に示すようにトランスファーゲート電極
32,32aは、細長いスリット状に形成されたシリコ
ン溝24の側面部に沿って形成される。このために、シ
リコン溝24の長さはメモリセルのワード線の長さと略
同一になるようにする。そして、このシリコン溝24の
長手方向の端部で(図示されず)、1対に形成されたト
ランスファーゲート電極32,32aは互いに切断され
る。このように本実施例の場合には、シリコン溝24は
素子分離絶縁膜22にも形成される。又、ここでこのシ
リコン溝24の深さは、素子分離絶縁膜22の深さより
浅くなるように設定される。
する。図6の中で、図4及び図5の符号と同じ符号は同
一物を示す。又、図6では容量電極より上層部は省略さ
れている。図6に示すようにトランスファーゲート電極
32,32aは、細長いスリット状に形成されたシリコ
ン溝24の側面部に沿って形成される。このために、シ
リコン溝24の長さはメモリセルのワード線の長さと略
同一になるようにする。そして、このシリコン溝24の
長手方向の端部で(図示されず)、1対に形成されたト
ランスファーゲート電極32,32aは互いに切断され
る。このように本実施例の場合には、シリコン溝24は
素子分離絶縁膜22にも形成される。又、ここでこのシ
リコン溝24の深さは、素子分離絶縁膜22の深さより
浅くなるように設定される。
【0055】DRAMの場合には、メモリセルのトラン
スファーゲート電極に周辺トランジスタのゲート電極よ
り高い電圧が印加される。例えば、256メガビットD
RAMの場合、前者に3V程度、後者に2V程度の電圧
が印加される。そこで、第1ゲート絶縁膜28,28a
及び第2ゲート絶縁膜29はこれらの電圧に充分に対応
できることが分る。
スファーゲート電極に周辺トランジスタのゲート電極よ
り高い電圧が印加される。例えば、256メガビットD
RAMの場合、前者に3V程度、後者に2V程度の電圧
が印加される。そこで、第1ゲート絶縁膜28,28a
及び第2ゲート絶縁膜29はこれらの電圧に充分に対応
できることが分る。
【0056】次に、本発明の第3の実施例について図8
と図9に基づいて説明する。この図8と図9は先述した
第2の実施例と同様に、本発明をDRAMに適用する場
合の半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。
と図9に基づいて説明する。この図8と図9は先述した
第2の実施例と同様に、本発明をDRAMに適用する場
合の半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。
【0057】図8(a)に示すように、p導電型で面方
位(100)のシリコン基板51の表面部に素子分離絶
縁膜52を形成する。ここで、この素子分離絶縁膜51
の深さは1μm程度に設定される。次に、マスク酸化膜
53をドライエッチングのマスクにして、シリコン基板
51の所定の領域をエッチングする。このドライエッチ
ングにより、その深さが0.5μmの第1のシリコン溝
54と第2のシリコン溝54aをそれぞれ隣接して形成
する。ここで、これらの第1のシリコン溝54、第2の
シリコン溝54aの溝側面55,55aの結晶面方位
は、第2の実施例の場合と同様に{110}の結晶面と
なるように形成する。又、溝底面56,56aの結晶面
方位は(100)となる。
位(100)のシリコン基板51の表面部に素子分離絶
縁膜52を形成する。ここで、この素子分離絶縁膜51
の深さは1μm程度に設定される。次に、マスク酸化膜
53をドライエッチングのマスクにして、シリコン基板
51の所定の領域をエッチングする。このドライエッチ
ングにより、その深さが0.5μmの第1のシリコン溝
54と第2のシリコン溝54aをそれぞれ隣接して形成
する。ここで、これらの第1のシリコン溝54、第2の
シリコン溝54aの溝側面55,55aの結晶面方位
は、第2の実施例の場合と同様に{110}の結晶面と
なるように形成する。又、溝底面56,56aの結晶面
方位は(100)となる。
【0058】次に、マスク酸化膜53を除去した後、図
8(b)に示すようにシリコン基板51の表面部を熱酸
化し、保護絶縁膜57を形成する。このようにした後、
イオン注入レジストマスク58を形成し、これをマスク
にしてメモリセル領域51aにヒ素のイオン注入を行
う。このイオン注入により、ビット線拡散層59、チャ
ネル拡散層60,60a及び容量電極拡散層61,61
aが形成される。ここで、このヒ素のイオン注入のドー
ズ量は1×1015原子/cm2 程度に設定され、これら
の拡散層に含まれるヒ素の量が5×1019原子/cm3
程度になるようにする。このようにした後、前述のイオ
ン注入レジストマスク58を除去する。
8(b)に示すようにシリコン基板51の表面部を熱酸
化し、保護絶縁膜57を形成する。このようにした後、
