JPH118386A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH118386A
JPH118386A JP16125297A JP16125297A JPH118386A JP H118386 A JPH118386 A JP H118386A JP 16125297 A JP16125297 A JP 16125297A JP 16125297 A JP16125297 A JP 16125297A JP H118386 A JPH118386 A JP H118386A
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JP
Japan
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substrate
source
silicon
insulating layer
region
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Application number
JP16125297A
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Japanese (ja)
Inventor
Tamashiro Ono
瑞城 小野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress sufficiently short channel effect with a low impurity concn. of the channel region, using not an SOI but a bulk substrate, resulting in the realization of a high performance MOS transistor having a high drive force. SOLUTION: This device comprises a p-well region 2 formed on an Si substrate 1, n-type source-drain region 7 formed apart on the surface of the p-well 2, and gate electrode 6 formed via a gate insulation film 5 on a channel region between the source-drain regions 7. In the substrate beneath the gate electrode an insulation layer 11 which is thinner in the channel length direction than so that the channel region may be separated between the source and the drain side the channel length is disposed, without contacting the substrate surface and the lower end of this layer 11 protrudes from the bottom of a p-well region 3 and reaches a base substrate 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体技術に係わ
り、特にバルクの半導体基板上にMOS型の電界効果ト
ランジスタを形成した半導体装置及びその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor technology, and more particularly to a semiconductor device having a MOS field-effect transistor formed on a bulk semiconductor substrate and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体集積回路においては、基本
素子としてMOS型の電界効果トランジスタ(以下、M
OSトランジスタと略記する)が最も多く使用されてい
る。図22(a)〜(c)に、従来のMOSトランジス
タの製造工程の一例を示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor integrated circuit, a MOS type field effect transistor (hereinafter referred to as M
(Abbreviated as OS transistor) is most frequently used. FIGS. 22A to 22C show an example of a manufacturing process of a conventional MOS transistor.

【0003】まず、図22(a)に示すように、p型シ
リコン基板1にBイオンを100keV,2.0×10
13cm-2で注入し、その後に1190℃,150分の熱
工程を経ることによりpウェル領域2を形成する。続い
て、LOCOS法により素子分離酸化膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, B ions are applied to a p-type silicon substrate 1 at 100 keV and 2.0 × 10 4
Implantation is performed at 13 cm -2 , and thereafter, a heat process is performed at 1190 ° C. for 150 minutes to form a p-well region 2. Subsequently, an element isolation oxide film 3 is formed by the LOCOS method.

【0004】次いで、図22(b)に示すように、pウ
ェル領域2中に、所望のしきい値電圧を得るために、B
イオン4を15keV,1.0×1013cm-2で注入す
ることにより、チャネル表面の濃度を調節する。そし
て、800℃の10%HCl雰囲気で基板1の表面を酸
化することにより、厚さ7nmの酸化シリコン膜(ゲー
ト絶縁膜)5を形成する。
Then, as shown in FIG. 22B, in order to obtain a desired threshold voltage in p-well region 2, B
The concentration of the channel surface is adjusted by implanting ions 4 at 15 keV and 1.0 × 10 13 cm −2 . Then, the surface of the substrate 1 is oxidized in a 10% HCl atmosphere at 800 ° C. to form a silicon oxide film (gate insulating film) 5 having a thickness of 7 nm.

【0005】次いで、図22(c)に示すように、酸化
シリコン膜5の上にLPCVD法により厚さ200nm
の多結晶シリコン膜を堆積し、RIE法により多結晶シ
リコン膜を選択エッチングしてゲート電極6を形成す
る。続いて、Asイオンを50keV,5.0×1015
cm-2で注入し、熱工程を経ることにより、n型層から
なるソース・ドレイン領域7を形成する。
Next, as shown in FIG. 22C, a 200 nm-thick film is formed on the silicon oxide film 5 by LPCVD.
Is deposited, and the polycrystalline silicon film is selectively etched by RIE to form a gate electrode 6. Subsequently, As ions were added at 50 keV and 5.0 × 10 15
The source / drain region 7 made of an n-type layer is formed by implanting at cm −2 and passing through a thermal process.

【0006】これ以降は図示しないが、層間絶縁膜とし
てCVD法で酸化シリコン膜を堆積し、コンタクト部を
RIE法にて開孔する。そして、シリコンを含有するア
ルミニウム膜をスパッタ法で堆積させ、パターニングに
より配線を形成することにより、MOSトランジスタが
完成する。
Although not shown hereafter, a silicon oxide film is deposited by an CVD method as an interlayer insulating film, and a contact portion is opened by an RIE method. Then, an aluminum film containing silicon is deposited by a sputtering method, and a wiring is formed by patterning, whereby a MOS transistor is completed.

【0007】ところで、この種のMOSトランジスタに
おいては、チャネル領域の不純物濃度を高濃度化するこ
とによって短チャネル効果を抑制していた。そのため、
微細な素子ではチャネル領域の不純物濃度を高めに設定
せざるを得ず、その結果として、(1)駆動力の低下、
(2)しきい値電圧が深くなる、(3)チャージシェア
効果に起因するしきい値電圧の変動の増加、等の問題を
引き起こしていた。
In this type of MOS transistor, the short channel effect has been suppressed by increasing the impurity concentration in the channel region. for that reason,
In the case of a fine element, the impurity concentration in the channel region must be set higher, and as a result, (1) a decrease in driving force,
This causes problems such as (2) an increase in the threshold voltage, and (3) an increase in the change in the threshold voltage due to the charge sharing effect.

【0008】微細な素子において、チャネル領域の不純
物濃度を低く設定することを可能にするための一つの工
夫としてSOI素子があるが、この方法では基板の電位
を取ることが難しく、そのために基板バイアス効果を利
用するような素子の形成は困難であった。また、SOI
素子で十分に低い不純物濃度で十分に短チャネル効果を
抑制することを可能にするためには、シリコン層の厚さ
を極めて薄く設定する必要があり、そのためにソース及
びドレインの抵抗が高くなってしまう問題があった。
In a fine device, there is an SOI device as one device for making it possible to set the impurity concentration of the channel region to be low. However, in this method, it is difficult to obtain the potential of the substrate. It was difficult to form an element utilizing the effect. Also, SOI
In order to make it possible to sufficiently suppress the short channel effect at a sufficiently low impurity concentration in the device, it is necessary to set the thickness of the silicon layer to be extremely thin, which increases the resistance of the source and drain. There was a problem.

【0009】抵抗の増大を回避するために、エレベート
等の方法でソース・ドレイン領域を持ち上げて厚さを稼
ぐ方法があるが、この方法ではソース・ドレイン領域と
ゲート電極との間に形成される容量が増大するために、
素子のAC動作における動作速度が遅くなると言う問題
を有していた。また、SOI素子においては・ソース・
ドレイン領域の直下は酸化シリコンであってシリコンで
はないために、ソース・ドレイン領域形成の不純物注入
時にシリコン層の受けたダメージをその後の熱工程が回
復することができず、ソース・ドレイン領域とチャネル
部分との接合部分でリーク電流が流れやすくなると言う
問題をも有していた。
In order to avoid an increase in resistance, there is a method of increasing the thickness by raising the source / drain region by a method such as elevating. In this method, the source / drain region is formed between the source / drain region and the gate electrode. Due to the increased capacity,
There is a problem that the operation speed in the AC operation of the element is reduced. In the SOI element, the source
Immediately below the drain region is silicon oxide and not silicon, so that the subsequent thermal process cannot recover the damage suffered by the silicon layer during the impurity implantation for forming the source / drain region, and the source / drain region and the channel There is also a problem that a leak current tends to flow at a junction with the portion.

【0010】以上の結果として、基板バイアスを取るこ
とが可能で、かつソース及びドレインの抵抗が低く、か
つソース及びドレインとゲートとの間に形成される容量
が小さく、かつしきい値電圧が極端に深くはなく、かつ
長チャネル素子と比べてしきい値電圧の差異が小さく、
かつリーク電流が小さく、かつ高駆動力の微細素子の形
成は困難であった。
As a result, a substrate bias can be obtained, the resistance of the source and the drain is low, the capacitance formed between the source and the drain and the gate is small, and the threshold voltage is extremely high. And the difference in threshold voltage is small compared to long channel devices,
In addition, it is difficult to form a fine element having a small leakage current and a high driving force.

【0011】また、従来の構造のMOSトランジスタに
おいては、ウェル電位は少なくとも一つの素子の内では
全体を同一の電位に設定されることになる。それ故、例
えば基板バイアス効果を利用する場合にドレイン近傍の
みバイアスを加えたいのにソース近傍にも同時にバイア
スが加わるために、その部分に起因する負荷の増大を引
き起こし、AC動作における動作速度の低下を引き起こ
す等の不都合を生じていた。
Further, in the MOS transistor having the conventional structure, the well potential is set to the same potential as a whole in at least one element. Therefore, for example, when the substrate bias effect is used, the bias is applied only near the drain while the bias is applied near the source at the same time. This causes an increase in the load due to that portion, and lowers the operation speed in the AC operation. And other inconveniences.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のM
OSトランジスタにおいては、チャネル領域の不純物濃
度を高くすることなく短チャネル効果を抑制するために
SOI構造を採用すると、ソース及びドレインの抵抗が
大きくなったり、ソース及びドレインとゲートとの間の
容量が大きくなり、駆動力の低下を招く。また、ウェル
電位は少なくとも一つの素子の内では全体を同一の電位
に設定されるため、基板バイアス効果を有効に利用する
ことができない問題があった。
As described above, the conventional M
In an OS transistor, when an SOI structure is employed in order to suppress a short channel effect without increasing the impurity concentration of a channel region, resistance of a source and a drain is increased, and capacitance between the source and the drain and the gate is reduced. And the driving force is reduced. In addition, since the well potential is set to the same potential as a whole in at least one element, there is a problem that the substrate bias effect cannot be effectively used.

【0013】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、SOIではなくバルク
基板を用いながら、チャネル領域の不純物濃度を低くし
ても短チャネル効果を十分に抑制することができ、その
結果として高い駆動力を有する高性能の微細素子を実現
し得る半導体装置及びその製造方法を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to use a bulk substrate instead of an SOI and to sufficiently reduce the short channel effect even if the impurity concentration of the channel region is reduced. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can suppress the occurrence of a high-performance fine element having a high driving force.

【0014】また、本発明の他の目的は、ウェルの電位
を複数箇所で異なる値に制御することを可能として、基
板バイアス効果を有効に利用することを可能とした高性
能の半導体装置及びその製造方法を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a high-performance semiconductor device capable of controlling the potential of a well to different values at a plurality of locations and effectively utilizing a substrate bias effect, and a high-performance semiconductor device. It is to provide a manufacturing method.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(構成)本発明は上記課題を解決するために、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、半導体基板の表
面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、こ
のゲート電極下部のチャネル領域を挟んで基板表面部に
ソース・ドレイン領域が形成された半導体装置におい
て、前記ゲート電極下の基板内に、前記チャネル領域を
ソース側とドレイン側で分離するように、チャネル長方
向の厚みがチャネル長よりも薄い絶縁層を基板表面と接
することなく配設してなることを特徴とする。
(Structure) The present invention employs the following structure to solve the above problems. That is, the present invention relates to a semiconductor device in which a gate electrode is formed on a surface of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a source / drain region is formed on a substrate surface portion with a channel region below the gate electrode interposed therebetween. In the substrate under the gate electrode, an insulating layer having a thickness in the channel length direction smaller than the channel length is provided without contacting the substrate surface so as to separate the channel region on the source side and the drain side. Features.

