JPH1074945A - 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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- H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
- H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
Abstract
による素子特性の低下を抑制する。 【解決手段】第1導電型の半導体基板31と、その表面
に形成されて素子の活性領域を限定する素子分離領域3
3と、活性領域の一端側に形成されたトレンチ37と、
トレンチ37の側面と底面の所定部分とに形成されたゲ
ート酸化膜41と、ゲート酸化膜41の表面に、下面と
一方の側面とが接合するように形成されたゲート43
と、ゲート43の他方の側面に接合するように形成され
た側壁47と、トレンチ37の底面に、ゲート43の下
面と所定部分重畳するように、半導体基板31と反対の
導電型である第2導電型の不純物が低濃度にドーピング
された低濃度領域45と、ゲート43と側壁47とをマ
スクとして第2導電型の不純物が高濃度にドーピングさ
れたソース領域49及びドレイン領域51とを含んで半
導体装置を構成する。
Description
製造方法に係り、特に短いゲートの形成が容易であり、
低濃度領域をドレインにのみ形成してソースの抵抗を減
少させることのできる半導体装置及びその製造方法に関
する。
ートの幅が狭くなって、チャンネルの長さが短くなる。
従って、ドレイン付近の電界強度が増加して、素子動作
時にドレイン付近の空乏層でチャンネル領域のキャリア
が加速されてゲート酸化膜へ注入されるホットキャリア
効果(hot-carrier effect)が起きる。前記ゲート酸化膜
に注入されたキャリアは、半導体基板とゲート酸化膜と
の界面に準位を生成させて、しきい値電圧(threshold v
olatge: VTH) を変化させるか、あるいは相互コンダ
クタンスを低下させて素子特性を低下させる。従って、
ホットキャリア効果による素子特性の低下を減少させる
ためにLDD(Lightly Doped Drain) などの構造が用い
られている。
る。前記半導体装置はP形半導体基板11上の所定部分
に素子の活性領域を限定する素子分離領域13がLOC
OS(Local Oxidation of Silicon)方法によって形成さ
れる。そして、半導体基板11の活性領域上の所定部分
にゲート酸化膜15を介在させてゲート17が形成さ
れ、このゲート17上にキャップ層19が形成される。
また、ゲート17とキャップ層19との側面に、側壁2
3が形成される。そして、ゲート17の両側の半導体基
板11には、N形の不純物が低濃度にドーピングされた
LDD構造を成す低濃度領域21が形成される。次に、
半導体基板11に、低濃度領域21と所定部分重畳する
ようにN形の不純物が高濃度にドーピングされてソース
領域25及びドレイン領域27が形成される。ソース領
域25及びドレイン領域27は、キャップ酸化膜19と
側壁23とをマスクとして形成されるもので、ゲート1
7との間に低濃度領域21が残るようにする。
体装置は、LDD構造を成す低濃度領域がドレイン領域
だけでなくソース領域にも形成されるので、ソース抵抗
が増加して電流特性が低下するという問題点があった。
そして、ドレインのバイアスが増加すると、空乏領域が
増加してソースの電位障壁を低くするドレイン−誘起障
壁減少(Drain-Induced Barrier Lowing:以下、“DI
BL”という)が生じる問題点があった。
って、ゲートの幅を減らし難いという問題点もあった。
従って、本発明の目的は、LDDを形成する低濃度領域
をドレイン領域にのみ形成してソース抵抗を減少させる
ことのできる半導体装置を提供することにある。
短い場合にもDIBLの発生を抑制し得る半導体装置を
提供することにある。本発明の別の目的は、短いゲート
を形成し得る半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
めに、本発明の請求項1に係る半導体装置は、第1導電
型の半導体基板と、前記半導体基板の表面の所定部分に
形成され、素子の活性領域を限定する素子分離領域と、