イオン注入レジストマスク58を形成し、これをマスク
にしてメモリセル領域51aにヒ素のイオン注入を行
う。このイオン注入により、ビット線拡散層59、チャ
ネル拡散層60,60a及び容量電極拡散層61,61
aが形成される。ここで、このヒ素のイオン注入のドー
ズ量は1×1015原子/cm2 程度に設定され、これら
の拡散層に含まれるヒ素の量が5×1019原子/cm3
程度になるようにする。このようにした後、前述のイオ
ン注入レジストマスク58を除去する。
【0059】次に、シリコン基板51を熱酸化する。こ
の熱酸化の条件は、酸化温度が800℃であり、酸化雰
囲気ガスがH2 Oとなるようにする。図8(c)に示す
ように、この熱酸化により、第1のシリコン溝54の溝
側面55及び第2のシリコン溝の溝側面55aには、膜
厚12nmのシリコン酸化膜が形成される。又、この熱
酸化で、ビット線拡散層59、チャネル拡散層60,6
0a及び容量電極拡散層61,61a上には、膜厚14
nmのシリコン酸化膜が形成される。そこで、これらの
シリコン酸化膜を第1ゲート絶縁膜62とする。これに
対し、図8(c)に示す周辺回路領域51bのシリコン
基板51表面には膜厚が約8nmのシリコン酸化膜が形
成される。そして、このシリコン酸化膜を第1ゲート絶
縁膜63とする。前述のシリコン酸化膜厚の違いは第2
の実施例で説明したのと同一の理由による。
の熱酸化の条件は、酸化温度が800℃であり、酸化雰
囲気ガスがH2 Oとなるようにする。図8(c)に示す
ように、この熱酸化により、第1のシリコン溝54の溝
側面55及び第2のシリコン溝の溝側面55aには、膜
厚12nmのシリコン酸化膜が形成される。又、この熱
酸化で、ビット線拡散層59、チャネル拡散層60,6
0a及び容量電極拡散層61,61a上には、膜厚14
nmのシリコン酸化膜が形成される。そこで、これらの
シリコン酸化膜を第1ゲート絶縁膜62とする。これに
対し、図8(c)に示す周辺回路領域51bのシリコン
基板51表面には膜厚が約8nmのシリコン酸化膜が形
成される。そして、このシリコン酸化膜を第1ゲート絶
縁膜63とする。前述のシリコン酸化膜厚の違いは第2
の実施例で説明したのと同一の理由による。
【0060】次に、図8(d)に示すようにゲート電極
レジストマスク64を用いてゲート電極薄膜をパターニ
ングし、第1トランスファーゲート電極65、第2トラ
ンスファーゲート電極65a及び周辺トランジスタゲー
ト電極66を形成する。更に、ヒ素のイオン注入と熱処
理を行い周辺トランジスタ拡散層67,68を形成す
る。
レジストマスク64を用いてゲート電極薄膜をパターニ
ングし、第1トランスファーゲート電極65、第2トラ
ンスファーゲート電極65a及び周辺トランジスタゲー
ト電極66を形成する。更に、ヒ素のイオン注入と熱処
理を行い周辺トランジスタ拡散層67,68を形成す
る。
【0061】次に、図9(a)に示すように第1層間絶
縁膜69を形成する。ここで、この第1層間絶縁膜69
は、CVD法でシリコン酸化膜を堆積させた後、CMP
法でその表面を平坦化して形成される。このようにした
後、第1層間絶縁膜69をドライエッチングし、ビット
線拡散層59上にビット線コンタクト孔70を形成し、
周辺トランジスタ拡散層67上に第1コンタクト孔71
を形成する。引続いて、リンを含有するポリシリコン薄
膜を堆積させパターニングしてビット線72を形成する
と共に、前述のビット線コンタクト孔70及び第1コン
タクト孔71に導電体材料として埋設する。
縁膜69を形成する。ここで、この第1層間絶縁膜69
は、CVD法でシリコン酸化膜を堆積させた後、CMP
法でその表面を平坦化して形成される。このようにした
後、第1層間絶縁膜69をドライエッチングし、ビット
線拡散層59上にビット線コンタクト孔70を形成し、
周辺トランジスタ拡散層67上に第1コンタクト孔71
を形成する。引続いて、リンを含有するポリシリコン薄
膜を堆積させパターニングしてビット線72を形成する
と共に、前述のビット線コンタクト孔70及び第1コン
タクト孔71に導電体材料として埋設する。
【0062】次に、図9(b)に示すように第2層間絶
縁膜73を形成する。この第2層間絶縁膜73は、前述
の第1層間絶縁膜と同様にCVD法によるシリコン酸化
膜の成膜とCMPとの併用により平坦化して形成され
る。
縁膜73を形成する。この第2層間絶縁膜73は、前述
の第1層間絶縁膜と同様にCVD法によるシリコン酸化
膜の成膜とCMPとの併用により平坦化して形成され
る。
【0063】これ以後の工程は第2の実施例で説明した
ものと同一になるので、以下簡単に説明する。
ものと同一になるので、以下簡単に説明する。
【0064】図9(b)に示すように、容量電極拡散層
61,61a上に容量電極コンタクト孔74,74aを