【0016】また本発明は、半導体基板の表面上にゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極を有し、このゲート電極下
部のチャネル領域を挟んで基板表面部にソース・ドレイ
ン領域を有する半導体装置の製造方法において、前記基
板の表面部近くに、形成すべきMOS型の電界効果トラ
ンジスタのチャネル領域の長さよりも薄い絶縁層を、基
板表面に接することなく基板深さ方向に形成する工程
と、前記絶縁層によってチャネル領域がソース側とドレ
イン側に分離されるように、ゲート電極及びソース・ド
レイン領域を形成する工程とを含むことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a gate electrode on a surface of a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and having source / drain regions on the substrate surface with a channel region below the gate electrode interposed therebetween. Forming an insulating layer near the surface of the substrate, the insulating layer being thinner than a channel region of a MOS field effect transistor to be formed, in a depth direction of the substrate without contacting the substrate surface; Forming a gate electrode and a source / drain region such that a channel region is separated into a source side and a drain side by a layer.

【0017】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 絶縁層は、基板深さ方向及びチャネル幅方向に平行
な面内に配設されていること。 (2) 絶縁層は、1枚又は複数枚であること。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following. (1) The insulating layer shall be disposed in a plane parallel to the substrate depth direction and the channel width direction. (2) One or more insulating layers.

【0018】(3) ソース・ドレイン領域は、基板に形成
されたウェルの表面部に形成され、絶縁層の下端は該ウ
ェルの底部を突き出て下地基板に達していること。 (4) ソース・ドレイン領域とは別に、ウェルのソース側
に接続される電極と、ウェルのドレイン側に接続される
電極とを設けてなること。
(3) The source / drain region is formed on the surface of a well formed in the substrate, and the lower end of the insulating layer protrudes from the bottom of the well to reach the underlying substrate. (4) An electrode connected to the source side of the well and an electrode connected to the drain side of the well are provided separately from the source / drain regions.

【0019】(5) ゲート電極を挟んだ基板表面の一部は
ゲート電極下の基板表面よりも深い位置までエッチング
され、このエッチング部分にソース・ドレイン領域が形
成されていること。 (6) ゲート電極を挟んだ基板表面の一部はゲート電極下
の基板表面よりも深い位置までエッチングされ、このエ
ッチング部分にソース・ドレイン領域をなす半導体層が
埋め込まれていること。
(5) A part of the substrate surface sandwiching the gate electrode is etched to a position deeper than the substrate surface below the gate electrode, and the source / drain regions are formed in the etched portion. (6) A part of the substrate surface sandwiching the gate electrode is etched to a position deeper than the substrate surface below the gate electrode, and a semiconductor layer forming a source / drain region is embedded in the etched portion.

【0020】(7) 基板の表面部近くに絶縁層を形成する
工程として、基板の一部を選択エッチングして基板表面
に段差を形成したのち、この段差部を含んで基板表面に
絶縁層を形成し、次いでこの絶縁層をエッチバックして
段差側部に残し、次いで段差部を埋め込むように半導体
を堆積又はエピタキシャル成長し、次いでこの半導体層
の表面を平坦化すること。
(7) As a step of forming an insulating layer near the surface of the substrate, a part of the substrate is selectively etched to form a step on the surface of the substrate, and then the insulating layer is formed on the surface of the substrate including the step. Forming, then etching back the insulating layer to the side of the step, depositing or epitaxially growing a semiconductor to fill the step, and then planarizing the surface of the semiconductor layer.

【0021】(8) 基板の表面部近くに絶縁層を形成する
工程として、基板にチャネル長方向の厚みがチャネル長
よりも薄く、基板の深さ方向に延びた溝をチャネル幅方
向に沿って形成したのち、この溝内に絶縁層を埋め込
み、しかるのち基板表面及び絶縁層上にMOS型の電界
効果トランジスタのチャネル領域となる半導体層を形成
すること。 (9) 溝を形成するために、基板上にストライプ開口を有
する第1のマスクを形成した後、このマスクの開口側部
に第2のマスクをセルフアラインで形成し、しかるのち
第1及び第2のマスクを用いて基板を選択エッチングす
ること。
(8) As a step of forming an insulating layer near the surface of the substrate, the thickness of the substrate in the channel length direction is smaller than the channel length, and a groove extending in the depth direction of the substrate is formed along the channel width direction. After the formation, an insulating layer is buried in the trench, and then a semiconductor layer serving as a channel region of the MOS field-effect transistor is formed on the substrate surface and the insulating layer. (9) After forming a first mask having a stripe opening on a substrate to form a groove, a second mask is formed in a self-aligned manner on the opening side of the mask, and then the first and second masks are formed. Selective etching of the substrate using the second mask.

【0022】(作用)本発明によれば、チャネル領域の
直下に絶縁層を設けているので、この絶縁層によりパン
チスルーが抑制される。そのため、バルク基板を用いて
いるにも拘らず、チャネル領域の不純物濃度を低く設定
することが可能となり、しきい値電圧が極端に深くなる
ことや駆動力の低下等が抑制される。さらに、SOI素
子と異なり、ソース及びドレインを薄く形成する必要や
チャネル表面よりも上に形成する必要がないため、ソー
ス及びドレインとゲートとの間に形成される容量の増大
を引き起こすことなしに、ソース及びドレインの抵抗を
低減することが可能である。
(Operation) According to the present invention, since the insulating layer is provided immediately below the channel region, punch-through is suppressed by the insulating layer. Therefore, it is possible to set the impurity concentration of the channel region to be low in spite of using the bulk substrate, and it is possible to suppress the threshold voltage from becoming extremely deep and the driving force from being lowered. Further, unlike the SOI element, since it is not necessary to form the source and the drain thinly or to be formed above the channel surface, without increasing the capacitance formed between the source and the drain and the gate, It is possible to reduce the resistance of the source and the drain.

【0023】また、本発明においてはソース及びドレイ
ン領域の下部は酸化シリコンではなくシリコンで形成さ
れているために、不純物注入時に生じたダメージはその
後の熱工程で回復されるので、ソース及びドレインとチ
ャネルとの接合部で生ずる接合リーク電流が抑制され
る。さらに、ウェルの内でソース近傍の領域とドレイン
近傍の領域とに異なる電位を印加することが可能となる
ために、基板バイアス効果を有効に利用することが可能
となる。
Further, in the present invention, since the lower portions of the source and drain regions are formed of silicon instead of silicon oxide, the damage caused at the time of impurity implantation is recovered in a subsequent heat step, so that the source and drain regions are not damaged. Junction leakage current generated at the junction with the channel is suppressed. Further, since different potentials can be applied to the region near the source and the region near the drain in the well, the substrate bias effect can be effectively used.

【0024】また、本発明においては、特開平5−20
6455号公報に記載のMOSFET及びその製造方法
のように、SOI基板ではなくバルク基板を用いてお
り、絶縁層を半導体基板内に埋め込み形成する際の結晶
成長は常に基板側からの一方向のみであるため、良好な
結晶成長を行うことができる。このように結晶性が良好
になることは、微細な素子にとって必要不可欠な要件で
ある。
Also, in the present invention, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 6,455, the MOSFET and its manufacturing method use a bulk substrate instead of an SOI substrate, and the crystal growth when the insulating layer is buried in the semiconductor substrate is always performed only in one direction from the substrate side. Therefore, favorable crystal growth can be performed. Such good crystallinity is an indispensable requirement for a fine element.

【0025】これらの結果として、パンチスルーを抑制
しつつ駆動力を高め、ソース及びドレインの抵抗の低減
をもはかり得る高性能のMOS型電界効果トランジスタ
を実現することが可能となる。
As a result, it is possible to realize a high-performance MOS field-effect transistor capable of increasing the driving force while suppressing punch-through and reducing the resistance of the source and the drain.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 (第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
係わるMOSトランジスタの素子構造を示す断面図であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a MOS transistor according to a first embodiment of the present invention.

【0027】p型(又はn型)シリコン基板1に素子領
域を囲むように素子分離酸化膜3が形成され、素子領域
にはpウェル領域2が形成されている。pウェル領域2
の表面上の一部には酸化シリコン膜(ゲート絶縁膜)5
を介してゲート電極6が形成され、ゲート電極6の両側
のpウェル表面部にはチャネルを挟んでn型領域(ソー
ス・ドレイン領域)7が形成されている。
An element isolation oxide film 3 is formed on a p-type (or n-type) silicon substrate 1 so as to surround an element region, and a p-well region 2 is formed in the element region. p well region 2
Silicon oxide film (gate insulating film) 5
, A gate electrode 6 is formed, and an n-type region (source / drain region) 7 is formed on the surface of the p-well on both sides of the gate electrode 6 with a channel therebetween.

【0028】また、これらの上に層間絶縁膜8として例
えばCVD法で酸化シリコン膜が堆積され、この絶縁膜
8にコンタクト部9が開孔されている。そして、例えば
シリコンを1%含有するアルミニウム膜をスパッタ法で
堆積させ、パターニングすることにより配線10が形成
されている。なお、図には示さないが、これらの上に、
例えば450℃フォーミングガス雰囲気でのシンターを
経て、その後に表面部に酸化シリコン膜を例えば100
0nm形成し、パシベーション膜とする。
A silicon oxide film is deposited thereon as an interlayer insulating film 8 by, for example, a CVD method, and a contact portion 9 is opened in the insulating film 8. The wiring 10 is formed by depositing, for example, an aluminum film containing 1% of silicon by sputtering and patterning. Although not shown in the figure,
For example, after sintering in a forming gas atmosphere at 450 ° C., a silicon oxide film is then
0 nm is formed to form a passivation film.

【0029】ここまでの基本構成は従来装置と同様であ
るが、本実施形態ではこれに加えて、チャネル下部に絶
縁層11が埋め込み形成されている。この絶縁層11
は、チャネル長方向の厚みがチャネル長よりも薄く、基
板深さ方向及びチャネル幅方向に沿って配設されてい
る。そして、絶縁層11の上端部は基板表面と接するこ
となく基板表面に極めて近い位置にあり、下端部はpウ
ェル領域2を突き抜けて基板1側に達している。
The basic configuration up to this point is the same as that of the conventional device, but in this embodiment, in addition, an insulating layer 11 is buried under the channel. This insulating layer 11
Are thinner in the channel length direction than the channel length, and are disposed along the substrate depth direction and the channel width direction. The upper end of the insulating layer 11 is located very close to the substrate surface without contacting the substrate surface, and the lower end penetrates the p-well region 2 and reaches the substrate 1 side.

