JPH0897423A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0897423A
JPH0897423A JP23514794A JP23514794A JPH0897423A JP H0897423 A JPH0897423 A JP H0897423A JP 23514794 A JP23514794 A JP 23514794A JP 23514794 A JP23514794 A JP 23514794A JP H0897423 A JPH0897423 A JP H0897423A
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oxide film
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silicon nitride
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Abstract

PURPOSE: To provide a method of manufacturing MOS transistor wherein the short channel effect can readily be restrained. CONSTITUTION: A groove 105aa is formed in a silicon nitride film 104 and an N-type ion implantation region 121a of low concentration is formed by ion implantation of arsenic at an angle of γ to a sidewall of the groove 15aa. A gate oxide film 122a is formed in a bottom part of the groove 105aa, a gate electrode 123a for filling the groove 105aa is formed, the silicon nitride film 104 is removed, a spacer 124a is formed and an N<+> -type diffusion layer 125aa is formed.

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の製造方法に
関し、特にLDD構造を有するMOSトランジスタの製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a MOS transistor having an LDD structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSトランジスタを含んだ半導体装置
では、例えばMOSトランジスタのゲート長を縮小する
こと等により微細化がなされている。ゲート長を短かく
することによりMOSトランジスタの電流駆動能力は上
昇するが、MOSトランジスタのソース・ドレイン領域
が高濃度不純物拡散層のみから形成されていると、チャ
ネル領域側のドレイン端における電界強度の上昇により
ホットキャリアの発生が激化し、このホットキャリアが
ゲート絶縁膜中に注入されやするなる。その結果、しき
い値電圧の変動,電流駆動能力の低下等のトランジスタ
特性の劣化が生じる。このホットキャリアの発生を抑制
するのに、通常、LDD構造が採用されている。
2. Description of the Related Art A semiconductor device including a MOS transistor is miniaturized, for example, by reducing the gate length of the MOS transistor. Although the current driving capability of the MOS transistor is increased by shortening the gate length, if the source / drain region of the MOS transistor is formed only from the high-concentration impurity diffusion layer, the electric field strength at the drain end on the channel region side is The rise in temperature intensifies the generation of hot carriers, and these hot carriers are likely to be injected into the gate insulating film. As a result, the transistor characteristics are deteriorated, such as the fluctuation of the threshold voltage and the reduction of the current driving capability. An LDD structure is usually adopted to suppress the generation of hot carriers.

【0003】デザイン・ルールがサブミクロン・ルール
になると、LDD構造自体の微細な構造の検討が重要に
なってくる。通常のLDD構造では、LDD構造をなす
ソース・ドレイン領域の低濃度拡散層と高濃度拡散層と
の境界はゲート電極直下にはなく、ゲート電極の側面に
形成された絶縁膜からなるスペーサの直下には少なくと
も低濃度拡散層の一部が存在する。この構造から、まず
電流駆動能力における問題点が生ずる。このスペーサ直
下の部分に存在する低濃度拡散層は、ドレイン領域とソ
ース領域との間の相互コンダクタンスを低下されること
になり、電流駆動能力を低下させることになる。また、
LDD構造をなすソース・ドレイン領域の低濃度拡散層
と高濃度拡散層との境界の位置がスペーサ直下にある場
合、ゲート酸化膜へのホットキャリアの注入は低いがス
ペーサへはホットキャリアの注入が起り、トランジスタ
特性の劣化を充分に抑制することは困難になる。
When the design rule becomes a submicron rule, it becomes important to consider the fine structure of the LDD structure itself. In the normal LDD structure, the boundary between the low-concentration diffusion layer and the high-concentration diffusion layer in the source / drain region forming the LDD structure is not directly under the gate electrode, but directly under the spacer made of an insulating film formed on the side surface of the gate electrode. Exists in at least part of the low-concentration diffusion layer. This structure firstly causes problems in current drive capability. The low-concentration diffusion layer located immediately below the spacer has a reduced transconductance between the drain region and the source region, which lowers the current driving capability. Also,
When the boundary between the low-concentration diffusion layer and the high-concentration diffusion layer in the source / drain region of the LDD structure is located directly under the spacer, the injection of hot carriers into the gate oxide film is low, but the injection of hot carriers into the spacer is low. Therefore, it becomes difficult to sufficiently suppress the deterioration of the transistor characteristics.

【0004】これらの問題点を解決するのにゲート・オ
ーバーラップLDD構造がある。このゲート・オーバー
ラップLDD構造の一例は、特開平1−307266号
公報に開示されているように、通常のLDD構造と異な
り、低濃度拡散層も低濃度拡散層と高濃度拡散層との境
界の位置もゲート電極の直下に設けられている。
To solve these problems, there is a gate overlap LDD structure. An example of this gate-overlap LDD structure is different from a normal LDD structure as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-307266, and the low-concentration diffusion layer also has a boundary between the low-concentration diffusion layer and the high-concentration diffusion layer. Is also provided directly below the gate electrode.

【0005】半導体装置の主要製造工程の断面図である
図11を参照すると、上記公開公報記載のゲート・オー
バーラップLDD構造を有するMOSトランジスタの製
造方法の要旨は、以下のようになっている。
Referring to FIG. 11 which is a sectional view of a main manufacturing process of a semiconductor device, a summary of a method of manufacturing a MOS transistor having a gate overlap LDD structure described in the above publication is as follows.

【0006】まず、P型シリコン基板201表面の素子
分離領域にはフィールド酸化膜203が形成され、素子
形成領域にはゲート酸化膜222が形成される。ゲート
酸化膜222の形成前もしくは形成後に、しきい値制御
用のボロンのイオン注入が行なわれる。続いて、ゲート
電極223が形成される。このゲート電極223の幅
(ゲート長)はLである。その後、フィールド酸化膜2
03およびゲート電極223をマスクにして,P型シリ
コン基板201表面への垂線に対してθの角度で低濃度
のN型不純物のイオン注入が行なわれ、N型イオン注入
領域221aが形成される〔図11(a)〕。
First, a field oxide film 203 is formed in an element isolation region on the surface of a P-type silicon substrate 201, and a gate oxide film 222 is formed in an element formation region. Before or after forming the gate oxide film 222, boron ion implantation for threshold control is performed. Then, the gate electrode 223 is formed. The width (gate length) of the gate electrode 223 is L. After that, the field oxide film 2
03 and the gate electrode 223 as a mask, ion implantation of low-concentration N-type impurities is performed at an angle of θ with respect to a vertical line to the surface of the P-type silicon substrate 201 to form an N-type ion implantation region 221a. FIG. 11A].

【0007】次に、全面に所要の膜厚の酸化シリコン膜
(図示せず)が形成される。この酸化シリコン膜が異方
性エッチングによりエッチバックされ、ゲート電極22
3の側面にスペーサ224が形成される。フィールド酸
化膜203,ゲート電極223およびスペーサ224を
マスクにして,P型シリコン基板201表面に対して概
ね垂直に高濃度のN型不純物のイオン注入が行なわれ、
さらに熱処理が施される。これら一連の処理により、N
+ 型拡散層225が形成され、上記N型イオン注入領域
221aはN- 型拡散層221bに変換され、これらN
- 型拡散層221bおよびN+ 型拡散層225からなる
ソース・ドレイン領域が形成される〔図11(b)〕。
Next, a silicon oxide film (not shown) having a desired film thickness is formed on the entire surface. This silicon oxide film is etched back by anisotropic etching, and the gate electrode 22
The spacer 224 is formed on the side surface of the No. 3 side. Using the field oxide film 203, the gate electrode 223 and the spacer 224 as a mask, ion implantation of high-concentration N-type impurities is performed substantially perpendicularly to the surface of the P-type silicon substrate 201.
Further heat treatment is performed. By this series of processing, N
A + type diffusion layer 225 is formed, and the N type ion implantation region 221a is converted into an N type diffusion layer 221b.
Source / drain regions composed of the type diffusion layer 221b and the N + type diffusion layer 225 are formed [FIG. 11 (b)].

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記公開公報記載のゲ
ート・オーバーラップLDD構造を有するMOSトラン
ジスタは、N+ 型拡散層225およびN- 型拡散層22
1bの境界がゲート電極223直下にあることなどか
ら、ドレイン領域とソース領域との間の相互コンダクタ
ンスの低下は確かに抑止される。しかしながら、N型イ
オン注入領域221aの形状(図11(a)参照)から
推測されるように、ショート・チャネル効果が起りやす
くなるという危惧がある。これを検証するために、本発
明者は、このMOSトランジスタを以下の条件で作成し
た場合について、シミュレーションを試みた。
The MOS transistor having the gate overlap LDD structure described in the above publication has the N + type diffusion layer 225 and the N type diffusion layer 22.
Since the boundary of 1b is directly under the gate electrode 223, etc., the decrease of the mutual conductance between the drain region and the source region is surely suppressed. However, as estimated from the shape of the N-type ion implantation region 221a (see FIG. 11A), there is a concern that the short channel effect is likely to occur. In order to verify this, the present inventor tried a simulation in the case where this MOS transistor was created under the following conditions.

【0009】P型シリコン基板201は(100)の面
方位を有し、P型不純物として5.0×1016cm-3
ボロンを含む。ゲート酸化膜222は熱酸化により形成
され、10nmの膜厚である。しきい値制御用のボロン
のイオン注入はゲート酸化膜222の形成前に行なわ
れ、その条件は30keV,4.0〜6.0×1012
-2である。ゲート電極223はN+ 型の多結晶シリコ
ン膜からなり、L=0.6μmである。70keV,
8.0×1013cm-2,θ≒50°の条件で砒素がイオ
ン注入され、上記N型イオン注入領域221aが形成さ
れる。スペーサ224の幅は約100nmである。70
keV,3.0×1015cm-2の条件で砒素のイオン注
入の後、窒素雰囲気で900℃,10分の熱処理を行な
い、N+ 型拡散層225(およびN- 型拡散層221
b)を形成する。
The P-type silicon substrate 201 has a (100) plane orientation and contains 5.0 × 10 16 cm −3 boron as a P-type impurity. The gate oxide film 222 is formed by thermal oxidation and has a film thickness of 10 nm. Ion implantation of boron for threshold control is performed before forming the gate oxide film 222 under the conditions of 30 keV, 4.0 to 6.0 × 10 12 c.
m -2 . The gate electrode 223 is made of an N + type polycrystalline silicon film and has L = 0.6 μm. 70 keV,
Arsenic is ion-implanted under the conditions of 8.0 × 10 13 cm -2 and θ≈50 ° to form the N-type ion-implanted region 221a. The width of the spacer 224 is about 100 nm. 70
After ion implantation of arsenic under the conditions of keV and 3.0 × 10 15 cm −2 , heat treatment is performed at 900 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere, and N + type diffusion layer 225 (and N type diffusion layer 221
b) is formed.

