JPS60183773A - Mis型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Mis型半導体装置の製造方法

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JPS60183773A
JPS60183773A JP3951284A JP3951284A JPS60183773A JP S60183773 A JPS60183773 A JP S60183773A JP 3951284 A JP3951284 A JP 3951284A JP 3951284 A JP3951284 A JP 3951284A JP S60183773 A JPS60183773 A JP S60183773A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、MISル9半2.9体装置及びその製造方法
に関する。
〔発明の技術的背景とその間;但点〕
近年、半心体集17.1−回路の急速な冒密度化により
、ケ9−ト長の縮小化や拡散層領域の1111小化がは
かられている。しかしながら、ダート長の縮小化はしき
い値電圧(Vth)の低下等の短チヤネル効果を招き、
デバイス特性の悪化を引起こしていた。
短チヤネル効果を軽減するためには、拡散層(ソース・
ドレイン)の接合深さくXj )を浅くスること、ダー
トfff化膜ノ;iを薄くすることやチャネル下の不純
物一度を高くする等の方法が取られている。しかし、ザ
ブミクロン長程度或いはそれ以下の素子になると、短チ
ヤネル効果をli減させるための上記の手法では不十分
になり限界となっている。
即ち、拡散層の接合深さXjt浅くするにも限界があり
、ザブミクロン程度のデバイスC4iiにPチャネルM
O8)ランジスタにおいて)ではこiLによる短チヤネ
ル効果の軽減も限界となっている。また、チャネル下の
不純物濃度を高くした場合、同時に拡散層の底部令1近
の逆27′)電型不純物濃度も篩〈なってしまう。その
2.+己i上、拡散層の接合寄生客月・が大きくなり、
回路の伝1<3遅延が太きくなってし甘う。
一方、拡散層領域の縮小化もケ゛−ト長の縮小化と同様
にガtしい問題を含んでいる。即ち、コンタクトホール
の大きさがザブミクロン長或いはそれ以下になると非常
に大きなコンタクト抵抗を持つようになシ、コンタクト
ホールの縮小化が文任しくなる。従って、従来の(1N
造では拡散層領域の縮小化を行うことが極めて困かIL
であり、これが高集積化を妨げる問題となっている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、短チヤネル効果を抑えることができ、
かつ拡散層の接合寄生容h;:を小さくすることができ
、高集枦化及び応答特性の高速化をはか9得るMIS型
半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、ソース・ドレインを薄い半2.17体
膜からの不純物の横方向拡散によって形成することにあ
る。
即ち本発明は、MIS型半導体装置において、半導体基
板の表面側に相互に離間して設けられた溝部と、これら
の溝部内に上記基板表面を越えないように埋め込まれた
絶縁i1d?と、上5己溝部内の絶縁膜上に6iI記基
根表面と同じ高さとなるように埋め込まれ、かつ不純物
が1シフJ Cg=にドープされた半4体膜と、この半
導体膜から前記基板内に不純物を横方向に拡散して形成
されたソース・ドレインと、前記縛部間の基板表面上に
ダート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを具備し
たものである。 ゛ また本発明は、上記半尋体妓IIfを製造するに際し、
半導体基板の表面1+liをノg択的にエツチングして
相互に離間した溝部を形成したのち、これらの溝部内に
絶縁膜を埋め込み、かつ該絶縁膜上面を上記基板表面よ
り低く形成し、次いで前記溝部内に単結晶若しくは多糸
、−晶の半;jj:体1夙を埋め込み、かつ該半導体膜
の上面を前記基板表mfと面一状に形成し、次いで前記
活部間のシ、1:版表面上にダート絶縁膜を介してダー
ト絶縁膜を形成し、次いで前記半導体膜に不純物’e 
:rTr 6□λ度にドープし、しかるのち熱死%f行
い上記半導体膜からtitl記基板内に不純物を横方向
拡散してソース・ドレインを形成するようにした方法で
ある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、拡散層の?スさXjが、ij’7’部
内の絶縁膜上に形成する半導体膜の厚さで略決するので
、拡散層の深さXjt任意に浅くすることができる。こ
のため、サブミクロン長或いはぞit以下の素子でも、
シキい値Vth低下の短チヤネル効果が十分に抑えられ
ることになり、素子の微細化及び活性能化に極めて有効
である。さらに、ソース・ドレインと基板との接触面4
゛lfが著しく小さくなるので、拡散層の接合寄生容量
を十分に小さくすることができる。このため、電荷の充
放電による信号の伝搬遅延が小さくなり応“容管性の高
速化をはかり得る。また、従来拡散層領域で使われてい
た面積が略零に近くなるので、素子の面Atiを小さく
することができ、装置の重密度化及び太容f1.t:化
が容易となる。
〔発明の実施例〕
第1図によ本発明の一実施例に係わるMIS型半導体装
置の概略措成を示す断面図である。1゛イ1中11はN