【0030】このように本実施形態によれば、ゲート電
極下のチャネル領域の直下に該チャネル領域を分離する
ように絶縁層11を設けているので、この絶縁層11に
よりパンチスルーを効果的に抑制することができる。従
って、バルク基板を用いながら、チャネル領域の不純物
濃度を低く抑えてかつパンチスルーを抑制することが可
能となり、高い駆動力を失うことなく短チャネル効果を
抑制することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the insulating layer 11 is provided immediately below the channel region below the gate electrode so as to separate the channel region. Can be suppressed. Accordingly, it is possible to suppress the punch-through while keeping the impurity concentration of the channel region low while using the bulk substrate, and it is possible to suppress the short channel effect without losing a high driving force.

【0031】また、チャネル領域の不純物濃度を低く設
定することができるため、しきい値電圧が極端に深くな
ることをも抑制することが可能となる。さらに、ソース
及びドレイン領域をチャネル面よりも上に持ち上げるこ
となしにその厚さを厚く形成することができるため、A
C動作時の動作速度を落とさずにソース及びドレインの
抵抗を低減することが可能となる。
Further, since the impurity concentration of the channel region can be set low, it is possible to prevent the threshold voltage from becoming extremely deep. Further, since the source and drain regions can be formed to have a large thickness without being lifted above the channel surface, A
The resistance of the source and the drain can be reduced without lowering the operation speed during the C operation.

【0032】また、ソース及びドレイン領域の底部はS
OI素子と比較すると深い領域までシリコンであるた
め、ソース及びドレインを形成する時の不純物注入で生
じたダメージをその後の熱工程で回復することができ、
ソース及びドレインとチャネルとの間の接合におけるリ
ーク電流を抑制することが可能となる。さらに、pウェ
ル領域2が絶縁層11により実質的に分離されているた
め、ソース近傍とドレイン近傍とを別個に基板バイアス
を加えることも可能となる。
The bottom of the source and drain regions is S
Compared with the OI element, since silicon is formed in a deep region, damage caused by impurity implantation at the time of forming a source and a drain can be recovered in a subsequent heat process.
It is possible to suppress a leak current at a junction between the source and the drain and the channel. Further, since the p-well region 2 is substantially separated by the insulating layer 11, a substrate bias can be separately applied to the vicinity of the source and the vicinity of the drain.

【0033】このように本実施形態では、従来構造に加
え、チャネル領域の直下に絶縁層11を形成する構成を
付加することにより、パンチスルーを抑制しつつ駆動力
を高め、かつソース及びドレインの抵抗の低減もはかっ
た、従来にない高性能のMOSトランジスタを実現する
ことができ、その有用性は極めて大である。
As described above, in the present embodiment, in addition to the conventional structure, by adding a configuration in which the insulating layer 11 is formed immediately below the channel region, the driving force is increased while suppressing the punch-through, and the source and drain are reduced. It is possible to realize an unprecedented high-performance MOS transistor with reduced resistance, and its usefulness is extremely large.

【0034】次に、本実施形態のMOSトランジスタの
製造方法を、図2を参照して説明する。まず、図2
(a)に示すように、p型シリコン基板1の一部をRI
E法等の異方性エッチング法によりエッチングし、基板
表面に段差部を形成する。このとき、段差の高さは、後
に形成するpウェル領域の深さよりも高いものとする。
さらに、段差部の紙面表裏方向の長さは、形成すべきM
OSトランジスタのチャネル領域の幅よりも長いものと
する。続いて、例えば熱酸化等の方法により厚さ10n
mの酸化シリコン膜11′を形成する。
Next, a method of manufacturing the MOS transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in (a), a part of the p-type silicon substrate 1 is
Etching is performed by an anisotropic etching method such as E method to form a step on the substrate surface. At this time, the height of the step is higher than the depth of a p-well region to be formed later.
Further, the length of the step portion in the front-back direction on the paper surface is M
It is longer than the width of the channel region of the OS transistor. Subsequently, for example, a thickness of 10 n
An m-th silicon oxide film 11 'is formed.

【0035】次いで、図2(b)に示すように、RIE
法等により酸化シリコン膜11′をエッチバックするこ
とにより、段差部以外の酸化シリコン膜11′を除去す
る。これにより、段差部のみに絶縁層11が形成され、
絶縁層11は基板深さ方向に配設された状態となる。
Next, as shown in FIG.
By etching back the silicon oxide film 11 'by a method or the like, the silicon oxide film 11' other than the step portion is removed. Thereby, the insulating layer 11 is formed only at the step portion,
The insulating layer 11 is provided in the substrate depth direction.

【0036】次いで、図2(c)に示すように、例えば
LPCVD法等によりシリコン層1′を堆積し、表面の
平坦化を行う。ここで、シリコン層1′を堆積した後
に、熱工程等の方法を用いることによりシリコンの再結
晶化を行い、その後に平坦化を行うようにしてもよい。
また、LPCVD法の代りにエピタキシャル成長法を用
いてシリコン層を成長させるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 2C, a silicon layer 1 'is deposited by, for example, the LPCVD method or the like, and the surface is flattened. Here, after depositing the silicon layer 1 ′, the silicon may be recrystallized by using a method such as a thermal process, and thereafter, flattening may be performed.
Further, the silicon layer may be grown using an epitaxial growth method instead of the LPCVD method.

【0037】次いで、図3(d)に示すように、例えば
Bイオンを100keV,2.0×1013cm-3で注入
し、その後に例えば1190℃,150分の熱工程を経
ることにより、pウェル領域2を形成する。続いて、例
えばLOCOS法により素子分離酸化膜3を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, for example, B ions are implanted at 100 keV and 2.0 × 10 13 cm -3 , and then a heat step is performed at 1190 ° C. for 150 minutes, for example. A p-well region 2 is formed. Subsequently, the element isolation oxide film 3 is formed by, for example, the LOCOS method.

【0038】次いで、図3(e)に示すように、pウェ
ル領域2中に、所望のしきい値電圧を得るために例えば
Bイオン4を15keV,1.0×1013cm-2で注入
することにより、チャネル表面の濃度を調節する。そし
て、例えば800℃の10%HCl雰囲気でシリコンの
表面を酸化することにより、厚さ4nmの酸化シリコン
膜(ゲート絶縁膜)5を形成する。
Then, as shown in FIG. 3E, for example, B ions 4 are implanted into the p-well region 2 at 15 keV and 1.0 × 10 13 cm -2 to obtain a desired threshold voltage. By doing so, the concentration on the channel surface is adjusted. Then, for example, a silicon oxide film (gate insulating film) 5 having a thickness of 4 nm is formed by oxidizing the surface of silicon in a 10% HCl atmosphere at 800 ° C.

【0039】次いで、図3(f)に示すように、酸化シ
リコン膜5の上に例えばLPCVD法により厚さ200
nmの多結晶シリコン膜を堆積し、RIE法により多結
晶シリコン膜の一部を選択的にエッチングしてゲート電
極6を形成する。続いて、ゲート電極6をマスクに、例
えばAsイオンを50keV,5.0×1015cm-2
注入し、熱工程を経ることにより、n型層(ソース・ド
レイン領域)7を形成する。
Next, as shown in FIG. 3F, a thickness of 200 nm is formed on the silicon oxide film 5 by, for example, the LPCVD method.
Then, a gate electrode 6 is formed by depositing a polycrystalline silicon film having a thickness of nm and selectively etching a part of the polycrystalline silicon film by RIE. Subsequently, using the gate electrode 6 as a mask, for example, As ions are implanted at 50 keV and 5.0 × 10 15 cm −2 , and a thermal process is performed to form an n-type layer (source / drain region) 7.

【0040】これ以降は、従来のMOSトランジスタの
製造と同様に、層間絶縁膜の形成,コンタクトホールの
形成,及び配線形成工程等を経ることにより、前記図1
に示す構造のMOSトランジスタが完成する。
Thereafter, in the same manner as in the manufacture of the conventional MOS transistor, an interlayer insulating film, a contact hole, a wiring forming step, and the like are performed.
Is completed.

【0041】本実施形態においては、nチャネルMOS
トランジスタの製法のみを示したが、不純物の導電型を
逆にすればpチャネルMOSトランジスタも全く同様に
構成され、かつ本実施形態と同様の効果が得られる。ま
た、光蝕刻法等の方法を用いて基板の一部の領域のみに
選択的に不純物の導入等を行うようにすれば、相補型M
OSトランジスタの構成をも同様に行え、かつ本実施形
態と同様の効果が得られる。さらに、MOSトランジス
タを単独で形成する以外に、例えばバイポーラ型トラン
ジスタ等の他の能動素子ないしは抵抗体やキャパシタ等
の受動素子をも含む半導体装置の一部としてMOSトラ
ンジスタを形成する場合にも、本実施形態と同様の効果
が得られることも言うまでもない。
In this embodiment, an n-channel MOS
Although only the method of manufacturing the transistor is shown, if the conductivity type of the impurity is reversed, the p-channel MOS transistor is configured in exactly the same manner, and the same effect as in the present embodiment can be obtained. In addition, if a method such as a photo-etching method is used to selectively introduce impurities into only a part of the substrate, the complementary type M
The configuration of the OS transistor can be similarly performed, and the same effect as that of the present embodiment can be obtained. Further, in addition to forming the MOS transistor alone, the present invention is also applicable to the case where the MOS transistor is formed as a part of a semiconductor device including another active element such as a bipolar transistor or a passive element such as a resistor or a capacitor. Needless to say, the same effects as in the embodiment can be obtained.

【0042】また、本実施形態においては、n型層を形
成するための不純物としてはAsを、p型層を形成する
ための不純物としてはBを用いたが、n型層を形成する
ための不純物として他のV族不純物を用いてもよいし、
p型層を形成するための不純物として他の III族不純物
を用いてもよい。さらに、本実施形態においては不純物
の導入をイオン注入の方法を用いて行ったが、イオン注
入以外の例えば固相拡散や気相拡散等の方法を用いて不
純物の導入を行ってもよいし、不純物を含有する半導体
を堆積する等の方法を用いてもよい。
In this embodiment, As is used as an impurity for forming an n-type layer, and B is used as an impurity for forming a p-type layer. Other group V impurities may be used as impurities,
Other Group III impurities may be used as impurities for forming the p-type layer. Furthermore, in the present embodiment, the introduction of the impurity is performed using the method of ion implantation, but the introduction of the impurity may be performed using a method other than ion implantation, such as solid-phase diffusion or gas-phase diffusion, For example, a method of depositing a semiconductor containing impurities may be used.

【0043】また、本実施形態においてはシングルドレ
イン構造の素子のみを示したが、LDD構造等のシング
ルドレイン構造以外の構造の素子を構築したとしても、
本実施形態と同様の効果が得られる。さらに、ポケット
構造等の素子に対しても同様である。
In this embodiment, only an element having a single drain structure is shown. However, even if an element having a structure other than the single drain structure such as an LDD structure is constructed,
The same effects as in the present embodiment can be obtained. Further, the same applies to an element having a pocket structure or the like.