形成し、この上部に容量電極75,75aを形成する。
次に、図9(c)に示すように、容量電極75,75a
を被覆して容量誘電体膜76,更にセルプレート電極7
7、これらの被覆して第3層間絶縁膜78を順次形成す
る。このようにした後、第2コンタクト孔79を形成
し、バアリヤー導電体膜80、埋込み導電体材81を形
成して配線82をアルミ金属で形成する。
61,61a上に容量電極コンタクト孔74,74aを
形成し、この上部に容量電極75,75aを形成する。
次に、図9(c)に示すように、容量電極75,75a
を被覆して容量誘電体膜76,更にセルプレート電極7
7、これらの被覆して第3層間絶縁膜78を順次形成す
る。このようにした後、第2コンタクト孔79を形成
し、バアリヤー導電体膜80、埋込み導電体材81を形
成して配線82をアルミ金属で形成する。
【0065】以上のようにして、DRAMのメモリセル
のトランスファートランジスタがそれぞれのシリコン溝
部に形成され、そのゲート絶縁膜すなわち第1ゲート絶
縁膜62の膜厚が周辺回路領域のトランジスタのゲート
絶縁膜すなわち第2ゲート絶縁膜63の膜厚より厚くな
るように設定される。
のトランスファートランジスタがそれぞれのシリコン溝
部に形成され、そのゲート絶縁膜すなわち第1ゲート絶
縁膜62の膜厚が周辺回路領域のトランジスタのゲート
絶縁膜すなわち第2ゲート絶縁膜63の膜厚より厚くな
るように設定される。
【0066】この実施例の場合には、トランスファート
ランジスタのチャネル領域はそれぞれのシリコン溝5
4,54aの溝側面に形成される。このために、トラン
ジスタのチャネル長は、第2の実施例の場合よりも一般
に長くなる。そこで、第3の実施例の場合にはシリコン
溝の深さを第2の実施例の場合より浅くできるという効
果がある。
ランジスタのチャネル領域はそれぞれのシリコン溝5
4,54aの溝側面に形成される。このために、トラン
ジスタのチャネル長は、第2の実施例の場合よりも一般
に長くなる。そこで、第3の実施例の場合にはシリコン
溝の深さを第2の実施例の場合より浅くできるという効
果がある。
【0067】以上、実施例ではシリコンの結晶面{10
0}、{110}、{111}の場合について説明した
が、その他の結晶面、例えば前記結晶面の面指数に近い
面方位の結晶面を選択しても同様の効果のあることに言
及しておく。
0}、{110}、{111}の場合について説明した
が、その他の結晶面、例えば前記結晶面の面指数に近い
面方位の結晶面を選択しても同様の効果のあることに言
及しておく。
【0068】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、シリコ
ン基板の主表面の所定の領域にシリコン溝を形成し、熱
酸化速度の大きい半導体結晶面を露出させて、シリコン
基板の熱酸化を行う。このようにして、シリコン基板の
主表面とシリコン溝の内壁面に、それぞれ膜厚の異る2
種類のゲート絶縁膜を形成し、厚いゲート絶縁膜の形成
領域に高耐圧のMOSトランジスタを形成し、薄いゲー
ト絶縁膜の形成領域に通常のMOSトランジスタを形成
するようにする。
ン基板の主表面の所定の領域にシリコン溝を形成し、熱
酸化速度の大きい半導体結晶面を露出させて、シリコン
基板の熱酸化を行う。このようにして、シリコン基板の
主表面とシリコン溝の内壁面に、それぞれ膜厚の異る2
種類のゲート絶縁膜を形成し、厚いゲート絶縁膜の形成
領域に高耐圧のMOSトランジスタを形成し、薄いゲー
ト絶縁膜の形成領域に通常のMOSトランジスタを形成
するようにする。
【0069】このために本発明では、異るゲート絶縁膜
を形成する工程数が、従来の製造方法の1/3以下低減
する。
を形成する工程数が、従来の製造方法の1/3以下低減
する。
【0070】更に、従来の製造方法のようにゲート絶縁
膜に直接にレジスト膜を被着させることがないため、高
品質のゲート絶縁膜が形成される。
膜に直接にレジスト膜を被着させることがないため、高
品質のゲート絶縁膜が形成される。
【0071】更に本発明は、シリコン溝部に高耐圧のM
OSトランジスタを形成するために、半導体装置の高集
積化あるいは高密度化をも容易にする。
OSトランジスタを形成するために、半導体装置の高集
積化あるいは高密度化をも容易にする。
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図2】本発明の第1の実施例を工程順に説明する断面
図である。
図である。
【図3】酸化膜厚のシリコン結晶面方位依存性を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図4】本発明の第2の実施例を工程順に説明する断面
図である。
図である。
【図5】本発明の第2の実施例を工程順に説明する断面