【0010】このときのドレイン端近傍の砒素のプロフ
ァイルは、図12のようになる。ドレイン領域(および
ソース領域)のN+ 型拡散層225の側面および底面は
-型拡散層221bにより覆われており、このドレイ
ン領域のXj (接合の深さ)≒0.16μmである。N
- 型拡散層221bとゲート電極223とのオーバーラ
ップは約0.16μmであり、N+ 型拡散層225とゲ
ート電極223とのオーバーラップは約0.1μmであ
る。このプロファイルから、2つの知見が得られる。ま
ず第1に、ゲート電極223直下におけるN- 型拡散層
221bの深さ方向での位置があまに変化していない。
すなわち、ソース領域側のN- 型拡散層221bとドレ
イン領域側のN- 型拡散層221bと間隔が深さ方向で
あまり変化しない。第2に、N- 型拡散層221bの端
部と、N+ 型拡散層225およびN- 型拡散層221b
の境界の位置との間隔が狭い。すなわち、この間の不純
物濃度勾配が高い。
At this time, the profile of arsenic near the drain edge is as shown in FIG. The side surface and the bottom surface of the N + type diffusion layer 225 in the drain region (and the source region) are covered with the N type diffusion layer 221b, and X j (junction depth) of this drain region is approximately 0.16 μm. N
The overlap between the type diffusion layer 221b and the gate electrode 223 is about 0.16 μm, and the overlap between the N + type diffusion layer 225 and the gate electrode 223 is about 0.1 μm. Two findings can be obtained from this profile. First of all, the position in the depth direction of the N type diffusion layer 221b immediately below the gate electrode 223 does not change.
That is, the source region side N - type diffusion layer 221b and the drain region side N - type diffusion layer 221b and the interval does not change much in the depth direction. Second, the end of the N type diffusion layer 221b, the N + type diffusion layer 225, and the N type diffusion layer 221b.
The distance from the boundary position of is small. That is, the impurity concentration gradient during this period is high.

【0011】ドレイン端近傍の砒素の上記プロファイル
の第1の特徴から、推測した事象が明かになる。ゲート
電極223に電圧が印加されて生じるチャネル領域の空
乏層に対して、ドレイン領域に電圧が印加されて生じる
空乏層が大きく影響し、例えばチャネル領域におけるゲ
ート酸化膜222から深い位置でパンチスルーが起りや
すなり、ショート・チャネル効果が増大する。さらに第
2の特徴から、ドレイン側の最も電界強度の高くなる位
置がゲート電極直下になり、ホットキャリアのゲート酸
化膜222への注入(従来の通常のLDD構造よりは改
善されているものの)の回避が充分とはいえなくなる。
From the first feature of the above profile of arsenic near the drain edge, the inferred event becomes clear. The depletion layer generated when a voltage is applied to the drain region has a great influence on the depletion layer generated when a voltage is applied to the gate electrode 223. For example, punch-through occurs at a deep position from the gate oxide film 222 in the channel region. It tends to occur and the short channel effect increases. Further, from the second feature, the position where the electric field strength is highest on the drain side is directly under the gate electrode, and hot carriers are injected into the gate oxide film 222 (although it is improved as compared with the conventional normal LDD structure). Avoidance is not enough.

【0012】従って本発明の半導体装置の製造方法の目
的は、ゲート・オーバーラップLDD構造を有するMO
Sトランジスタにおいて、ショート・チャネル効果を抑
制し、ゲート絶縁膜へのホットキャリアの注入を抑制す
ることが容易になる製造方法を提供することにある。
Therefore, an object of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is to provide an MO having a gate overlap LDD structure.
It is an object of the present invention to provide a manufacturing method that makes it possible to suppress the short channel effect and suppress the injection of hot carriers into the gate insulating film in the S transistor.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法の第1の態様は、一導電型のシリコン基板の表面
の素子分離領域および素子形成領域にフィールド酸化膜
およびパッド酸化膜を形成し、このフィールド酸化膜お
よびこのパッド酸化膜の表面を覆う所定膜厚の窒化シリ
コン膜をこのシリコン基板の表面に形成する工程と、フ
ォトレジスト膜パターンをマスクにした窒化シリコン膜
に対する選択的な異方性エッチングにより、上記パッド
酸化膜を介して上記素子形成領域上を横断し,所定幅を
有し,一定方向に所望の長さを有する溝を上記窒化シリ
コン膜に形成する工程と、上記一定方向に直交し,上記
溝の側壁に対して所定の角度をなす方向から、低濃度の
逆導電型不純物をこのシリコン基板の表面にイオン注入
する工程と、上記溝の底面の上記パッド酸化膜を除去
し、熱酸化によりゲート酸化膜を形成する工程と、上記
溝を埋設する姿態を有するゲート電極を形成する工程
と、上記窒化シリコン膜を選択的に除去し、全面に絶縁
膜を形成し、この絶縁膜をエッチバックして上記ゲート
電極の側面にこの絶縁膜からなるスペーサを形成する工
程と、上記フィールド酸化膜,スペーサおよびゲート電
極をマスクにして、高濃度の逆導電型不純物を上記素子
形成領域にイオン注入する工程とを有することを特徴と
する。
According to a first aspect of a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a field oxide film and a pad oxide film are formed in an element isolation region and an element formation region on the surface of a silicon substrate of one conductivity type. Then, a step of forming a silicon nitride film of a predetermined thickness on the surface of the silicon substrate to cover the surface of the field oxide film and the pad oxide film, and a selective difference with respect to the silicon nitride film using the photoresist film pattern as a mask. Forming a groove in the silicon nitride film that has a predetermined width and a desired length in a certain direction across the device formation region through the pad oxide film by means of isotropic etching; Ion-implanting a low-concentration impurity of opposite conductivity type into the surface of the silicon substrate from a direction orthogonal to the direction and forming a predetermined angle with respect to the side wall of the groove; Removing the pad oxide film on the bottom surface of the, and forming a gate oxide film by thermal oxidation, forming a gate electrode having a form of filling the groove, and selectively removing the silicon nitride film, A step of forming an insulating film on the entire surface and etching back the insulating film to form a spacer made of the insulating film on the side surface of the gate electrode, and using the field oxide film, the spacer and the gate electrode as a mask, And ion-implanting the opposite conductivity type impurity into the element forming region.

【0014】好ましくは、上記溝とともに上記所定幅と
は異なる幅を有する第2の溝を形成し、上記第2の溝を
第2のフォトレジスト膜パターンで覆って上記低濃度の
逆導電型不純物を上記シリコン基板の表面にイオン注入
し、この第2のフォトレジスト膜パターンを除去する。
Preferably, a second groove having a width different from the predetermined width is formed together with the groove, the second groove is covered with a second photoresist film pattern, and the low-concentration reverse conductivity type impurity is formed. Are ion-implanted into the surface of the silicon substrate to remove the second photoresist film pattern.

【0015】本発明の半導体装置の第2の態様は、一導
電型のシリコン基板の表面の素子分離領域および素子形
成領域にフィールド酸化膜およびパッド酸化膜を形成
し、このフィールド酸化膜およびこのパッド酸化膜の表
面を覆う所定膜厚の窒化シリコン膜をこのシリコン基板
の表面に形成する工程と、フォトレジスト膜パターンを
マスクにした窒化シリコン膜に対する選択的な異方性エ
ッチングにより、上記パッド酸化膜を介して上記素子形
成領域上を横断し,所定幅を有し,一定方向に所望の長
さを有する溝を上記窒化シリコン膜に形成する工程と、
上記一定方向に直交し,上記溝の側壁に対して所定の角
度をなす方向から、低濃度の逆導電型不純物をこのシリ
コン基板の表面にイオン注入する工程と、全面に酸化シ
リコン膜を形成し、この酸化シリコン膜をエッチバック
して上記溝の側壁にこの酸化シリコン膜からなるスペー
サを形成し、熱酸化によりゲート酸化膜を形成する工程
と、上記溝を埋設する姿態を有するゲート電極を形成す
る工程と、上記窒化シリコン膜を選択的に除去する工程
と、上記フィールド酸化膜,スペーサおよびゲート電極
をマスクにして、高濃度の逆導電型不純物を上記素子形
成領域にイオン注入する工程とを有することを特徴とす
る。
According to a second aspect of the semiconductor device of the present invention, a field oxide film and a pad oxide film are formed in an element isolation region and an element formation region on the surface of a one conductivity type silicon substrate, and the field oxide film and the pad oxide film are formed. The pad oxide film is formed by a step of forming a silicon nitride film of a predetermined thickness on the surface of the silicon substrate to cover the surface of the oxide film and by selective anisotropic etching of the silicon nitride film using the photoresist film pattern as a mask. Forming a groove having a predetermined width and a desired length in a certain direction in the silicon nitride film across the element formation region via
A step of ion-implanting a low-concentration impurity of opposite conductivity type into the surface of this silicon substrate from a direction orthogonal to the above-mentioned fixed direction and forming a predetermined angle with respect to the sidewall of the groove, and forming a silicon oxide film on the entire surface. , A step of etching back the silicon oxide film to form a spacer made of the silicon oxide film on the side wall of the groove, forming a gate oxide film by thermal oxidation, and forming a gate electrode having a state of burying the groove. And a step of selectively removing the silicon nitride film, and a step of ion-implanting a high-concentration impurity of opposite conductivity type into the element formation region using the field oxide film, the spacer and the gate electrode as a mask. It is characterized by having.