【0044】また、本実施形態においてはシリサイド化
には言及していないが、シリサイド化を行ったとしても
本実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形
態においてはゲート電極材料として多結晶シリコンを用
いたが、例えば金属,金属珪化物,又はこれらの積層構
造等を用いてゲート電極を形成してもよい。
Although silicidation is not mentioned in the present embodiment, the same effect as in the present embodiment can be obtained even if silicidation is performed. Further, in this embodiment, polycrystalline silicon is used as a gate electrode material, but a gate electrode may be formed using, for example, a metal, a metal silicide, or a laminated structure of these.

【0045】また、本実施形態においてはゲート絶縁膜
として熱酸化による酸化膜を用いたが、窒化膜,窒化酸
化膜,或いは積層膜等の他の絶縁膜を用いてもよい。さ
らに、高誘電体膜をゲート絶縁膜として用いてもよい。
また、ゲート絶縁膜に強誘電体膜を用いた素子を形成し
ても本実施形態と同様の効果が得られる。
In this embodiment, an oxide film formed by thermal oxidation is used as the gate insulating film, but another insulating film such as a nitride film, a nitrided oxide film, or a laminated film may be used. Further, a high dielectric film may be used as a gate insulating film.
Further, even when an element using a ferroelectric film as the gate insulating film is formed, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

【0046】また、本実施形態においてはチャネル下の
絶縁層を熱酸化による酸化膜形成と言う方法で形成した
が、この絶縁層を熱酸化以外の堆積等の方法で形成して
も同様の効果が得られる。絶縁層を酸化シリコン以外
の、例えば窒化シリコン等にしても同様であることも勿
論である。
In this embodiment, the insulating layer below the channel is formed by a method called oxide film formation by thermal oxidation. However, the same effect can be obtained by forming this insulating layer by a method other than thermal oxidation, such as deposition. Is obtained. Of course, the same applies to the case where the insulating layer is made of a material other than silicon oxide, such as silicon nitride.

【0047】また、本実施形態においては素子分離をL
OCOS法を用いて行ったが、例えばトレンチ素子分離
法等の他の方法を用いて素子分離を行ったとしても、本
実施形態と同様の効果が得られる。
In this embodiment, the element isolation is L
Although the OCOS method was used, the same effect as in the present embodiment can be obtained even if the element isolation is performed using another method such as a trench element isolation method.

【0048】(第2の実施形態)図4は、本発明の第2
の実施形態に係わるMOSトランジスタの製造工程を示
す断面図である。
(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the embodiment.

【0049】第1の実施形態の図2(b)に示される工
程に引き続いて、図4(a)に示すように、例えばエピ
タキシャル成長法によりシリコン層1′を成長させ、表
面の平坦化を行う。ここで、絶縁層11の上端がシリコ
ン層1′の表面と同一面上となるようにする。
Following the step shown in FIG. 2B of the first embodiment, as shown in FIG. 4A, a silicon layer 1 'is grown by, for example, an epitaxial growth method, and the surface is flattened. . Here, the upper end of the insulating layer 11 is made flush with the surface of the silicon layer 1 '.

【0050】次いで、図4(b)に示すように、LPC
VD法等によりシリコン層1″を堆積し、熱工程等の方
法を用いてシリコンの再結晶化を行う。そして、表面の
平坦化を行う。
Next, as shown in FIG.
A silicon layer 1 ″ is deposited by a VD method or the like, and silicon is recrystallized using a method such as a thermal process. Then, the surface is flattened.

【0051】これ以後は、第1の実施形態の図3(d)
以降に示される工程と同様であるので省略する。 (第3の実施形態)図5は、本発明の第3の実施形態に
係わるMOSトランジスタの製造工程を示す断面図であ
る。
Thereafter, FIG. 3D of the first embodiment will be described.
The description is omitted because it is the same as the subsequent steps. (Third Embodiment) FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of a MOS transistor according to a third embodiment of the present invention.

【0052】第1の実施形態の図3(d)に示される工
程に引き続いて、図5(a)に示すように、RIE法等
の異方性エッチングを施すことにより基板1のpウェル
領域2を一部エッチングし、絶縁層11の一部を露出さ
せる。
Following the step shown in FIG. 3D of the first embodiment, as shown in FIG. 5A, anisotropic etching such as RIE is performed to form a p-well region of the substrate 1. 2 is partially etched to expose a part of the insulating layer 11.

【0053】次いで、図5(b)に示すように、例えば
LPCVD法等によりシリコン層1''' を堆積する。そ
して、pウェル領域2中に、所望のしきい値電圧を得る
ために例えばBイオン4を15keV,1.0×1013
cm-2で注入することにより、チャネル表面の濃度を調
節する。
Next, as shown in FIG. 5B, a silicon layer 1 ″ ″ is deposited by, for example, the LPCVD method. Then, in order to obtain a desired threshold voltage, for example, B ions 4 are applied at 15 keV and 1.0 × 10 13 in the p-well region 2.
The concentration at the channel surface is adjusted by implantation at cm −2 .

【0054】次いで、図5(c)に示すように、例えば
Pを含有する多結晶シリコン13をLPCVD法により
堆積し、その後にシリコン表面の平坦化を行う。ここ
で、LPCVD法の代りに、エピタキシャル成長の方法
でPを含有するシリコン13を成長させてもよい。そし
て、例えば800℃の10%HCl雰囲気でシリコンの
表面を酸化することにより、厚さ4nmの酸化シリコン
膜(ゲート絶縁膜)5を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, for example, polycrystalline silicon 13 containing P is deposited by the LPCVD method, and thereafter, the silicon surface is flattened. Here, instead of the LPCVD method, the P-containing silicon 13 may be grown by an epitaxial growth method. Then, for example, a silicon oxide film (gate insulating film) 5 having a thickness of 4 nm is formed by oxidizing the surface of silicon in a 10% HCl atmosphere at 800 ° C.

【0055】次いで、図5(d)に示すように、酸化シ
リコン膜5の上に例えばLPCVD法により厚さ200
nmの多結晶シリコン膜を堆積し、RIE法により多結
晶シリコン膜の一部を選択的にエッチングしてゲート電
極6を形成する。
Next, as shown in FIG. 5D, a thickness of 200 nm is formed on the silicon oxide film 5 by, for example, LPCVD.
Then, a gate electrode 6 is formed by depositing a polycrystalline silicon film having a thickness of nm and selectively etching a part of the polycrystalline silicon film by RIE.

【0056】これ以後は、従来のMOSトランジスタの
製造と同様に、層間絶縁膜の形成,コンタクトホールの
形成,及び配線形成工程等を経ることにより、MOSト
ランジスタが作成される。
Thereafter, in the same manner as in the manufacture of a conventional MOS transistor, a MOS transistor is formed through the steps of forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, and forming a wiring.

【0057】本実施形態においては、ソース・ドレイン
領域をなす半導体領域としてPを含有するシリコンを用
いたが、他のV族不純物を含有するシリコンを用いたと
しても本実施形態と同様の効果が得られる。また、本実
施形態においてはシリコン堆積後に再結晶化を施してい
ないが、シリコン堆積後に再結晶化を行ってもよい。さ
らに、本実施形態は第1の実施形態の表面平坦化工程に
引き続いて行う方法であるが、第2の実施形態の表面平
坦化工程に引き続いて本実施形態と同様の工程を経てM
OSトランジスタを形成したとしても、本実施形態と同
様の効果が得られることは言うまでもない。
In this embodiment, P-containing silicon is used as the semiconductor region forming the source / drain regions. However, even if silicon containing another group V impurity is used, the same effect as in this embodiment can be obtained. can get. Further, in this embodiment, recrystallization is not performed after silicon deposition, but recrystallization may be performed after silicon deposition. Further, the present embodiment is a method performed following the surface flattening step of the first embodiment. However, following the surface flattening step of the second embodiment, M
It goes without saying that the same effects as those of the present embodiment can be obtained even if the OS transistor is formed.

【0058】(第4の実施形態)図6及び図7は、本発
明の第4の実施形態に係わるMOSトランジスタの製造
工程を示す断面図である。
(Fourth Embodiment) FIGS. 6 and 7 are sectional views showing the steps of manufacturing a MOS transistor according to a fourth embodiment of the present invention.

【0059】第1の実施形態の図3(d)に示される工
程に引き続いて、図6(a)に示すように、RIE法等
の異方性エッチングを行うことにより、基板1のpウェ
ル領域2を一部をエッチングし、絶縁層11の一部を露
出させる。
Following the step shown in FIG. 3D of the first embodiment, as shown in FIG. 6A, anisotropic etching such as RIE is performed, thereby forming the p-well of the substrate 1. A part of the region 2 is etched to expose a part of the insulating layer 11.

【0060】次いで、図6(b)に示すように、例えば
LPCVD法等により絶縁層11が被覆されるようにシ
リコン1″を堆積する。次いで、図6(c)に示すよう
に、例えばLPCVD法等により窒化シリコン16を堆
積し、その表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 6B, silicon 1 ″ is deposited so as to cover the insulating layer 11 by, for example, the LPCVD method or the like. Then, as shown in FIG. Silicon nitride 16 is deposited by a method or the like, and its surface is planarized.

【0061】次いで、図7(d)に示すように、窒化シ
リコン16をマスクに、RIE法等によりシリコンと酸
化シリコンとをエッチングする。次いで、図7(e)に
示すように、LPCVD法等によりシリコン層1''' を
堆積し、その表面を平坦化する。続いて、RIE法等に
より、絶縁層11の上端よりも僅かに上までシリコン層
1''' が残るようにエッチバックする。そして、例えば
800℃の10%HCl雰囲気でシリコンの表面を酸化
することにより、厚さ4nmの酸化シリコン膜(ゲート
絶縁膜)5を形成する。
Next, as shown in FIG. 7D, silicon and silicon oxide are etched by RIE or the like using the silicon nitride 16 as a mask. Next, as shown in FIG. 7E, a silicon layer 1 ″ ′ is deposited by an LPCVD method or the like, and its surface is planarized. Subsequently, the silicon layer 1 ″ ′ is etched back by RIE or the like so that the silicon layer 1 ″ ′ slightly remains above the upper end of the insulating layer 11. Then, for example, a silicon oxide film (gate insulating film) 5 having a thickness of 4 nm is formed by oxidizing the surface of silicon in a 10% HCl atmosphere at 800 ° C.

【0062】次いで、図7(f)に示すように、LPC
VD法等により多結晶シリコンを堆積し、表面を平坦化
することによりゲート電極6をセルフアラインで形成す
る。この後に、窒化シリコン16を除去する。
Next, as shown in FIG.
The gate electrode 6 is formed by self-alignment by depositing polycrystalline silicon by a VD method or the like and flattening the surface. Thereafter, the silicon nitride 16 is removed.

【0063】次いで、図7(g)に示すように、ゲート
電極6をマスクに、例えばAsイオンを50keV,
5.0×1015cm-2で注入し、熱工程を経ることによ
り、n型層(ソース・ドレイン領域)7を形成する。
Next, as shown in FIG. 7 (g), using the gate electrode 6 as a mask, for example,
Implantation is performed at 5.0 × 10 15 cm −2 , and a thermal process is performed to form an n-type layer (source / drain region) 7.

