JPH06204472A - トレンチ形ソース/ドレーンmosfetの製造方法 - Google Patents

トレンチ形ソース/ドレーンmosfetの製造方法

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JPH06204472A
JPH06204472A JP4162404A JP16240492A JPH06204472A JP H06204472 A JPH06204472 A JP H06204472A JP 4162404 A JP4162404 A JP 4162404A JP 16240492 A JP16240492 A JP 16240492A JP H06204472 A JPH06204472 A JP H06204472A
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JP
Japan
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trench
conductive layer
semiconductor substrate
film
forming
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JP4162404A
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English (en)
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Byunghyug Rho
炳▲赫▼ 魯
Shokei Ko
昌圭 黄
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/149Source or drain regions of field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/66Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes
    • H10D64/661Electrodes having a conductor capacitively coupled to a semiconductor by an insulator, e.g. MIS electrodes the conductor comprising a layer of silicon contacting the insulator, e.g. polysilicon having vertical doping variation
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/60Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials
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    • H10P14/6302Non-deposition formation processes
    • H10P14/6304Formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • HELECTRICITY
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    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10P32/10Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers
    • H10P32/14Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers within a single semiconductor body or layer in a solid phase; between different semiconductor bodies or layers, both in a solid phase

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 浅い接合を形成し、接合容量を減少させたト
レンチ形ソース/ドレーンMOSFETの製造方法を提
供する。 【構成】 半導体基板1上にフィールド酸化膜を形成
し、半導体基板1上に薄膜のゲート絶縁膜3、第1導電
層4および第1絶縁膜を順次的に沈積し、沈積されたゲ
ート絶縁膜3、第1導電層4および第1絶縁膜をパター
ニングする。このパターンの側壁に絶縁スペーサ6を形
成し、半導体基板1を食刻しトレンチ7を形成し、トレ
ンチ7の側壁に酸化阻止用側壁スペーサを形成し、前記
チャネル領域と接するトレンチ側壁の上端部を除外した
トレンチ内壁に拡散阻止膜9を形成し、酸化阻止用側壁
スペーサを除去する。次いで半導体基板1上に第2伝導
形の不純物がドーピングされた第2導電層を形成し、第
2導電層をパターニングし、半導体基板1上に第1物質
を覆い、エッチバック工程により第1導電層4をソース
およびドレーン領域に分離させ、熱処理工程により不純
物拡散領域13を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOS形電界効果トラ
ンジスタ (Metal Oxide Silicon FieldEffect Transist
or) の製造方法に関するもので、特に浅い接合を形成
可能なトレンチ形ソース/ドレーンMOS形電界効果ト
ランジスタの製造方法に関するものである。以下、説明
の都合上、MOS形電界効果トランジスタを「MOSF
ET」と称する。
【0002】
【従来の技術】図1を参照すると、従来のMOSFET