前記半導体基板上の活性領域の一端側の所定部分に形成
されたトレンチと、該トレンチの側面と底面の所定部分
とに形成されたゲート酸化膜と、該ゲート酸化膜の表面
に、下面と一方の側面とが接合するように形成されたゲ
ートと、該ゲートの他方の側面に接合するように形成さ
れた側壁と、前記トレンチの底面に、前記ゲートの下面
と所定部分重畳するように、前記半導体基板と反対の導
電型である第2導電型の不純物が低濃度にドーピングさ
れた低濃度領域と、前記ゲートと前記側壁とをマスクと
して前記第2導電型の不純物が高濃度にドーピングされ
たソース領域及びドレイン領域と、を含んで構成する。
発明のように、第1導電型の半導体基板の表面に活性領
域と素子分離領域とを形成し、前記活性領域の一端側の
所定部分にトレンチを形成する工程と、該トレンチの側
面と底面とを含む前記半導体基板の表面にゲート酸化膜
を形成する工程と、該ゲート酸化膜の上部に多結晶シリ
コンを蒸着しエッチバックして、前記トレンチの側面に
一方の側面が接合し且つ他方の側面が露出されるゲート
を形成する工程と、該ゲートをマスクとして前記半導体
基板と反対の導電型である第2導電型の不純物をイオン
注入して、前記ゲートの両側に低濃度領域を形成する工
程と、前記ゲートの他方の側面に側壁を形成する工程
と、前記ゲートと前記側壁とをマスクとして、前記第2
導電型の不純物をイオン注入して高濃度のソース領域及
びドレイン領域を形成する工程と、を含んで構成される
製造方法により製造することができる。
では、前記トレンチが500〜2000Åの深さに形成
されたものとする。また、請求項3および請求項10に
係る発明では、前記ゲートが300〜2000Åの幅に
形成されたものとする。また、請求項4および請求項1
1に係る発明では、前記側壁が300〜1000Åの幅
に形成されたものとする。
明では、前記ソース領域がトレンチの深さより浅く形成
されたものとする。また、請求項6に係る半導体装置
は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面
の所定部分に形成され、素子の活性領域を限定する素子
分離領域と、前記半導体基板上の活性領域の一端側の所
定部分に形成されたトレンチと、前記トレンチの底面上
の所定部分に前記トレンチの側面と所定距離だけ離隔す
るように形成されたゲート酸化膜と、前記ゲート酸化膜
上に形成され、両側面が露出されたゲートと、前記ゲー
トの一方の側面と前記トレンチの側面との間の底面に前
記半導体基板と反対の導電型である第2導電型の不純物
が低濃度にドーピングされた低濃度領域と、前記ゲート
の他方の側面側に位置するトレンチ底面に前記第2導電
型の不純物が高濃度にドーピングされたソース領域と、
前記活性領域の、トレンチの形成されていない部分に前
記第2導電型の不純物が高濃度にドーピングされたドレ
イン領域と、を含んで構成する。
る発明のように、第1導電型の半導体基板の表面に活性
領域と素子分離領域とを形成し、前記活性領域の一端側
の所定部分にトレンチを形成する工程と、該トレンチの
側面と底面とを含む前記半導体基板の表面にゲート酸化
膜を形成する工程と、前記ゲート酸化膜を介在させて前
記トレンチの側面に一方の側面が接合し、且つ他方の側
面が露出される側壁を形成する工程と、一方の側面が前
記側壁の他方の側面に接合し、且つ他方の側面が露出さ
れるゲートを形成する工程と、前記側壁と前記ゲートと
をマスクとして、前記ゲートの他方の側面側に位置する
トレンチ底面と、前記活性領域のトレンチの形成されて
いない部分とに前記第2導電型の不純物を高濃度にドー
ピングしてソース領域とドレイン領域とを形成する工程
と、前記側壁を除去し、前記ゲートの一方の側面と前記
トレンチの側面との間に形成された底面に、前記ゲート
をマスクとして前記第2導電型の不純物をイオン注入し
て低濃度領域を形成する工程と、を含んで構成される製
造方法により製造することができる。
明では、前記ドレイン領域が前記トレンチの底面と同じ
深さを有するものとする。
の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の半導
体装置の一実施例を示す断面図である。この半導体装置
は、P形半導体基板31表面の所定部分に形成された素
子分離領域33で素子の活性領域が限定してあり、この