【0016】好ましくは、上記窒化シリコン膜を選択的
に除去した後、全面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエ
ッチバックして上記ゲート電極の側面にこの絶縁膜から
なる第2のスペーサを形成する工程を有する。
Preferably, after the silicon nitride film is selectively removed, an insulating film is formed on the entire surface, the insulating film is etched back, and a second spacer made of the insulating film is formed on the side surface of the gate electrode. There is a step of forming.

【0017】本発明の半導体装置の製造方法の第3の態
様は、一導電型のシリコン基板の表面の素子分離領域お
よび素子形成領域にフィールド酸化膜およびパッド酸化
膜を形成し、このフィールド酸化膜およびこのパッド酸
化膜の表面を覆う第1の所定膜厚の窒化シリコン膜をこ
のシリコン基板の表面に形成する工程と、第1のフォト
レジスト膜からなる第1のフォトレジスト膜パターンを
マスクにした窒化シリコン膜に対する選択的な異方性エ
ッチングにより、上記パッド酸化膜を介して上記素子形
成領域上を横断し,所定幅を有して第1の方向と第2の
方向とに折れ曲った所望の長さを有する溝を上記窒化シ
リコン膜に形成する工程と、全面に所要の膜厚の第2の
フォトレジスト膜を形成し、少なくとも上記第1の方向
を有する部分の上記溝に対して開口部を有する第2のフ
ォトレジスト膜パターンを形成し、上記第1の所定膜厚
より薄い第2の所定膜厚になるまでこの第2のフォトレ
ジスト膜パターンを異方性エッチングにより選択的にエ
ッチバックする工程と、上記第1の方向に直交し,第1
の方向を有する部分の上記溝の側壁に対して所定の角度
をなす方向から低濃度の逆導電型不純物をこのシリコン
基板の表面にイオン注入し、上記第2のフォトレジスト
膜パターンを除去する工程と、全面に所要の膜厚の第3
のフォトレジスト膜を形成し、少なくとも上記第2の方
向を有する部分の上記溝に対して開口部を有する第3の
フォトレジスト膜パターンを形成し、上記第1の所定膜
厚より薄い第2の所定膜厚になるまでこの第3のフォト
レジスト膜パターンを異方性エッチングにより選択的に
エッチバックする工程と、上記第2の方向に直交し,第
2の方向を有する部分の上記溝の側壁に対して上記所定
の角度をなす方向から低濃度の逆導電型不純物をこのシ
リコン基板の表面にイオン注入し、上記第3のフォトレ
ジスト膜パターンを除去する工程と、上記溝の底面の上
記パッド酸化膜を除去し、熱酸化によりゲート酸化膜を
形成する工程と、上記溝を埋設する姿態を有するゲート
電極を形成する工程と、上記窒化シリコン膜を選択的に
除去し、全面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチバ
ックして上記ゲート電極の側面にこの絶縁膜からなるス
ペーサを形成する工程と、上記フィールド酸化膜,スペ
ーサおよびゲート電極をマスクにして、高濃度の逆導電
型不純物を上記素子形成領域にイオン注入する工程とを
有することを特徴とする。
According to a third aspect of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a field oxide film and a pad oxide film are formed in an element isolation region and an element formation region on the surface of a one conductivity type silicon substrate, and the field oxide film is formed. And a step of forming a silicon nitride film having a first predetermined thickness on the surface of the silicon substrate to cover the surface of the pad oxide film, and using the first photoresist film pattern made of the first photoresist film as a mask. By the anisotropic etching selective to the silicon nitride film, it crosses over the element forming region through the pad oxide film and has a predetermined width and is bent in the first direction and the second direction. And forming a second photoresist film having a desired film thickness on the entire surface of the silicon nitride film and forming a groove having a length of at least on the portion having the first direction. A second photoresist film pattern having an opening for the groove is formed, and the second photoresist film pattern is anisotropically etched until a second predetermined film thickness smaller than the first predetermined film thickness is obtained. And a step of selectively etching back by
And removing the second photoresist film pattern by ion-implanting a low-concentration impurity of opposite conductivity type into the surface of the silicon substrate from a direction forming a predetermined angle with respect to the side wall of the groove. And a third film with the required film thickness on the entire surface
Forming a photoresist film, forming a third photoresist film pattern having an opening for at least the groove in the portion having the second direction, and forming a second photoresist film thinner than the first predetermined film thickness. A step of selectively etching back the third photoresist film pattern by anisotropic etching until a predetermined film thickness is obtained, and a sidewall of the groove at a portion orthogonal to the second direction and having the second direction. A step of ion-implanting a low-concentration opposite conductivity type impurity into the surface of the silicon substrate from a direction forming the predetermined angle to remove the third photoresist film pattern, and the pad on the bottom surface of the groove. A step of removing the oxide film and forming a gate oxide film by thermal oxidation, a step of forming a gate electrode having a state of burying the groove, and a step of selectively removing the silicon nitride film to completely cover the entire surface. Forming a film and etching back the insulating film to form a spacer made of the insulating film on the side surface of the gate electrode; and using the field oxide film, the spacer and the gate electrode as a mask, a high-concentration reverse conductivity And ion-implanting type impurities into the element formation region.

【0018】好ましくは、上記第2および第3のフォト
レジスト膜パターンに対するエッチバックが、上記シリ
コン基板にRFバイアスを印加し,少なくとも酸素ガス
を含んだガスをエッチングガスに用いるマイクロ波励起
によるプラズマエッチングである。
Preferably, the etching back for the second and third photoresist film patterns is plasma etching by microwave excitation in which an RF bias is applied to the silicon substrate and a gas containing at least oxygen gas is used as an etching gas. Is.

【0019】[0019]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0020】半導体装置の製造工程の平面図である図1
および図2と、図1あるいは図2のXX線での断面図で
ある図3とを参照すると、本発明の第1の実施例は、以
下のようになっている。
FIG. 1 is a plan view of the manufacturing process of the semiconductor device.
2 and FIG. 3 which is a sectional view taken along line XX of FIG. 1 or 2, the first embodiment of the present invention is as follows.

【0021】まず、(100)の面方位を有し,P型不
純物として5.0×1016cm-3のボロンを含むP型シ
リコン基板101表面の素子形成領域および素子分離領
域に、膜厚10nm程度のパッド酸化膜102およびフ
ィールド酸化膜103が形成される。このフィールド酸
化膜103は窒化シリコン膜(図示せず)をマスクにし
た選択酸化法により形成され、このフィールド酸化膜1
03が形成された後にこの窒化シリコン膜はエッチング
除去される。このパッド酸化膜102は、フィールド酸
化膜103の形成前に設けられたものをそのまま用いて
もよく、フィールド酸化膜103を形成した後に新たに
形成してもよい。次に、所定膜厚H(例えば0.42μ
m)の窒化シリコン膜104が全面に形成される。次
に、第1のフォトレジスト膜パターン(図示せず)をマ
スクにした異方性エッチングにより、窒化シリコン膜1
04が選択的にエッチングされ、第1の溝105aaお
よび第2の溝105abが形成される。続いて、しきい
値制御用のボロンのイオン注入が、30keV,4.0
〜6.0×1012cm-2の条件で行なわれる。溝105
aaは、所定幅L(例えば0.6μm)を有し、一定方
向に所望の長さを有している。これに対して溝105a
bはLと異なる幅(例えばLより広い幅)を有し、この
溝105abの方向は上記一定方向に向いているとは限
らない。これら溝105aa,105abには後述する
ように、それぞれ異なった値のチャネル長を有するMO
Sトランジスタのゲート電極が形成されることになる
〔図1(a),図3(a)〕。
First, in the element formation region and the element isolation region on the surface of the P-type silicon substrate 101 having the (100) plane orientation and containing 5.0 × 10 16 cm −3 of boron as the P-type impurity, the film thickness is formed. A pad oxide film 102 and a field oxide film 103 having a thickness of about 10 nm are formed. The field oxide film 103 is formed by a selective oxidation method using a silicon nitride film (not shown) as a mask.
After 03 is formed, this silicon nitride film is removed by etching. As the pad oxide film 102, the one provided before forming the field oxide film 103 may be used as it is, or may be newly formed after forming the field oxide film 103. Next, a predetermined film thickness H (for example, 0.42 μ
The silicon nitride film 104 of m) is formed on the entire surface. Next, the silicon nitride film 1 is anisotropically etched by using a first photoresist film pattern (not shown) as a mask.
04 is selectively etched to form the first groove 105aa and the second groove 105ab. Subsequently, boron ion implantation for threshold control is performed at 30 keV, 4.0.
It is carried out under the condition of ˜6.0 × 10 12 cm −2 . Groove 105
aa has a predetermined width L (for example, 0.6 μm), and has a desired length in a certain direction. On the other hand, the groove 105a
b has a width different from L (for example, a width wider than L), and the direction of the groove 105ab does not always face the above-mentioned fixed direction. As will be described later, the grooves 105aa and 105ab have MOs having different channel lengths.
The gate electrode of the S transistor is formed [FIG. 1 (a), FIG. 3 (a)].

【0022】第1のフォトレジスト膜パターンを除去し
た後、第2のフォトレジスト膜パターン111aにより
上記溝105abを覆う。この目的は、Lと異なるLを
有する溝105abに形成されるMOSトランジスタの
チャネル長が、溝105aaに形成されるMOSトラン
ジスタのチャネル長と異なるようにするためである。次
に、上記一定方向に直行し,溝105aaのこの一定方
向の(2つの)側壁に対して(それぞれ)所定角度θ
(例えば50°)をなす(2つの)方向から、70ke
V,8.0×1013cm-2の砒素がイオン注入され、溝
105aaの一定方向の(2つの)側壁直下近傍のP型
シリコン基板101表面にN型イオン注入領域121a
が形成される。(詳細は後述するが)このとき、tan
θ≦(L/H)である〔図1(b),図3(b)〕。な
お、フォトレジスト膜パターン111aは、溝105a
aに対する上記イオン注入の際にマスクにならぬ距離だ
け離れていることが必要である。
After removing the first photoresist film pattern, the groove 105ab is covered with the second photoresist film pattern 111a. The purpose is to make the channel length of the MOS transistor formed in the groove 105ab having L different from L different from the channel length of the MOS transistor formed in the groove 105aa. Next, it goes straight in the above-mentioned fixed direction and (previously) forms a predetermined angle θ with respect to the (two) side walls of the groove 105aa in this fixed direction.
70ke from (two) directions (eg 50 °)
Arsenic of V, 8.0 × 10 13 cm −2 is ion-implanted, and an N-type ion-implanted region 121a is formed on the surface of the P-type silicon substrate 101 immediately below (two) sidewalls of the groove 105aa in a certain direction.
Is formed. (Details will be described later) At this time, tan
θ ≦ (L / H) [FIG. 1 (b), FIG. 3 (b)]. The photoresist film pattern 111a is formed in the groove 105a.
At the time of the above-mentioned ion implantation for a, it is necessary to be separated by a distance that does not serve as a mask.

