JPS6288359A - 相補型半導体装置の製造方法 - Google Patents

相補型半導体装置の製造方法

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JPS6288359A
JPS6288359A JP60230260A JP23026085A JPS6288359A JP S6288359 A JPS6288359 A JP S6288359A JP 60230260 A JP60230260 A JP 60230260A JP 23026085 A JP23026085 A JP 23026085A JP S6288359 A JPS6288359 A JP S6288359A
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transistor
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Naoki Kasai
直記 笠井
Nobuhiro Endo
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    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
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    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS

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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、Si基板上に高密度に形成される相補型半導
体装置の製造方法に関する。
(従来の技術) 低消費電力、広範囲な動作マージンといった特徴を有す
る相補型半導体素子(ri、半導体デバイスの高密度化
、高性能化の点で今後重要性を増してくる。相補型半導
体素子は単結晶81基板上のp型領域にnチャネルMO
8)ランジスタ’Th、n型lJ域にpチャネルMO8
)ランジスタを形成し、この両トランジスタを組み合わ
せることにより得られる半導体デバイスである。CMO
Sデバイスの高密度化を制限する要素として第1に基板
表面付近に低濃度で基板と異なる導電型の領域であるウ
ールを形成することであり、これは高温長時間を熱処理
によってウールが深さ方向以外に横方向にも拡がるので
素子分離領域に余裕をもたせる必要があることに起因す
る。第21C1寄生サイリスクが動作して起こるラッチ
アップを防1トするためにpチャネルMO8)ランジス
タとnチャネルMOSトランジスタを必要以上に離して
設計することである。これらの制限をのり越える方法と
しているいろな素子分離方法が提案されているが、例え
ばヤマグチ等によりアイイーイーイートランザクシ曹ン
ズ オン エレクトロンデバイセズ(IllTRANS
ASTIONS ON ELECTORON DFiV
ICES)第ED−32巻の184ページから193ペ
ージに発表された論文において第2図に示すようにp型
エピタキシャル基板に幅2μmで深さ6μmの溝を形成
し、溝表面を酸化した後多結晶シリコンで埋め込み、エ
ッチバックにより平坦化する分離法である。
続いてリンin型とすべき領域にイオン注入して適当々
深さに拡散させることによってnウェル23を形成する
。フィールド酸化膜を形成した後CMOSデバイスを形
成するものである。本方式はウールの横方向拡散がない
ために素子分離幅が小さくなり、また、エビウーハ−を
用いていることからラッチアップ耐性のあるCMOSデ
バイスが得られ素子の高密度化が期待される。
(発明が解決しようとする問題点) 第2図で示した相補型半導体装置如月いら力、る素子分
離領域を形成するにはシリコン基板に溝を堀り、絶縁膜
等で平坦に埋め込む手順を必要とする。ここで素子分離
幅をより低減しようとすると、高解像性の特殊なリソグ
ラフィー技術や微細溝を埋め込み、平坦化する高度な膜
堆積技術が必要とされ、現状のプロセス技術を用いる限
90.5μm以下の分離幅を実現することが困難であっ
た。本発明の目的は、リソグラフィー技術の解像度に制
限されることなく、かつ微細で平坦な分離を容易に形成
することができる高密度の相補型半導体装置の製造方法
を与えるものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、単結晶シリコン基板上に側面が基板面に対し
て垂直状力る溝を掘り、前記溝の側面部のみに絶縁膜を
形成し、前記溝にのみ選択的に且つ単結晶シリコン基板
表面とほぼ同一平面となるようにシリコンをエピタキシ
ャル成長し、前記単結晶シリコン基板上に絶縁ゲート型
電界効果トランジスタを形成し、エピタキシャル成長層
上に、これと異なる電導型の絶縁ゲート型電界効果型ト
ランジスタを形成する製造方法において、nチャネル電
界効果トランジスタを形成する素子領域の素子分離領域
の深さより浅い領域てイオン注入法により濃いp型層を
形成することによって従来技術の問題点を解決した。す
なわち、本発明の要旨とするところは、垂直状のシリコ
ン溝側面に形成した絶縁膜膜厚を制御することによって
nチャネルトランジスタとpチャネルトランジスタの微
細分離幅を実現する点にある。
(作用) 本発明を用いれば、CMO8’に構成するnチャネルM
IS)ランジスタとpチャネルMIS)ランジスタは基
板そのものと、基板に溝を形成した後、埋込まれたエピ
タキシャル層とに別々に形成させるために、それぞれの
トランジスタは溝側面に堆積した絶縁膜によって分離で
きる。そこで、素子分離領域の寸法は特殊な高解像性リ
ソグラフィー技術に依存することなく絶縁膜の形成膜厚
により任意に選べ、かつ深さはシリコン溝をエツチング
する深さによって決゛牛る。このためCMO8分離に要
求される深くて狭い分離領域を容易に実現できる。また
、ウールの濃度をイオン注入やエピタキシャル成長中の
ドーピング等によシ深さ方向に自由に分布させることが
できるとともにウールの拡がりをほとんど無視できる程
度である。