型の半導体基板であり、この基板11の表面側には所定
の距P;Ik );ic間して溝部12が設けられてい
る。これらのIiF部1部内2内絶縁膜13が埋め込ま
れ、さらに絶縁II莫1 、? J二I/CはP型不純
物が高濃度にドープされた半立体膜14が形成され、こ
の半導体膜14の」二面が基板110表面と面一状にな
っている。そして、半導体膜14から上記不純物を基板
11・内に41、λ方向に拡散してソース・ドレイン1
5 a + 15bが形成されている。咬だ、l’]I
前記11°・°、:部1部間2間1r’;板11表面に
はダート絶縁膜16を介してダート電極17が形成され
ている。
このような格成であれば、ソース・ドレイン15a、1
5bを形成する拡散層の深さXjは、絶縁膜13上の半
導体膜14がら拡散された領域の深さになるため、Xj
は半導体膜13の1.lさで略決定される。この半弓体
膜ノ3の厚さは任意に選ぶことができるので、従来のイ
オン注入法では達成されないような浅いXjも可能とな
る。
従って、短チヤネル効果を十分に抑制することができる
。また、接合容f辻に関して見れば、溝部12内に埋め
込まれた絶縁膜13を介した静電容気と半導体基板1ノ
と連続する部分での接合容量との和になる。ここで、前
者容量は厚い絶縁膜13を介しているので十分小さく、
後者客足は接合面積が小さいので十分小さくできる。
このため、接合寄生容Mを著しく減少させることができ
、応答!r¥性の高速化をはかり得る。
次に、上記構造の半導体装置の製造方法について第2図
(a)〜(j)を参照して説明する。
まず、第2図(a)に示す如くN型シリコン基板(半導
体基板)11を漁備し、周知の方法によ#)基板IJ上
に熱酸化IN 21 f:400 [X’) 成長させ
、その後ノクロルシラン(SiH2C42) トアンモ
ニア(NH5)ガスを成長ガスとして用いた減圧CVD
 (Chemical Vapor Depositi
on)法でシリコン窒化膜22を1000〔久〕堆積さ
せる。続いて、シリコン窒化膜22上にレゾスト23を
塗布し、周知の方法により露光・現像を行い、素子分離
領域以外にレジスト23を残す。次いで、第2図(b)
に示す如くレノスト23をマスクとしてシリコン屋化膜
22及び熱酸化膜21f:エツチングする。続いて、C
F4ガスを用いた反応性イオンエツチング(RIE)法
により、シリコン基板11を約0,6〔μm〕の深さに
選択エツチングして溝部12を形成する。ここで、溝部
12″内にはフィールド反転防止のためにリンをJO1
3〔1b〕程度イオン注入しておく。次いで、600〔
℃〕の熱雰囲気において3i)i4と02ガスを>9 
人シ、第2図(c)に示す如くCVD法により全面にS
 io2膜(絶縁膜)13を約5000 [:X]堆積
させる。
さらに、その上にエッチバック用のレゾスト24を塗布
し表面を平坦化する。次いで、CF4系の反応性ガスを
用いたRIE法により真空度30 〔+mntorr)
程度とし、レジスト24と5i02膜13とのエツチン
グ比が同じとなる条件下でレジスト24がなくなるまで
エツチングする。とfLによ’) % 5so2膜13
は基板11表面より低く埋め込まれることになる。その
後、表面に露出したシリコン窒化膜22を周知の技術で
除去する。
次に、600 [℃]の雰囲気下において5iT14系
(D/fスを用い、第2図(e)に示す如く全面に多結
晶シリコン膜(半導体膜)14を約2000 [X]堆
積させる。さらに、その上にエッチパック用のレジスト
25を塗布する。次いで、CF4系のガスを用い7cR
IE法により、レノスト25のエツチングレートが多結
晶シリコン14T 14のそれより僅かに速くなる灸件
下で、レジスト25及び多結晶シリコン膜14を熱酸化
用・工2ノに達するまでエツチングする。これにょυ、
多結晶シリコン膜1jは第2図(f)に示す如く前部1
2内のS i02膜13上に基板11表面と面一状に形
成されることになる。その後、RIEのダメーノ層全除
去する/こめに1000 [℃]の熱酸化雰囲気下で5
00〔入〕程度の酸化膜を形成し、HF系のエツチング
1夜でこれ全1余去する。
次に、周知のフォトリングラフィ1支術で素子分離用の
レジストパターンを(図示せず)を形成し、これをマス
クとしてcct4ガスを主成分とする反応性ガスを用い
たRIE法によシ多結晶シリコン膜14を選択的に除去
し、第2図(g)に示す如く素子外耐用のjjI726
を形成する。次いで、900〜1000 [℃]の0は
囲気下で熱酸化し、第2図(h)に示す如く50〜60
0 [X]程度のダート酸化膜(ダート絶縁膜)16を
形成する。
続いて、CVD法によりゲート酸化膜16上にケ8−ト
電極用の多結晶シリコン膜17を形成し、これを周知の
方法によりパターニングしてケゞ−ト電極とする。その
後、?ロンを3 X 1015〔1/Cb 膜14にP壓不純物金品濃度にドープする。次いで、欽
ノζ処理ヲ施し上記多結晶シリコンI11δ14から基
板11内に2号?ロンを(負方向に拡散させ、ar、2
図(i)に示す如くソース・ドレイン15a。
15bを形成する。
これ以降は、周知の方法によp絶縁pz:42y及びA
7電極28等を形成することによって、第2図(j)に
示す如(MIS型半導体装置が完成することになる。
かくして形成された半導体&敵は、011述した如くソ
ース・ドレイン15a、15bをなす拡散層の深さXj
を十分薄くできるので、しきい値’1−1f圧Vth低
