JPS632371A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS632371A
JPS632371A JP61144842A JP14484286A JPS632371A JP S632371 A JPS632371 A JP S632371A JP 61144842 A JP61144842 A JP 61144842A JP 14484286 A JP14484286 A JP 14484286A JP S632371 A JPS632371 A JP S632371A
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JP
Japan
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sections
curvature
thickness
end sections
oxide films
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Application number
JP61144842A
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English (en)
Inventor
Yasuo Wada
恭雄 和田
Takaaki Hagiwara
萩原 隆旦
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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〕 本発明は新規な微細寸法MO8電界効果トランジスタ(
MOSFET)に関し、さらに詳述すれば、溝分離構造
MOSFETにおける狭チャネル効果の防止にとくに有
効な半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
複数個の微細なMOSFETから成るMO8集積回路(
MO8IC)において、素子間の分離は従来LOGO8
構造が使用されて来た。しかしながら、酸化のマスクと
して用いられる窒化シリコン膜(SisN+)側面から
の酸化膜の侵入のため、該5isN4膜の寸法を0.8
μmよシも小さくすると、素子を形成すべき領域が、全
て厚い酸化膜(SiQI)で覆われてしまい、MO8I
Cを形成する事が不可能になる。
このようなLOGO8構造の問題点を解決する為に、擲
分離溝造が提案されている(飼えばカサイらアイ・イー
・イー・イー、・エレクトロン・デバイス・ミーティン
グ・テクニカル・ダイジェストp 、419 (198
5) :N、 Kasai、 etalHIEEEI(
’i i Jl l ’l El e Ctr n 、
[Je Y i Ce Mee t) n g t T
eCh n 1 cal])igest p、 419
(1985))。4分配構造によれば、素子間分離の最
小寸法を、0.25μm以下に出来るため、特に今後の
微細寸法Mo5ICにおける最適な素子分離構造として
検討が進められている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら溝分^函構造においては、以下のよう々致
命的な問題点の生ずる事が発明者等の検討により明らか
に出来た。第2図は、 MOSFETのしきい電圧V〒
五と、チャネル幅Wの関係を示したものである。従来技
術の溝分離構造では、Wが狭くなるに従い、 VTII
が低下し、特にWく1μmの領域で顕著になる事が明ら
かに出来た。即ち。
従来のLOCO8構造では、チャネルストッパの横方向
拡散によF)W<2μm程度の場合vtm が高くなシ
ブバイス動作が制御しにくくなるが、溝分離構造ではW
(1μm程度で逆にvTEが低くなシ。
このためデバイスとして使用不可能になるという致命的
な問題点のある事が分った。従って、現状技術ではWく
1μmというデバイスは実際上実用できない。本発明の
目的は、MO8ICKおける溝分離構造のよりなWの狭
いデバイスにおけるvTM低下という問題点を解決する
事にある。
〔問題点を解決するための手段〕
W<1μmの領域においてvT Hの低下が起る原因は
1発明者等の研究によシ、該溝分離構造において、シリ
コン突部の端部における電界集中によシ、低いゲート電
圧でも該端部にチャネルが形成される点にある事が明ら
かに出来た。即ち、第3図に示した模式図において、シ
リコン基板1に形成した溝と、それを絶縁体により埋め
た構造5によ部分離された突部2.ゲート酸化膜3.ゲ
ート4、を有するMOSFETは、ゲート4に電圧を印
加する事によシ、該突部2の尖った端部6に、該ゲート
電圧の電界が集中し、実効的に該端部6に印加される電
圧が見掛上高くなる為、該端部6に、該突部2の平坦な
部分よシも低いゲート電圧でチャネルが形成される。従