【0023】次に、上記フォトレジスト膜パターン11
1aが除去され、窒化シリコン膜104をマスクにして
溝105aa,105abの底面のパッド酸化膜102
がエッチング除去される。例えば750℃の熱酸化によ
り、膜厚10nm程度のゲート酸化膜122aが形成さ
れる。この熱酸化により、上記N型イオン注入領域12
1aの砒素が活性化され、N- 型拡散層121aaに変
換される。なお、この温度では、砒素の活性化はなされ
るものの熱拡散はほとんどなされない。続いて、溝10
5aa,105abを埋設する姿態を有するゲート電極
123aa,123abが形成される。これらゲート電
極123aa,123abは、N+ 型多結晶シリコン
膜,高融点金属シリサイド膜,高融点金属ポリサイド膜
あるいは高融点金属膜からなる〔図2(a),図3
(c)〕。上記特開平1−307266号公報記載の製
造方法では、N型イオン注入領域(図11(a)参照)
を形成する際のイオン注入において、ゲート電極の構成
材料を無視することはできない。これに対して、本実施
例におけるゲート電極123aa,123abの構成材
料の選択は、N型イオン注入領域121aの形成条件に
依存しない。なお、溝105aa,105ab底面のパ
ッド酸化膜102を除去して新たにゲート酸化膜122
aを形成するのは、この部分のパッド酸化膜102はフ
ォトレジスト膜に直接に接触したことによる汚染やイオ
ン注入によるダメージや汚染を除去しておくためであ
る。
Next, the photoresist film pattern 11 is formed.
1a is removed and the pad oxide film 102 on the bottom surface of the trenches 105aa and 105ab is formed using the silicon nitride film 104 as a mask.
Are etched away. For example, thermal oxidation at 750 ° C. forms the gate oxide film 122a with a film thickness of about 10 nm. By this thermal oxidation, the N-type ion implantation region 12 is formed.
The arsenic of 1a is activated and converted into the N type diffusion layer 121aa. At this temperature, arsenic is activated, but thermal diffusion is scarcely performed. Then, the groove 10
Gate electrodes 123aa and 123ab having a state of burying 5aa and 105ab are formed. These gate electrodes 123aa and 123ab are made of N + type polycrystalline silicon film, refractory metal silicide film, refractory metal polycide film or refractory metal film [FIG. 2 (a), FIG. 3].
(C)]. In the manufacturing method described in JP-A-1-307266, the N-type ion implantation region (see FIG. 11A)
The constituent material of the gate electrode cannot be ignored in the ion implantation for forming the. On the other hand, the selection of the constituent material of the gate electrodes 123aa and 123ab in the present embodiment does not depend on the formation conditions of the N-type ion implantation region 121a. The pad oxide film 102 on the bottom surfaces of the trenches 105aa and 105ab is removed and a new gate oxide film 122 is formed.
The reason for forming a is that the pad oxide film 102 in this portion removes the pollution caused by the direct contact with the photoresist film and the damage caused by the ion implantation.

【0024】次に、例えば熱燐酸により窒化シリコン膜
104が選択的に除去される。続いて、段差被覆性に優
れた減圧気相成長法(LPCVD)もしくはプラズマ励
起気相成長法(PECVD)により、膜厚0.1μm程
度の酸化シリコン膜(図示せず)が全面に形成される。
異方性エッチングによりこの酸化シリコン膜(およびパ
ッド酸化膜102)がエッチバックされ、ゲート電極1
23aa,123abの側面にこの酸化シリコン膜から
なる幅0.1μm程度のスペーサ124aが残置され
る。次に、フィールド酸化膜103,ゲート電極123
aa,123abおよびスペーサ124aをマスクにし
て、(P型シリコン基板101表面に対して概ね垂直
に)P型シリコン基板101表面の素子形成領域に、7
0keV,3.0×1015cm-2の条件で砒素のイオン
注入が行なわれる。さらに、窒素雰囲気で900℃,1
0分の熱処理が行なわれる。これら一連の処理により、
+ 型拡散層125aa,125abが形成され、上記
- 型拡散層121aaは砒素の熱拡散が進行してN-
型拡散層121abになる。これにより、N- 型拡散層
121ab並びにN+ 型拡散層125aaから構成させ
たソース・ドレイン領域,ゲート酸化膜122aおよび
ゲート電極123aaからなるゲート・オーバーラップ
LDD構造のMOSトランジスタと、N+ 型拡散層12
5abのみから構成させたソース・ドレイン領域,ゲー
ト酸化膜122aおよびゲート電極123abからなる
非LDD構造のMOSトランジスタとが形成される。こ
の非LDD構造のMOSトランジスタにN型イオン注入
領域121aはが形成されないことから、このMOSト
ランジスタのゲート長は勿論のことチャネル長も上記ゲ
ート・オーバーラップLDD構造のMOSトランジスタ
のチャネル長とは異なっている〔図2(b),図3
(d)〕。
Next, the silicon nitride film 104 is selectively removed by, for example, hot phosphoric acid. Then, a silicon oxide film (not shown) having a film thickness of about 0.1 μm is formed on the entire surface by low pressure vapor deposition (LPCVD) or plasma excited vapor deposition (PECVD) having excellent step coverage. .
This silicon oxide film (and the pad oxide film 102) is etched back by anisotropic etching, and the gate electrode 1
Spacers 124a made of the silicon oxide film and having a width of about 0.1 μm are left on the side surfaces of 23aa and 123ab. Next, the field oxide film 103 and the gate electrode 123
Using the aa, 123ab and the spacer 124a as a mask, an element forming region on the surface of the P-type silicon substrate 101 (generally perpendicular to the surface of the P-type silicon substrate 101) is formed.
Ion implantation of arsenic is performed under the conditions of 0 keV and 3.0 × 10 15 cm −2 . Furthermore, in a nitrogen atmosphere, 900 ° C, 1
A heat treatment of 0 minutes is performed. By these series of processing,
N + type diffusion layers 125aa and 125ab are formed, and the N type diffusion layer 121aa undergoes thermal diffusion of arsenic to form N −.
It becomes the type diffusion layer 121ab. As a result, a MOS transistor having a gate overlap LDD structure including a source / drain region composed of the N type diffusion layer 121ab and the N + type diffusion layer 125aa, a gate oxide film 122a and a gate electrode 123aa, and an N + type diffusion layer. Layer 12
A non-LDD structure MOS transistor including a source / drain region composed only of 5ab, a gate oxide film 122a and a gate electrode 123ab is formed. Since the N-type ion implantation region 121a is not formed in the non-LDD structure MOS transistor, the channel length as well as the channel length of the MOS transistor is different from the channel length of the MOS transistor of the gate overlap LDD structure. [Fig. 2 (b), Fig. 3
(D)].

【0025】N型イオン注入領域を形成する段階の断面
模式図である図4(a)と、ゲート・オーバーラップL
DD構造のMOSトランジスタのドレイン端近傍におけ
るシミュレーションによる砒素の濃度分布(プロファイ
ル)を示す図4(b)とを参照して、本実施例における
N型イオン注入領域の形成条件と本実施例の効果とを説
明する。
FIG. 4A, which is a schematic sectional view of the step of forming the N-type ion implantation region, and the gate overlap L.
Referring to FIG. 4B showing the arsenic concentration distribution (profile) in the vicinity of the drain end of the MOS transistor having the DD structure, with reference to FIG. 4B, the conditions for forming the N-type ion implantation region in this embodiment and the effect of this embodiment. And explain.

【0026】(窒化シリコン膜104の膜厚)H≒0.
42μm,(溝105aaの幅)L≒0.6μmとし、
溝105aaの側壁下端からΔL≒0.1μmの領域の
み窒化シリコン膜104にマスクされずにイオン注入さ
れるようにする。このとき、tanθ=(L−ΔL)/
Hとなることから、θ≒50°となる〔図4(a)〕。
なお、このLはゲート・オーバーラップLDD構造のM
OSトランジスタのゲート長(ゲート電極の幅)と等し
い。この角度でN型イオン注入領域121a形成のため
の砒素のイオン注入を行ない、N+ 型拡散層125ab
形成のための砒素のイオン注入を上記の条件で行ない、
上記条件で活性化のための熱処理を行なったとき、ドレ
イン端近傍での砒素のプロファイルのシミュレーション
結果は図4(b)のようになる。
(Thickness of the silicon nitride film 104) H≈0.
42 μm, (width of groove 105aa) L≈0.6 μm,
Only the region of ΔL≈0.1 μm from the lower end of the side wall of the groove 105aa is implanted into the silicon nitride film 104 without being masked. At this time, tan θ = (L−ΔL) /
Since it becomes H, θ≈50 ° [FIG. 4 (a)].
In addition, this L is M of the gate overlap LDD structure.
It is equal to the gate length (width of the gate electrode) of the OS transistor. Arsenic ions are implanted at this angle to form the N-type ion implantation region 121a, and the N + -type diffusion layer 125ab is formed.
Arsenic ion implantation for formation is performed under the above conditions,
When the heat treatment for activation is performed under the above conditions, the simulation result of the arsenic profile near the drain edge is as shown in FIG.

