JPH0624247B2 - 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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JPH0624247B2
JPH0624247B2 JP59039512A JP3951284A JPH0624247B2 JP H0624247 B2 JPH0624247 B2 JP H0624247B2 JP 59039512 A JP59039512 A JP 59039512A JP 3951284 A JP3951284 A JP 3951284A JP H0624247 B2 JPH0624247 B2 JP H0624247B2
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    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
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    • H10D62/115Dielectric isolations, e.g. air gaps
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    • HELECTRICITY
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、MIS型半導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問題点〕
近年、半導体集積回路の急速な高密度化により、ゲート
長の縮小化や拡散層領域の縮小化がはかられている。し
かしながら、ゲート長の縮小化はしきい値電圧(Vth)の
低下等の短チャネル効果を招き、デバイス特性の悪化を
引起こしていた。
短チャ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(Xj)を浅くすること、ゲート酸化
膜厚を薄くすることやチャネル下の不純物濃度を高くす
る等の方法が取られている。しかし、サブミクロン長程
度或いはそれ以下の素子になると、短チャネル効果を軽
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Xjを浅くするにも限界があ
り、サブミクロン程度のデバイス(特にPチャネルMOS
トランジスタにおいて)ではこれによる短チャネル効果
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付近の逆導電
型不純物濃度も高くなってしまう。その結果、拡散層の
接合寄生容量が大きくなり、回路の伝搬遅延が大きくな
ってしまう。
一方、拡散層領域の縮小化もゲート長の縮小化と同様に
難しい問題を含んでいる。即ち、コンタクトホールの大
きさがサ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り、コンタクトホー
ルの縮小化が難しくなる。従って、従来の構造では拡散
層領域の縮小化を行うことが極めて困難であり、これが
高集積化を妨げる問題となっている。
また、ダイナミックRAM等、メモリの記憶セルのトラ
ンスファゲートやセルアレイの周囲に繰り返し配列され
る周辺回路は、高集積化を実現するため素子と素子を接
続する面積を小さくする必要があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、短チャネル効果を抑えることができ、
かつ拡散層の接合寄生容量を小さくすることができ、且
つ素子間の接続面積を小さくすることができ、高集積化
及び応答特性の高速化をはかり得るMIS型半導体装置の
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・ドレインを薄い半導体膜から
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型半導体装置を製造する際し、半導
体基板の表面側を選択的にエッチングして相互に離間
し、垂直側壁を有する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
板表面より低く形成する工程と、次いで前記溝部内に単
結晶若しくは多結晶の半導体膜を埋め込み、かつ半導体
膜の上面を前記基板表面を越えずに、前記基板表面と略
面一状に形成する工程と、次いで前記溝部間の基板表面
上に熱酸化によりゲート絶縁膜を形成した後、このゲー
ト絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、次いで前記
半導体膜に不純物を高濃度にドープする工程と、しかる
のち熱処理を行い上記半導体膜から前記基板内に不純物
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、拡散層の深さXjが、溝部内の絶縁膜
上に形成する半導体膜の厚さで略決まるので、拡散層の
深さXjを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それ以下の素子でも、しきい値Vth
低下の短チャネル効果が十分に抑えられることになり、
素子の微細化及び高性能化に極めて有効である。また、
垂直側壁を有する溝を使っているので、底部に対する角
度が鈍角な側壁の場合に比べて、基板膜厚方向に対して
広がりの小さい拡散層を形成できる。これは垂直側壁の
場合のほうが、溝底部の角部の拡散源となる部分が小さ
いからである。さらに、ソース・ドレインと基板との接
触面積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答特性の高速
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、素子の面積を小さくするこ
とができ、装置の高密度化及び大容量化が容易となる。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例に係わるMIS型半導体装置の
概略構成を示す断面図である。図中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離離間
して溝部12が設けられている。これらの溝部12内に
は絶縁膜13が埋め込まれ、さらに絶縁膜13上にはP
型不純物が高濃度にドープされた半導体膜14が形成さ
れ、この半導体膜14の上面が基板11の表面と面一状
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内に横方向に拡散してソース・ドレイン15
a,15bが形成されている。また、前記溝部12間の
基板11表面にはゲート絶縁膜16を介してゲート電極
17が形成されている。
このような構成であれば、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から拡散された領域の深さになるため、Xj
は半導体膜13の厚さで略決定される。この半導体膜1
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、短チャネル効果を十分に抑制することができ
る。また、接合容量に関して見れば、溝部12内に埋め
込まれた絶縁膜13を介した静電容量と半導体基板11
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、
後者容量は接合面積が小さいので十分小さくできる。こ
のため、接合寄生容量を著しく減少させることができ、
応答特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を準備し、周知の方法により基板11上に熱
酸化膜21を400〔Å〕成長させ、その後ジクロルシ
ラン(SiH2Cl2)とアンモニア(NH3)ガスを成長ガスとして
用いた減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法でシリ