活性領域の一端側の所定部分には、反応性イオンエッチ
ング(Reactive Ion Etching :以下、“RIE”とい
う)またはプラズマエッチングなどのドライエッチング
によって形成された、500〜2000Å程度の深さの
トレンチ37が設けてある。
部分とに形成されたゲート酸化膜41を介在させて、3
00〜2000Å程度の幅のゲート43が設けてある。
このゲート43の一方の側面は、トレンチ37の側壁に
形成されたゲート酸化膜41に接合され、露出された他
方の側面には、酸化シリコンなどの絶縁物質で300〜
1000Å程度の幅を有する側壁47が形成されてい
る。
は、半導体基板31と反対の導電型であるヒ素Asまた
は燐PなどのN形不純物が、ゲート43をマスクとして
低濃度にドーピングされた低濃度領域45が設けてあ
る。この低濃度領域45は、LDD構造を形成するため
のもので、ゲート43の下面と所定部分重畳するように
形成されている。
れていない部分にはソース領域49が、ゲート43が形
成された部分を除くトレンチ37の底面にはドレイン領
域51が、それぞれN形不純物を高濃度にドーピングし
て形成してある。このソース領域49及びドレイン領域
51は、ゲート43と側壁47とをマスクとして形成さ
れたもので、ドレイン領域51はゲート43の下面とは
重畳せずに、低濃度領域45と所定部分重畳するように
設けてある。
性領域のソース領域49と低濃度領域45との間がチャ
ンネル領域になる。ソース領域49はトレンチ37の深
さよりも浅く形成してあり、ゲート43の側面と下面と
に沿って直角を成すようにチャンネル領域が配設されて
いるので、ゲート43の幅を狭くしても、チャンネル領
域は十分な長さを確保できる。このため、ドレイン領域
51のバイアスが増加しても、空乏領域の増加が抑制さ
れ、ソース領域49の電位障壁を低くするDIBLの発
生を防止することができる。
導体装置の製造方法を示す工程図である。図2(A)を
参照すると、先ず、P形半導体基板31の表面の所定部
分に厚さ3000〜5000Å程度の素子分離領域33
を形成して、素子の活性領域を限定する。そして、半導
体基板31の活性領域の一端側の所定部分に、RIEま
たはプラズマエッチングなどのドライエッチングを含む
フォトリソグラフィ方法によって、深さ500〜200
0Å程度のトレンチ37を形成する。半導体基板31
は、上述したをP形のものに限られず、N形のものを使
用してもよい。そして、素子分離領域33を形成してか
らトレンチ37を形成したが、これと反対に、トレンチ
37を形成してから素子分離領域33を形成してもよ
い。
内部表面(側面および底面)を含む半導体基板31の表
面に、しきい値電圧(threshold voltage)の調節とパン
チスルーの抑制のために、半導体基板31と同一の導電
型であるボロンBまたはBF 2 などのP形不純物をイオ
ン注入する。この時、イオン注入は半導体基板31の板
面に水平な面だけでなく、トレンチ37の側面にもなさ
れるように所定の傾斜角をもって施される。そして、ト
レンチ37の内部表面を含む半導体基板31の表面を熱
酸化させて厚さ30〜100Å程度のゲート酸化膜41
を形成する。
3とゲート酸化膜41の上部に、CVD方法で多結晶シ
リコンを蒸着する。そして、前記多結晶シリコンをRI
Eなどの方法でエッチバックして、トレンチ37の側面
に一方の側面が接合し且つ他方の側面が露出される、3
00〜2000Å程度の幅を有する側壁形態のゲート4
3を形成する。この際、ゲート43と接合していない部
位のゲート酸化膜41も除去される。このように、ゲー
ト43をエッチバックによって形成するので、通常のフ
ォトリソグラフィ方法による場合より狭く形成すること
ができる。
体基板31と反対の導電型であるヒ素Asまたは燐Pな
どのN形不純物を1. 0×1013〜1. 0×1015/ cm
2 程度の濃度でドーピングして、ゲート43の両側の半
導体基板31に低濃度領域45を形成する。前記低濃度
領域45はLDD構造を形成するためのもので、不純物
イオンが半導体基板31と垂直になるように注入され、
ゲート43と所定部分重畳するように形成される。
全表面にCVD方法で酸化シリコンなどの絶縁物質を厚
く蒸着し、RIEなどの方法でエッチバックして、ゲー
ト43の露出した他方の側面に接合する、幅300〜1
000Å程度の側壁47を形成する。その後、ゲート4