【0027】この図4(b)から、次のことが得られ
る。ゲート電極123aaとN- 型拡散層121abと
のオーバーラップはゲート酸化膜122aとP型シリコ
ン基板10との界面で最大となり、その値は約0.18
μm(約ΔLの2倍)である。ソース領域側のN- 型拡
散層121abとドレイン領域側のN- 型拡散層121
abとの(チャネル領域での)間隔は、上記特開平1−
307266号公報記載のゲート・オーバーラップLD
D構造のMOSトランジスタと異なり、上記界面から深
くなるに従って広くなる。上記界面におけるゲート電極
123aaとN+型拡散層125aaとのオーバーラッ
プは約0.04μmである。このゲート電極123aa
とN+ 型拡散層125aaとのオーバーラップの最大値
は、この界面から約0.04μmの深さのとこにあり、
約0.06μmである。ゲート電極123aa近傍にお
けるドレイン領域(N- 型拡散層121ab並びにN+
型拡散層125aaから構成されている)のXj は約
0.16μmであるが、ゲート電極123aaから充分
離れた位置でのこのドレイン領域(N+ 型拡散層125
aaのみから構成されている)のXj は約0.14μm
である。イオン注入条件等により数値的には異なるが、
一連のシミュレーションから、上記の傾向を有するに
は、θは40°〜60°の範囲であればよい。ΔLの上
限は、Lの値と目的とするチャネル長とから決まる。Δ
Lの下限は、N型イオン注入領域121a形成のイオン
注入条件(θも含む),N+ 型拡散層125aa等の形
成のイオン注入条件および熱処理条件,スペーサ121
aの膜厚等から決まるが、上述の場合には正の値である
ことが好ましい。
From FIG. 4B, the following can be obtained. The overlap between the gate electrode 123aa and the N type diffusion layer 121ab becomes maximum at the interface between the gate oxide film 122a and the P type silicon substrate 10, and the value is about 0.18.
μm (about twice ΔL). N type diffusion layer 121ab on the source region side and N type diffusion layer 121 on the drain region side
The distance from ab (in the channel region) is as described in JP-A-1-
Gate overlap LD disclosed in Japanese Patent No. 307266
Unlike the MOS transistor having the D structure, the width becomes wider as the depth from the interface increases. The overlap between the gate electrode 123aa and the N + type diffusion layer 125aa at the interface is about 0.04 μm. This gate electrode 123aa
The maximum value of the overlap between the N + -type diffusion layer 125aa and the N + -type diffusion layer 125aa is at a depth of about 0.04 μm from this interface.
It is about 0.06 μm. The drain region near the gate electrode 123aa (N -type diffusion layers 121ab and N +
X j of the type diffusion layer 125aa) is about 0.16 μm, but this drain region (N + type diffusion layer 125) at a position sufficiently separated from the gate electrode 123aa.
X j of about 0.14 μm)
Is. Although it differs numerically depending on ion implantation conditions, etc.,
From a series of simulations, θ may be in the range of 40 ° to 60 ° to have the above tendency. The upper limit of ΔL is determined by the value of L and the target channel length. Δ
The lower limit of L is ion implantation conditions (including θ) for forming the N-type ion implantation region 121a, ion implantation conditions and heat treatment conditions for forming the N + -type diffusion layer 125aa, and the spacer 121.
Although it depends on the film thickness of a, etc., it is preferably a positive value in the above case.

【0028】図4(b)に示したようなソース・ドレイ
ン領域の形状から、本実施例によるゲート・オーバーラ
ップLDD構造のMOSトランジスタは、以下の効果を
有することが明かになる。まず、ゲート電極123aa
に対するN- 型拡散層121ab並びにN+ 型拡散層1
25aaのオーバーラップの形状から、ドレイン領域と
ソース領域との間の相互コンダクタンスの低下は回避さ
れる。また、ゲート電極123aa側のドレイン端の形
状から、ゲート電極123aaに電圧が印加されて生じ
るチャネル領域の空乏層に対して、ドレイン領域に電圧
が印加されて生じる空乏層の影響は小さくなり、ショー
ト・チャネル効果の抑制が容易になる。さらに、ドレイ
ン側の最も電界強度の高くなる位置がゲート電極123
aa直下から充分に離れた位置であるため、ホットキャ
リアのゲート酸化膜122aへの注入の回避が容易にな
る。
From the shape of the source / drain regions as shown in FIG. 4B, it becomes clear that the MOS transistor of the gate overlap LDD structure according to this embodiment has the following effects. First, the gate electrode 123aa
N for - -type diffusion layer 121ab and N + -type diffusion layer 1
Due to the 25aa overlap shape, a reduction in transconductance between the drain and source regions is avoided. Further, due to the shape of the drain end on the side of the gate electrode 123aa, the influence of the depletion layer generated by applying the voltage to the drain region on the depletion layer of the channel region generated by applying the voltage to the gate electrode 123aa becomes small, and the short circuit occurs. -It becomes easy to suppress the channel effect. Further, the position where the electric field strength is highest on the drain side is the gate electrode 123.
Since the position is sufficiently distant from immediately below aa, it becomes easy to avoid injection of hot carriers into the gate oxide film 122a.

【0029】なお、パッド酸化膜102の膜厚,窒化シ
リコン膜104の膜厚H,溝105aaの幅L,ゲート
酸化膜122aの膜厚および酸化温度,スペーサ124
aの幅,N型イオン注入領域121a形成のためイオン
注入の角度θおよびイオン注入条件,N+ 型拡散領域1
25aa等の形成のためのイオン注入条件および熱処理
条件等は、上記第1の実施例に記載した数値あるいは条
件に限定されるものではない。また、上記第1の実施例
によるMOSトランジスタはNチャネル型であるが、本
実施例をPチャネル型MOSトランジスタあるいはCM
OSトランジスタに適用することもできる。
The film thickness of the pad oxide film 102, the film thickness H of the silicon nitride film 104, the width L of the groove 105aa, the film thickness and oxidation temperature of the gate oxide film 122a, and the spacer 124.
a, width of ion implantation for forming N-type ion implantation region 121a, ion implantation conditions, N + type diffusion region 1
Ion implantation conditions and heat treatment conditions for forming 25aa and the like are not limited to the numerical values or conditions described in the first embodiment. Further, although the MOS transistor according to the first embodiment is an N-channel type, this embodiment has a P-channel type MOS transistor or CM.
It can also be applied to an OS transistor.

【0030】半導体装置の製造工程の断面図である図5
を参照すると、本発明の第2の実施例は所定膜厚(例え
ばH≒0.42μm)の窒化シリコン膜104の形成ま
で上記第1の実施例と同様である。
FIG. 5 is a sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device.
2, the second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment until the formation of the silicon nitride film 104 having a predetermined film thickness (for example, H≈0.42 μm).

【0031】次に、上記第1の実施例と同様の方法によ
り、第1の実施例の第1の溝と同様の所定幅(例えばL
≒0.6μm)を有し,一定方向に所望の長さを有する
溝105bを形成する。続いて、上記第1の実施例と同
様の角度(例えばθ≒50°)および条件で砒素のイオ
ン注入を行ない、N型イオン注入領域121bを形成す
る〔図5(a)〕。
Next, by the same method as that of the first embodiment, a predetermined width (for example, L) similar to that of the first groove of the first embodiment is obtained.
≈0.6 μm), and a groove 105b having a desired length is formed in a fixed direction. Then, arsenic ions are implanted under the same angle (for example, .theta..apprxeq.50.degree.) And conditions as in the first embodiment to form the N-type ion implantation region 121b [FIG. 5 (a)].

【0032】次に、LPCVDもしくはPECVDによ
り、全面に膜厚0.06μm(60nm)程度の酸化シ
リコン膜(図示せず)を形成し、この酸化シリコン膜
(およびパッド酸化膜102)を異方性エッチングによ
り選択的にエッチバックし、溝105bの側壁にスペー
サ114を形成する。続いて、750℃程度の熱酸化に
より、膜厚10nm程度のゲート酸化膜122bを形成
する。この熱酸化により、N型イオン注入領域121b
はN- 型拡散層121baになる〔図5(b)〕。
Next, a silicon oxide film (not shown) having a film thickness of about 0.06 μm (60 nm) is formed on the entire surface by LPCVD or PECVD, and this silicon oxide film (and the pad oxide film 102) is anisotropy. The spacers 114 are formed on the sidewalls of the grooves 105b by selectively etching back by etching. Subsequently, the gate oxide film 122b having a film thickness of about 10 nm is formed by thermal oxidation at about 750 ° C. By this thermal oxidation, the N-type ion implantation region 121b is formed.
Becomes an N type diffusion layer 121ba [FIG. 5 (b)].

【0033】その後、窒化シリコン膜104を選択的に
エッチング除去し、溝105bを埋設した姿態を有する
ゲート電極123bを形成する。上記第1の実施例と同
様の条件による高濃度の砒素のイオン注入と熱処理とを
行ない、N- 型拡散層121baをN- 型拡散層121
bbに変換し、N+ 型拡散層125bを形成する〔図5
(c)〕。
After that, the silicon nitride film 104 is selectively removed by etching to form a gate electrode 123b having a state in which the trench 105b is buried. High-concentration arsenic ion implantation and heat treatment are performed under the same conditions as in the first embodiment, and the N -- type diffusion layer 121ba is replaced with the N -- type diffusion layer 121.
bb to form the N + type diffusion layer 125b [FIG.
(C)].

【0034】本実施例は、上記第1の実施例の有する効
果を有する。さらに本実施例ではスペーサ114を形成
するための膜厚の選定により、N+ 型拡散層125bと
-型拡散層121bbとの境界をスペーサ114とゲ
ート酸化膜112bとの境界近傍に形成することが容易
になり、ゲート電極123bとソース・ドレイン領域と
の間の寄生容量が上記第1の実施例より低減することが
容易になり、上記第1の実施例によるMOSトランジス
タより高速性に優れたMOSトランジスタを得ることが
できる。
This embodiment has the effects of the first embodiment. Further, in this embodiment, the boundary between the N + type diffusion layer 125b and the N type diffusion layer 121bb is formed in the vicinity of the boundary between the spacer 114 and the gate oxide film 112b by selecting the film thickness for forming the spacer 114. And the parasitic capacitance between the gate electrode 123b and the source / drain regions can be reduced more easily than in the first embodiment, and the MOS transistor according to the first embodiment has higher speed. A MOS transistor can be obtained.