下等の短チヤネル効果を抑えることができ、素子の島性
能化・微細化に極めて有効である。さらに、拡散層の接
合寄生容量が小さくなることから、電荷の充放電による
信号の伝搬遅延が小さくなり応答特性の晶速化をはかり
得る。才だ、隣接する米子間の分離、っ甘り拡散層同士
の分にトラリングラフィ技術で達成可能な最少幅で実現
できるので、素子外1・iltに吸する 1r7II積
f:著しく低減することができる。これにょシ、集積回
路の晶’4+笛度化・犬存り1化が一層容易となった。
なお、本発明は上述した実施例に限定さ)Lるものでは
ない。例えば、前記溝部内に形fizする半導体膜は多
r1′4晶シリコン膜に限カニ:さiLるものではなく
、前記第2 tri (c)に示した状態でシリコン基
板とつながる部分を種として該lIL′:、を小結晶化
させることもできる。さらに、CVD法による多結晶シ
リコン膜に限らず、エピタキシャル成長させた+4L結
晶シリコンliu ff:用いることも可能である。ま
た、素子分離手段としてンま、半導体膜の選択エツチン
グに限らず、上ハ己エツチングすべき部分を選択酸化す
るようにしてもよい。
また、第3図に示す如く半導体膜上にタングステン等の
高融点金属膜を形成し、コンタクト抵抗の低減をはかる
ことも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、神々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わるMIS型学導体装f
?の概略構成を示す断面図、第2図(a)〜(J)は上
記装置の製造工程を示す断面図、第3図は変形例を説明
するだめの断面図である。 11・・・N型シリコン基板(半MX体基板)、12・
・・溝部、13・・・CVD−8i021ご↓(絶縁膜
)、14・・・多結晶シリコン膜(半々j体膜)、15
a、15b・・・ソース・ドレイン、16・・・ケ゛ 
)9化膜(ダート絶縁膜) 、17・・・多結晶シリコ
ンIjl;3 (り−F ’l’jj極)、2ノ・・・
熱酸化膜、22・・・シリコン′:?゛化膜、23.2
4,25・・・レジスト、26・・・ツ;ら予分離用溝
、27・・・絶縁膜、28・・・At4シj極。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第2図 第2図 第2図 jlilllllllJJ 4 3 第3図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板と、この基板の表面側に相互に離間し
    て設けられた溝部と、これらの溝部内に上記基板表面を
    越えないように埋め込まれた絶縁膜と、上記溝部内の絶
    縁股上に前記基板表面と同じ高さとなるように埋め込ま
    れ、かつ不純物が高濃度にドープされた半導体膜と、こ
    の半導体膜から前記基板内に不純物?:横方向に拡散し
    て形成されたソース・ドレインと、011記心部間の基
    板表面上にダート絶縁1漠を介して設けられたデート電
    極とを具備してなることを特徴とするMis型半導体装
    置。
  2. (2) 前記半導体j換は、2000 (z)以下の厚
    さに形成されたものであること全特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のMIS型半導体装置。
  3. (3)前記半導体膜は、その上に該膜よシ低抵抗の膜が
    被着されるものであり、この低抵抗膜は引出し電(返と
    して用いられるものであることを特徴とする特許請求の
    範囲εi’y 1 :j’1.I記1戊のMIs型半導
    体装置。
  4. (4)半導体基板の表面側をjバ択的にエツチングして
    相互に離間した溝部を形成する工程と、これらの溝部内
    に絶縁膜を埋め込み、かつ該絶縁膜上面を上記基板表面
    よシ低く形成する工程と、次いで前記溝部内に浄結晶若
    しくは多結晶の半導体膜を埋め込み、かつ半lび体膜の
    上1iを前記基板表面と而−状に形成する工程と、次い
    で前記溝部間の基板表面上にケ゛−ト絶xl* I摸を
    介してダート電極を形成する工」Nと、次いで前記半勇
    ・体膜に不純物を高濃度に1゛−ゾするエイfI′と、
    しかるのち熱処理を行い上記半導体膜から1)11記基
    板内に不純物′f:横方向拡欣L7てソース・ドレイン
    を形成する工程と全県(1iii したことt 脣ri
    g’+とするMIS型半型半体4体装置造方法。
  5. (5) 前記溝部を形成する工程として、13flt話
    基板上に少なくとも一層の半導体酸化膜及びレジスH摸
    を形成し、これらの多層膜をバターニングしたのち、該
    多層膜をマスクとして上記基板をエツチングするように
    したことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載のMI
    S型半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62165367A (ja) * 1986-01-16 1987-07-21 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
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