3及び側壁47をマスクとして、半導体基板31と反対
の導電型であるヒ素Asまたは燐PなどのN形不純物を
1. 0×1014〜5.0×1015/ cm2 程度のドーズで
イオン注入して、半導体基板31にソース領域49及び
ドレイン領域51を形成する。
域51の形成時にチャンネル領域39も限定されるが、
前記チャンネル領域39はソース領域49の接合深さに
応じてトレンチ37の側面にも形成される。従って、ソ
ース領域49がトレンチ37の底面より浅く形成される
ようにして、チャンネル領域39がゲート43の側面と
下面とに沿って直角を成すようにすれば、チャンネル領
域39がゲート43に比べて長くなって、ドレイン領域
51のバイアスが増加しても空乏領域の増加を防止して
ソース領域49の電位障壁を低めるDIBLの発生を抑
制することができる。
1は、不純物イオンが半導体基板31と垂直になるよう
に注入されて形成されるので、LDD構造を成す低濃度
領域45はゲート43の他方の側面側でソース領域49
と完全に重畳し、一方の側面側でドレイン領域と重畳す
る。しかし、ゲート43と重畳した所定部分の低濃度領
域45はドレイン領域と重畳せずに残存するため、低濃
度領域45はチャンネル領域39とソース領域49との
間に存在せず、チャンネル領域39とドレイン領域51
との間にのみ存在する構造が形成できる。これにより、
ソース抵抗を増加させることなく、LDD構造でホット
キャリア効果による素子特性の低下を抑制できる。
を示す断面図である。この導体装置は、P形半導体基板
31の表面の所定部分に形成された素子分離領域33で
素子の活性領域が限定してあり、この活性領域の一端側
の所定部分には、RIEまたはプラズマエッチングなど
のドライエッチングによって形成された、500〜20
00Å程度の深さのトレンチ37が設けてある。
に形成されたゲート酸化膜41を介在させて、300〜
2000Å程度の幅を有して両側面が露出されたゲート
43が形成してある。トレンチ37の側面とゲート43
の一方の側面との間の底面には、半導体基板31と反対
の導電型であるヒ素Asまたは燐PなどのN形不純物
が、ゲート43をマスクとして低濃度にドーピングされ
た低濃度領域45が設けてある。この低濃度領域45
は、LDD構造を形成するためのもので、ゲート43の
下面と所定部分重畳するように形成されている。
する、トレンチ37底面の低濃度領域45が形成されて
いない部分にはソース領域49が、活性領域のトレンチ
37の形成されていない部分にはドレイン領域51が、
それぞれN形不純物を高濃度にドーピングして形成され
ている。ドレイン領域51は、低濃度領域45と所定部
分重畳するように、トレンチ37の底面の深さまで形成
されて電気的に連結される。そして、ソース領域49と
低濃度領域45との間はチャンネル領域になる。
領域45がチャンネル領域とドレイン領域51との間に
のみ形成され、且つソース領域49の間には形成されな
いので、ソース抵抗は増加しない。図4(A)乃至
(D)は、図3に示した半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
体基板31の表面の所定部分に厚さ3000〜5000
Å程度の素子分離領域33を形成して、素子の活性領域
を限定する。そして、半導体基板31の活性領域の一端
側の所定部分に、RIEまたはプラズマエッチングなど
のドライエッチングを含むフォトリソグラフィ方法によ
って、深さ500〜2000Å程度のトレンチ37を形
成する。半導体基板31は、上述したをP形のものに限
られず、N形のものを使用してもよい。そして、素子分
離領域33を形成してからトレンチ37を形成したが、
これと反対に、トレンチ37を形成してから素子分離領
域33を形成してもよい。
底面を含む半導体基板31の表面に、しきい値電圧(th
reshold voltage)の調節とパンチスルーの抑制のため
に、半導体基板31と同一の導電型であるボロンBまた
はBF2 などのP形不純物を垂直方向にイオン注入す
る。そして、トレンチ37の内部表面(側面および底
面)を含む半導体基板31の表面を熱酸化させて厚さ3
0〜100Å程度のゲート酸化膜41を形成する。
3とゲート酸化膜41の上部にCVD方法で酸化シリコ
ンなどの絶縁物質を厚く蒸着した後、RIEなどの方法
でエッチバックしてトレンチ37の側面に幅300〜1