図である。
図である。
【図6】本発明の第2の実施例の説明するための平面図
である。
である。
【図7】酸化膜厚の不純物濃度依存性を示すグラフであ
る。
る。
【図8】本発明の第3の実施例を工程順に説明する断面
図である。
図である。
【図9】本発明の第3の実施例を工程順に説明する断面
図である。
図である。
【図10】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示し
た断面図である。
た断面図である。
1,21,51 シリコン基板 2,22,52,102 素子分離絶縁膜 3 V字状の溝 4,28,62,105,105a 第1ゲート絶縁
膜 4a,29,63,106 第2ゲート絶縁膜 5,5a,107,108 ゲート電極 6,6a,109,111 ソース拡散層 7,7a,110,112 ドレイン拡散層 8,57 保護絶縁膜 8a,23,53 マスク酸化膜 21a,51a メモリセル領域 21b,51b 周辺回路領域 24 シリコン溝 25,55,55a 溝側面 26,56,56a 溝底面 27,59 ビット線拡散層 30 ゲート電極薄膜 31,64 ゲート電極マスク 32,32a トランスファーゲート電極 33,66 周辺トランジスタゲート電極 34,34a,61,61a 容量電極拡散層 35,36,67,68 周辺トランジスタ拡散層 37,69 第1層間絶縁膜 38,70 ビット線コンタクト孔 39,71 第1コンタクト孔 40,72 ビット線 41,69 第2層間絶縁膜 42,42a,74,74a 容量電極コンタクト孔 43,43a,75,75a 容量電極 44,76 容量誘電体膜 45,77 セルプレート電極 46,78 第3層間絶縁膜 47,79 第2コンタクト孔 48,80 バリヤー導電体膜 49,81 埋込み導電体材 50,82 配線 54 第1のシリコン溝 54a 第2のシリコン溝 58 イオン注入レジストマスク 65 第1トランスファーゲート電極 65a 第2トランスファーゲート電極 103 凹部 104 レジストパターン
膜 4a,29,63,106 第2ゲート絶縁膜 5,5a,107,108 ゲート電極 6,6a,109,111 ソース拡散層 7,7a,110,112 ドレイン拡散層 8,57 保護絶縁膜 8a,23,53 マスク酸化膜 21a,51a メモリセル領域 21b,51b 周辺回路領域 24 シリコン溝 25,55,55a 溝側面 26,56,56a 溝底面 27,59 ビット線拡散層 30 ゲート電極薄膜 31,64 ゲート電極マスク 32,32a トランスファーゲート電極 33,66 周辺トランジスタゲート電極 34,34a,61,61a 容量電極拡散層 35,36,67,68 周辺トランジスタ拡散層 37,69 第1層間絶縁膜 38,70 ビット線コンタクト孔 39,71 第1コンタクト孔 40,72 ビット線 41,69 第2層間絶縁膜 42,42a,74,74a 容量電極コンタクト孔 43,43a,75,75a 容量電極 44,76 容量誘電体膜 45,77 セルプレート電極 46,78 第3層間絶縁膜 47,79 第2コンタクト孔 48,80 バリヤー導電体膜 49,81 埋込み導電体材 50,82 配線 54 第1のシリコン溝 54a 第2のシリコン溝 58 イオン注入レジストマスク 65 第1トランスファーゲート電極 65a 第2トランスファーゲート電極 103 凹部 104 レジストパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/78 H01L 29/78 301 V 301 Q
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板の主表面の一部領域に形成さ
れた凹部と、前記凹部の内壁に形成された前記半導体基
板の主表面よりも熱酸化の速い半導体結晶面とを有し、
前記凹部の内壁をチャネル領域とし前記凹部の内壁に形
成された絶縁膜をゲート絶縁膜とする第1のMOSトラ
ンジスタと、前記半導体基板の主表面をチャネル領域と
し前記主表面に形成された絶縁膜をゲート絶縁膜とする
第2のMOSトランジスタとを備え、前記第1のMOS
トランジスタのゲート絶縁膜の厚みは、前記第2のMO
Sトランジスタのゲート絶縁膜の厚みより大きいことを
特徴とした半導体装置。 - 【請求項2】 前記半導体基板の主表面の結晶面方位が
{100}であり、前記凹部の側面の結晶面方位が{1
11}であることを特徴とした請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 前記半導体基板の主表面の結晶面方位が
{100}であり、前記凹部の側面に結晶面方位{11
0}の結晶面が含まれていることを特徴とした請求項1