は半導体基板上にLOCOS (LocalOxidation of Sili
con) 法でフィールド酸化膜を形成しアクティブ領域を
限定し、この平坦なアクティブ領域にトランジスターを
形成した。従って、アクティブ領域の半導体基板の表面
近傍に不純物のイオン注入と注入された不純物の拡散に
よりソースおよびドレーン領域が形成されるので接合の
深さが深く、MOSFETの縮小化に比例してショート
チャネル効果が大きくなり、これによりスレショルド電
圧変動をもたらし、パンチスルー特性が悪くなる。また
パンチスルー特性を改善するため基板の不純物濃度を高
めると基板効果が大きくなり、接合容量が増大する短所
がある。
【0003】従ってこのような従来の問題点を解決する
ためにはMOSデバイスの高集積化および微細化傾向に
より浅い接合のソース/ドレーンが要求されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は浅い接
合を形成することができるトレンチ形ソース/ドレーン
MOSFETの製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明のトレンチ形ソース/ドレーンMOSFETの
製造方法は、第1伝導形の半導体基板上にアクティブ領
域を限定するためのフィールド酸化膜を形成する工程
と、前記フィールド酸化膜が形成された半導体基板上に
薄膜のゲート絶縁膜、第1導電層および第1絶縁膜を順
次的に沈積する工程と、前記アクティブ領域のチャネル
領域上だけに残るように前記沈積されたゲート絶縁膜、
第1導電層および第1絶縁膜をフォトリソグラフィー工
程によりパターニングする工程と、前記ゲート絶縁膜、
第1導電層および第1絶縁膜で形成されたパターンの側
壁に絶縁スペーサを形成する工程と、前記絶縁スペーサ
形成後、前記フィールド酸化膜と絶縁スペーサで限定さ
れたアクティブ領域の半導体基板を所定深さで食刻しト
レンチを形成する工程と、前記トレンチ形成後、前記ト
レンチの側壁に酸化阻止用側壁スペーサを形成する工程
と、前記酸化阻止用側壁スペーサ形成後、前記チャネル
領域と接するトレンチ側壁の上端部を除外したトレンチ
内壁に熱酸化法による拡散阻止膜を形成する工程と、前
記拡散阻止膜形成後、前記酸化阻止用側壁スペーサを除
去し、前記拡散阻止膜が形成された半導体基板上に第2
伝導形の不純物がドーピングされた第2導電層を形成す
る工程と、前記形成された第2導電層が前記アクティブ
領域上だけ残るようにフォトリソグラフィー工程により
第2導電層をパターニングする工程と、前記第2導電層
パターンが形成された半導体基板上に前記第2導電層と
食刻選択比がほとんど同一な第1物質をその表面が平坦
に沈積する工程と、エッチバック工程により前記第1物
質および前記第1導電層パターンを食刻し前記第1導電
層をソースおよびドレーン領域に分離させる工程と、前
記第1物質を除去した後、層間絶縁膜を沈積し、熱処理
工程により前記ソースおよびドレーン領域に提供される
第1導電層から前記チャネル領域に接するトレンチ側壁
の上端部に露出された半導体基板内に前記第2伝導形の
不純物を拡散させ不純物拡散領域と形成する工程を備え
ることを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明によるトレンチ形ソース/ドレーンMO
SFETの製造方法によると、拡散接合領域をチャネル
領域に隣接したトレンチ側壁の上端部で半導体基板に面
接する多結晶シリコン内の不純物拡散により形成するの
で、浅い接合形成が可能であり、接合面積を最小化する
ことにより接合容量を減少させられる。
【0007】
【実施例】以下、本発明に係わる実施例を添付図面に従
って説明する。図2を参照すると、本発明のトレンチ型
ソース/ドレーンMOSFETはソースおよびドレーン
領域にトレンチ7が形成されており、チャネル領域に接
したトレンチ側壁の上端部7bを除外したトレンチ内壁
に酸化膜である拡散阻止膜9を形成する。そして前記拡
散阻止膜9および前記トレンチ側壁の上端部7bから露
出された半導体基板上に不純物がドープされた多結晶シ
リコンからなる第2導電層がトレンチ型ソースおよびド
レーン領域10cとして形成される。そして、前記多結
晶シリコン内にドープされた不純物が前記トレンチ側壁
の上端部7bに露出された半導体基板1内に拡散され不
純物拡散領域13を形成する。従って、本発明のMOS
FETはチャネルと、ソースおよびドレーンの連結部位
を不純物拡散領域13に極小化させられるので浅い接合
の形成が可能である。また、接合領域が極小化になるの
で接合容量が減少され、拡散阻止膜9により素子間の実
質的な阻止分離距離が大きくなるので素子分離領域を従
来方式に比べて狭められる。なお図中、符号2はフィー
ルド酸化膜、3はゲート絶縁膜、4はゲート電極に提供
される第1導電層、5はキャッピング酸化膜、6は絶縁
スペーサ、12は層間絶縁膜、14は金属電極である。
【0008】図3Aから図5Iを参照して、本発明のM
OSFETを製造するのに最良な製造方法について説明
する。図3Aを参照すると、第1伝導形、例えばp形シ
リコン基板1上にフィールド酸化膜2をLOCOS法に
より形成する。次いで、薄膜のゲート酸化膜3、不純物
がドープされた多結晶シリコンまたは不純物がドープさ
れた多結晶シリコンと高融点金属シリサイドの積層構造
からなる第1導電層4および絶縁膜5を順番に沈積す
る。沈積されたゲート酸化膜3、第1導電層4および絶
縁膜5をフォトリソグラフィー工程によりパターニング
しゲート電極パターンを形成する。ゲート電極パターン
下の半導体基板の表面近傍はチャネル領域として提供さ
れる。ゲート電極パターンが形成された半導体基板上に
絶縁膜を沈積し、沈積された絶縁膜を異方性食刻してゲ
ート電極パターンの側壁だけに絶縁スペーサ6を形成す
る。
【0009】図3Bを参照すると、絶縁スペーサ6を形
成した後、フィールド酸化膜とゲート電極パターンを食
刻マスクとして用いて露出されたシリコン基板1を0.