000Å程度の側壁47を形成する。この際、側壁47
は、一方の側面がトレンチ37の側面に形成されたゲー
ト酸化膜41に接合されて露出されず、他方の側面が露
出される。
全表面に不純物のドーピングされた多結晶シリコンを蒸
着した後、RIEなどの方法でエッチバックして、幅3
00〜2000Å程度のゲート43を形成する。このゲ
ート43の一方の側面は、側壁47の他方の側面に接合
され、且つゲート43の他方の側面はが露出されてい
る。上述したように、ゲート43をエッチバックによっ
て形成するので、通常のフォトリソグラフィ方法によっ
て形成する時より幅を狭く形成することができる。
として、半導体基板31と反対の導電型であるヒ素As
または燐PなどのN形不純物を1. 0×1014〜5. 0
×1015/ cm2 程度のドーズでイオン注入して、半導体
基板31にソース領域49及びドレイン領域51を形成
する。この際、トレンチ37の形成されていない部分、
即ち側壁47の一方の側面側に形成されるドレイン領域
51は、トレンチ37の底面の深さまで形成されなけれ
ばならない。
側壁に形成された前記側壁47及びゲート酸化膜41を
ウェットエッチングして除去する。そして、前記ゲート
43をマスクとして、上述した構造の全表面に半導体基
板31と反対の導電型であるヒ素Asまたは燐Pなどの
N形不純物を1. 0×1013〜1. 0×1015/ cm2程
度のドーズでイオン注入して、ゲート43の一方の側面
とドレイン領域51との間に低濃度領域45を形成す
る。この低濃度領域45は、LDD構造を形成するため
のものであるが、ゲート43とソース領域49との間に
は形成されず、ゲート43とドレイン領域51との間に
のみドレイン領域51と接合を成すように形成されるの
で、ソース抵抗が増加することはない。
所定部分にトレンチを形成し、このトレンチの側面にそ
れぞれのエッチバック工程によってゲートと側壁を形成
するが、このゲートをマスクとして、LDD構造を形成
するための低濃度領域を形成し、ゲート及び側壁をマス
クとして、ソース及びドレイン領域を形成して、チャン
ネル領域がトレンチによって直角を成すか或いは撓み、
ゲートに比べて長く形成されるようにする。
領域をドレイン領域にのみ形成するので、ソース抵抗が
増加せず、狭いゲートを容易に形成することができ、且
つチャンネルの長さが短い場合にもDIBLの発生を抑
制することができるという効果がある。
の製造工程図
図
の製造工程図
Claims (14)
- 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、 前記半導体基板の表面の所定部分に形成され、素子の活
性領域を限定する素子分離領域と、 前記半導体基板上の活性領域の一端側の所定部分に形成
されたトレンチと、 該トレンチの側面と底面の所定部分とに形成されたゲー
ト酸化膜と、 該ゲート酸化膜の表面に、下面と一方の側面とが接合す
るように形成されたゲートと、 該ゲートの他方の側面に接合するように形成された側壁
と、 前記トレンチの底面に、前記ゲートの下面と所定部分重
畳するように、前記半導体基板と反対の導電型である第
2導電型の不純物が低濃度にドーピングされた低濃度領
域と、 前記ゲートと前記側壁とをマスクとして前記第2導電型
の不純物が高濃度にドーピングされたソース領域及びド
レイン領域と、 を含むことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】前記トレンチが500〜2000Åの深さ
に形成されたことを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項3】前記ゲートが300〜2000Åの幅に形
成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記
載の半導体装置。 - 【請求項4】前記側壁が300〜1000Åの幅に形成
されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか
1つに記載の半導体装置。 - 【請求項5】前記ソース領域がトレンチの深さより浅く
形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいず
れか1つに記載の半導体装置。 - 【請求項6】第1導電型の半導体基板と、 前記半導体基板の表面の所定部分に形成され、素子の活