記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記半導体基板の主表面の結晶面方位が
{100}であり、前記凹部の側面に結晶面方位{11
1}あるいは{110}の結晶面と{100}の結晶面
とが含まれ、前記凹部の{100}の結晶面には高濃度
のn型不純物が含まれていることを特徴とした請求項1
記載の半導体装置。 - 【請求項5】 半導体基板の表面に素子分離絶縁膜を選
択的に形成する工程と、前記半導体基板の表面と前記素
子分離絶縁膜の表面とをドライエッチングし両表面に凹
部を形成する工程と、しかる後、前記半導体基板の表面
と前記凹部の表面を熱酸化しゲート絶縁膜を形成する工
程と、導電体薄膜を全面に成膜する工程と、前記導電体
薄膜を異方性ドライエッチングする工程とを含むことを
特徴とした請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 半導体基板の表面に素子分離絶縁膜を選
択的に形成する工程と、前記素子分離絶縁膜の膜厚より
浅い凹部を半導体基板の表面に形成する工程と、前記凹
部に導電体材を埋設する工程とを含むことを特徴とした
請求項4記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6206443A JPH0878533A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 半導体装置及びその製造方法 |
US08/510,126 US5811336A (en) | 1994-08-31 | 1995-08-01 | Method of forming MOS transistors having gate insulators of different thicknesses |
US08/848,266 US5905283A (en) | 1994-08-31 | 1997-04-29 | Method of forming a MOS transistor having gate insulators of different thicknesses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6206443A JPH0878533A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0878533A true JPH0878533A (ja) | 1996-03-22 |
Family
ID=16523466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6206443A Pending JPH0878533A (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5811336A (ja) |
JP (1) | JPH0878533A (ja) |
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JP2012080076A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Toshiba Corp | 半導体装置とその製造方法 |
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JP2012253219A (ja) * | 2011-06-03 | 2012-12-20 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
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US9035384B2 (en) | 2011-12-19 | 2015-05-19 | Unisantis Electronics Singapore Pte. Ltd. | Semiconductor device |
US9153697B2 (en) | 2010-06-15 | 2015-10-06 | Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd. | Surrounding gate transistor (SGT) structure |
CN109449158A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-03-08 | 中国科学院微电子研究所 | 半导体器件及其制造方法及包括该器件的电子设备 |
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