(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。第1図(、)〜(f)は、本発明の実施例によシ
製造される相補型半導体装置の主な工程における断面構
造を示す模式図である。P型lΩ・工(〜1016の−
3)面方位(100)のS+基板1の表面に熱酸化によ
り厚さ5000cAの5i02膜を形成し、シリコン溝
を堀るための8i0J!マスク2を形成するこの際パタ
ーン方向に<100> とする。次に反応性イオンエツ
チングによりエツチング側面が基板面次に、熱酸化によ
り溝の81面を約2500X酸〜弱) 化した後、再び反応性イオンエツチングにより溝底部の
8i0.膜のみ全エツチングして溝の側面に絶縁膜を残
す。次にマスクを用いることなくイオン注入法によりリ
ン全加速エネルギー120 keVでl x l Q1
′cm−2注入し、活性化のためアニール全行うと第1
図(b)の構造を得る。次に絶縁膜上には堆積すること
なく露出し7’c8 i表面にのみ選択的にSt全エピ
タキシャル成長させ、エピタキシャル層6の厚さがシリ
コン溝の深さと同じとするとシリコン表面がほぼ平坦と
な9た第1図(c)の構造を得る。
次に、エツチングマスクとして用い2sio2膜2をエ
ツチングした後、選択酸化法によりフィールド酸化膜7
を形成し、それを同時にnウール8が得られている。続
いてゲート酸化膜を形成すると第1図(d)’(r得る
。次に、レジストをマスクにMOSトランジスタのしき
い値電圧を制御するためのチャネルイオン注入量それぞ
れ行うが、絶縁膜側壁における反転防止のためのチャネ
ルストッパ全形成するためにnチャネ/I/MOSトラ
ンジスタ全形成する領域に加速エネルギー400 ke
Vで注入量l X I Q14crn−’注入する。こ
れK X ッ”l: 〜l Q”cm−” (D濃度の
層が形成される。次に減圧CVD法により多結晶シリコ
ン64sooX堆積し、リソグラフィー技術と反応性イ
オンエツチング技術を用いてゲート電極11を形成する
。次にnチャネルMOSトランジスタ領域にヒ素を加速
エネルギー150keVで5 X 10 ”cm−2イ
オン注入しnチャネルソースドレイン12’e、pチャ
ネルMO8)ランジスタ領域にホウ素を加速エネルギー
30 keVで2X10”積し、コンタクトホールを開
けた後アルミニウム配線を行うと第1図(f)のようが
断面構造を有する相補型半導体装置が得られる。
本実施例において用いた基板ep型で面方位(100)
としたがこれに限定するものでなく例えばn型基板を用
いてpウールを形成し、基板上(/CpチャネルMO8
)ランジスタを、エピタキシャル層上にnチャネルMO
8)ランジスタを用いてもかまわりい。また、Si溝を
堀るための5i02マスクパターン’ji<100>方
向としたのは、エピタキシャル成長層にファセット面が
あられれず、積層欠陥が少ないためであるがこれに限定
するものでなく、基板面方位およびエピタキシャル成長
条件によっては他の方向でもかまわない。また、シリコ
ン溝f:5μmとしたが、この深さに限定するもので々
く、エツチング形状が垂直形状であればかまわ々い。ま
た、Si溝表面に形成する絶縁膜を熱酸化による厚さ2
500^のS+02膜としたがこれに限定するものでな
くたとえばCVD法による5t02膜、8i3N4膜で
もよく、また厚さも電気的に絶縁されていれば制限され
るものでない。また、チャネルストッパのためのホウ素
のイオン注入をチャネル注入の工程と同時としたが、例
えば製造工程の初めにイオン注入してもよく、また溝を
形成した後にイオン注入してもかまわりい。
(発明の効果) 本発明を用いれば、素子間分離に用いられる絶縁膜は厚
さに対してリソグラフィー技術で規定されず、薄膜化が
可能である。!f、た、ウールを形成する際にマスクを
必要とせず、しかも高温アニール等に行なわずに深い部
分に高濃度層(前記実施例では基板濃度〜1016儂″
″3に対し〜l QIQcm−3の濃度である)を持ち
、かつ表面濃度の低いウールが形成できウールの横方向
拡散も少ない。その結果、縮小化した場合にもラッチア
ップに強い素子が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における相補型半導体装置の主
な製造工程1(おける断面構造を示す模式図である。第
2図は従来例により製造された相補型半導体装置の断面
構造を示す模式図である。 図において、 1・・・p型Si基板    2・・・S io、膜マ
スク3・・・溝         4・・・側壁5i0
2膜5・・・リンイオン注入層  6・・・エピタキシ
ャル層7・−・フィールド酸化膜  8,23・・・n
ウール9・・・ケート酸化膜    10・・・チャネ
ルス)yパ領域11 、26・・・ゲート電極 12.27・・・nチャネルソースドレイン13.28
・・・pチャネルソースドレイン14・・・CVDSi
O2膜    15.30・・・アルミ配線21・・・
高濃度p型基板領域 22・・・低濃度p型エビ層24
・・・シリコン−酸化膜 25・・・トレンチ分離領域
29・・・層間絶縁膜 第 7図 (ρ9 (C) 躬 / 図 (d) (eン (f) 微′

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 単結晶シリコン基板上に側面が基板面に対して垂直状の
    溝を堀り、前記溝の側面に絶縁膜を形成し、前記溝の中
    に選択的に、且つ前記単結晶シリコン基板表面とほぼ同
    一平面になるようにシリコンをエピタキシャル成長し、
    前記単結晶シリコン基板上に絶縁ゲート型電界効果トラ
    ンジスタを形成しエピタキシャル層上にこれとは異なる
    導電型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタを形成する
    相補型半導体装置の製造方法において、製造工程の始め
    あるいは溝を堀った後、あるいはエピタキシャル成長し
    た後の工程において、イオン注入法によりnチャネル電
    界効果トランジスタを形成する素子領域の素子分離領域
    の深さより浅い領域に不純物濃度の大きなp型層を形成
    することを特徴とする相補型半導体装置の製造方法。
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