【0035】さらに上記第2の実施例の応用例として、
ゲート電極125bを形成した後、全面に絶縁膜を形成
しこの絶縁膜をエッチバックして第2のスペーサを形成
し、しかる後N+ 型拡散層を形成すことも可能である。
この場合、ゲート電極側のドレイン端近傍におけるN型
不純物のプロファイルの設定に対する自由度は、上記第
2の実施例よりさらに高くなる。
Further, as an application example of the second embodiment,
After forming the gate electrode 125b, it is possible to form an insulating film on the entire surface and etch back this insulating film to form a second spacer, and then form an N + -type diffusion layer.
In this case, the degree of freedom in setting the profile of the N-type impurity in the vicinity of the drain end on the gate electrode side is higher than that in the second embodiment.

【0036】なお、上記第2の実施例において、上記第
1の実施と同様に溝105bと幅等が異なる第2の溝を
設けることも可能である。また、本実施例はPチャネル
型MOSトランジスタ,CMOSトランジスタ等にも適
用できる。
In the second embodiment, it is possible to provide a second groove having a width different from that of the groove 105b as in the first embodiment. The present embodiment can also be applied to P-channel type MOS transistors, CMOS transistors and the like.

【0037】半導体装置の製造工程の平面図である図
6,図7および図8と、図6,図7あるいは図8のXX
線での断面図である図9と、N型イオン注入領域を形成
するための条件を説明するための断面模式図である図1
0とを併せてを参照すると、本発明の第3の実施例は、
90°に折れ曲ったゲート電極を有するMOSトランジ
スタと製造方法であり、以下のようになっている。
6, 7 and 8 which are plan views of the manufacturing process of the semiconductor device and XX of FIG. 6, FIG. 7 or FIG.
9 which is a cross-sectional view taken along the line, and FIG. 1 which is a cross-sectional schematic view for explaining conditions for forming the N-type ion implantation region.
With reference to 0 together, the third embodiment of the present invention is
A MOS transistor having a gate electrode bent at 90 ° and a manufacturing method are as follows.

【0038】まず、上記第1の実施例と同様に、(10
0)の面方位を有し,P型不純物として5.0×1016
cm-3のボロンを含むP型シリコン基板101表面の素
子形成領域および素子分離領域に、膜厚10nm程度の
パッド酸化膜102およびフィールド酸化膜103が形
成される。次に、第1の所定膜厚H0 (例えば0.42
μm)の窒化シリコン膜104が全面に形成される。次
に、第1のフォトレジスト膜パターン(図示せず)をマ
スクにした異方性エッチングにより、窒化シリコン膜1
04が選択的にエッチングされ、溝105cが形成され
る。この溝105cは、第1の方向に平行な溝側壁15
5aa,155baと、第2の方向に平行な溝側壁15
5ab,155bbとを有する。第2の方向は第1の方
向に直交している。溝側壁155aaと溝側壁155a
bとは直接に直交し、溝側壁155baと溝側壁155
bbとは直接に直交している。第1の方向の部分の溝1
05cの幅(溝側壁155aaと溝側壁155baとの
間隔)と第2の方向の部分の溝105cの幅(溝側壁1
55baと溝側壁155bbとの間隔)とは、共に所定
幅L0 (例えば0.6μm)である〔図6(a),図9
(a)〕。
First, as in the first embodiment, (10
0) plane orientation and 5.0 × 10 16 as a P-type impurity
A pad oxide film 102 and a field oxide film 103 having a film thickness of about 10 nm are formed in the element formation region and the element isolation region on the surface of the P-type silicon substrate 101 containing boron of cm −3 . Next, a first predetermined film thickness H 0 (eg 0.42
(μm) silicon nitride film 104 is formed on the entire surface. Next, the silicon nitride film 1 is anisotropically etched by using a first photoresist film pattern (not shown) as a mask.
04 is selectively etched to form a groove 105c. This groove 105c is formed on the groove side wall 15 parallel to the first direction.
5aa, 155ba and the groove side wall 15 parallel to the second direction
5ab and 155bb. The second direction is orthogonal to the first direction. Groove side wall 155aa and groove side wall 155a
b is directly orthogonal to the groove side wall 155ba and the groove side wall 155
It is directly orthogonal to bb. Groove 1 in the portion in the first direction
05c (the width between the groove sidewalls 155aa and 155ba) and the width of the groove 105c in the second direction (the groove sidewall 1
55ba and the distance between the groove side wall 155bb) are both a predetermined width L 0 (for example, 0.6 μm) [FIG. 6 (a), FIG. 9].
(A)].

【0039】上記第1のフォトレジスト膜パターンが除
去された後、全面に第2のフォトレジスト膜(図示せ
ず)が形成される。この第2のフォトレジスト膜は、溝
105cを完全に埋設することが必要であり,上面が平
坦であることが必要である。この第2のフォトレジスト
膜がパターニングされ、第2のフォトレジスト膜パター
ン131が形成される。この第2のフォトレジスト膜パ
ターン131は、溝105cの第2の方向のみの部分を
覆い,第1の方向のみの部分には形成されていない。溝
105cの第1の方向と第2の方向とが交差する部分で
は、溝側壁155aa並びに溝側壁155abの交点お
よび溝側壁155ba並びに溝側壁155bbの交点を
結ぶ線分の第2の方向側で,かつ溝側壁155baから
溝側壁155aa側に幅ΔL1 (この理由は次工程の説
明の中で述べる)の部分に、第2のフォトレジスト膜パ
ターン131が形成されている〔図6(b),図9
(b)〕。
After the first photoresist film pattern is removed, a second photoresist film (not shown) is formed on the entire surface. The second photoresist film needs to completely fill the groove 105c and has a flat upper surface. This second photoresist film is patterned to form a second photoresist film pattern 131. The second photoresist film pattern 131 covers only the portion of the groove 105c in the second direction, and is not formed in the portion of the groove 105c only in the first direction. In the portion where the first direction and the second direction of the groove 105c intersect, on the second direction side of the line segment connecting the intersection of the groove sidewall 155aa and the groove sidewall 155ab and the intersection of the groove sidewall 155ba and the groove sidewall 155bb, Further, the second photoresist film pattern 131 is formed in the portion having the width ΔL 1 from the groove side wall 155ba to the groove side wall 155aa (the reason will be described in the description of the next step) [FIG. 6 (b), Figure 9
(B)].

【0040】次に、上記フォトレジスト膜パターン13
1をO2 プラズマによる異方性エッチングによりΔH0
の厚さだけエッチバックし、第2の所定膜厚(H0 −Δ
0)を有するフォトレジスト膜パターン131aに変
換する。この異方性エッチングは、O2 ガスをマイクロ
波励起したプラスマエッチングであり、このままである
と等方性エッチングになるため、P型シリコン基板10
1にRFバイアスを印加している。なお、エッチングガ
スに数%のN2 ガスを添加するならば、フォトレジスト
膜パターンの側面が反応生成物の被膜により保護される
ため、さらに異方性に優れたエッチバックになる。この
フォトレジスト膜パターン131aと窒化シリコン膜1
04とをマスクにして、溝側壁155aa,155ba
に対してそれぞれθ(例えば50°)の角度から、70
keV,8.0×1013cm-2の砒素がイオン注入され
る。これにより、溝側壁155aa並びに溝側壁155
abの交点の近傍および溝側壁155ba並びに溝側壁
155bbの交点の近傍を含めて、溝側壁155aa,
155ba直下近傍のP型シリコン基板101表面に
は、N型イオン注入領域121caが形成される。この
とき、溝側壁155aa,155ba端部からそれぞれ
ΔL1 (≒0.1μm)の幅の領域では、窒化シリコン
膜104あるいはフォトレジスト膜パターン131aに
マスクされずに直接にイオン注入される。ここで、
0 ,ΔH0 ,L0 ,ΔL0 ,ΔL1 およびθとの間に
は、tanθ=ΔL1 /ΔH0 =(L0 −(ΔL0 +Δ
1 ))/(H0 −ΔH0 )という関係がある〔図7
(a),図9(c),図10〕。
Next, the photoresist film pattern 13 is formed.
1 by ΔH 0 by anisotropic etching with O 2 plasma.
Of the second predetermined film thickness (H 0 −Δ
It is converted into a photoresist film pattern 131a having H 0 ). The anisotropic etching is plasma etching in which O 2 gas is microwave-excited, and if it is left as isotropic etching, the P-type silicon substrate 10
The RF bias is applied to the No. 1 unit. If a few% of N 2 gas is added to the etching gas, the side surface of the photoresist film pattern is protected by the film of the reaction product, and the etch back is further excellent in anisotropy. The photoresist film pattern 131a and the silicon nitride film 1
04 as a mask and groove side walls 155aa, 155ba
From the angle of θ (for example, 50 °)
KeV, 8.0 × 10 13 cm −2 arsenic is ion-implanted. Thereby, the groove side wall 155aa and the groove side wall 155
including the vicinity of the intersection of ab and the vicinity of the intersection of the groove sidewall 155ba and the groove sidewall 155bb,
On the surface of the P-type silicon substrate 101 immediately below 155ba, an N-type ion implantation region 121ca is formed. At this time, ions are directly implanted without being masked by the silicon nitride film 104 or the photoresist film pattern 131a in the regions each having a width of ΔL 1 (≈0.1 μm) from the end portions of the groove sidewalls 155aa and 155ba. here,
Between H 0 , ΔH 0 , L 0 , ΔL 0 , ΔL 1 and θ, tan θ = ΔL 1 / ΔH 0 = (L 0 − (ΔL 0 + Δ
L 1 )) / (H 0 −ΔH 0 ) [FIG.
(A), FIG. 9 (c), FIG. 10].