って1本発明の骨子は。
このような電界集中を防止する点にある。即ち、本発明
は、第1図に示したように、シリコン基板1に形成した
、絶縁体により埋められた溝5によ部分離された突部2
.ゲート酸化膜3.ゲート4を有するMOSFETにお
いて、該突部2の端部7に電界集中が起らないように、
曲率を持たせる、あるいは端部7の酸化膜厚を厚くする
点が特徴である。
〔作用〕
第1図に示した構造において、該突部2の端部7の曲率
は、電界集中の程度を軽減し、該端部に、低いゲート電
圧でチャネルが形成される事を防ぐ。
又該端部のゲート酸化膜3の厚さを厚くする事により、
該ゲート4によシ印加される電界が該酸化膜厚の厚い部
分で小さくなシ、該端部7におけるチャネルの形成を防
ぐ。従って本発見を適用する事によυ、特にチャネル幅
Wが1μmよシも狭いデバイスにおいて、しきい電圧V
〒Mが低くなるという狭チャネル効果を防止できる。
〔実施例〕
以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
実施例 1 第4図(a)は、IJ(100)面10Ω・cm(Dシ
リコン基板(Si)11を、1000Cで20分間熱酸
化し、厚さ20nmの熱酸化膜(SiCh)’12を成
長後、化学蒸着法(CVD)によシ厚さ5Qnmの窒化
シリコン膜(5isN4) 13を堆積後、通常のホト
リソグラフィーによシレジストパターン14を形成し、
該レジスト14をマスクとして、反応性イオンエッチ(
RIE)によシ該8isNnl 3. 8 i 021
2にヨび5illを加工し、該Si中に深さ2um、@
0.5pmの1415を形成した状態を示す。この時、
通常のRIEを用いると、波溝15で囲まれた突部16
の端部は。
はぼ直角に力ロエされる。従ってこの状態でMOSFE
T ′tl−該突端16上に形成すると、前述の如きV
TRの低下が起こる。
第4図(b)は、イオン打込み法により、波溝15の側
面にポロンイオンCB” )を50KeVでIX 10
 ” cm”打込んだ層17を形成後該レジスト14を
駿素プラズマで除去し、該8i基板11を950Cウエ
ツト酸素雰囲気中で酸化し、該溝15内面に厚さ0.2
5μmの8i0218を成長させた状態を示す。この酸
化により該突部16の端部は酸化され、該5i(h18
の膜厚と同様な曲率が得られる。この時、いわゆるバー
ド・ピークによる該突部16幅の減少は、該8i021
8の膜厚とほぼ等しい事が発明者等の実験によ部分った
。従って、波溝15の幅は、該突部16の幅の2倍迄広
く出来る(酸化膜は、溝の両側から成長するため、該8
i0z18の膜厚は、該#15の約1/2に出来る事に
なる。)。又、狭い方の限界は、リソグラフィで決まる
九め、特に制限は々いが、現実的には、素子間耐圧等を
十分大きく保持する必要があるため、0.1μm程度と
なった。
第4図(C)は、該8isNa13および8i0z12
をおのおの除去し、改めて1000t:’乾燥酸素中で
厚さ12nmのゲート酸化膜19を成長させ、さらにゲ
ート長0.5μmのゲート20.04″拡散層21層間
絶縁膜として膜厚0.5μmのPSG22、および膜厚
1μmのアルミニウム配線23を形成した状態を示す。
第4図(C)において、左側はMOSFETのゲートに
平行力方向の断面、右側はゲートに垂直な方向の断面を
おのおの示す。図から明らかなように、チャネルとなる
べきSi突部の端部が十分に曲率を持つため、電界集中
が起る事なく、従ってVTRの低下も起らず、良好なデ
バイス特性が実現出来た。本実施例に示した如く。
耐酸化性薄膜をマスクとして、酸化する事によシ、該突
部の端部に、適切な曲率を持たせる事が出来る。
実施例 2 第5図(a)は、Pa(100)面10Ω・圀ノ31基
板11において、厚さlQnmのS i 0212.5
Qnmの8 LsN413を形成後、nチャネルMO8
F’ET(n−MO8T)を形成すべき領域にB′イオ
ンを、又pチャネルMOSFET(p MO8T)を形
成すべき領域にlJ:/CP”)イオンをおのおのイオ
ン打込みし、熱処理によフ、不純物磯度101・t”m
−”程度、接合朶さ約2μmのP型領域24およびn型
填域25をおのおの形成した状態を示す。これらのPを
24およびn遼25領域は、例えば、2MeV@度の高
いエネルギを持つイオン打込みにより形成すれば、熱処
理による不純物の横方向拡散を最小限に小さく出来るた
め、素子間の分離幅を狭くシ、集遣密度を高くする事が
可能である。
第5図(b)は、該P型24およびn壓25領域の間に
1通常のリングラフィとL−LIEによ#)幅0.5μ
rnO素子分離用溝15を形成し、さらに1000Cウ
エツト雰囲気中で厚さ0.1μmの5i0226を成長
させた状態を示す。この時、該nm25、P凰24領域
の尖部端部は、該酸化によシ曲率を持つ。この為電界集
中を防止しhVTHは正常な値が得られる。