2〜0.3μm程度の深さに食刻しトレンチ7を形成す
る。図3Cを参照すると、トレンチが形成されたシリコ
ン半導体基板上にシリコン窒化膜のような酸化阻止膜を
沈積し、沈積されたシリコン窒化膜を異方性食刻しトレ
ンチ側壁にスペーサ8a、8bを形成する。フィールド
酸化膜2に隣接したトレンチ側壁のスペーサ8bよりチ
ャネル領域に接したトレンチ側壁のスペーサ8aはゲー
ト電極パターンの側面段差によりもっと厚く形成され
る。
【0010】図4Dを参照すると、スペーサ8a、8b
を形成した後、トレンチ底面で露出されたシリコン表面
を熱酸化させると生成される酸化膜はスペーサ8aがス
ペーサ8bよりは薄いので、フィールド酸化膜2とは完
全に連結され、チャネル領域に接するトレンチ側壁の上
端部7bを除外した残りの部分まで拡張され拡散阻止用
酸化膜9が形成される。
【0011】すなわち、トレンチ7のチャネル領域に接
する側壁の上端部で露出されるシリコン基板の表面幅は
トレンチ底面からトレンチ側壁を沿ってトレンチ側壁の
上端部7bに拡張される拡散阻止用酸化膜9のバードビ
ックの大きさにより調節させられる。図4Eを参照する
と、拡散阻止用酸化膜9を形成した後シリコン窒化膜か
らなる酸化阻止用スペーサを等方性食刻法で除去し、ス
ペーサが除去された半導体基板上に多結晶シリコン10
を所定厚さで沈積する。
【0012】図4Fを参照すると、多結晶シリコンに第
2伝導形、例えばn+ 不純物を高濃度でイオン注入し、
第2導電層10aを形成する。図5Gを参照すると、不
純物がドープされた多結晶シリコンをフォトリソグラフ
ィー工程によりパターニングし、フィールド酸化膜2上
で互いに分離され、アクティブ領域で限定された第2導
電層パターン10bを形成する。
【0013】図5Hを参照すると、第2導電層パターン
10bを形成した後に多結晶シリコンと食刻選択比がほ
とんど同じ第1物質11、例えばフォトレジストをその
表面が平坦になるように半導体基板上にかぶせて、フォ
トレジストをエッチバックし、第2導電層パターン10
bをソースおよびドレーン領域10cで分離形成する。
【0014】図5Iを参照すると、フォトレジストを完
全に除去し、半導体基板の全表面に層間絶縁膜12を平
坦に沈積する。次いで、所定温度で半導体基板を熱処理
すると、多結晶シリコンに注入されたn+ 不純物がトレ
ンチ側壁の上端部7bに露出されたシリコン基板内に拡
散され不純物拡散領域13が形成される。この不純物拡
散領域13を通じてチャネル領域がソースおよびドレー
ン領域10cと電気的に連結される。
【0015】次いで、層間絶縁膜12にソースおよびド
レーンコンタクトホールを形成し金属配線工程を通じて
ソースおよびドレーン電極を形成する。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明のMOSFE
T製造方法によると、LOCOS工程、エッチバック工
程と多結晶シリコンから不純物の下方拡散方法等を利用
し、チャネル領域とソースおよびドレーンを連結するた
めの最小限の接合領域を形成し、浅い接合を形成するこ
とができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のMOSFETの構造を示した断面図であ
る。
【図2】本発明によるトレンチ形ソース/ドレーンMO
SFETの構造を示した断面図である。
【図3】A〜Cは本発明によるトレンチ形ソース/ドレ
ーンMOSFETの製造方法を示した望ましい一実施例
の工程順序図である。
【図4】D〜Fは本発明によるトレンチ形ソース/ドレ
ーンMOSFETの製造方法を示した望ましい一実施例
の工程順序図である。
【図5】G〜Iは本発明によるトレンチ形ソース/ドレ
ーンMOSFETの製造方法を示した望ましい一実施例
の工程順序図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート絶縁膜 4 第1導電層 5 絶縁膜 6 絶縁スペーサ 7 トレンチ 7b トレンチ側壁の上端部 8a、8b スペーサ 9 拡散阻止膜 10 多結晶シリコン 10a 第2導電層 10b 第2導電層パターン 10c ドレーン領域 11 第1物質 12 層間絶縁膜 13 不純物拡散領域