【0041】上記フォトレジスト膜パターン131aを
除去した後、フォトレジスト膜パターン131aと同様
の方法により、溝105cの主として第1の方向の部分
を第2の所定膜厚(H0 −ΔH0 )で埋め込むフォトレ
ジスト膜パターン132bを形成する。続いて、このフ
ォトレジスト膜パターン132bをマスクにして、溝側
壁155ab,155bbに対してそれぞれ上記θ(≒
50°)の角度から、70keV,8.0×1013cm
-2の砒素がイオン注入される。これにより、溝側壁15
5aa並びに溝側壁155abの交点の近傍および溝側
壁155ba並びに溝側壁155bbの交点の近傍を含
めて、溝側壁155ab,155bb直下近傍のP型シ
リコン基板101表面には、N型イオン注入領域121
cbが形成される〔図7(b),図9(d)〕。
After removing the photoresist film pattern 131a, the portion of the groove 105c mainly in the first direction is formed into the second predetermined film thickness (H 0 -ΔH 0 ) by the same method as the photoresist film pattern 131a. A photoresist film pattern 132b to be embedded is formed. Then, using the photoresist film pattern 132b as a mask, the above-mentioned θ (≈) is applied to the groove sidewalls 155ab and 155bb.
50 °), 70 keV, 8.0 × 10 13 cm
-2 arsenic is ion-implanted. Thereby, the groove side wall 15
5aa and the vicinity of the intersection of the groove sidewall 155ab and the vicinity of the intersection of the groove sidewall 155ba and the groove sidewall 155bb, the N-type ion implantation region 121 is formed on the surface of the P-type silicon substrate 101 immediately below the groove sidewalls 155ab and 155bb.
cb is formed [FIG.7 (b), FIG.9 (d)].

【0042】上記フォトレジスト膜パターン132bを
除去した後、上記第1の実施例と同様の方法により、溝
105c底面のパッド酸化膜102がエッチング除去さ
れ、熱酸化により膜厚10nm程度のゲート酸化膜12
2cが形成され、溝105cを埋設する姿態を有したゲ
ート電極123cが形成され、酸化シリコン膜からなる
幅0.1μm程度のスペーサ124cが形成される。さ
らに、70keV,3.0×1015cm-2の条件で砒素
のイオン注入が行なわれ、窒素雰囲気で900℃,10
分の熱処理が行なわれる。これら一連の処理により、N
+ 型拡散層125c,N- 型拡散層121cが形成され
る〔図8,図9(e)〕。
After removing the photoresist film pattern 132b, the pad oxide film 102 on the bottom surface of the groove 105c is removed by etching in the same manner as in the first embodiment, and the gate oxide film having a film thickness of about 10 nm is thermally oxidized. 12
2c is formed, a gate electrode 123c having a shape of burying the trench 105c is formed, and a spacer 124c made of a silicon oxide film and having a width of about 0.1 μm is formed. Further, arsenic ion implantation is performed under the conditions of 70 keV, 3.0 × 10 15 cm -2 , and 900 ° C., 10 ° C. in a nitrogen atmosphere.
Minute heat treatment is performed. By this series of processing, N
A + type diffusion layer 125c and an N type diffusion layer 121c are formed [FIGS. 8 and 9 (e)].

【0043】上記第3の実施例は、上記第1の実施例の
有する効果を有している。本実施例においても、上記第
1の実施例と同様に、溝105cと幅の異なる溝を溝1
05cと同時に形成することも可能である。また、上記
第2の実施例を本実施例に適用することも可能である。
本実施例の溝は直交する2つ方向を有しているが、これ
ら2つの方向に45°で交差する4つの方向を持ったゲ
ート電極を有するMOSトランジスタに対しても、本実
施例の適用が可能である。このとき、N型イオン注入領
域の形成は(本実施例では2回であったが)4回に分け
て行なえばよい。また、本実施例も、Pチャネル型MO
Sトランジスタ,CMOSトランジスタ等の作成に適用
できる。
The third embodiment has the effects of the first embodiment. Also in this embodiment, similarly to the first embodiment, a groove having a width different from that of the groove 105c is formed in the groove 1.
It is also possible to form it simultaneously with 05c. Also, the second embodiment described above can be applied to this embodiment.
Although the groove of this embodiment has two directions orthogonal to each other, this embodiment is also applied to a MOS transistor having a gate electrode having four directions intersecting these two directions at 45 °. Is possible. At this time, the formation of the N-type ion implantation region may be performed four times (although it was twice in this embodiment). In addition, this embodiment also uses a P-channel MO.
It can be applied to the production of S-transistors and CMOS transistors.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法では、ゲート電極の形成に先だって、全面に
窒化シリコン膜を形成し、この窒化シリコン膜における
ゲート電極形成領域に溝を設け、この溝の側壁に対して
所定の角度で逆導電型低濃度拡散層を形成するためのイ
オン注入を行なっている。このため、ゲート電極の直下
において、ソース側の逆導電型低濃度拡散層とドレイン
側の逆導電型低濃度拡散層との間隔は、一導電型シリコ
ン基板とゲート絶縁膜との界面で最小となり、深くなる
ほど広くなる。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a silicon nitride film is formed on the entire surface before forming the gate electrode, and a groove is formed in the gate electrode forming region of the silicon nitride film. Ion implantation is performed to form a low-concentration diffusion layer of opposite conductivity type at a predetermined angle with respect to the side wall of the groove. Therefore, immediately below the gate electrode, the distance between the reverse-conductivity-type low-concentration diffusion layer on the source side and the reverse-conductivity-type low-concentration diffusion layer on the drain side becomes minimum at the interface between the one-conductivity-type silicon substrate and the gate insulating film. , The deeper it gets wider.

【0045】この結果、ドレイン領域とソース領域との
間の相互コンダクタンスの低下は回避される。また、ゲ
ート電極に電圧が印加されて生じるチャネル領域の空乏
層に対して、ドレイン領域に電圧が印加されて生じる空
乏層の影響は小さくなり、ショート・チャネル効果の抑
制が容易になる。さらに、ドレイン側の最も電界強度の
高くなる位置がゲート電極直下から充分に離れた位置で
あるため、ホットキャリアのゲート絶縁膜への注入の回
避が容易になる。
As a result, a decrease in transconductance between the drain region and the source region is avoided. Further, the influence of the depletion layer generated by applying the voltage to the drain region on the depletion layer of the channel region generated by applying the voltage to the gate electrode is reduced, and the short channel effect is easily suppressed. Furthermore, since the position where the electric field strength is highest on the drain side is a position sufficiently distant from directly under the gate electrode, injection of hot carriers into the gate insulating film can be easily avoided.

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

【図1】本発明の第1の実施例の製造工程の平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view of a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記第1の実施例の製造工程の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the manufacturing process of the first embodiment.

【図3】上記第1の実施例の製造工程の断面図であり、
図1あるいは図2のXXでの断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the first embodiment,
It is sectional drawing in XX of FIG. 1 or FIG.

【図4】上記第1の実施例の効果を説明するための図で
あり、主要工程の断面模式図およびドレイン端近傍の砒
素の濃度分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of the first embodiment, and is a schematic sectional view of a main step and a diagram showing an arsenic concentration distribution in the vicinity of a drain end.

【図5】本発明の第2の実施例の製造工程の断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例の製造工程の平面図であ
る。
FIG. 6 is a plan view of the manufacturing process according to the third embodiment of the present invention.

【図7】上記第3の実施例の製造工程の平面図である。FIG. 7 is a plan view of the manufacturing process of the third embodiment.

【図8】上記第3の実施例の製造工程の平面図である。FIG. 8 is a plan view of the manufacturing process of the third embodiment.

【図9】上記第3の実施例の製造工程の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the third embodiment.

【図10】上記第3の実施例の条件設定を説明するため
の断面模式図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view for explaining condition setting of the third embodiment.

【図11】従来のゲート・オーバーラップLDD構造の
MOSトランジスタの製造工程の断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a conventional MOS transistor having a gate overlap LDD structure.

【図12】上記従来のゲート・オーバーラップLDD構
造のMOSトランジスタの問題点を説明するための図で
あり、このトランジスタのドレイン端近傍の砒素の濃度
分布を示す図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining the problem of the conventional MOS transistor having the gate overlap LDD structure, and is a diagram showing the concentration distribution of arsenic near the drain end of this transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201 P型シリコン基板 102 パッド酸化膜 103,203 フィールド酸化膜 104 窒化シリコン膜 105aa,105ab,105b,105c 溝 111a,131,131a,132b フォトレジ
スト膜パターン 114,124a,124c,224 スペーサ 121a,121b,121ca,121cb,221
a N型イオン注入領域 121aa,121ab,121ba,121bb,1
21c,221bN- 型拡散層 122a〜122c,222 ゲート酸化膜 123aa,123ab,123b,123c,223
ゲート電極 125a〜125c,225 N+ 型拡散層 155aa,155ab,155ba,155bb
溝側壁
101, 201 P-type silicon substrate 102 Pad oxide film 103, 203 Field oxide film 104 Silicon nitride film 105aa, 105ab, 105b, 105c Grooves 111a, 131, 131a, 132b Photoresist film pattern 114, 124a, 124c, 224 Spacer 121a, 121b, 121ca, 121cb, 221
a N-type ion implantation region 121aa, 121ab, 121ba, 121bb, 1
21c, 221b N type diffusion layers 122a to 122c, 222 Gate oxide film 123aa, 123ab, 123b, 123c, 223
Gate electrodes 125a to 125c, 225 N + type diffusion layers 155aa, 155ab, 155ba, 155bb
Groove sidewall

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/78 301 L ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 29/78 301 L