第5図(C)は、波溝15の内壁に成長させた5i02
26で埋め切れ々い溝の部分を、CVD法によるpol
y−8i27で埋め、さらに表面酸化して酸化膜28を
形成し素子間の結縁を完成させ念後、該8 i Ch 
 12.  Sis N413を除去し、ゲート酸化膜
19を成長させた状態を示す。該poly 5i27は
、CVD5i(h又はPSG又りいわゆる塗布ガラス等
の絶縁膜でも良い事は言う迄もない。
実施例1と同様にこの後、ゲート、金属配線を形成して
素子が完成される。
実施例 3 第6図(a)はP型(100)面、10Ω’cmのSi
基板11を熱酸化し、厚さ50nmの8 i (h12
を成長し、さらにレジストパターン14を形、  成し
た状態を示す。。
第6図(b)は、8iChと、8i工ツチ速度比が5=
1のエッチ液、本実施例では弗酸:硝ば:氷酢酸=10
:1:300を用いて、該構造をエッチした状態を示す
。5iOzのエッチ速度が大きいため、該5iO112
が早くエッチされm8i基板11の端部が曲率を持つよ
うになる。該エッチ液は、8iChのエッチ速度が大き
ければ本実施例で示した弗酸、−硝酸、氷酢酸の混合液
である必要は必ずしもなく1例えば酸化剤と、5iOz
の除去剤の混合物を一般的に用いる事が出来る。
従って、例えば無水クロム酸と弗酸の混合tL等を用い
る事も可能である。又、他の組成の溶液%あるいは、ド
ライエッチでも、8 s Ox とSiのエッチ速度を
、所定の端部曲率が得られる2:1〜20:1程度の比
に選ぶ事により使用出来る。さらに該レジスト14をマ
スクとして* ?J、 S i基板11を8工Eによシ
刀ロエする事によυ、所定の曲率を持つ端部が実現出来
た。
本実施例では突部の端部に曲率を持たせてから8i基板
中に蒋を形成したが、逆に韓を形成してから端部を加工
する事も可能である事は言う迄もない。又、端部の曲率
は、5ich と8iのエツチ速度比、およびSiのエ
ッチlの制御を適切に行なう事によシ所定の値に制御可
能である。例えば5iCh と8iのエッチ速度比を1
0=1とし、Siのエッチ量をlQnmとすれば、端部
曲率は0.02μm程度となる。Siエッチ量を増やす
と。
曲率半径は大きくなる。又エッチ速度比を3=1とし、
Siのエッチ量をlQnmとすれば0.04μm程度と
なる。5iChと8iのエッチ速度の比2=1程度とす
れば1曲率半径は最も大きく出来るが、ばらつきはエッ
チ速度比を大きくした方が少なくなるため、制御性は良
くなる。
第6図(C)に示した如く、又該5i(h12上に8i
3N413を形成し、溝を加工後8i(h12及びSt
基板11をエッチし、端部に曲率を持たせ実施例1と同
様に溝を形成後酸化して、該溝側に厚い酸化膜26を形
成する事も可能でおる。この時、溝内面に高濃度B拡散
層29を形成しておく事も出来る。該高段度層29は素
子間分離のチャネル・ストッパとして働く。
〔発明の効果〕
本発明によれば、第7図に示したように、ゲート酸化膜
厚に対応した適切な端部曲率半径を与える事が可能にな
るため、溝アイソレーション構造MOSFETにおける
vtnの低下という間頂点を解決できる。すなわち図中
で、vtmが1omv低下する場合のゲート酸化膜厚に
対応した端部曲率半径が示されておシ、第7図中に示さ
れた自模よりも右上方の領域が適切な関係を持つ領域で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1囚は本発明の詳細な説明するための断面図、第2図
および第3図は従来技術を示す図、第4図乃至第6図は
それぞれ本発明の異なる実施例を示す図、第7図は、本
発明の効果を示す図である。 1.11・・・シリコン基板、12,18・・・5i(
h、13・・・5isN4.19・・・ゲート絶縁膜%
 20・・・ゲー代理人 弁理士 小川筋力、゛・パ l・・・シリコン幕淳艮 3・・・す′−ト酸を茸( 4・・・プ′−ト 5・・・分離嘴 7・・・1搦告や 2・・・文 言や 第 2 目 チマネル幅 y(Aす 6・i&部 箒 4 目 /8・・5LO2 第 4 巳 20・・・ケ°°−ト 22・・・Pse映 第 5  目 26・・5(ch頃 第 、5  の 27・・・のり冶晶シリコン 26・5LO2 第 7  口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、溝分離構造MOSFETもしくは複数個のMOSF
    ETを集積したMOSICにおいて、MOSFETのチ
    ャネルが形成されるシリコン突部端部に曲率を持たせた
    事を特徴とする半導体装置。
JP61144842A 1986-06-23 1986-06-23 半導体装置 Pending JPS632371A (ja)

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