【0064】これ以後は、従来のMOSトランジスタの
製造と同様に、層間絶縁膜の形成,コンタクトホールの
形成,及び配線形成工程等を経ることにより、MOSト
ランジスタが作成される。
Thereafter, in the same manner as in the manufacture of a conventional MOS transistor, a MOS transistor is formed through the steps of forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, and forming a wiring.

【0065】(第5の実施形態)図8及び図9は、本発
明の第5の実施形態に係わるMOSトランジスタの製造
工程を示す断面図である。
(Fifth Embodiment) FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views showing steps of manufacturing a MOS transistor according to a fifth embodiment of the present invention.

【0066】第1の実施形態の図3(d)に示される工
程に引き続いて、図8(a)に示すように、RIE法等
の異方性エッチングを施すことにより、シリコン基板1
のpウェル領域2の一部をエッチングし、絶縁層11の
一部を露出させる。
Following the step shown in FIG. 3D of the first embodiment, as shown in FIG. 8A, the silicon substrate 1 is subjected to anisotropic etching such as RIE.
Is etched to expose a part of the insulating layer 11.

【0067】次いで、図8(b)に示すように、LPC
VD法等により絶縁層11が被覆されるようにシリコン
層1″を堆積する。次いで、図8(c)に示すように、
窒化シリコン14をLPCVD法等で堆積し、その表面
を平坦化する。
Next, as shown in FIG.
A silicon layer 1 ″ is deposited so as to cover the insulating layer 11 by a VD method or the like. Then, as shown in FIG.
Silicon nitride 14 is deposited by an LPCVD method or the like, and its surface is planarized.

【0068】次いで、図8(d)に示すように、窒化シ
リコン14をマスクに、RIE法等でシリコン及び酸化
シリコンをエッチングする。次いで、図9(e)に示す
ように、酸化シリコン15を堆積して表面の平坦化を行
った後、窒化シリコン14を除去する。
Next, as shown in FIG. 8D, silicon and silicon oxide are etched by RIE or the like using the silicon nitride 14 as a mask. Next, as shown in FIG. 9E, after the silicon oxide 15 is deposited and the surface is flattened, the silicon nitride 14 is removed.

【0069】次いで、図9(f)に示すように、LPC
VD法等によりPを含有する多結晶シリコン13を堆積
し、表面の平坦化を行う。ここで、LPCVD法の代り
に、エピタキシャル成長の方法でPを含有するシリコン
13を成長させてもよい。続いて、RIE法等により、
絶縁層11の上端とほぼ同じ高さになるようにシリコン
をエッチバックする。
Next, as shown in FIG.
Polycrystalline silicon 13 containing P is deposited by a VD method or the like, and the surface is flattened. Here, instead of the LPCVD method, the P-containing silicon 13 may be grown by an epitaxial growth method. Then, by RIE method etc.
The silicon is etched back so as to be almost the same height as the upper end of the insulating layer 11.

【0070】次いで、図9(g)に示すように、窒化シ
リコン16をLPCVD法等により堆積し、表面の平坦
化を行う。続いて、酸化シリコン15を除去した後、シ
リコン層17を例えばLPCVD法等により堆積し、表
面の平坦化を行う。そして、RIE法等により絶縁層1
1の上端よりも僅かに上までシリコン層17が残るよう
にエッチバックする。
Next, as shown in FIG. 9G, silicon nitride 16 is deposited by LPCVD or the like, and the surface is flattened. Subsequently, after removing the silicon oxide 15, a silicon layer 17 is deposited by, for example, the LPCVD method or the like, and the surface is flattened. Then, the insulating layer 1 is formed by RIE or the like.
Etch-back is performed so that the silicon layer 17 remains slightly above the upper end of 1.

【0071】次いで、図9(h)に示すように、例えば
800℃の10%HCl雰囲気でシリコンの表面を酸化
することにより、厚さ4nmの酸化シリコン膜(ゲート
絶縁膜)5を形成し、しかる後にLPCVD法等により
多結晶シリコンを堆積して表面を平坦化することによ
り、ゲート電極6をセルフアラインで形成する。この後
に、窒化シリコン16を除去する。
Next, as shown in FIG. 9H, a silicon oxide film (gate insulating film) 5 having a thickness of 4 nm is formed by oxidizing the surface of the silicon in a 10% HCl atmosphere at 800 ° C., for example. Thereafter, the gate electrode 6 is formed in a self-aligned manner by depositing polycrystalline silicon by LPCVD or the like and flattening the surface. Thereafter, the silicon nitride 16 is removed.

【0072】これ以後は、従来のMOSトランジスタの
製造と同様に、層間絶縁膜の形成,コンタクトホールの
形成,及び配線形成工程等を経ることにより、MOSト
ランジスタが作成される。
Thereafter, in the same manner as in the manufacture of a conventional MOS transistor, a MOS transistor is formed through the steps of forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, and forming a wiring.

【0073】(第6の実施形態)図10及び図11は、
本発明の第6の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図である。本実施形態は、第1の実
施形態において、絶縁層を2つにしたものである。
(Sixth Embodiment) FIG. 10 and FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing step of a MOS transistor according to a sixth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the number of insulating layers is two.

【0074】まず、図10(a)に示すように、p型シ
リコン基板1の一部をRIE法等の異方性エッチング法
によりエッチングし、基板表面に突起部1aを形成す
る。このとき、突起部1aの高さは、後に形成するpウ
ェル領域の深さよりも高いものとする。さらに、突起部
1aの紙面表裏方向の長さは、形成すべきMOSトラン
ジスタのチャネル領域の幅よりも長いものとする。続い
て、例えば熱酸化等の方法により、厚さ10nmの酸化
シリコン膜11′を形成する。
First, as shown in FIG. 10A, a part of the p-type silicon substrate 1 is etched by an anisotropic etching method such as RIE to form a projection 1a on the substrate surface. At this time, the height of the projection 1a is higher than the depth of a p-well region to be formed later. Further, the length of the protrusion 1a in the front-back direction of the drawing is longer than the width of the channel region of the MOS transistor to be formed. Subsequently, a silicon oxide film 11 'having a thickness of 10 nm is formed by, for example, a method such as thermal oxidation.

【0075】次いで、図10(b)に示すように、RI
E法等により酸化シリコン膜11′をエッチバックする
ことにより、突起部側壁以外の酸化シリコン膜11′を
除去する。これにより、突起部の両側に絶縁層11がそ
れぞれ形成され、2つの絶縁層11は基板深さ方向に配
設された状態となる。
Next, as shown in FIG.
By etching back the silicon oxide film 11 'by the E method or the like, the silicon oxide film 11' other than the side wall of the protrusion is removed. Thereby, the insulating layers 11 are respectively formed on both sides of the protrusion, and the two insulating layers 11 are arranged in the substrate depth direction.

【0076】次いで、図10(c)に示すように、LP
CVD法等によりシリコン層1′を堆積し、表面の平坦
化を行う。次いで、図11(d)に示すように、例えば
Bイオンを100keV,2.0×1013cm-2で注入
し、その後に例えば1190℃,150分の熱工程を経
ることにより、pウェル領域2を形成する。続いて、例
えばLOCOS法により素子分離酸化膜3を形成する。
Next, as shown in FIG.
A silicon layer 1 'is deposited by a CVD method or the like, and the surface is flattened. Next, as shown in FIG. 11D, for example, B ions are implanted at 100 keV and 2.0 × 10 13 cm −2 , and then a heat step is performed at 1190 ° C. and 150 minutes, for example, to form a p-well region. Form 2 Subsequently, the element isolation oxide film 3 is formed by, for example, the LOCOS method.

【0077】次いで、図11(e)に示すように、pウ
ェル領域2中に、所望のしきい値電圧を得るために、例
えばBイオン4を15keV,1.0×1013cm-2
注入することにより、チャネル表面の濃度を調節する。
そして、例えば800℃の10%HCl雰囲気でシリコ
ンの表面を酸化することにより、厚さ4nmの酸化シリ
コン膜(ゲート絶縁膜)5を形成する。
Then, as shown in FIG. 11E, in order to obtain a desired threshold voltage in the p-well region 2, for example, B ions 4 are applied at 15 keV and 1.0 × 10 13 cm −2 . The injection adjusts the concentration on the channel surface.
Then, for example, a silicon oxide film (gate insulating film) 5 having a thickness of 4 nm is formed by oxidizing the surface of silicon in a 10% HCl atmosphere at 800 ° C.

【0078】次いで、図11(f)に示すように、酸化
シリコン膜5の上に例えばLPCVD法により厚さ20
0nmの多結晶シリコン膜を堆積し、RIE法により多
結晶シリコン膜の一部を選択的にエッチングしてゲート
電極6を形成する。続いて、ゲート電極6をマスクに、
例えばAsイオンを50keV,5.0×1015cm-2
で注入し、熱工程を経ることにより、n型層(ソース・
ドレイン領域)7を形成する。
Next, as shown in FIG. 11F, a silicon oxide film 5 having a thickness of 20
A 0 nm polycrystalline silicon film is deposited, and a part of the polycrystalline silicon film is selectively etched by RIE to form a gate electrode 6. Subsequently, using the gate electrode 6 as a mask,
For example, As ions are supplied at 50 keV and 5.0 × 10 15 cm −2.
, And through a thermal process, the n-type layer (source
A drain region 7 is formed.

【0079】これ以後は、従来のMOSトランジスタの
製造と同様に、層間絶縁膜の形成,コンタクトホールの
形成,及び配線形成工程等を経ることにより、MOSト
ランジスタが完成する。
Thereafter, as in the conventional manufacturing of the MOS transistor, the MOS transistor is completed through the steps of forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, and forming a wiring.

【0080】このように本実施形態においても、チャネ
ル領域の直下に設けた2つの絶縁層11がパンチスルー
を効果的に抑制することになるため、第1の実施形態と
同様の効果が得られる。また、第1の実施形態で説明し
たように各種の変形が可能である。さらに、本実施形態
においては堆積したシリコンの再結晶化を施していない
が、第2の実施形態と同様に堆積したシリコンの再結晶
化を施してもよい。
As described above, also in the present embodiment, since the two insulating layers 11 provided immediately below the channel region effectively suppress punch-through, the same effect as in the first embodiment can be obtained. . Further, various modifications are possible as described in the first embodiment. Further, in this embodiment, the deposited silicon is not recrystallized, but the deposited silicon may be recrystallized in the same manner as in the second embodiment.

【0081】また、本実施形態においては図10(a)
に示される工程において、後に絶縁層に挟まれる領域の
外側のシリコンをエッチングしたが、後に絶縁層に挟ま
れる領域をエッチングしてその後は同様の工程を経たと
しても本実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本
実施形態においては絶縁層をチャネル領域の下部の2箇
所に形成したが、シリコンをエッチングする領域を変え
ることにより3箇所以上の所に絶縁層を形成したとして
も本実施形態と同様の効果が得られる。
In this embodiment, FIG.
In the process shown in (2), silicon outside the region sandwiched by the insulating layers is etched later, but the same effect as that of the present embodiment can be obtained even if the region sandwiched by the insulating layers is etched later and the same process is performed thereafter. can get. Further, in the present embodiment, the insulating layer is formed at two places below the channel region. However, even if the insulating layer is formed at three or more places by changing the region where silicon is etched, the same as in the present embodiment. The effect is obtained.