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トレンチ形ソース/ドレーンMOSFE
    Tの製造方法において、 第1伝導形の半導体基板上にアクティブ領域を限定する
    ためのフィールド酸化膜を形成する工程と、 前記フィールド酸化膜が形成された半導体基板上に薄膜
    のゲート絶縁膜、第1導電層および第1絶縁膜を順次的
    に沈積する工程と、 前記アクティブ領域のチャネル領域上だけに残るように
    前記沈積されたゲート絶縁膜、第1導電層および第1絶
    縁膜をフォトリソグラフィー工程によりパターニングす
    る工程と、 前記ゲート絶縁膜、第1導電層および第1絶縁膜で形成
    されたパターンの側壁に絶縁スペーサを形成する工程
    と、 前記絶縁スペーサ形成後、前記フィールド酸化膜と絶縁
    スペーサで限定されたアクティブ領域の半導体基板を所
    定深さで食刻しトレンチを形成する工程と、 前記トレンチ形成後、前記トレンチの側壁に酸化阻止用
    側壁スペーサを形成する工程と、 前記酸化阻止用側壁スペーサ形成後、前記チャネル領域
    と接するトレンチ側壁の上端部を除外したトレンチ内壁
    に熱酸化法による拡散阻止膜を形成する工程と、 前記拡散阻止膜形成後、前記酸化阻止用側壁スペーサを
    除去し、前記拡散阻止膜が形成された半導体基板上に第
    2伝導形の不純物がドーピングされた第2導電層を形成
    する工程と、 前記形成された第2導電層が前記アクティブ領域上だけ
    残るようにフォトリソグラフィー工程により第2導電層
    をパターニングする工程と、 前記第2導電層パターンが形成された半導体基板上に前
    記第2導電層と食刻選択比がほとんど同一な第1物質を
    その表面が平坦に沈積する工程と、 エッチバック工程により前記第1物質および前記第1導
    電層パターンを食刻し前記第1導電層をソースおよびド
    レーン領域に分離させる工程と、 前記第1物質を除去した後、層間絶縁膜を沈積し、熱処
    理工程により前記ソースおよびドレーン領域に提供され
    る第1導電層から前記チャネル領域に接するトレンチ側
    壁の上端部に露出された半導体基板内に前記第2伝導形
    の不純物を拡散させ不純物拡散領域を形成する工程を備
    えることを特徴とするMOSFETの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記トレンチの深さは0.2〜0.3μ
    mであることを特徴とする請求項1記載のMOSFET
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記酸化阻止用側壁スペーサはシリコン
    窒化膜で形成することを特徴とする請求項1記載のMO
    SFETの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記トレンチ側壁の上端部の露出表面の
    幅は前記拡散阻止膜形成時トレンチ底面から前記酸化阻
    止用側壁スぺーサに沿いトレンチ側壁の上端部に拡張さ
    れる拡散阻止膜のバードビックの大きさで調節すること
    を特徴とする請求項1記載のMOSFETの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第2導電層は不純物がドープされた
    多結晶シリコンであることを特徴とする請求項1記載の
    MOSFETの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1物質はフォトレジストであるこ
    とを特徴とする請求項5記載のMOSFETの製造方
    法。
JP4162404A 1991-06-21 1992-06-22 トレンチ形ソース/ドレーンmosfetの製造方法 Pending JPH06204472A (ja)

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