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一導電型のシリコン基板の表面の素子分
離領域および素子形成領域にフィールド酸化膜およびパ
ッド酸化膜を形成し、該フィールド酸化膜および該パッ
ド酸化膜の表面を覆う所定膜厚の窒化シリコン膜を該シ
リコン基板の表面に形成する工程と、 フォトレジスト膜パターンをマスクにした窒化シリコン
膜に対する選択的な異方性エッチングにより、前記パッ
ド酸化膜を介して前記素子形成領域上を横断し,所定幅
を有し,一定方向に所望の長さを有する溝を前記窒化シ
リコン膜に形成する工程と、 前記一定方向に直交し,前記溝の側壁に対して所定の角
度をなす方向から、低濃度の逆導電型不純物を該シリコ
ン基板の表面にイオン注入する工程と、 前記溝の底面の前記パッド酸化膜を除去し、熱酸化によ
りゲート酸化膜を形成する工程と、 前記溝を埋設する姿態を有するゲート電極を形成する工
程と、 前記窒化シリコン膜を選択的に除去し、全面に絶縁膜を
形成し、該絶縁膜をエッチバックして前記ゲート電極の
側面に該絶縁膜からなるスペーサを形成する工程と、 前記フィールド酸化膜,スペーサおよびゲート電極をマ
スクにして、高濃度の逆導電型不純物を前記素子形成領
域にイオン注入する工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造法。
1. A field oxide film and a pad oxide film are formed in an element isolation region and an element formation region on a surface of a one conductivity type silicon substrate, and a field oxide film and a pad oxide film each having a predetermined film thickness covering the surface of the field oxide film and the pad oxide film are formed. A step of forming a silicon nitride film on the surface of the silicon substrate, and a selective anisotropic etching of the silicon nitride film using the photoresist film pattern as a mask to cross the element formation region through the pad oxide film. And forming a groove having a predetermined width and having a desired length in a certain direction in the silicon nitride film, and from a direction orthogonal to the certain direction and forming a predetermined angle with respect to a sidewall of the groove. A step of ion-implanting a low-concentration opposite conductivity type impurity into the surface of the silicon substrate, removing the pad oxide film on the bottom surface of the groove, and forming a gate oxide film by thermal oxidation And a step of forming a gate electrode having a form of filling the trench, the silicon nitride film is selectively removed, an insulating film is formed on the entire surface, and the insulating film is etched back to form the gate electrode. A step of forming a spacer made of the insulating film on the side surface of the substrate, and a step of ion-implanting a high concentration of a reverse conductivity type impurity into the element forming region using the field oxide film, the spacer and the gate electrode as a mask. And a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 前記溝とともに前記所定幅とは異なる幅
を有する第2の溝を形成することと、 前記第2の溝を第2のフォトレジスト膜パターンで覆っ
て前記低濃度の逆導電型不純物を前記シリコン基板の表
面にイオン注入し、該第2のフォトレジスト膜パターン
を除去することとを併せて特徴とする請求項1記載の半
導体装置の製造方法。
2. A second groove having a width different from the predetermined width is formed together with the groove, and the second groove is covered with a second photoresist film pattern to have the low-concentration reverse conductivity type. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising ion-implanting impurities into the surface of the silicon substrate and removing the second photoresist film pattern.
【請求項3】 一導電型のシリコン基板の表面の素子分
離領域および素子形成領域にフィールド酸化膜およびパ
ッド酸化膜を形成し、該フィールド酸化膜および該パッ
ド酸化膜の表面を覆う所定膜厚の窒化シリコン膜を該シ
リコン基板の表面に形成する工程と、 フォトレジスト膜パターンをマスクにした窒化シリコン
膜に対する選択的な異方性エッチングにより、前記パッ
ド酸化膜を介して前記素子形成領域上を横断し,所定幅
を有し,一定方向に所望の長さを有する溝を前記窒化シ
リコン膜に形成する工程と、 前記一定方向に直交し,前記溝の側壁に対して所定の角
度をなす方向から、低濃度の逆導電型不純物を該シリコ
ン基板の表面にイオン注入する工程と、 全面に酸化シリコン膜を形成し、該酸化シリコン膜をエ
ッチバックして前記溝の側壁に該酸化シリコン膜からな
るスペーサを形成し、熱酸化によりゲート酸化膜を形成
する工程と、 前記溝を埋設する姿態を有するゲート電極を形成する工
程と、 前記窒化シリコン膜を選択的に除去する工程と、 前記フィールド酸化膜,スペーサおよびゲート電極をマ
スクにして、高濃度の逆導電型不純物を前記素子形成領
域にイオン注入する工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造法。
3. A field oxide film and a pad oxide film are formed in an element isolation region and an element formation region on a surface of a one conductivity type silicon substrate, and a field oxide film and a pad oxide film having a predetermined film thickness are formed to cover the surface of the field oxide film and the pad oxide film. A step of forming a silicon nitride film on the surface of the silicon substrate, and a selective anisotropic etching of the silicon nitride film using the photoresist film pattern as a mask to cross the element formation region through the pad oxide film. And forming a groove having a predetermined width and having a desired length in a certain direction in the silicon nitride film, and from a direction orthogonal to the certain direction and forming a predetermined angle with respect to a sidewall of the groove. A step of ion-implanting a low-concentration opposite conductivity type impurity into the surface of the silicon substrate, forming a silicon oxide film on the entire surface, and etching back the silicon oxide film Forming a spacer made of the silicon oxide film on the side wall of the silicon oxide film, forming a gate oxide film by thermal oxidation, forming a gate electrode having a form of filling the groove, and selectively forming the silicon nitride film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of removing; and a step of ion-implanting a high concentration of a reverse conductivity type impurity into the element forming region using the field oxide film, the spacer and the gate electrode as a mask.
【請求項4】 前記窒化シリコン膜を選択的に除去した
後、全面に絶縁膜を形成し、該絶縁膜をエッチバックし
て前記ゲート電極の側面に該絶縁膜からなる第2のスペ
ーサを形成する工程を有することを特徴とする請求項3
記載の半導体装置の製造方法。
4. The insulating film is formed on the entire surface after the silicon nitride film is selectively removed, and the insulating film is etched back to form a second spacer made of the insulating film on the side surface of the gate electrode. 4. The method according to claim 3, further comprising:
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項5】 一導電型のシリコン基板の表面の素子分
離領域および素子形成領域にフィールド酸化膜およびパ
ッド酸化膜を形成し、該フィールド酸化膜および該パッ
ド酸化膜の表面を覆う第1の所定膜厚の窒化シリコン膜
を該シリコン基板の表面に形成する工程と、 第1のフォトレジスト膜からなる第1のフォトレジスト
膜パターンをマスクにした窒化シリコン膜に対する選択
的な異方性エッチングにより、前記パッド酸化膜を介し
て前記素子形成領域上を横断し,所定幅を有して第1の
方向と第2の方向とに折れ曲った所望の長さを有する溝
を前記窒化シリコン膜に形成する工程と、 全面に所要の膜厚の第2のフォトレジスト膜を形成し、
少なくとも前記第1の方向を有する部分の前記溝に対し
て開口部を有する第2のフォトレジスト膜パターンを形
成し、前記第1の所定膜厚より薄い第2の所定膜厚にな
るまで該第2のフォトレジスト膜パターンを異方性エッ
チングにより選択的にエッチバックする工程と、 前記第1の方向に直交し,第1の方向を有する部分の前
記溝の側壁に対して所定の角度をなす方向から低濃度の
逆導電型不純物を該シリコン基板の表面にイオン注入
し、前記第2のフォトレジスト膜パターンを除去する工
程と、 全面に所要の膜厚の第3のフォトレジスト膜を形成し、
少なくとも前記第2の方向を有する部分の前記溝に対し
て開口部を有する第3のフォトレジスト膜パターンを形
成し、前記第1の所定膜厚より薄い第2の所定膜厚にな
るまで該第3のフォトレジスト膜パターンを異方性エッ
チングにより選択的にエッチバックする工程と、 前記第2の方向に直交し,第2の方向を有する部分の前
記溝の側壁に対して前記所定の角度をなす方向から低濃
度の逆導電型不純物を該シリコン基板の表面にイオン注
入し、前記第3のフォトレジスト膜パターンを除去する
工程と、 前記溝の底面の前記パッド酸化膜を除去し、熱酸化によ
りゲート酸化膜を形成する工程と、 前記溝を埋設する姿態を有するゲート電極を形成する工
程と、 前記窒化シリコン膜を選択的に除去し、全面に絶縁膜を
形成し、該絶縁膜をエッチバックして前記ゲート電極の
側面に該絶縁膜からなるスペーサを形成する工程と、 前記フィールド酸化膜,スペーサおよびゲート電極をマ
スクにして、高濃度の逆導電型不純物を前記素子形成領
域にイオン注入する工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造法。
5. A first predetermined film is formed by forming a field oxide film and a pad oxide film on an element isolation region and an element formation region on a surface of a one conductivity type silicon substrate, and covering the surface of the field oxide film and the pad oxide film. A step of forming a silicon nitride film having a film thickness on the surface of the silicon substrate, and a selective anisotropic etching for the silicon nitride film using the first photoresist film pattern made of the first photoresist film as a mask, A groove is formed in the silicon nitride film across the element formation region via the pad oxide film and having a predetermined width and being bent in the first direction and the second direction. And the step of forming a second photoresist film having a required film thickness on the entire surface,
A second photoresist film pattern having an opening is formed in at least the portion of the groove having the first direction, and the second photoresist film pattern is formed until the second predetermined film thickness is smaller than the first predetermined film thickness. A step of selectively etching back the second photoresist film pattern by anisotropic etching; and forming a predetermined angle with respect to a sidewall of the groove in a portion which is orthogonal to the first direction and has the first direction. Direction, a low concentration impurity of opposite conductivity type is ion-implanted into the surface of the silicon substrate to remove the second photoresist film pattern, and a third photoresist film having a desired film thickness is formed on the entire surface. ,
A third photoresist film pattern having an opening is formed in at least the portion of the groove having the second direction, and the third photoresist film pattern is formed to a second predetermined film thickness smaller than the first predetermined film thickness. 3 is a step of selectively etching back the photoresist film pattern by anisotropic etching; and a step of forming the predetermined angle with respect to a side wall of the groove which is orthogonal to the second direction and has the second direction. A step of ion-implanting a low-concentration impurity of opposite conductivity type into the surface of the silicon substrate from the direction of forming the third photoresist film pattern, and removing the pad oxide film on the bottom surface of the groove by thermal oxidation. To form a gate oxide film, a step of forming a gate electrode having a form of filling the trench, the silicon nitride film is selectively removed, an insulating film is formed on the entire surface, and the insulating film is etched. Backing up to form a spacer made of the insulating film on the side surface of the gate electrode, and ion-implanting a high-concentration impurity of the opposite conductivity type into the element formation region using the field oxide film, the spacer and the gate electrode as a mask. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項6】 前記第2および第3のフォトレジスト膜
パターンに対するエッチバックが、前記シリコン基板に
RFバイアスを印加し,少なくとも酸素ガスを含んだガ
スをエッチングガスに用いるマイクロ波励起によるプラ
ズマエッチングであることを特徴とする請求項5記載の
半導体装置の製造方法。
6. The etching back for the second and third photoresist film patterns is performed by microwave-excited plasma etching in which an RF bias is applied to the silicon substrate and a gas containing at least oxygen gas is used as an etching gas. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein
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