【0082】(第7の実施形態)図12は、本発明の第
7の実施形態に係わるMOSトランジスタの製造工程を
示す断面図である。
(Seventh Embodiment) FIG. 12 is a sectional view showing a process for manufacturing a MOS transistor according to a seventh embodiment of the present invention.

【0083】第6の実施形態の図11(d)に示される
工程に引き続いて、図12(a)に示すように、RIE
法等の異方性エッチングを施すことにより基板1のpウ
ェル領域2の一部をエッチングし、しかる後にシリコン
層1″を堆積する。そして、pウェル領域2中に、所望
のしきい値電圧を得るために例えばBイオン4を15k
eV,1.0×1013cm-2で注入することにより、チ
ャネル表面の濃度を調節する。
Following the step shown in FIG. 11D of the sixth embodiment, as shown in FIG.
A part of the p-well region 2 of the substrate 1 is etched by performing anisotropic etching such as a method, and then a silicon layer 1 ″ is deposited. Then, a desired threshold voltage is formed in the p-well region 2. For example, to obtain B ion 4 15k
The concentration on the surface of the channel is adjusted by injecting eV at 1.0 × 10 13 cm −2 .

【0084】次いで、図12(b)に示すように、Pを
含有する多結晶シリコン13をLPCVD法により堆積
し、その後にシリコン表面の平坦化を行う。ここで、L
PCVD法の代りに、エピタキシャル成長法でPを含有
するシリコン13を成長させてもよい。そして、例えば
800℃の10%HCl雰囲気でシリコンの表面を酸化
することにより、厚さ4nmの酸化シリコン膜(ゲート
絶縁膜)5を形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, polycrystalline silicon 13 containing P is deposited by the LPCVD method, and thereafter, the silicon surface is flattened. Where L
Instead of the PCVD method, the P-containing silicon 13 may be grown by an epitaxial growth method. Then, for example, a silicon oxide film (gate insulating film) 5 having a thickness of 4 nm is formed by oxidizing the surface of silicon in a 10% HCl atmosphere at 800 ° C.

【0085】次いで、図12(c)に示すように、酸化
シリコン膜5の上に例えばLPCVD法により厚さ20
0nmの多結晶シリコン膜を堆積し、RIE法によりこ
の多結晶シリコン膜の一部を選択的にエッチングしてゲ
ート電極6を形成する。
Then, as shown in FIG. 12C, a silicon oxide film 5 having a thickness of 20
A 0 nm polycrystalline silicon film is deposited, and a part of the polycrystalline silicon film is selectively etched by RIE to form a gate electrode 6.

【0086】これ以後は、従来のMOSトランジスタの
製造と同様に、層間絶縁膜の形成,コンタクトホールの
形成,及び配線形成工程等を経ることにより、MOSト
ランジスタが作成される。
Thereafter, in the same manner as in the manufacture of a conventional MOS transistor, a MOS transistor is formed through the steps of forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, and forming a wiring.

【0087】本実施形態においては、ソース・ドレイン
形成のためにPを含有するシリコンを用いたが、他のV
族不純物を含有するシリコンを用いたとしても、本実施
形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態におい
てはシリコン堆積後に再結晶化を施していないが、シリ
コン堆積後に再結晶化を行ったとしても本実施形態と同
様の効果が得られる。さらに、本実施形態は第6の実施
形態の表面平坦化工程に引き続いて行う方法であるが、
第2の実施形態のようにシリコンの再結晶化を施した後
の表面平坦化工程に引き続いて本実施形態と同様の工程
を経て電界効果トランジスタを形成したとしても、本実
施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
In this embodiment, P-containing silicon is used for forming the source / drain.
The same effect as in the present embodiment can be obtained even when silicon containing group-group impurities is used. In this embodiment, recrystallization is not performed after silicon deposition. However, even if recrystallization is performed after silicon deposition, the same effect as in the present embodiment can be obtained. Further, the present embodiment is a method performed following the surface flattening step of the sixth embodiment.
Even if a field-effect transistor is formed through a process similar to that of the present embodiment following the surface flattening process after the recrystallization of silicon as in the second embodiment, the same effect as that of the present embodiment can be obtained. Needless to say, this is obtained.

【0088】(第8の実施形態)図13及び図14は、
本発明の第8の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図である。
(Eighth Embodiment) FIG. 13 and FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the eighth embodiment of the present invention.

【0089】第6の実施形態の図11(d)に示される
工程に引き続いて、図13(a)に示すように、RIE
法等の異方性エッチングを行うことにより、シリコン基
板1のpウェル領域2の一部をエッチングし、絶縁層1
1を露出させる。
Following the step shown in FIG. 11D of the sixth embodiment, as shown in FIG.
By performing anisotropic etching such as a method, a part of the p-well region 2 of the silicon substrate 1 is etched to form the insulating layer 1.
Expose 1

【0090】そして、図13(b)(c)(d)及び図
14(e)(f)(g)に示すように、前記図6及び図
7と全く同様の工程を経ることにより、MOSトランジ
スタが作成される。
Then, as shown in FIGS. 13 (b), (c) and (d) and FIGS. 14 (e), (f) and (g), the MOS transistors are obtained through the same steps as in FIGS. A transistor is created.

【0091】(第9の実施形態)図15及び図16は、
本発明の第9の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図である。
(Ninth Embodiment) FIG. 15 and FIG.
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing step of a MOS transistor according to a ninth embodiment of the present invention.

【0092】第6の実施形態の図11(d)に示される
工程に引き続いて、図15(a)に示すように、RIE
法等の異方性エッチングを施すことにより、シリコン基
板1のpウェル領域2の一部をエッチングし、絶縁層1
1を露出させる。
Following the step shown in FIG. 11D of the sixth embodiment, as shown in FIG.
By performing anisotropic etching such as a method, a part of the p-well region 2 of the silicon substrate 1 is etched to form the insulating layer 1.
Expose 1

【0093】そして、図15(b)(c)(d)及び図
16(e)(f)(g)(h)に示すように、前記図8
及び図9と全く同様の工程を経ることにより、MOSト
ランジスタが作成される。
As shown in FIGS. 15 (b), (c), (d) and FIGS. 16 (e), (f), (g), (h), FIG.
Through the same steps as those shown in FIG. 9 and FIG. 9, a MOS transistor is formed.

【0094】(第10の実施形態)図17は、本発明の
第10の実施形態に係わるMOSトランジスタの素子構
造を示す断面図である。
(Tenth Embodiment) FIG. 17 is a sectional view showing an element structure of a MOS transistor according to a tenth embodiment of the present invention.

【0095】基本的な構成は図1と同様であるが、本実
施形態ではこれに加えて、pウェル領域2内にソース・
ドレイン領域7とは素子分離酸化膜3で分離されたp型
層27を形成し、このp型層27に接続する電極30を
設けている。即ち、pウェル領域2は本来のトランジス
タ形成領域よりも大きく形成され、トランジスタ部とそ
の外側は素子分離酸化膜3により表面部が分離されてい
る。そして、ソース側及びドレイン側のそれぞれにおい
て、トランジスタ部の外側のp型層27に基板電位印加
のための電極30が接続されている。
Although the basic structure is the same as that of FIG. 1, in this embodiment, in addition to this, the source
A p-type layer 27 separated from the drain region 7 by the element isolation oxide film 3 is formed, and an electrode 30 connected to the p-type layer 27 is provided. That is, the p-well region 2 is formed larger than the original transistor formation region, and the surface of the transistor portion and the outside thereof are separated by the element isolation oxide film 3. On each of the source side and the drain side, an electrode 30 for applying a substrate potential is connected to the p-type layer 27 outside the transistor section.

【0096】このような構成であれば、第1の実施形態
と同様の効果が得られるのは勿論のこと、ソース側及び
ドレイン側のウェルに独立に電位を印加することができ
るので、基板バイアス効果を有効に利用することができ
る。例えば、ドレイン近傍のみバイアスを加えることが
可能である。
With such a structure, not only the same effects as in the first embodiment can be obtained, but also the potential can be independently applied to the source-side and drain-side wells. The effect can be used effectively. For example, it is possible to apply a bias only near the drain.

【0097】次に、本実施形態のMOSトランジスタの
製造方法を、図18を参照して説明する。まず、図18
(a)に示すように、第1の実施形態の図2(a)〜
(c)の工程と同様にして、p型シリコン基板1の表面
部近くに、絶縁層11を基板深さ方向に形成する。
Next, a method for manufacturing the MOS transistor of the present embodiment will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in FIG. 2A, FIGS.
Similarly to the step (c), an insulating layer 11 is formed near the surface of the p-type silicon substrate 1 in the depth direction of the substrate.

【0098】次いで、図18(b)に示すように、例え
ばBイオンを100keV,2.0×1013cm-2で注
入し、その後に例えば1190℃,150分の熱工程を
経ることによりpウェル領域2を形成する。続いて、例
えばLOCOS法により素子分離酸化膜3を形成する。
ここで、素子分離酸化膜3はpウェル領域2上で、トラ
ンジスタ形成領域及びトランジスタ部外側のp型層形成
領域を除く領域に形成する。
Next, as shown in FIG. 18 (b), for example, B ions are implanted at 100 keV and 2.0 × 10 13 cm -2 , and thereafter, a p-type heat treatment is performed at, for example, 1190 ° C. for 150 minutes. A well region 2 is formed. Subsequently, the element isolation oxide film 3 is formed by, for example, the LOCOS method.
Here, the isolation oxide film 3 is formed on the p-well region 2 in a region excluding the transistor formation region and the p-type layer formation region outside the transistor portion.

【0099】次いで、図18(c)に示すように、pウ
ェル領域2中に、所望のしきい値電圧を得るために例え
ばBイオン4を15keV,1.0×1013cm-2で注
入することにより、チャネル表面の濃度を調節する。そ
して、例えば800℃の10%HCl雰囲気でシリコン
の表面を酸化することにより、厚さ4nmの酸化シリコ
ン膜(ゲート絶縁膜)5を形成する。
Next, as shown in FIG. 18C, for example, B ions 4 are implanted into the p-well region 2 at 15 keV and 1.0 × 10 13 cm -2 to obtain a desired threshold voltage. By doing so, the concentration on the channel surface is adjusted. Then, for example, a silicon oxide film (gate insulating film) 5 having a thickness of 4 nm is formed by oxidizing the surface of silicon in a 10% HCl atmosphere at 800 ° C.