コン窒化膜22を1000〔Å〕堆積させる。続いて、
シリコン窒化膜22上にレジスト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)に示す如くレジス
ト23をマスクとしてシリコン窒化膜22及び熱酸化膜
21をエッチングする。続いて、CF4ガスを用いた反応
性イオンエッチング(RIE)法により、シリコン基板11
を約0.6〔μm〕の深さに選択エッチングして溝部1
2を形成する。ここで、溝12内にはフィールド反転防
止のためにリンを1013〔1/cm2〕程度イオン注入し
ておく。次いで、600〔℃〕の熱雰囲気においてSiH4とO
2ガスを導入し、第2図(c)に示す如くCVD法により全面
にSiO2膜(絶縁膜)13を約5000〔Å〕堆積させ
る。さらに、その上にエッチバック用のレジスト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〔mmtorr〕程度とし、
レジスト24とSiO2膜13とのエッチング比が同じとな
る条件下でレジスト24がなくなるまでエッチングす
る。これにより、第2図(d)に示すように、SiO2膜1
3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SiH4系のガスを
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〔Å〕堆積させる。さら
に、その上にエッチバック用のレジスト25を塗布す
る。次いで、CF4系のガスを用いたRIE法により、レジス
ト25のエッチングレートが多結晶シリコン膜14のそ
れより僅かに速くなる条件下で、レジスト25及び多結
晶シリコン膜14を熱酸化膜21に達するまでエッチン
グする。これにより、多結晶シリコン膜14は第2図
(f)に示す如く溝部12内のSiO2膜13上に基板11表
面と略面一状(基板11表面を越えずに)に形成される
ことになる。その後、RIEのダメージ層を除去するため
に1000〔℃〕の熱酸化雰囲気下で500〔Å〕程度
の酸化膜を形成し、HF系のエッチング液でこれを除去す
る。
次に、周知のフォトリソグラフィ技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CCl4ガスを主成分とする反応性ガスを用いたRIE
法により多結晶シリコン膜14を選択的に除去し、第2
図(g)に示す如く素子分離用の溝26を形成する。次い
で、900〜1000〔℃〕のO雰囲気下で熱酸化し、
第2図(h)に示す如く50〜600〔Å〕程度のゲート
酸化膜(ゲート絶縁膜)16を形成する。続いて、CVD
法によりゲート酸化膜16上にゲー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
ニングしてゲート電極とする。その後、ボロンを3×1
15〔1/cm2〕程度イオン注入し、前記多結晶シリコ
ン膜14にP型不純物を高濃度にドープする。次いで、
熱処理を施し上記多結晶シリコン膜14から基板11内
にボロンを横方向に拡散させ、第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、周知の方法により絶縁膜27及びAl電極2
8等を形成することによって、第2図(j)に示す如く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装置は、前述した如くソース
・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、しきい値電圧Vth低下等の短チャネ
ル効果を抑えることができ、素子の高性能化・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高速化をはかり得る。また、隣
接する素子間の分離、つまり拡散層同士の分離をリソグ
ラフィ技術で達成可能な最少幅で実現できるので、素子
分離に要する面積を著しく低減することができる。これ
により、集積回路の高密度化・大容量化が一層容易とな
った。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記溝部内に形成する半導体膜は多結晶シ
リコン膜に限定されるものではなく、前記第2図(e)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
膜を単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
た単結晶シリコン膜を用いることも可能である。また、
素子分離手段としては、半導体膜の選択エッチングに限
らず、上記エッ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29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、種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型半導体装置の
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ための
断面図である。 11……N型シリコン基板(半導体基板)、12……溝
部、13……CVD-SiO2膜(絶縁膜)、14……多結晶シ
リコン膜(半導体膜)、15a,15b……ソース・ド
レイン、16……ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)、17
……多結晶シリコン膜(ゲート電極)、21……熱酸化
膜、22……シリコン窒化膜、23,24,25……レ
ジスト、26……素子分離用溝、27……絶縁膜、28
……Al電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の表面側を選択的にエッチング
    して相互に離間し、垂直側壁を有する溝部を形成する工
    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り低く形成する工程と、次いで
    前記溝部内に単結晶若しくは多結晶の半導体膜を埋め込
    み、かつ半導体膜の上面を前記基板表面を越えずに、前
    記基板表面と略面一状に形成する工程と、次いで前記溝
    部間の基板表面上に熱酸化によりゲート絶縁膜を形成し
    た後、このゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
    と、次いで前記半導体膜に不純物を高濃度にドープする
    工程と、しかるのち熱処理を行い上記半導体膜から前記
    基板内に不純物を横方向拡散してソース・ドレインを形
    成する工程とを具備したことを特徴とするMIS型半導
    体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記溝部を形成する工程として、前記基板
    上に少なくとも一層の半導体酸化膜及びレジスト膜を形
    成し、これらの多層膜をパ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ッ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2項記載のMIS型
    半導体装置の製造方法。
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EP0669656A3 (en) * 1994-02-25 1996-02-28 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Source / drain of a MISFET in a semiconductor device and method of manufacture.

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