性領域を限定する素子分離領域と、 前記半導体基板上の活性領域の一端側の所定部分に形成
されたトレンチと、 前記トレンチの底面上の所定部分に前記トレンチの側面
と所定距離だけ離隔するように形成されたゲート酸化膜
と、 前記ゲート酸化膜上に形成され、両側面が露出されたゲ
ートと、 前記ゲートの一方の側面と前記トレンチの側面との間の
底面に前記半導体基板と反対の導電型である第2導電型
の不純物が低濃度にドーピングされた低濃度領域と、 前記ゲートの他方の側面側に位置するトレンチ底面に前
記第2導電型の不純物が高濃度にドーピングされたソー
ス領域と、 前記活性領域の、トレンチの形成されていない部分に前
記第2導電型の不純物が高濃度にドーピングされたドレ
イン領域と、 を含むことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項7】前記ドレイン領域が前記トレンチの底面と
同じ深さを有することを特徴とする請求項6記載の半導
体装置。 - 【請求項8】第1導電型の半導体基板の表面に活性領域
と素子分離領域とを形成し、前記活性領域の一端側の所
定部分にトレンチを形成する工程と、 該トレンチの側面と底面とを含む前記半導体基板の表面
にゲート酸化膜を形成する工程と、 該ゲート酸化膜の上部に多結晶シリコンを蒸着しエッチ
バックして、前記トレンチの側面に一方の側面が接合し
且つ他方の側面が露出されるゲートを形成する工程と、 該ゲートをマスクとして前記半導体基板と反対の導電型
である第2導電型の不純物をイオン注入して、前記ゲー
トの両側に低濃度領域を形成する工程と、 前記ゲートの他方の側面に側壁を形成する工程と、 前記ゲートと前記側壁とをマスクとして、前記第2導電
型の不純物をイオン注入して高濃度のソース領域及びド
レイン領域を形成する工程と、 を含んで構成されることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項9】前記トレンチを500〜2000Åの深さ
に形成することを特徴とする請求項8記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項10】前記ゲートを300〜2000Åの幅に
形成することを特徴とする請求項8または請求項9に記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】前記側壁を300〜1000Åの幅に形
成することを特徴とする請求項8〜請求項10のいずれ
か1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】前記ソース領域を前記トレンチの深さよ
り浅く形成することを特徴とする請求項8〜請求項11
のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】第1導電型の半導体基板の表面に活性領
域と素子分離領域とを形成し、前記活性領域の一端側の
所定部分にトレンチを形成する工程と、 該トレンチの側面と底面とを含む前記半導体基板の表面
にゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜を介在させて前記トレンチの側面に一
方の側面が接合し、且つ他方の側面が露出される側壁を
形成する工程と、 一方の側面が前記側壁の他方の側面に接合し、且つ他方
の側面が露出されるゲートを形成する工程と、 前記側壁と前記ゲートとをマスクとして、前記ゲートの
他方の側面側に位置するトレンチ底面と、前記活性領域
のトレンチの形成されていない部分とに前記第2導電型
の不純物を高濃度にドーピングしてソース領域とドレイ
ン領域とを形成する工程と、 前記側壁を除去し、前記ゲートの一方の側面と前記トレ
ンチの側面との間に形成された底面に、前記ゲートをマ
スクとして前記第2導電型の不純物をイオン注入して低
濃度領域を形成する工程と、 を含んで構成されることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項14】前記ドレイン領域を前記トレンチの底面
と同じ深さまで形成することを特徴とする請求項13記
載の半導体装置の製造方法。
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