【0100】次いで、図18(d)に示すように、酸化
シリコン膜5の上にLPCVD法により厚さ200nm
の多結晶シリコン膜を堆積し、RIE法によりこの多結
晶シリコン膜を選択エッチングしてゲート電極6を形成
する。その後に、例えばAsイオンを50keV,5.
0×1015cm-2で注入し、続いて例えばBF2 イオン
を30keV,5.0×1015cm-2で注入し熱工程を
経ることにより、n型層としてのソース・ドレイン領域
7と、p型層としての基板のコンタクト部分27を形成
する。
Next, as shown in FIG. 18D, a 200 nm-thick film was formed on the silicon oxide film 5 by LPCVD.
Is deposited, and the polycrystalline silicon film is selectively etched by RIE to form a gate electrode 6. Thereafter, for example, As ions are supplied at 50 keV,
Implantation is performed at 0 × 10 15 cm −2 , and then, for example, BF 2 ions are implanted at 30 keV and 5.0 × 10 15 cm −2 , and a heat process is performed. Then, a contact portion 27 of the substrate as a p-type layer is formed.

【0101】これ以降は、層間絶縁膜8としてCVD法
で酸化シリコン膜を500nm堆積し、コンタクト部を
RIE法にて開孔する。そして、シリコンを1%含有す
るアルミニウム膜をスパッタ法で堆積させ、パターニン
グにより配線10を形成することにより、前記図17に
示す構造が得られる。
Thereafter, a 500 nm-thick silicon oxide film is deposited as the interlayer insulating film 8 by the CVD method, and the contact portion is opened by the RIE method. Then, an aluminum film containing 1% of silicon is deposited by a sputtering method, and the wiring 10 is formed by patterning, whereby the structure shown in FIG. 17 is obtained.

【0102】なお、本実施形態においては、第1の実施
形態で説明したような各種の変形が可能である。また、
本実施形態においては堆積したシリコンの再結晶化を施
していないが、第2の実施形態と同様に堆積したシリコ
ンの再結晶化を施したとしても本実施形態と同様の効果
が得られる。
In the present embodiment, various modifications as described in the first embodiment are possible. Also,
Although the deposited silicon is not recrystallized in the present embodiment, the same effect as in the present embodiment can be obtained even if the deposited silicon is recrystallized in the same manner as in the second embodiment.

【0103】また、本実施形態においては図18(a)
に示される工程において、後に絶縁層で充填される領域
を一箇所のみ形成したが、2箇所以上の領域を形成した
としても本実施形態と同様の効果が得られる。また、本
実施形態においてはチャネル下の絶縁層として酸化シリ
コンを用いたが他の絶縁物も用いて素子を形成してもよ
い。さらに、本実施形態においては基板電位を与えるた
めの電極を2箇所に設けているが、基板電極を取る位置
は2箇所に限定するものではなく、電極を1箇所のみよ
りとる、又は3箇所以上から取ることにしても、本実施
形態と同様の効果が得られることは勿論である。
In this embodiment, FIG.
In the process shown in (1), only one region to be filled with the insulating layer later is formed, but the same effect as in the present embodiment can be obtained even if two or more regions are formed. Further, in this embodiment, silicon oxide is used as the insulating layer below the channel, but the element may be formed using another insulating material. Further, in the present embodiment, the electrodes for applying the substrate potential are provided at two places. However, the positions at which the substrate electrodes are taken are not limited to two places, and the electrodes may be taken from only one place or three or more places. Of course, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

【0104】(第11の実施形態)図19は、本発明の
第11の実施形態に係わるMOSトランジスタの製造工
程を示す断面図である。
(Eleventh Embodiment) FIG. 19 is a sectional view showing a manufacturing process of a MOS transistor according to an eleventh embodiment of the present invention.

【0105】まず、図19(a)に示すように、p型シ
リコン基板1の一部を例えばRIE法等の異方性エッチ
ングで選択的にエッチングし、開口が狭く基板深さ方向
に長い溝1bを形成する。このとき、溝1bの紙面表裏
方向の長さは、形成すべきMOSトランジスタのチャネ
ル領域の幅よりも長いものとする。
First, as shown in FIG. 19A, a part of the p-type silicon substrate 1 is selectively etched by anisotropic etching such as RIE to form a groove having a narrow opening and extending in the substrate depth direction. 1b is formed. At this time, the length of the groove 1b in the front-back direction of the drawing is longer than the width of the channel region of the MOS transistor to be formed.

【0106】次いで、図19(b)に示すように、LP
CVD法等の方法により酸化シリコン11′を堆積して
溝内を埋め込んだ後、表面の平坦化を行う。これによ
り、溝1b内のみに絶縁層11が埋め込まれた構造が得
られる。
Next, as shown in FIG.
After the silicon oxide 11 'is deposited by a method such as the CVD method to fill the trench, the surface is flattened. Thereby, a structure in which the insulating layer 11 is embedded only in the groove 1b is obtained.

【0107】次いで、図19(c)に示すように、例え
ばBイオンを100keV,2.0×1013cm-2で注
入し、その後に例えば1190℃,150分の熱工程を
経ることにより、pウェル領域2を形成する。続いて、
例えばLOCOS法により素子分離酸化膜3を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 19C, for example, B ions are implanted at 100 keV and 2.0 × 10 13 cm −2 , and then a heat step is performed at 1190 ° C. for 150 minutes, for example. A p-well region 2 is formed. continue,
For example, the element isolation oxide film 3 is formed by the LOCOS method.

【0108】これ以降は、第3の実施形態の図5(a)
〜(d)に示す工程と同様に、RIE法による基板の蝕
刻、LPCVD法によるシリコンの堆積、Bイオンの注
入によるチャネル表面の濃度調節、LPCVD法による
Pを含有するシリコンの堆積、シリコン表面の平坦化、
シリコンの表面の酸化による酸化シリコン膜の形成、L
PCVD法による多結晶シリコン膜の堆積、RIE法に
よる多結晶シリコン膜のパターニングによるゲート電極
の形成、等のプロセスを経ることにより、MOSトラン
ジスタが作成される。
Thereafter, FIG. 5A of the third embodiment will be described.
(D) etching of the substrate, deposition of silicon by LPCVD, concentration adjustment of the channel surface by implantation of B ions, deposition of P-containing silicon by LPCVD, Flattening,
Formation of silicon oxide film by oxidation of silicon surface, L
A MOS transistor is formed by performing processes such as deposition of a polycrystalline silicon film by the PCVD method and formation of a gate electrode by patterning the polycrystalline silicon film by the RIE method.

【0109】なお、本実施形態における図19(c)に
示される工程に引き続いて、第4の実施形態の図6及び
図7に示す工程と同様にしてトランジスタを製造するこ
とも可能である。さらに、本実施形態の図19(c)に
示される工程に引き続いて、第5の実施形態の図8及び
図9に示す工程と同様にしてトランジスタを製造するこ
とも可能である。また、第1の実施形態で説明したのと
同様の変形が可能である。
It is to be noted that, following the step shown in FIG. 19C in this embodiment, a transistor can be manufactured in the same manner as the steps shown in FIGS. 6 and 7 of the fourth embodiment. Further, following the step shown in FIG. 19C of this embodiment, a transistor can be manufactured in the same manner as the steps shown in FIGS. 8 and 9 of the fifth embodiment. Further, modifications similar to those described in the first embodiment are possible.

【0110】(第12の実施形態)図20及び図21
は、本発明の第12の実施形態に係わるMOSトランジ
スタの製造工程を示す断面図である。
(Twelfth Embodiment) FIGS. 20 and 21
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the twelfth embodiment of the present invention.

【0111】まず、図20(a)に示すように、p型シ
リコン基板1に例えばBイオンを100keV,2.0
×1013cm-2で注入し、その後に例えば1190℃,
150分の熱工程を経ることにより、pウェル領域2を
形成する。続いて、例えばLOCOS法により素子分離
酸化膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 20A, for example, B ions are applied to the p-type silicon substrate 1 at 100 keV and 2.0 keV.
× 10 13 cm -2 and then, for example, 1190 ° C,
The p-well region 2 is formed through a heating step for 150 minutes. Subsequently, the element isolation oxide film 3 is formed by, for example, the LOCOS method.

【0112】次いで、図20(b)に示すように、例え
ばLPCVD法等により窒化シリコン16を堆積し、R
IE法等の異方性エッチングを施すことによりその一部
を除去して開口部を形成する。そして、酸化シリコンを
LPCVD法等の方法により堆積し、RIE法等の異方
性エッチングを施すことにより、酸化シリコン側壁20
を形成する。
Next, as shown in FIG. 20B, a silicon nitride 16 is deposited by, for example, the LPCVD method or the like, and R
By performing anisotropic etching such as the IE method, a part of the opening is removed to form an opening. Then, silicon oxide is deposited by a method such as the LPCVD method, and is subjected to anisotropic etching such as the RIE method so that the silicon oxide sidewall 20 is formed.
To form

【0113】次いで、図20(c)に示すように、窒化
シリコン16及び酸化シリコン側壁20をマスクに、R
IE法等の異方性エッチングを施すことにより、基板1
に溝を形成する。そして、例えばLPCVD法等の方法
により酸化シリコン11′を堆積する。そして、RIE
法等の異方性エッチングを施すことにより、溝内のみに
絶縁層11が埋め込まれた構造が得られる。
Next, as shown in FIG. 20C, the silicon nitride 16 and the silicon oxide
By performing anisotropic etching such as the IE method, the substrate 1
A groove is formed in the groove. Then, silicon oxide 11 'is deposited by a method such as the LPCVD method. And RIE
By performing anisotropic etching such as a method, a structure in which the insulating layer 11 is embedded only in the groove can be obtained.

【0114】次いで、図21(d)に示すように、例え
ばLPCVD法等の方法によりシリコン17を堆積し、
表面を平坦化した後に、例えばRIE法等の方法でシリ
コン層17をエッチバックする。そして、例えば800
℃の10%HCl雰囲気でシリコンの表面を酸化するこ
とにより、厚さ4nmの酸化シリコン膜(ゲート絶縁
膜)5を形成する。
Next, as shown in FIG. 21D, silicon 17 is deposited by a method such as the LPCVD method.
After the surface is flattened, the silicon layer 17 is etched back by a method such as the RIE method. And, for example, 800
A silicon oxide film (gate insulating film) 5 having a thickness of 4 nm is formed by oxidizing the surface of silicon in a 10% HCl atmosphere at a temperature of 10 ° C.

【0115】次いで、図21(e)に示すように、例え
ばLPCVD法等により多結晶シリコンを堆積し表面を
平坦化することにより、ゲート電極6をセルフアライン
で形成する。その後、窒化シリコン16を除去する。
Next, as shown in FIG. 21E, the gate electrode 6 is formed in a self-aligned manner by depositing polycrystalline silicon by, for example, the LPCVD method and flattening the surface. After that, the silicon nitride 16 is removed.

【0116】次いで、図21(f)に示すように、ゲー
ト電極6をマスクに例えばAsイオンを50keV,
5.0×1015cm-2で注入し、熱工程を経ることによ
り、n型層(ソース・ドレイン領域)7を形成する。
Next, as shown in FIG. 21F, for example, As ions are applied at 50 keV and 50 keV using the gate electrode 6 as a mask.
Implantation is performed at 5.0 × 10 15 cm −2 , and a thermal process is performed to form an n-type layer (source / drain region) 7.

【0117】これ以後は、従来のMOSトランジスタの
製造と同様に、層間絶縁膜の形成,コンタクトホールの
形成,及び配線形成工程等を経ることにより、MOSト
ランジスタが作成される。
Thereafter, in the same manner as in the manufacture of a conventional MOS transistor, a MOS transistor is formed through the steps of forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, and forming a wiring.

【0118】なお、本実施形態においては、第1の実施
形態で説明したような各種の変形が可能である。また、
本実施形態においてはシリコン堆積後に再結晶化を施し
ていないが、シリコン堆積後に再結晶化を行ったとして
も本実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施
形態においてはチャネル下の絶縁物として酸化シリコン
を用いたが他の絶縁物も用いて素子を形成したとしても
本実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもな
い。
In the present embodiment, various modifications as described in the first embodiment are possible. Also,
In the present embodiment, recrystallization is not performed after silicon deposition. However, even if recrystallization is performed after silicon deposition, the same effect as in the present embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, silicon oxide is used as an insulator under the channel, but it goes without saying that the same effect as in the present embodiment can be obtained even if an element is formed using another insulator.

【0119】[0119]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、チ
ャネル領域の直下に絶縁層を設け、この絶縁層によりパ
ンチスルーを抑制する構成としているので、SOIでは
なくバルク基板を用いながら、チャネル領域の不純物濃
度を低くしても短チャネル効果を十分に抑制することが
できる。その結果として、高い駆動力を有する高性能の
微細素子を実現することが可能となる。
As described in detail above, according to the present invention, an insulating layer is provided immediately below a channel region, and punch-through is suppressed by this insulating layer. Even if the impurity concentration of the channel region is reduced, the short channel effect can be sufficiently suppressed. As a result, a high-performance fine element having a high driving force can be realized.

【0120】また、ウェルの電位を複数箇所で異なる値
に制御することができ、基板バイアス効果を有効に利用
することが可能となる。これらの結果として、高性能の
MOS型電界効果トランジスタを実現することが可能と
なり、その有用性は絶大である。
Further, the potential of the well can be controlled to different values at a plurality of locations, and the substrate bias effect can be effectively used. As a result, a high-performance MOS field-effect transistor can be realized, and its usefulness is enormous.

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

【図1】第1の実施形態に係わるMOSトランジスタの
素子構造を示す断面図。
FIG. 1 is an exemplary sectional view showing the element structure of a MOS transistor according to a first embodiment;

【図2】第1の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the first embodiment.

【図3】第1の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the first embodiment.

【図4】第2の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a step of manufacturing the MOS transistor according to the second embodiment.

【図5】第3の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of the MOS transistor according to the third embodiment.

【図6】第4の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a manufacturing process of a MOS transistor according to a fourth embodiment.

【図7】第4の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the MOS transistor according to the fourth embodiment.

【図8】第5の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing a manufacturing process of the MOS transistor according to the fifth embodiment.

【図9】第5の実施形態に係わるMOSトランジスタの
製造工程を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the fifth embodiment;

【図10】第6の実施形態に係わるMOSトランジスタ
の製造工程を示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the sixth embodiment;

【図11】第6の実施形態に係わるMOSトランジスタ
の製造工程を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the sixth embodiment.

【図12】第7の実施形態に係わるMOSトランジスタ
の製造工程を示す断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the seventh embodiment;

【図13】第8の実施形態に係わるMOSトランジスタ
の製造工程を示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the eighth embodiment;

【図14】第8の実施形態に係わるMOSトランジスタ
の製造工程を示す断面図。
FIG. 14 is a sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the eighth embodiment;

【図15】第9の実施形態に係わるMOSトランジスタ
の製造工程を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the ninth embodiment;

【図16】第9の実施形態に係わるMOSトランジスタ
の製造工程を示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the ninth embodiment;

【図17】第10の実施形態に係わるMOSトランジス
タの素子構造を示す断面図。
FIG. 17 is a sectional view showing an element structure of a MOS transistor according to a tenth embodiment.

【図18】第10の実施形態に係わるMOSトランジス
タの製造工程を示す断面図。
FIG. 18 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the tenth embodiment.

【図19】第11の実施形態に係わるMOSトランジス
タの製造工程を示す断面図。
FIG. 19 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the eleventh embodiment.

【図20】第12の実施形態に係わるMOSトランジス
タの製造工程を示す断面図。
FIG. 20 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the twelfth embodiment;

【図21】第12の実施形態に係わるMOSトランジス
タの製造工程を示す断面図。
FIG. 21 is a sectional view showing a manufacturing step of the MOS transistor according to the twelfth embodiment;

【図22】従来のMOSトランジスタの製造工程を示す
断面図。
FIG. 22 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional MOS transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…p型シリコン基板 2…pウェル領域 3…素子分離酸化膜 4…Bイオン 5…酸化シリコン膜(ゲート絶縁膜) 6…ゲート電極 7…n型層(ソース・ドレイン領域) 10…配線電極 11…絶縁層 13…多結晶シリコン 14,16…窒化シリコン 15…酸化シリコン膜 17…シリコン層 20…酸化シリコン側壁 27…p型層(基板コンタクト部分) 30…基板電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... p-type silicon substrate 2 ... p-well region 3 ... element isolation oxide film 4 ... B ion 5 ... silicon oxide film (gate insulating film) 6 ... gate electrode 7 ... n-type layer (source / drain region) 10 ... wiring electrode DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Insulating layer 13 ... Polycrystalline silicon 14, 16 ... Silicon nitride 15 ... Silicon oxide film 17 ... Silicon layer 20 ... Silicon oxide side wall 27 ... P-type layer (substrate contact part) 30 ... Substrate electrode

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板の表面上にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極が形成され、このゲート電極下部のチャネ
ル領域を挟んで基板表面部にソース・ドレイン領域が形
成された半導体装置において、 前記ゲート電極下の基板内に、前記チャネル領域をソー
ス側とドレイン側で分離するように、チャネル長方向の
厚みがチャネル長よりも薄い絶縁層を基板表面と接する
ことなく配設してなることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising: a gate electrode formed on a surface of a semiconductor substrate via a gate insulating film; and a source / drain region formed on a surface of the substrate with a channel region below the gate electrode interposed therebetween. In the substrate under the gate electrode, an insulating layer having a thickness in the channel length direction smaller than the channel length is provided without contacting the substrate surface so as to separate the channel region on the source side and the drain side. Characteristic semiconductor device.
【請求項2】前記絶縁層は、基板深さ方向及びチャネル
幅方向に平行な面内に配設されていることを特徴とする
請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said insulating layer is provided in a plane parallel to a substrate depth direction and a channel width direction.
【請求項3】前記ソース・ドレイン領域は、前記基板に
形成されたウェルの表面部に形成され、前記絶縁層の下
端は該ウェルの底部を突き出て下地基板に達しているこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source / drain region is formed on a surface of a well formed in the substrate, and a lower end of the insulating layer protrudes from a bottom of the well to reach a base substrate. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】前記ソース・ドレイン領域とは別に、前記
ウェルのソース側に接続される電極と、前記ウェルのド
レイン側に接続される電極とを設けてなることを特徴と
する請求項3記載の半導体装置。
4. An electrode connected to the source side of the well and an electrode connected to the drain side of the well are provided separately from the source / drain regions. Semiconductor device.
【請求項5】前記ゲート電極を挟んだ基板表面の一部は
ゲート電極下の基板表面よりも深い位置までエッチング
され、このエッチング部分に前記ソース・ドレイン領域
が形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a part of the substrate surface sandwiching the gate electrode is etched to a position deeper than a substrate surface below the gate electrode, and the source / drain region is formed in the etched portion. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項6】半導体基板の表面上にゲート絶縁膜を介し
てゲート電極を有し、このゲート電極下部のチャネル領
域を挟んで基板表面部にソース・ドレイン領域を有する
半導体装置の製造方法において、 前記基板の表面部近くに、形成すべきMOS型の電界効
果トランジスタのチャネル領域の長さよりも薄い絶縁層
を、基板表面に接することなく基板深さ方向に形成する
工程と、前記絶縁層によってチャネル領域がソース側と
ドレイン側に分離されるように、ゲート電極及びソース
・ドレイン領域を形成する工程とを含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
6. A method of manufacturing a semiconductor device having a gate electrode on a surface of a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and having a source / drain region on a substrate surface with a channel region below the gate electrode interposed therebetween. Forming an insulating layer, which is thinner than the length of the channel region of the MOS field effect transistor to be formed, in the depth direction of the substrate near the surface of the substrate without contacting the substrate surface; Forming a gate electrode and a source / drain region so that the region is separated into a source side and a drain side.
【請求項7】前記基板の表面部近くに絶縁層を形成する
工程として、前記基板の一部を選択エッチングして基板
表面に段差部を形成したのち、この段差部を含んで基板
表面に絶縁層を形成し、次いでこの絶縁層をエッチバッ
クして段差側部に残し、次いで前記段差部を埋め込むよ
うに半導体層を堆積又はエピタキシャル成長し、次いで
この半導体層の表面を平坦化することを特徴とする請求
項6記載の半導体装置の製造方法。
7. A step of forming an insulating layer near the surface of the substrate, forming a step on the surface of the substrate by selectively etching a part of the substrate, and insulating the surface of the substrate including the step. Forming a layer, then etching back the insulating layer on the side of the step, depositing or epitaxially growing a semiconductor layer so as to fill the step, and then planarizing the surface of the semiconductor layer. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
【請求項8】前記基板の表面部近くに絶縁層を形成する
工程として、前記基板にチャネル長方向の厚みがチャネ
ル長よりも薄く、基板の深さ方向に延びた溝をチャネル
幅方向に沿って形成したのち、この溝内に絶縁層を埋め
込み、しかるのち前記基板表面及び絶縁層上に前記MO
S型の電界効果トランジスタのチャネル領域となる半導
体層を形成することを特徴とする請求項6記載の半導体
装置の製造方法。
8. A step of forming an insulating layer near a surface portion of the substrate, wherein a thickness of the substrate in a channel length direction is smaller than the channel length, and a groove extending in a depth direction of the substrate is formed along the channel width direction. After that, an insulating layer is buried in the groove, and then the MO layer is formed on the substrate surface and the insulating layer.
7. The method according to claim 6, wherein a semiconductor layer serving as a channel region of the S-type field effect transistor is formed.
【請求項9】前記溝を形成するために、前記基板上にス
トライプ開口を有する第1のマスクを形成した後、この
マスクの開口側部に第2のマスクをセルフアラインで形
成し、しかるのち第1及び第2のマスクを用いて前記基
板を選択エッチング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。
9. After forming a first mask having a stripe opening on the substrate to form the groove, a second mask is formed in a self-aligned manner on the opening side of the mask. 9. The method according to claim 8, wherein the substrate is selectively etched using the first and second masks.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6642575B1 (en) 1998-12-04 2003-11-04 Kabushiki Kaisha Toshiba MOS transistor with vertical columnar structure

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